[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于磁性斯格明子層的磁性多層膜

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310311148.2
• 申請(qǐng)日: 2013-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104347226B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李大來(lái);王守國(guó);陶丙山;韓秀峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01F10/10
• 分類(lèi)號(hào): H01F10/10;H01F10/12
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11390
• 代理人: 王藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自旋電子學(xué)材料與原理型器件領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種基于磁性斯格明子層的磁性多層膜。

背景技術(shù)

一般的隧穿磁電阻磁性隧道結(jié)、巨磁電阻納米多層膜和巨磁電阻納米柱的核心結(jié)構(gòu)包括兩層鐵磁性薄膜、及其中間一層隔離層（通常稱(chēng)為三明治結(jié)構(gòu)）。當(dāng)兩層鐵磁性薄膜的磁矩處于平行排列的狀態(tài)，體系表現(xiàn)出較低的電阻值（低電阻態(tài)）；當(dāng)兩層鐵磁性薄膜的磁矩處于反平行排列的狀態(tài)，體系表現(xiàn)出較高的電阻值（高電阻態(tài)）。高/低電阻值決定了隧穿磁電阻效應(yīng)（中間隔離層為絕緣薄膜，如Al₂O₃、MgO、MgAlO等）和巨磁電阻效應(yīng)（中間隔離層為導(dǎo)電薄膜，如Cu、Cr等）比值的大小。對(duì)于一般的磁性隧道結(jié)、巨磁電阻多層膜和巨磁電阻納米柱，只有當(dāng)通過(guò)它的電流密度達(dá)到10⁶～10⁷A/cm²量級(jí)時(shí)，自由層的磁矩才會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

上述磁性隧道結(jié)、巨磁電阻多層膜和巨磁電阻納米柱，其若實(shí)現(xiàn)自由層的磁矩翻轉(zhuǎn)需要較大的電流密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁性斯格明子層的磁性多層膜，能夠在較低的電流密度下，實(shí)現(xiàn)自由層磁矩的翻轉(zhuǎn)。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于磁性斯格明子層的磁性多層膜，包括依次設(shè)置的襯底、緩沖層、釘扎層、隔離層、自由層、覆蓋層，其中，所述自由層為磁性斯格明子層。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，所述釘扎層為鐵磁層，或者為由反鐵磁層和鐵磁層組成的雙層膜，或者為反鐵磁層、底部鐵磁層、夾層和頂部鐵磁層組成的多層膜結(jié)構(gòu)。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，所述鐵磁層，雙層膜中的鐵磁層，以及多層膜結(jié)構(gòu)中底部鐵磁層和頂部鐵磁層具有面內(nèi)各向異性或垂直各向異性。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，所述釘扎層具有磁性斯格明子釘扎層。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，所述磁性斯格明子釘扎層為磁性斯格明子層，或者為由反鐵磁層和磁性斯格明子層組成的雙層膜，或者為反鐵磁層、底部磁性斯格明子層、夾層和頂部磁性斯格明子層組成的多層膜結(jié)構(gòu)。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，所述磁性斯格明子層為具有面內(nèi)渦旋磁矩結(jié)構(gòu)的合金材料、多鐵材料或者反鐵磁材料；所述磁性斯格明子層的厚度為2-30nm。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，具有面內(nèi)各向異性的鐵磁層，雙層膜中的鐵磁層，以及多層膜結(jié)構(gòu)中的底部鐵磁層和頂部鐵磁層的厚度為2-20nm，其構(gòu)成材料為自旋極化率大于50%的鐵磁金屬，或者所述鐵磁性金屬的合金，或者稀磁半導(dǎo)體材料，或者半金屬材料。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，具有垂直各向異性的鐵磁層，雙層膜中的鐵磁層，以及多層膜結(jié)構(gòu)中底部鐵磁層和頂部鐵磁層為：厚度為1-1.5nm的自旋極化率比較高的鐵磁合金；或者[Co/(Pd,Pt)]_n多層膜，其中Co的厚度為0.2-1nm，Pd或者Pt厚度為1-2nm，周期n為2～10；或者L1₀相的(Co,Fe)-Pt合金，厚度為5-30nm；或者稀土-過(guò)渡金屬合金，其厚度為5-30nm。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，所述襯底為絕緣材料，其厚度為0.3-1mm；

所述緩沖層是能夠和襯底緊密結(jié)合的非磁性單層金屬層或多層復(fù)合金屬薄膜；

所述夾層為非磁性金屬層，其厚度為0.2-1.5nm；

所述反磁層為厚度為3～30nm的反鐵磁性的合金材料，或者厚度為5～50nm且具有反鐵磁性的氧化物；

所述隔離層為厚度為1-5nm的絕緣層，或者厚度為0.2-100nm的非磁性金屬層；

所述覆蓋層為不易被氧化且導(dǎo)電性良好的金屬層，其厚度為10-100nm。

作為基于磁性斯格明子層的磁性多層膜的一種優(yōu)選方案，所述磁性斯格明子層的翻轉(zhuǎn)電流密度為10²A/cm²量級(jí)。