電子同時(shí)具有電荷和自旋兩種屬性,對(duì)電子屬性中電荷的研究極大地推動(dòng)了以集成電路為核心的傳統(tǒng)微電子學(xué)的快速發(fā)展。自20世紀(jì)末,人們開始關(guān)注電子另一屬性——自旋的研究,自旋電子學(xué)這一新興學(xué)科也由此誕生。自旋電子學(xué)可以同時(shí)利用電子的電荷和自旋兩個(gè)自由度,研發(fā)出新的、低功耗自旋電子器件,如磁傳感器、高密度磁隨機(jī)存儲(chǔ)器、自旋邏輯器件等。新型自旋電子器件的研發(fā)以及應(yīng)用,有望突破性地提高信息的存儲(chǔ)密度和處理速度,從而解決當(dāng)前微電子技術(shù)的瓶頸。1988年,德國(guó)的Peter Grunberg教授和法國(guó)的Albert Fert教授幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng),使得磁記錄技術(shù)得以迅猛發(fā)展。隨后,人們?cè)贏1203和MgO為勢(shì)壘層的鐵磁/絕緣體/鐵磁“三明治”結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)顯著的磁電阻信號(hào),即隧穿磁電阻效應(yīng)�；赥MR效應(yīng)的磁存儲(chǔ)技術(shù),可以進(jìn)一步提高磁記錄密度。在提高存儲(chǔ)密度的同時(shí),越來越多的具有大矯頑力的磁性材料被應(yīng)用到硬盤中,影響磁頭磁矩的翻轉(zhuǎn)速度。這個(gè)問題得以解決,依賴于微波輔助磁記錄的發(fā)展。該技術(shù)原理如下:當(dāng)磁矩在外磁場(chǎng)的作用下繞有效場(chǎng)發(fā)生進(jìn)動(dòng)時(shí),施加一微波場(chǎng),降低磁記錄材料的矯頑力,使存儲(chǔ)單元的磁化方向易于翻轉(zhuǎn),從而提高磁頭的寫入能力。為了解決這一問題,人們研發(fā)了基于磁性隧道結(jié)的自旋納米振蕩器。自旋納米振蕩器在傳感器、微波通信、微波源和微波探測(cè)等領(lǐng)域也有很大的應(yīng)用前景。研究表明,磁性隧道結(jié)作為自旋納米振蕩器的核心結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)和性能直接影響到自旋納米振蕩器的工作性能。本論文的工作之一便是利用磁控濺射的方法制備高穩(wěn)定性,高輸出功率的隧道結(jié)�？紤]到人工反鐵磁具有穩(wěn)定性高、雜散場(chǎng)小等優(yōu)點(diǎn),我們使用人工反鐵磁結(jié)構(gòu)作為釘扎層來釘扎磁性固定層。制備完整隧道IrMn/CoFe/Ru/CoFeB/MgO/CoFeB,當(dāng)MgO厚度為1 nm時(shí),測(cè)量得出TMR為24.9%。在CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道結(jié)中,矯頑力較小的上層CoFeB為自由層,而有研究表明,利用人工反鐵磁結(jié)構(gòu)作為磁性隧道結(jié)中的自由層可以增強(qiáng)熱穩(wěn)定性并降低臨界翻轉(zhuǎn)電流。并且固定層面內(nèi)磁化、自由層垂直磁化的面內(nèi)垂直磁化結(jié)構(gòu)的自旋納米振蕩器,可以產(chǎn)生較大的進(jìn)動(dòng)角,進(jìn)而產(chǎn)生較大的輸出信號(hào)。所以本論文的另一工作是制備具有垂直各向異性的人工反鐵磁體[Pt/Co]N1/Ru/[Co/Pt]N2,并對(duì)其層間交換耦合以及多層膜結(jié)構(gòu)和周期數(shù)對(duì)磁化翻轉(zhuǎn)的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究,以期應(yīng)用到磁性隧道結(jié)中。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN752
【部分圖文】：

等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。??從磁電阻效應(yīng)的發(fā)展來看，每一種新的磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，都能很大程度的??促進(jìn)磁性器件的發(fā)展。圖１－１中顯示了磁電阻效應(yīng)發(fā)展的幾個(gè)里程碑事件。從早??期的“兩電流模型”?［２］到Ｃａｍｐｂｅｌ丨與Ｆｅｒｔ等人的“雙通道模型”?［３］，再到１９８８??年，ＰｅｔｅｒＧｒｉｉｎｂｅｒｇＡｌｂｅｒｔＦｅｒｔ?教授發(fā)現(xiàn)了?巨磁電阻效應(yīng)（Ｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，??ＧＭＲ）?［４，?５］，兩人也因極具應(yīng)用價(jià)值的工作獲得了?２００７年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。??隨后基于磁電阻效應(yīng)的研究在全世界范圍內(nèi)掀起熱潮，磁盤讀頭和磁性傳感器也??得到快速發(fā)展。??０?ＭＲ?ｅｆｆｅｃｔｓ?工業(yè)應(yīng)用??ＭＲ?ｒａｔｉｏ?（ＲＴ?＆?ｌｏｗ?Ｈ）??Ｌｏｒｄ?Ｋｅｌｖｉｎ??１?卜‘］??１９８Ｔ?／??ｆ?ｖ｜?ｗ?＾?Ｖ?［?ＭＲ?＝５－１５?％?ｊｙ?＼??ｉ?ｊｉ：二?１９９０?＇?＼?＼??：?＼?Ｉ?ＭＲ?ｈｅａｄ?Ｍ??Ａ．?Ｆｅｒｔ；?Ｐ．?Ｇｒｕｎｂｅｒｇ?ＴＭＲｅｆｆｅｃｔ?＼?????Ｗ??（Ｎｏｂｅｌ?Ｐｒｉｚｅ?２００７）?１９９５?ＡＩ－０?ｂａｒｒｉｅｒ?ｋ?＼?」Ｌ??［＾Ｒ?＝?２０－７０％?Ｍ?Ｖ７??＇?彳?＼１｜?誦一??＾?［?Ｇｉａｎｔ?ＴＭＲ?ｅｆｆｅｃｔ?ｆ?＿，?Ｌｆ＾??２００５?：?ＭｇＯ（００１）?ｂａｒｒｉｅｒ?二—」１?ＭＲＡＭ?Ｉ?—ｊ＾ＴＩ??Ｔ．?Ｍｉｙａｚａｋｉ，?Ｊ．Ｍｏｏｄｅｒａ?ＬＨ．！￡￡ｔ—６＿”．．■■■■?？＿丑一．．．?ｄｅｖｉｃｅｓ?ｊ??２０１０＇＇?「Ｓ７Ｔ－／ＭＭ??

Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ?（ｋＧ）??圖１－２三種Ｆｅ／Ｃｒ超晶格在４．２Ｋ時(shí)的磁電阻曲線??如圖１－３所示，當(dāng)兩個(gè)鐵磁層磁矩平行排列時(shí)，自旋向上電子經(jīng)過兩層鐵磁??層時(shí)受到的散射較小，而自旋向下的電子經(jīng)過兩層鐵磁層時(shí)都受到較大的散射，??最后總的電阻為辦＝２均４／（心＋４），是多層膜結(jié)構(gòu)的低阻態(tài)。當(dāng)兩個(gè)鐵磁層磁矩??反平行排列時(shí)，總電阻為ｉ？ＡＰ＝（ｉ？Ｔ＋／？ｉ）／２，是多層膜結(jié)構(gòu)的高阻態(tài)。實(shí)驗(yàn)上，當(dāng)不??施加外磁場(chǎng)時(shí)，兩個(gè)鐵磁層磁矩方向相反，反平行排列，多層膜為高阻態(tài)；當(dāng)施??加外磁場(chǎng)足夠大時(shí)，兩個(gè)鐵磁層磁矩方向與外磁場(chǎng)方向一致，平行排列，多層膜??為低阻態(tài)。??隨后科研人員利用ＧＭＲ效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了一種新的結(jié)構(gòu)一一自旋閥。自旋閥結(jié)??構(gòu)具有高的磁場(chǎng)靈敏度和較高的磁電阻比值，促進(jìn)了存儲(chǔ)器件小尺寸、高密度、??高靈敏度的發(fā)展。??３??

磁性勢(shì)壘層而不發(fā)生退極化。當(dāng)進(jìn)入自由層時(shí)，自旋極化方向與固定層磁化方向??一致的電子對(duì)局域磁矩施加一個(gè)自旋轉(zhuǎn)移矩，使自由層磁矩傾向于與固定層平行??排列，如圖１－５?（ａ）所示。??００?屯子流向?（ｂ）?電子流向??ｙ?Ｉ?？?°?＊?—ｔ??、、二一Ｗ—?Ｊ?二??／Ｋ?十?＾??圖１－５自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)原理圖［３４］??相反，如果當(dāng)電子先進(jìn)入自由層，也會(huì)發(fā)生自旋極化，接著電子流過非磁性??空間層且不發(fā)生退極化。然后進(jìn)入固定層，由于固定層磁化方向不能改變，被散??射的二次電子再次進(jìn)入自由層，對(duì)自由層磁矩發(fā)生作用，如圖１－５?（ｂ）所示。當(dāng)??自旋極化電流產(chǎn)生的自旋力矩足以克服鐵磁材料本征的阻尼力矩時(shí)，自由層的磁??矩會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的進(jìn)動(dòng)甚至發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電流對(duì)磁化狀態(tài)的調(diào)控［３５］。??利用ＳＴＴ效應(yīng)開發(fā)的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器、自旋納米振蕩器等自旋電子器件在??未來信息存儲(chǔ)、無線通訊、微波源和微波探測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。??１．３．２自旋納米振蕩器??在ＭＴＪ中，自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)不依賴外加磁場(chǎng)，而是利用自旋極化電流，使自??由層的磁矩發(fā)生大角度進(jìn)動(dòng)甚至磁矩翻轉(zhuǎn)，這種方法可以改變磁矩方向［３６－３８Ｊ。??ＳＴＮＯ是一類具有非常廣闊應(yīng)用前景的自旋電子學(xué)器件
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本文編號(hào)：2844552