磁性隧道结

摘要： 利用新型材料器件发展类脑计算硬件研究的关键问题是发展出合适的算法,能够发挥新器件的特点和优势.群体编码是生物神经系统常见的编码方式,能够有效去除噪音,实现短时程记忆及复杂的非线性映射功能.本文选择自旋电子学器件中研究较多、工艺较成熟的磁性隧道结,应用其可调控的随机动力学实现群体编码.作为一个应用的例子,超顺磁隧道结构建的二层脉冲神经网络成功完成了鸢尾花数据集的无监督聚类.数值仿真表明基于磁性隧道结的群体编码可以有效对抗器件的非均一性,为类脑计算硬件研究提供重要的参考.

摘要： 磁性隧道结经过结构优化和性能提升已成功应用于磁存储、磁传感、磁逻辑等多种自旋电子学器件中.磁传感是利用磁性隧道结的自由层和钉扎层之间特殊的磁结构来实现隧穿磁电阻(TMR)随外加磁场变化而呈现的线性输出.迄今为止,人们基于MgO磁性隧道结已经研发出五种TMR线性传感单元,分别是人工间接双交换耦合型、磁场偏置型、面内/面外垂直型、超顺磁型的TMR线性传感单元.本文梳理了这五种TMR线性传感单元并对它们的磁传感性能进行了系统比较,为人们探索和发现磁敏传感器的相关应用提供了帮助.

摘要： 回顾从首款商用磁随机存取存储器(MRAM)芯片面世以来国际上对MRAM芯片辐射效应的研究;总结MRAM总剂量电离效应和单粒子效应辐照试验研究结果,以及辐射效应导致MRAM读写错误的物理机制;分析辐射效应对磁性隧道结结构和性能的影响,并指出MRAM应当针对外围电路、存储单元晶体管和磁性隧道结等处不同类型辐射效应进行对应的抗辐射加固;最后从材料和工艺方面简要介绍MRAM加固方法.

摘要： MgO基磁性隧道结是自旋电子器件研究的热点问题,其温度特性和偏压特性在实际应用中极其重要.因此,亟需在理论上计算得到MgO基磁性隧道结的温度-偏压相图.本文构建了适用于单晶势垒层磁性隧道结的理论.该理论将单晶势垒层视作周期性光栅,利用光学衍射理论处理势垒层对隧穿电子的衍射,因此可以很好地计入隧穿电子波的相干性.根据此理论,同时计入温度和偏压的影响计算了MgO基磁性隧道结的温度-偏压相图.理论结果表明,通过调节MgO基磁性隧道结的铁磁电极半交换劈裂能D、化学势μ以及势垒层周期势v(Kh)可以优化其温度特性和偏压特性.该结果为MgO基磁性隧道结的应用提供了坚实的理论基础.

摘要： 基于传统光学衍射理论构建了适用于单晶势垒层磁性隧道结的理论模型.该理论模型将单晶势垒层视作周期性的衍射光栅,所以可以计入单晶势垒层对隧穿电子散射产生的相干性.利用此理论,研究了单晶二维材料势垒层磁性隧道结的温度效应.理论结果表明,由于隧穿电子波为势垒层散射而具有强相干性,所以隧穿电阻和TMR会随温度非单调变化.这解释了已有的实验结果,并阐明了其物理机制.此外,还研究了晶格畸变对单晶二维材料势垒层磁性隧道结温度特性的影响.这些研究结果为优化单晶二维材料势垒层磁性隧道结的温度特性奠定了坚实的理论基础.

摘要： 本文基于电子密度泛函理论计算和非平衡态格林函数技术研究了具有三明治结构的磁性隧道结构(非极化SrTiO_(3)薄层被夹在两个赫斯勒合金Co_(2) MnSi电极之间)的自旋极化输运特性.理论计算结果清楚地表明磁平行组态的磁性隧道结呈现出几乎完美的自旋过滤效应.磁反平行组态的隧穿系数比磁平行组态的隧穿系数小几个数量级,导致体系的磁阻比高达10^(6).电子结构计算分析表明该磁性隧道结的巨磁阻效应源自赫斯勒合金Co_(2)MnSi电极内在的半金属性、以及阻挡层和电极之间界面处过渡金属原子3d电子的显著自旋极化.

摘要： 基于Bethe理论和双束近似方法,构建了适用于单晶势垒层磁性隧道结的理论模型.该理论模型将单晶势垒层视作周期性光栅,因而可以充分地计入隧穿电子的相干性.进一步地,利用该理论计算了以单晶二维材料作为势垒层的磁性隧道结的偏压效应.根据计算结果,讨论了铁磁电极对偏压效应的影响以及偏压对厚度效应的影响.研究表明,由于单晶周期性势垒对隧穿电子散射导致透射电子波具有相干性,隧穿电导和TMR将随偏压振荡,且振荡的周期随铁磁电极半交换劈裂能的增大而增大.此外,研究结果还发现,当偏压低于100 mV时,偏压对隧穿磁阻效应的影响很小;当偏压显著增大时,隧穿电导和TMR随势垒层厚度振荡的振幅和频率均随之减小.

摘要： Co基Heusler合金通常具有远高于室温的居里温度、高自旋极化率、低磁阻尼因子,且与GaAs、MgO等衬底均具有良好的晶格匹配度,在磁性隧道结、自旋阀、磁传感器等自旋电子学器件中展示出潜在的应用前景,受到广泛的关注。首先介绍Co基Heusler合金的结构特征、磁性和半金属性等性质,综述近年来研究人员通过替换元素、调整原子有序度或化学计量比等手段调控其物理性质方面的研究成果。随后,阐述其在自旋电子学器件中的应用,着重介绍其作为插层,在优化L1_(0)-MnAl基磁性隧道结性质中起到的作用。最后,重点探讨新近发现并引起关注的磁性Weyl半金属Co_(2) MnGa的磁学和输运性质,展望拓扑非平庸电子态的引入对Co基Heusler合金应用的提升和拓展。

摘要： 基于微磁学软件MuMax3,我们研究了外磁场下不同几何形状的磁性纳米环(Ni80Fe20)的磁化翻转过程,除了预期的洋葱态和漩涡磁化状态外,在磁化过程中还观察到其它亚稳态。通过磁矩翻转相图和能量密度关系,分析了不同磁化状态的形成和跃迁,以及磁矩翻转过程中畴壁的传播和湮灭。我们进一步研究了极化电流驱动Ni80Fe20/Cu/Ni80Fe20磁性隧道结中磁矩翻转的过程,研究发现,纳米环隧道结磁矩翻转的电流密度为3.4 ×107 A/cm2,临界电流密度大小为传统隧道结的0.63倍,两者的磁矩翻转时间大致相同,约为1000 ps。

摘要： 我们采用磁控溅射设备Nordiko 2000,利用自然氧化金属镁和直接溅射氧化镁靶等方法研制MgO势垒层。实验表明,采用自然氧化方法制备MgO势垒层,金属镁层厚度、氧气气流和氧化时间与磁性隧道结的TMR值密切相关。镁层6.24A,氧气流量2sccm和时间80秒时,磁性隧道结的TMR值可以达到53％.利用单晶氧化镁靶直接溅射制备的MgO势垒层,靶材与衬底之问的间距是获得(001)面MgO薄膜层的关键因素.当靶材与衬底间距为5cm时,磁性隧道结TMR值可以达到153％.靶材与衬底间距在6-10cm之间时,MgO薄膜为非晶态,该条件溅射MgO势垒层所制备的磁性隧道结的TMR值为零。

摘要： 全面回顾和总结了磁性隧道结中自旋相关的隧穿这一研究领域的理论和实验方面的最新研究进展。讨论了影响磁性隧道结的自旋极化和隧穿磁电阻的各种因素及反映铁磁层和铁磁/绝缘层界面电子结构在隧穿中重要作用的理论模型和近期实验,同时也讨论了绝缘势垒和铁磁/绝缘层界面中的无序性在隧穿过程中对自旋极化与磁电阻效应的影响。

摘要： 利用磁控溅射和光刻去胶法制备了结区面积为20×40μm的磁性隧道结(MTJ),室温下隧穿磁电阻(TMR)比值为28.7﹪,结电阻和结面积的积矢(RS)为4068Ωμm.经过退火处理后,室温磁电阻达到49.1﹪,RS为6325Ωμm,自出层的反转场为50Oe.结果表明,这种利用光刻去胶法制备的钉扎型磁性隧道结可以用于制备磁随机存储器(MRAM)的存储单元或其它磁敏传感器的探测单元.

摘要： 采用磁控溅射,紫外线光刻和离子束刻蚀制备了LaCaMnO/EuCuO/LaCaMnO磁性隧道结.通过对获得的磁性隧道结的I-V特性测量,本文发现非线性的I-V特性,显示结样品的隧穿特性.有趣的是,本文发现在电极材料LaCaMnO的金属-绝缘体转变温度(T)以下,I-V曲线出现一个跳变.随着温度降低,开始出现跳动变的临界电流增大,但是跳变都发生在同样的电压下~209mV.当电流增大或减小在跳变点附近出现回滞.这一跳变只发生在铁磁金属态,表明这是一个磁性相关联的效应,可能对应一种新的磁性开关过程.虽然,目前对这一现象背后的物理机理还不清楚,但是,这一现象有可能在未来自旋电子学器件方面具有潜在的应用价值.

摘要： 利用金属掩膜法优化了制备磁性隧道结的实验和工艺条件,金属掩膜的狭缝宽度为100μm.采用4nm厚的CoFe为铁磁电极和1nm或0.8nm厚的铝氧化物为势垒膜,可直接制备出室温磁电阻比值为30~48的磁性隧道结.例如,一个结晶面积为100μm×100μm的磁性隧道结,其室温磁电阻达到41.5﹪,而结电阻为1.87Ω,结电阻和结面积的积矢为18.7kΩμm,自由层的偏转场为6.2Oe,并且在外加磁场4.6和6.2Oe之间时室温磁电阻比值从0.5﹪跳跃增加到33.5﹪,磁场灵敏度达到20.6﹪/Oe.

摘要： 采用RF反应溅射法制备了室温下TMR值达6.5﹪的NiFe/AlO/Co磁性隧道结.样品制备采用一系列的掩模,AlO层的制备采用RF反应溅射并原位热氧化方法,隧道结的面积为0.2mm×0.2mm.样品的I-V特性曲线说明了样品中隧道效应的存在,利用XPS分析了样品界面特性及样品成分随膜厚的变化.

摘要： 我们用掩膜法制备了FeCo/Al203/Co磁性隧道结,在室温下其制备的隧穿磁电阻为8.7﹪,经过200□的退火,磁电阻上升到13.8﹪;用TEM观察其结构的变化,发现在退火后Al203层变薄,电阻值略有下降.另外电子全息的结果显示制备态势垒的不对称性来自底层CoFe在Al层氧化时不可避免的被氧化.

摘要： 通过优化制备磁性隧道结的实验和光刻工艺条件,制备出具有室温高磁电阻和低电阻的高质量磁性隧道结,300°C退火前后其室温磁电阻比值、结电阻、结电阻和结面积的积矢及自由层的偏转场分别达到22﹪和50﹪、31和41Ω、3100和4100Ωμm、26和23.5Oe.退火前外加磁场在21.3和26.0 Oe之间增加时室温磁电阻比值从4.5﹪跳跃增加到20.6﹪,磁场灵敏度达到3.4﹪/Oe;300°C退火1小时后外加磁场在20.0和23.5 Oe之间增加时室温磁电阻比值从5.8﹪跳跃增加到48.0﹪,磁场灵敏度达到12.1﹪/Oe.退火有效地减小了自由层的偏转场,提高了磁电阻比值和磁场灵敏度.结果表明,这种采用光刻法制备的、具有上述特性的磁性隧道结可用于研制磁动态随机存储器和其它磁敏传感器件.

摘要： 利用金属掩膜法,优化了制备磁性隧道结的实验和工艺条件,同时利用狭缝宽度为100μm的金属掩膜直接制备出室温磁电阻比值为41.5﹪的磁性隧道结,其结电阻为1.87Ω,结电阻和结面积的积矢为1.87×10Ωμm,自由层的偏转场为6.2Oe,并且在外加磁场4.6和6.2Oe之间时室温磁电阻比值从0.5﹪跳跃增加到33.5﹪,磁场灵敏度达到20.6﹪/Oe.结果表明,这种金属掩膜法制备的磁性隧道结可用于磁敏传感器件.

摘要： 本文利用原子力显微镜(AtomicForceMicroscope(AFM))和扫描电镜(ScanElectronMicroscope(SEM))对磁存储器(MagneticRandomAccessMemory(MRAM))驱动电路与存储单元--磁性隧道结(MTJ)的连接界面的表面平坦化进行了研究.原子力显微镜照片表明:磁控溅射沉积的金属铝膜的表面由尺寸约为300nm的颗粒组成,其表面粗糙度约为几十纳米的量级,用统计平均值(均方根值RootMeanSquare(RMS))描述约为10nm;在铝膜的表面沉积一层难溶金属Ti或Ta膜以后,可很好地改善过渡层金属表面的平坦化效果.通过用化学机械平坦化设备(ChemicaiMechanicalPlanarization(CMP))在小压力和低转速的条件下可使过渡层金属表面的RMS值达到＜1nm的平坦化效果.扫描电镜照片的结果也显示:利用光刻胶平坦化,然后通过调节反应离子刻蚀的条件,使刻蚀的过程中对氧化硅和光刻胶的刻蚀速率相等,去掉光刻胶,达到平坦化整个芯片表面的效果.

摘要： 本发明构思提供了用于磁隧道结(MTJ)器件的磁性结构、磁隧道结器件和磁性随机存取存储器，其中所述磁性结构包含：自由层，隧道势垒层，参考层，硬磁层，以及设置在硬磁层与参考层之间的中间层堆叠体，该中间层堆叠体包含第一铁磁亚层、第二铁磁亚层和非磁性隔片亚层，其中非磁性隔片亚层设置在第一铁磁亚层与第二铁磁亚层之间并与它们接触，该非磁性隔片亚层适合提供第一铁磁亚层的磁化和第二铁磁亚层的磁化的铁磁耦合，其中参考层的磁化方向通过硬磁层和中间层堆叠体固定。本发明构思通过引入中间层堆叠体实现了用于MTJ器件的热稳健磁性结构。

摘要： 本发明揭示一种在形成磁性隧道结时所使用的方法，其包括：在磁电极材料上方形成非磁隧道绝缘体材料。所述隧道绝缘体材料包括MgO且所述磁电极材料包括Co及Fe。B接近所述隧道绝缘体材料及所述磁电极材料的对向表面。在所述磁电极材料及所述隧道绝缘体材料中的至少一者的侧壁上方形成B吸收材料。将B从接近所述对向表面处横向吸收到所述B吸收材料中。本发明揭示其它实施例，其包含与制造方法无关的磁性隧道结。

摘要： 本发明提供了一种磁性隧道结的参考层的制备方法、磁性隧道结的制备方法。该磁性隧道结的参考层的制备方法包括采用沉积工艺设置参考层的各膜层，采用等离子体处理各膜层中的一层或多层，以及对等离子体处理后的各膜层中的一层或多层进行退火处理。利用退火处理对等离子体处理之后的一层或多层膜层进行原位热处理，进而减少或者消除等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善参考层的表面特性，进而提高具有该参考层的磁性隧道结的综合性能，比如提高磁性隧道结的TMR值，降低其RA值。

摘要： 本发明提供了一种磁性隧道结的自由层的制备方法及磁性隧道结的制备方法。该磁性隧道结的自由层的制备方法包括采用沉积工艺设置自由层的各膜层，采用第一等离子体处理各膜层中的一层或多层，以及对第一等离子体处理后的各膜层中的一层或多层进行第一退火处理。利用第一退火处理对第一等离子体处理之后的一层或多层膜层进行原位热处理，进而减少或者消除第一等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善自由层的表面特性，进而提高具有该自由层的磁性隧道结的综合性能，比如提高磁性隧道结的TMR值，降低其RA值。

摘要： 所公开的MTJ读取电路包括耦合到读取路径的电流导引元件。在电流导引元件的第一节点处，保持成比例的较大电流以满足可靠的电压或电流感测的要求。在电流导引元件的第二节点处，保持成比例的较小电流，该较小电流流过MTJ结构。第一节点处的电流与第二节点处的电流成比例，从而对第一节点处的电流进行感测推断出第二节点处的电流，第二节点处的电流受MTJ电阻值的影响。本申请的实施例还涉及磁性隧道结读取电路、装置以及读取磁性隧道结的方法。

摘要： 本申请公开了一种环形磁性隧道结单元和制备环形磁性隧道结单元的方法。上述环形磁性隧道结单元包括下电极、环形磁性隧道结和上电极，环形磁性隧道结设置在下电极的上方，上电极设置在环形磁性隧道结的上方，其中该环形磁性隧道结单元还包括设置在上电极与环形磁性隧道结之间的导电连接层。上述的环形磁性隧道结单元中，在环形磁性隧道结与上电极之间增设了一层导电连接层。在上电极的形成过程中，这层导电连接层能够使上电极的对准过程中具有相对较大的参照尺寸。而且，即使上电极在对准过程中发生轻微偏离，这层导电连接层也能够在上电极与环形磁性隧道结上表面之间形成导电通路，从而防止二者之间出现开路的情况。

摘要： 本发明揭示一种在形成磁性隧道结时所使用的方法，其包括：在磁电极材料上方形成非磁隧道绝缘体材料。所述隧道绝缘体材料包括MgO且所述磁电极材料包括Co及Fe。B接近所述隧道绝缘体材料及所述磁电极材料的对向表面。在所述磁电极材料及所述隧道绝缘体材料中的至少一者的侧壁上方形成B吸收材料。将B从接近所述对向表面处横向吸收到所述B吸收材料中。本发明揭示其它实施例，其包含与制造方法无关的磁性隧道结。

摘要： 本发明实施例提供一种磁性隧道结和磁性隧道结传感器，属于传感器技术领域。所述磁性隧道结包括：依次层叠设置的第一电极层、第一磁性层、隧穿势垒层、第二磁性层和第二电极层；其中，所述隧穿势垒层的材料与所述第一磁性层和所述第二磁性层的材料的晶格失配度低于1％。通过本发明实施例，可以减少磁性层和势垒层之间的界面位错和势垒缺陷，增加磁性隧道结的TMR值，提高磁性隧道结的灵敏度以及温度的稳定性。

摘要： 一种磁性隧道结及基于磁性隧道结的NSOT‑MRAM装置，包括磁性固定层、反铁磁自由层、绝缘层和缓冲层；绝缘层位于磁性固定层和反铁磁自由层之间，一层缓冲层位于绝缘层与磁性固定层之间，另一缓冲层位于绝缘层与反铁磁自由层之间；磁性固定层和反铁磁自由层的磁化方向垂直指向面外或平行于面内。本发明的器件工作频率高，在THz量级，远高于基于铁磁性自由层的MRAM装置的工作频率。

摘要： 所公开的MTJ读取电路包括耦合到读取路径的电流导引元件。在电流导引元件的第一节点处，保持成比例的较大电流以满足可靠的电压或电流感测的要求。在电流导引元件的第二节点处，保持成比例的较小电流，该较小电流流过MTJ结构。第一节点处的电流与第二节点处的电流成比例，从而对第一节点处的电流进行感测推断出第二节点处的电流，第二节点处的电流受MTJ电阻值的影响。本申请的实施例还涉及磁性隧道结读取电路、装置以及读取磁性隧道结的方法。