[发明专利]提高隧道结薄膜磁电阻效应的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道结(MTJ)薄膜的制备方法，尤其涉及一种提高隧道结薄膜磁电阻效应的制备方法。

背景技术

近年来，由于MTJ薄膜具有潜在的巨大商业应用价值，正吸引越来越多的科研人员深入研究。如MTJ 可以用于磁性随机存储器（MRAM）、磁盘驱动器的读出磁头、磁性传感器等，尤其是MRAM，具有非挥发、高速、高密度、低能耗等诸多优良特性，作为下一代随机存储器，被广泛应用于军事、航空、民用领域等，表现出巨大的市场竞争潜力。

MRAM实际是具有隧道结磁电阻效应的磁性隧道结结构，为了进一步提高MRAM的存储密度，如何提高MTJ的磁电阻效应是关键，然而，制备具有大磁电阻比值的MTJ仍然是一个挑战。通常常温制备的顶电极层/铁磁层/隧穿层/铁磁层/反铁磁层/底电极层/基底的MTJ薄膜，为获得更高的磁电阻比值需要在高温下进行退火工艺，但高温退火的另一不利影响是加剧层间扩散，从而使磁电阻比值下降，在不可避免进行退火工艺的前提下，如何减弱层间扩散是新的研究方向。本发明重新设计MTJ薄膜的制备流程，避免顶电极层与自由铁磁层间的扩散，制备的MTJ薄膜可以提高磁电阻效应。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种提高隧道结薄膜磁电阻效应的制备方法，用以解决现有技术中顶电极层与自由铁磁层间的扩散过大的问题。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计和制造一种提高隧道结薄膜磁电阻效应的制备方法，包括如下步骤：(a)在基底上依次沉积底电极层、反铁磁层、钉扎铁磁层、隧穿层、自由铁磁层；(b)对制备的底电极层、反铁磁层、钉扎铁磁层、隧穿层、自由铁磁层进行退火工艺处理；(c) 退火工艺处理完毕沉积顶电极层。

作为本发明的进一步改进：所述的底电极层、反铁磁层、钉扎铁磁层、隧穿层、自由铁磁层、顶电极层利用溅射法沉积。

作为本发明的进一步改进：退火工艺加热温度在280~330℃，并缓慢冷却所制备的薄膜，并且退火工艺过程中将5000Oe~6000Oe磁场施加到所制备的薄膜。

作为本发明的进一步改进：所述的底电极层为双层结构，双层结构为Ta/Cu。

作为本发明的进一步改进：所述的反铁磁层为FeMn或IrMn或PtMn中的一种。

作为本发明的进一步改进：所述的钉扎铁磁层为为三层结构，三层结构为CoFe/Ru/CoFeB。

作为本发明的进一步改进：所述的隧穿层包括但不限于MgO或AlO。

作为本发明的进一步改进：所述的自由铁磁层CoFeB。

作为本发明的进一步改进：所述的顶电极层为三层结构，三层结构为Ru/Ta/Cu。

本发明的有益效果是：本发明制备的隧道结薄膜避免顶电极层与自由铁磁层间的扩散，其重复性好、稳定性高、能够提高磁电阻效应，能够满足产品使用要求；本发明的磁性随机存储器被广泛应用于军事、民事等领域，其结构为具有隧道结磁电阻效应的磁性隧道结，为了进一步提高磁性随机存储器的存储密度，极大提高隧道结的磁电阻效应。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明。

一种提高隧道结薄膜磁电阻效应的制备方法，包括如下步骤：(a)在基底上依次沉积底电极层、反铁磁层、钉扎铁磁层、隧穿层、自由铁磁层；(b)对制备的底电极层、反铁磁层、钉扎铁磁层、隧穿层、自由铁磁层进行退火工艺处理；(c) 退火工艺处理完毕沉积顶电极层。

所述的底电极层、反铁磁层、钉扎铁磁层、隧穿层、自由铁磁层、顶电极层利用溅射法沉积。

退火工艺加热温度在280~330℃，并缓慢冷却所制备的薄膜，并且退火工艺过程中将5000Oe~6000Oe磁场施加到所制备的薄膜。

所述的底电极层为双层结构，双层结构为Ta/Cu。

所述的反铁磁层为FeMn或IrMn或PtMn中的一种。

所述的钉扎铁磁层为为三层结构，三层结构为CoFe/Ru/CoFeB。

所述的隧穿层包括但不限于MgO或AlO。

所述的自由铁磁层CoFeB。

所述的顶电极层为三层结构，三层结构为Ru/Ta/Cu。