基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法，包括：半金属氧化物自由层；绝缘氧化物隧穿层，位于所述半金属氧化物参考层之上；半金属氧化物参考层，位于所述绝缘氧化物隧穿层之上；其中，所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层的半金属氧化物材料均为钴酸镍材料，且所述半金属氧化物参考层的厚度大于所述半金属氧化物自由层的厚度，以使所述磁隧道结的阻值在外部磁场的作用下发生改变。采用本发明专利技术的制备方法制备得到的磁隧道结材料具有更高的磁阻率和更快的响应速度，功耗更低，而且制备工艺简单，符合当今磁隧道结存储与传感器件小型化、高性能、高响应速率、低功耗的发展需求。低功耗的发展需求。低功耗的发展需求。

【技术实现步骤摘要】
基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法


[0001]本申请涉及于磁性薄膜功能材料领域，特别是涉及一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法。

技术介绍

[0002]具有垂直磁各向异性的磁性隧道结有望作为下一代固态高密度非易失性存储器件以及高灵敏磁传感器的关键部件，具有高灵敏，高速响应及低功耗的特点。在用于测量外部磁场时，磁阻率的大小决定着磁隧道结的灵敏度，而响应速度更影响着磁隧道结的工作频段。然而随着研究的不断深入，目前传统的金属基磁性隧道结存在磁阻率提升面临瓶颈（大多不超过200 %），响应速度有待提高（GHz频率）。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对现有技术中的低磁阻率、低响应速度问题提供一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法。
[0004]为了实现上述目的，一方面，提供了一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结，包括：半金属氧化物自由层；绝缘氧化物隧穿层，位于所述半金属氧化物自由层之上；半金属氧化物参考层，位于所述绝缘氧化物隧穿层之上；其中，所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层的半金属氧化物材料均为钴酸镍材料，且所述半金属氧化物参考层的厚度大于所述半金属氧化物自由层的厚度，以使所述磁隧道结的阻值在外部磁场的作用下发生改变。
[0005]在其中一个实施例中，当所述半金属氧化物自由层的厚度小于第一阈值且所述半金属氧化物参考层的厚度大于第二阈值时，所述半金属氧化物参考层对应的矫顽磁场为第一矫顽磁场；其中，当所述外部磁场的磁场强度绝对值小于所述第一矫顽磁场的磁场强度的一半时，所述磁隧道结的电阻与所述外部磁场的磁场强度线性相关。
[0006]在其中一个实施例中，当所述半金属氧化物自由层的厚度大于第三阈值且所述半金属氧化物参考层的厚度大于第四阈值时，所述半金属氧化物自由层对应的矫顽磁场为第二矫顽磁场，所述半金属氧化物参考层对应的矫顽磁场为第三矫顽磁场，所述第三矫顽磁场的磁场强度大于所述第二矫顽磁场的磁场强度；其中，所述半金属氧化物参考层在大于所述第三矫顽磁场的外部磁场作用下发生磁化，以使所述磁隧道结处于第一阻态，其中，所述第一阻态为低阻态和高阻态中的一种。
[0007]在其中一个实施例中，若所述磁隧道结处于所述第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向维持不变，则所述磁隧道结的阻态维持不变；若所述磁隧道结处于第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向反向且小于所述第二矫顽磁场的磁场强度，则所述磁隧道结的阻态维持不变；若所述磁隧道结处于第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向反向且大于所述第二
矫顽磁场的磁场强度，所述磁隧道结的阻态为第二阻态，所述第二阻态为所述低阻态和所述高阻态中的另一种。
[0008]在其中一个实施例中，所述绝缘氧化物隧穿层为铝酸镁层。
[0009]在其中一个实施例中，还包括衬底层，所述半金属氧化物自由层位于所述衬底层之上。
[0010]在其中一个实施例中，所述衬底层、所述半金属氧化物自由层、所述绝缘氧化物隧穿层以及所述半金属氧化物参考层均为晶面指数为（001）取向的单晶外延薄膜层。
[0011]在其中一个实施例中，所述半金属氧化物参考层的厚度与所述半金属氧化物自由层的厚度的差值大于或等于10nm。
[0012]另一方面，还提供了一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结的制备方法，包括如下步骤：提供衬底层；于所述衬底层上形成半金属氧化物自由层；于所述半金属氧化物自由层上形成绝缘氧化物隧穿层；于所述绝缘氧化物隧穿层上形成半金属氧化物参考层；其中，所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层的半金属氧化物材料均为钴酸镍材料，且所述半金属氧化物参考层的厚度大于所述半金属氧化物自由层的厚度，以使所述磁隧道结的阻值在外部磁场的作用下发生改变。
[0013]在其中一个实施例中，所述于所述衬底层上形成半金属氧化物自由层，包括：采用固相烧结法获取所述半金属氧化物自由层的陶瓷靶材；基于所述半金属氧化物自由层的陶瓷靶材以及磁控溅射法形成所述半金属氧化物自由层。
[0014]上述基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法，通过依次形成半金属氧化物自由层、绝缘氧化物隧穿层以及半金属氧化物参考层，其中，所述半金属氧化物参考层的厚度大于所述半金属氧化物自由层的厚度，可以使所述磁隧道结在垂直于所述隧道结表面的磁场作用下发生阻态的改变，达到了通过所述磁隧道结的阻态变化对垂直于所述隧道结表面的磁场的大小和方向进行测量的效果，且所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层采用相同的半金属亚铁磁氧化物材料，可以充分利用所述半金属氧化物材料的高自旋极化率特性和亚铁磁高频工作特性，有利于提高所述磁隧道结的磁阻率和对磁场变化的响应速度，提高磁场测量的灵敏性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为一实施例中提供的一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结的结构图；图2为另一实施例中提供的一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结的结构图；
图3为一实施例中提供的一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结用于测量磁场时的连接图；图4为作为磁传感应用时磁隧道结的电阻
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磁场关系特性图；图5为作为磁存储应用时磁隧道结的电阻
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磁场关系特性图；图6为一实施例中提供的磁隧道结的制备方法流程图；图7为NiCo2O4/ MgAl2O4/ NiCo2O4磁隧道结的X射线衍射θ~2θ扫描图。
具体实施方式
[0017]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
[0018]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0019]应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结，其特征在于，包括：半金属氧化物自由层；绝缘氧化物隧穿层，位于所述半金属氧化物自由层之上；半金属氧化物参考层，位于所述绝缘氧化物隧穿层之上；其中，所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层的半金属氧化物材料均为钴酸镍材料，且所述半金属氧化物参考层的厚度大于所述半金属氧化物自由层的厚度，以使所述磁隧道结的阻值在外部磁场的作用下发生改变。2.根据权利要求1所述的磁隧道结，其特征在于，当所述半金属氧化物自由层的厚度小于第一阈值且所述半金属氧化物参考层的厚度大于第二阈值时，所述半金属氧化物参考层对应的矫顽磁场为第一矫顽磁场；其中，当所述外部磁场的磁场强度的绝对值小于所述第一矫顽磁场的磁场强度的一半时，所述磁隧道结的电阻与所述外部磁场线性相关。3.根据权利要求1所述的磁隧道结，其特征在于，当所述半金属氧化物自由层的厚度大于第三阈值且所述半金属氧化物参考层的厚度大于第四阈值时，所述半金属氧化物自由层对应的矫顽磁场为第二矫顽磁场，所述半金属氧化物参考层对应的矫顽磁场为第三矫顽磁场，所述第三矫顽磁场的磁场强度大于所述第二矫顽磁场的磁场强度；其中，所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层在大于所述第三矫顽磁场的磁场作用下发生磁化，以使所述磁隧道结处于第一阻态，其中，所述第一阻态为低阻态和高阻态中的一种。4.根据权利要求3所述的磁隧道结，其特征在于，若所述磁隧道结处于所述第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向维持不变，则所述磁隧道结的阻态维持不变；若所述磁隧道结处于第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向反向且小于所述第二矫顽磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，田兵，李立浧，刘仲，吕前程，骆柏锋，尹旭，张佳明，王志明，陈仁泽，徐振恒，韦杰，谭则杰，林秉章，樊小鹏，孙宏棣，林力，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：