[发明专利]一种磁性隧道结的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术研究与存储技术领域，尤其涉及一种磁性隧道结的制备方法。

背景技术

磁性隧道结是指由磁性电极/非磁绝缘体或半导体/磁性电极构成的纳米结构。如果两磁性电极的磁化方向平行，一个电极中多数自旋子带的电子将进入另一个电极中的多数自旋子带的空态，同时少数自旋子带的电子也从一个电极进入另一个电极中的少数自旋子带的空态，这时隧道过程具有较高的概率，对应的电阻较低；但是，如果两磁性电极的磁化方向反平行，则一个电极中的多数自旋子带电子的自旋与另一个电极中的少数自旋子带电子的自旋平行，这样，隧道电导过程中一个电极中的多数自旋子带电子必须在另一个电极中寻找少数自旋电子带的空态，这时隧道概率将降低，对应的电阻较高。所以，当改变两个磁性电极磁化强度的相对取向时，电子的隧穿几率随之改变，从而产生隧道磁电阻效应。由于具有这一独特的效应，磁性隧道结已经被广泛应用于很多领域，如硬盘中的磁读出头，MRAM，磁场探测器等方面。未来，这一结构还有望用来制作出其他许多新型器件，如磁逻辑器件，高频微波发射器等。

目前，制备磁性隧道结的方法主要有：真空镀膜法，电镀法，电迁移法等。其中，真空镀膜法与微加工工艺兼容，是目前最为普遍使用的制备方法，但是由于磁性隧道结中绝缘层的厚度很薄（厚度一般小于5nm)，所以制备时需要能精确控制薄膜厚度的设备，否则薄膜易漏电，导致磁电阻消失。因此，这种方法对真空设备的要求很高，从而使隧道结的制备需要较高的成本。

电镀法是采用电化学手段得到磁性隧道结的一种方法。该方法通过电化学手段使电解质溶液中存在的磁性金属阳离子得到电子，从而电解出磁性原子，随着反应的进行，电解出的原子不断堆积，最终在阳极和阴极间形成磁性隧道结。但是，该种方法将磁性隧道结的获得环境局限在电解质溶液中，不能与微加工工艺相兼容。

电迁移法是指采用机械断结法、二维电子气制备法、溶液电化学法等方法获得磁性纳米点接触后，通过施加电流产生焦耳热使纳米点接触熔断，从而获得磁性隧道结。这种方法工艺复杂，而且不能与微加工工艺相兼容，难以获得大规模应用。

因此，寻找一种成本低，工艺简单，并且能够与微加工工艺相兼容的磁性隧道结制备方法，不仅有助于基础科学研究，而且在传感器、存储等领域中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的技术目的是针对现有的磁性隧道结制备技术的不足，提供一种低成本、简易制备磁性隧道结的新方法。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种磁性隧道结的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、“三明治”结构单元的准备

采用“三明治”的结构单元，如图1所示，该结构单元由第一磁性电极、第二磁性电极，以及位于第一磁性电极与第二磁性电极之间、并且与第一磁性电极与第二磁性电极相接触的非磁层组成；

所述的第一磁性电极由磁性导电性材料构成；所述的第二磁性电极由磁性导电性材料构成；所述的非磁层由绝缘性介质材料构成；

所述的“三明治”结构单元无隧道磁电阻效应产生；

步骤2、磁性隧道结的制备

设定最大限制电流值为临界电流值，在步骤1所述的第一磁性电极与第二磁性电极两端施加电压，如图2所示，在电场驱动下第二磁性电极中的磁性原子失去（或得到）电子后形成带电离子向第一磁性电极方向移动，从而在非磁层内形成导电通道；逐渐增加电压，导电通道与第一磁性电极之间的距离逐渐缩小，第一磁性电极与第二磁性电极两端的电流逐渐增加；如图3所示，当电流值达到临界电流值附近，优选达到临界电流值时，导电通道、第一磁性电极，以及导电通道与第一磁性电极之间的非磁层构成磁性隧道结，如图4所示，产生隧道磁电阻效应；

所述的临界电流值的测定过程为：在步骤1所述的第一磁性电极与第二磁性电极两端施加电压并逐渐增加电压值，电流随之逐渐增加，当施加电压增大至某电压值时，电流值跳变上升至某电流值，该电压值即为临界电压值，该电流值即为临界电流值。

上述技术方案中：