專利名稱：一種磁隧道結(jié)氧化鋁隧穿層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁性材料與元器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及磁記錄技術(shù)，具體涉及一種磁隧道 結(jié)氧化鋁隧穿層的制備方法。
背景技術(shù)：
磁隧道結(jié)一般由兩層鐵磁金屬薄膜層之間夾入一層超薄的絕緣薄膜構(gòu)成。其基 本結(jié)構(gòu)為鐵磁層Fl/絕緣薄膜層(隧穿層)/鐵磁層F2，如圖1所示。在一定的電壓作用 下電流通過隧穿層時(shí)會(huì)產(chǎn)生隧穿電子，當(dāng)兩鐵磁層磁化方向不同時(shí)，會(huì)對(duì)通過磁隧道結(jié)的 隧穿電子產(chǎn)生不同的散射，而使磁隧道結(jié)呈現(xiàn)不同的電阻值(當(dāng)兩鐵磁層平行時(shí)磁隧道結(jié) 呈現(xiàn)低阻態(tài)，而當(dāng)兩鐵磁層反平行時(shí)隧道結(jié)呈現(xiàn)高阻態(tài))，該電阻值的變化率稱為隧穿磁阻
尺一 -R
TMR( TMR=^I^^1x100% )。由于磁隧道結(jié)具有大的TMR值、高的磁場(chǎng)靈敏度，是目
〖低阻
前磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器主要選擇的單元結(jié)構(gòu)。在磁隧道結(jié)中，最關(guān)鍵的為其中絕緣薄膜層也就 是隧穿層的制備。目前隧穿層一般選擇氧化鋁或氧化鎂材料，且厚度在25人以下，只有當(dāng) 隧穿層完全氧化時(shí)才能產(chǎn)生最大的TMR。目前制備氧化鋁隧穿層均采用將金屬Al層氧化 形成氧化鋁，采用的氧化方法包括自然氧化、熱氧化、等離子氧化、離子束氧化等，而最常用 的為等離子氧化法。從實(shí)驗(yàn)報(bào)道來看，一般采用在氧氬比為1 2混合氣體中利用等離子 氧化將厚度小于25人的金屬Al氧化為氧化鋁。但采用這種方法制備氧化鋁時(shí)，不易生成 化學(xué)計(jì)量的Al2O3，很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)欠氧化或過氧化的狀態(tài)，使TMR值急劇下降而不能應(yīng)用。 如果能通過制備方法的改進(jìn)，生成完全氧化的Al2O3隧穿層，將有助于提高磁隧道結(jié)的TMR 值及穩(wěn)定性，滿足應(yīng)用的需求。本發(fā)明著手解決這種需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種磁隧道結(jié)隧穿層的制備方法，該制備方 法能克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，生成完全氧化的氧化鋁隧穿層，提高TMR效應(yīng)。本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種磁隧道結(jié)隧穿層的制備方法， 其特征在于，包括以下步驟①先鍍制所需隧穿層總厚度2/5的金屬Al層；②鍍制完成后，放入氧氬比為1 2的混合氣體中，將金屬Al層氧化為Al2O3 ；③當(dāng)步驟②氧化完成后，在生成的Al2O3薄膜上繼續(xù)沉積所需隧穿層總厚度3/5的 金屬Al層；④當(dāng)步驟③鍍制完成后，同樣在氧氬比為1 2的混合氣體中，將步驟③鍍制的金 屬Al層氧化為A120。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用兩步等離子氧化金屬Al生成Al2O3代替常用的一 步等離子氧化，不但可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬Al層的完全氧化，避免一步等離子氧化方法中氧化鋁層 氧含量沿Al層厚度方向減小，生成欠氧化的氧化鋁，劣化TMR;而且第一步等離子氧化生成的Al2O3可作為第二步生成Al2O3的種子層，利于Al2O3的匹配生長。因而，利用該方法可制備結(jié)構(gòu)、性能更為優(yōu)良的Al2O3隧穿層，有助于提高磁隧道結(jié)的TMR值及穩(wěn)定性，滿足應(yīng)用的需求。


圖1是磁隧道結(jié)基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用一步及兩步等離子氧化法制備的磁隧道結(jié)Cu(20nm)/COFe(150A)/ Al2O3 (15 A) /NiFe (100 A)/Cu (50nm)的 TMR 測(cè)試曲線對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述在制備隧道結(jié)隧穿層時(shí)，第一步先鍍制所需隧穿層總厚度2/5的金屬Al層，鍍制 完成后，在氧氬比為1 2的混合氣體中，將第一步鍍制的金屬Al層氧化為Al2O3 ；氧化完 成后，在生成的Al2O3薄膜上繼續(xù)沉積所需隧穿層總厚度3/5的金屬Al層，鍍制完成后，同 樣在氧氬比為1 2的混合氣體中，將第二步鍍制的金屬Al層氧化為Al2O315通過兩步的 等離子氧化完成對(duì)磁隧道結(jié)隧穿層的制備。本發(fā)明的具體實(shí)施例如下實(shí)施例1利用本發(fā)明具體制備大小為200μπιΧ200μπι、結(jié)構(gòu)為基片/Cu底電極(20nm)/ CoFe (150 A )/Al203 (15 A)/NiFe(IOOA)/Cu 頂電極(50nm)隧道結(jié)。首先在 Si 或玻璃基 片上利用真空鍍膜工藝鍍制20nm厚的Cu層及150人的CoFe磁性層；接著采用兩步等離 子氧化法在CoFe磁性層上沉積Al2O3，具體步驟為先鍍制6人的金屬Al，然后在氧氬比為 1 2的混合氣體中對(duì)鍍制的金屬Al層做等離子氧化，等離子氧化時(shí)間取12秒；第一步等 離子氧化完成后，在生成的Al2O3上沉積9人的金屬Al，然后在氧氬比為1 2的混合氣體 中對(duì)第二步鍍制的金屬Al層做等離子氧化，等離子氧化時(shí)間取20秒，完成15 A Al2O3隧穿 層的制備；隧穿層制備完成后，再在其上鍍制100人的NiFe及50nm的Cu頂電極，完成對(duì)磁 隧道結(jié)的制備。通過在磁場(chǎng)下測(cè)試該兩步法制備的磁隧道結(jié)可見其TMR值比采用一步法制備的 磁隧道結(jié)有明顯的提高，如圖2所示?？梢妰刹降入x子氧化法有利于完全氧化的隧穿層 Al2O3的制備，有助于其TMR值的提高。
權(quán)利要求
一種磁隧道結(jié)隧穿層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①先鍍制所需隧穿層總厚度2/5的金屬Al層；②鍍制完成后，放入氧氬比為1∶2的混合氣體中，將金屬Al層氧化為Al2O3；③當(dāng)步驟②氧化完成后，在生成的Al2O3薄膜上繼續(xù)沉積所需隧穿層總厚度3/5的金屬Al層；④當(dāng)步驟③鍍制完成后，同樣在氧氬比為1∶2的混合氣體中，將步驟③鍍制的金屬Al層氧化為Al2O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁隧道結(jié)隧穿層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①先鍍制所需隧穿層總厚度2/5的金屬Al層；②鍍制完成后，放入氧氬比為1∶2的混合氣體中，將金屬Al層氧化為Al2O3；③當(dāng)步驟②氧化完成后，在生成的Al2O3薄膜上繼續(xù)沉積所需隧穿層總厚度3/5的金屬Al層；④當(dāng)步驟③鍍制完成后，同樣在氧氬比為1∶2的混合氣體中，將步驟③鍍制的金屬Al層氧化為Al2O。該制備方法能克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，生成完全氧化的氧化鋁隧穿層，提高TMR效應(yīng)。
文檔編號(hào)G11B5/84GK101833956SQ20101016859
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者唐曉莉, 張懷武, 蘇樺, 荊玉蘭, 鐘智勇 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)