[發明專利]一種隧道磁電阻及其制造方法、隧道磁器件

在審

• 申請號: 202011583511.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112768602A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 韓荷福;何路光;王連偉;涂恩平
• 申請（專利權）人: 蚌埠希磁科技有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12;H01L43/02;H01L27/22
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 薛異榮

本發明提供一種隧道磁電阻及其制造方法、隧道磁器件。隧道磁電阻包括：釘扎層；與所述釘扎層相對設置的自由層，所述自由層為超順磁層，所述自由層的厚度小于或等于臨界厚度；位于所述釘扎層和所述自由層之間的隧穿勢壘層。隧道磁電阻中的自由層選用厚度小于或等于臨界厚度的超順磁層，在磁化過程中，組成超順磁的單疇顆粒的磁矩能夠沿同一方向取向而達到磁飽和，磁化率較高，因此，本發明提供的隧道磁電阻具有大的飽和場和大的線性度。

技術領域

本發明涉及磁傳感器技術領域，具體涉及一種隧道磁電阻及其制造方法、隧道磁器件。

背景技術

磁傳感技術被廣泛應用于新能源、智能交通、工業控制、智能家電及智能網絡等領域。目前正在被廣泛推廣的為TMR(Tunneling Magneto Resistance)技術，即隧道磁電阻。

隧道磁電阻效應產生的機理是自旋相關的隧穿效應，其核心在MTJ (MagneticTunnel Junction)器件，也即是磁性隧道結器件。磁性隧道結包括磁化取向固定的釘扎層、磁化取向可通過磁場電流改變的自由層、以及位于所述釘扎層和所述自由層之間的隧穿勢壘層，在磁性隧道結的自由層和釘扎層各連接有一個電極。MTJ器件具有隧道磁電阻效應，當自由層受磁場或電流作用磁化取向方向和釘扎層的磁化取向同向平行時，隧道磁電阻呈現低電阻態；當自由層受磁場或電流作用磁化取向方向和釘扎層的磁化趨向反向平行時，隧道磁電阻呈現高電阻態。

但是目前隧道磁電阻相應地飽和場相對較小，飽和場絕對值一般小于 200Gs，且在飽和場內線性度相對較差。進而對于一些開環設計或者對于飽和場要求較大的傳感器應用中受到限制。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中隧道磁電阻飽和場小、線性度差的問題。從而提供一種隧道磁電阻及其制造方法、隧道磁器件。

本發明提供一種隧道磁電阻，包括：釘扎層；與所述釘扎層相對設置的自由層，所述自由層為超順磁層，所述自由層的厚度小于或等于臨界厚度；位于所述釘扎層和所述自由層之間的隧穿勢壘層。

可選的，所述自由層的材料包括CoFe₄₀B₂₀或CoFe₆₀B₂₀。

可選的，所述自由層的厚度為1.0nm～1.4nm。

可選的，還包括：相對設置的頂層導電結構和底層導電結構；所述釘扎層、自由層和隧穿勢壘層均位于所述頂層導電結構和底層導電結構之間，所述自由層位于所述頂層導電結構和隧穿勢壘層之間，所述釘扎層位于所述底層導電結構和所述隧穿勢壘層之間。

可選的，所述頂層導電結構包括頂層導電本體和界面層，所述界面層位于所述頂層導電本體和所述自由層之間；所述界面層的材料包括Ta或Ru。

可選的，所述釘扎層包括：第一子釘扎膜、第二子釘扎膜、第三子釘扎膜和第四子釘扎膜，第一子釘扎膜、第二子釘扎膜、第三子釘扎膜和第四子釘扎膜在自所述自由層隧穿勢壘層至所述隧穿勢壘層自由層的方向上依次層疊；所述第一子釘扎膜的材料包括CoFe₄₀B₂₀，第一子釘扎膜的厚度為 1.4nm～3nm；所述第二子釘扎膜的材料包括Ru，第二子釘扎膜的厚度為 0.7nm～1.0nm；所述第三子釘扎膜的材料包括CoFe₃₀，第三子釘扎膜的厚度為1.5nm～2nm；所述第四子釘扎膜的材料包括PtMn₆₂，第四子釘扎膜的厚度為15nm～20nm。

本發明還提供一種隧道磁電阻的制造方法，用于形成本發明的隧道磁電阻，包括如下步驟：形成釘扎層；形成自由層，所述自由層的厚度小于或等于臨界厚度；在形成所述釘扎層的步驟和形成所述自由層的步驟之間，形成隧穿勢壘層；對所述自由層進行退火磁化處理，使得所述自由層成為超順磁層。