磁性隧道结及其制备方法、隧道磁器件与流程

本申请涉及磁传感器，尤其涉及隧道磁电阻技术。

背景技术：

1、磁传感器能够感知与磁现象有关的物理量的变化，并将其转变为电信号进行检测，从而直接或间接地探测磁场大小、方向、位移、角度、电流等物理信息，广泛应用于信息、电机、电力电子、能源管理、汽车、磁信息读写、工业自动控制及生物医学等领域。主流的磁传感器仍然是半导体霍尔器件，但其本身存在的灵敏度低、容易受应力和温度影响、响应频率低以及功耗大的缺点，使其主导地位正不断受到磁电阻传感器的冲击。

2、目前，隧道磁电阻技术(tmr)集各向异性磁电阻技术(amr)的高灵敏度和巨磁电阻技术(gmr)宽动态范围优点于一体，在各类磁传感器技术中表现出无可比拟的技术优势，其各项性能指标均远优于其他类型的传感器。在磁性隧道结材料中，tmr的工作机理是自旋相关的隧穿效应。磁性隧道结材料的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层的三明治结构。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。因此，铁磁层是磁性隧道结材料中的核心材料，其性能直接影响磁性隧道结材料的灵敏度。然而，现有的铁磁层的性能仍然不够理想，磁性隧道结材料的灵敏度仍然不够高。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种磁性隧道结及其制备方法、隧道磁器件，以解决磁性隧道结材料的灵敏度不够高的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种磁性隧道结，所述磁性隧道结包括衬底，以及在所述衬底上层叠设置的：

3、缓冲层；

4、第一铁磁层；

5、绝缘势垒层；

6、第二铁磁层；

7、钉扎层，

8、其中，所述第一铁磁层的材料和所述第二铁磁层的材料均为co2feal。

9、在本申请的一些实施例中，所述钉扎层包括：

10、设置在所述第二铁磁层上的第三铁磁层，所述第三铁磁层的材料为铁钴合金；

11、设置在所述第三铁磁层上的反铁磁层，所述反铁磁层的材料为irmn。

12、在本申请的一些实施例中，所述磁性隧道结还包括设置在所述钉扎层上的保护层。

13、在本申请的一些实施例中，所述衬底的材料为氧化镁单晶；和/或，

14、所述缓冲层的材料为mgo；和/或，

15、所述绝缘势垒层的材料为mgo；和/或，

16、所述保护层的材料为ta；和/或，

17、所述缓冲层的厚度为5～30nm；和/或，

18、所述第一铁磁层的厚度为10～40nm；和/或，

19、所述绝缘势垒层的厚度为2～5nm；和/或，

20、所述第二铁磁层的厚度为5～10nm；和/或，

21、所述第三铁磁层的厚度为0.5～2nm；和/或，

22、所述反铁磁层的厚度为5～15nm；和/或，

23、所述保护层的厚度为2～10nm。

24、第二方面，本申请实施例提供一种磁性隧道结的制备方法，所述磁性隧道结的制备方法包括如下步骤：

25、提供衬底，在衬底上沉积缓冲层；

26、在所述缓冲层上沉积co2feal以形成第一铁磁层；

27、在所述第一铁磁层上沉积绝缘势垒层；

28、在所述绝缘势垒层上沉积co2feal以形成第二铁磁层；

29、在所述第二铁磁层上沉积钉扎层，得到预制隧道结材料；

30、将所述预制隧道结材料在预定温度下退火，得到所述磁性隧道结。

31、在本申请的一些实施例中，所述在所述第二铁磁层上沉积钉扎层，包括如下步骤：

32、在所述第二铁磁层上沉积铁钴合金以形成第三铁磁层；

33、在所述第三铁磁层上沉积irmn以形成反铁磁层。

34、在本申请的一些实施例中，所述磁性隧道结的制备方法还包括如下步骤：

35、在所述钉扎层上沉积保护层。

36、在本申请的一些实施例中，所述衬底的材料为氧化镁单晶；和/或，

37、所述缓冲层的材料为mgo；和/或，

38、所述绝缘势垒层的材料为mgo；和/或，

39、所述保护层的材料为ta；和/或，

40、所述缓冲层的厚度为5～30nm；和/或，

41、所述第一铁磁层的厚度为10～40nm；和/或，

42、所述绝缘势垒层的厚度为2～5nm；和/或，

43、所述第二铁磁层的厚度为5～10nm；和/或，

44、所述第三铁磁层的厚度为0.5～2nm；和/或，

45、所述反铁磁层的厚度为5～15nm；和/或，

46、所述保护层的厚度为2～10nm。

47、在本申请的一些实施例中，所述在衬底上沉积缓冲层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为100～300℃，射频电源的功率为50～100w；和/或，

48、所述在所述缓冲层上沉积co2feal以形成第一铁磁层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为650～750℃，直流电源的功率为10～30w；和/或，

49、所述在所述第一铁磁层上沉积绝缘势垒层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为100～300℃，射频电源的功率为50～100w；和/或，

50、所述在所述绝缘势垒层上沉积co2feal以形成第二铁磁层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为650～750℃，直流电源的功率为10～30w；和/或，

51、所述在所述第二铁磁层上沉积铁钴合金以形成第三铁磁层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为550～750℃，直流电源的功率为5～20w；和/或，

52、所述在所述第三铁磁层上沉积irmn以形成反铁磁层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为300～500℃，直流电源的功率为5～20w；和/或，

53、所述在所述钉扎层上沉积保护层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为600～800℃，直流电源的功率为5～20w；和/或，

54、所述预定温度为300～800℃。

55、第三方面，本申请实施例提供一种隧道磁器件，所述隧道磁器件包括第一方面任一实施例所述的磁性隧道结，或者由第二方面任一实施例所述的方法制备得到的磁性隧道结。

56、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

57、本申请实施例提供的磁性隧道结，以co2feal作为第一铁磁层和所述第二铁磁层的材料，co2feal具有高的自旋极化率、低的阻尼系数，可以使磁性隧道结具有高的灵敏性。

技术特征：

1.一种磁性隧道结，其特征在于，所述磁性隧道结包括衬底，以及在所述衬底上层叠设置的：

2.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述钉扎层包括：

3.根据权利要求2所述的磁性隧道结，其特征在于，所述磁性隧道结还包括设置在所述钉扎层上的保护层。

4.根据权利要求3所述的磁性隧道结，其特征在于，所述衬底的材料为氧化镁单晶；和/或，

5.一种磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述磁性隧道结的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述在所述第二铁磁层上沉积钉扎层，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述磁性隧道结的制备方法还包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述衬底的材料为氧化镁单晶；和/或，

9.根据权利要求8所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述在衬底上沉积缓冲层，沉积方式为磁控溅射，沉积室的气压为10-5～10-1pa，衬底温度为100～300℃，射频电源的功率为50～100w；和/或，

10.一种隧道磁器件，其特征在于，所述隧道磁器件包括权利要求1～4中任意一项所述的磁性隧道结，或者由权利要求5～9中任意一项所述的方法制备得到的磁性隧道结。

技术总结本申请涉及一种磁性隧道结，所述磁性隧道结包括衬底，以及在所述衬底上层叠设置的：缓冲层；第一铁磁层；绝缘势垒层；第二铁磁层；钉扎层，其中，所述第一铁磁层的材料和所述第二铁磁层的材料均为Co<subgt;2</subgt;FeAl。本申请以Co<subgt;2</subgt;FeAl作为第一铁磁层和所述第二铁磁层的材料，Co<subgt;2</subgt;FeAl具有高的自旋极化率、低的阻尼系数，可以使磁性隧道结具有高的灵敏性。技术研发人员：李径亮,吴小龙,常晨,刘丹丹,刘贤龙受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23