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基于隧穿磁电阻效应的磁传感技术已经广泛应用于信息存储,交通运输等领域,引起了人们的广泛关注。隧穿磁电阻效应是基于隧道结结构而产生的,隧道结是一种包含铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层的三明治结构。目前来说,已被报道的隧道结制备方法有:真空镀膜法,电镀法,电迁移法。对于真空镀膜法法来说,需要使隧道结绝缘层生长得到精确控制,同时确保薄膜的超薄厚度和均匀性,以避免针孔的出现。因此,此类真空镀膜设备的要求较高,从而增加了制备磁性隧道结的成本。近年来,在少量文献中,研究人员利用电镀和电迁移方法制备了隧道结。但是这些方法不能与微电子工艺兼容,较难有应用潜力。因此,一种成本低廉,能与微电子工艺兼容的制备方法将会拥有很强的竞争力。另一方面,研究人员也希望发掘隧穿磁电阻效应的应用潜力,将其它效应与之结合起来,开发新型多功能磁电子器件,比如:多态信息存储器和新型电子逻辑器件。基于此,本文主要进行了如下两方面的研究。
(一)在Co/ZnO/Fe多层膜中,电场控制下,向ZnO绝缘层中注入了磁性隧道结:
我们利用普通的磁控溅射设备制备了Co/ZnO/Fe多层膜,由于其初始绝缘薄膜较厚,电子自旋在隧穿过程中将会弛豫掉,因而没有隧穿磁电阻效应发生。在电场作用下,Co电极在ZnO绝缘材料中扩散形成Co导电丝,当Co导电丝与铁电极足够接近时,有效的ZnO势垒厚度变薄,形成隧道结,隧穿磁电阻效应产生,隧穿磁电阻值的大小与符号随测试电压和样品电阻变化而改变。基于由杂质引起的共振隧穿模型,这些现象可以得到很好的解释。
(二)在La0.67Sr0.33MnO3/HfO2/Co隧道结中,实现了电场多重调控隧穿磁电阻:
我们制备了La0.67Sr0.33MnO3/HfO2/Co隧道结,首先在该器件中观察到隧穿磁电阻效应和多态电致电阻转变效应共存的现象,并且此现象存在于较大的温度区间里(10K~200K)。通过对比研究,我们认为该器件中的电阻转变起源于薄膜间的界面效应。最后,我们施加电场,对该器件的隧穿磁电阻值大小进行了多重调控。我们实现这一目标对开发多态信息存储器等新型多功能电子器件具有很大的参考价值。