隧道结巨磁电阻材料

隧道结巨磁电阻材料，利用自旋极化电子隧穿效应而形成的巨磁电阻材料。

用于制备微米、亚微米和纳米磁性隧道结、磁性隧道结阵列、TMR磁读出头和MRAM方法有光刻和电子束曝光以及离子束刻蚀、化学反应刻蚀、聚焦离子束刻蚀等，其中光刻技术结合离子束刻蚀是微加工工艺中具有较低成本、可大规模生产的首选工艺。因此研究光刻技术结合离子束刻蚀方法制备磁性隧道结，通过优化实验条件，制备出高质量的微米和亚微米磁性隧道结具有很大的实际应用意义。另外，在优化制备磁性隧道结的工艺条件时，金属掩模法仍具有低成本、省时省力、见效快的优点。一般情况下，利用狭缝宽度为60-100μm的金属掩模法从制备磁性隧道结样品到完成TMR测试，只须3-6h因此金属掩模法制备磁性隧道结，既可用于快速优化实验和工艺条件，也可以作为采用复杂工艺和技术制备微米、亚微米或纳米磁性隧道结之前的预研制方法。

利用金属掩模法制备磁性隧道结，既可用于快速优化实验和工艺条件，又可以作为采用复杂工艺和技术制备微米、亚微米或纳米磁性隧道结之前的预研制方法。而采用光刻技术中的刻槽和打孔方法及去胶掀离方法制备的磁性隧道结，经过适当的退火处理后可以获得较高的TMR、较低的RS值以及较小的反转场和较高的偏置场。这样的隧道结，可以用于制备MRAM的存储单元或其他磁敏传感器的探测单元。

磁隧道结是指在两块铁磁薄片之间夹一层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层，构成所谓的结元件。在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金属的3d轨道局域电子能带发生劈裂，使费米（Fermi）面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度。 在磁隧道结中，TMR（隧穿磁电阻）效应的产生机理是自旋相关的隧穿效应。磁隧道结的一般结构为铁磁层 /非磁绝缘层 /铁磁层（FM/I/FM）的三明治结构。饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，而通常两铁磁层的矫顽力不同，因此反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁 化矢量首先翻转，使得两铁磁层的磁化方向变成反平行。电子从一个磁性层隧穿到另一个磁性层的隧穿几率与两磁性层的磁化方向有关。

氧化镁磁隧道结是指以氧化镁为绝缘势垒层的磁隧道结。

1995年以非晶三氧化二铝为绝缘势垒层，分别以多晶Fe或CoFe作为铁磁层，室温下TMR值约为20%。2004年以CoFeB作为铁磁电极层使得TMR值升至70%，2001年Butle等 通过ab inito理论计算，预测在Fe(001)/Mg0(001)/Fe(001)磁隧道结中通过相干隧穿TMR值可达1000%以上。2004年，Yuasa等 在分子束外延制每的Fe(001)/Mg0(001)/Fe(001)磁隧道结中得到了88%的TMR值。随后，Djayaprawira等 用磁控溅射法制备出CoFeB/Mg0/CoFeB磁隧道结，其TMR值大于200%，2007年Lee等 在磁控溅射CoFeB/Mg0/CoFeB的磁隧道结中得到高达500写的室温TMR值，5K时TMR值可达1010%，氧化镁磁隧道结因其巨大的磁电阻效应引起了人们越来越多的关注，对氧化镁磁隧道结磁电阻效应的研究无论是在理论上还是在实际应用中都具有重大意义。