[发明专利]基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法，包括：半金属氧化物自由层；绝缘氧化物隧穿层，位于所述半金属氧化物参考层之上；半金属氧化物参考层，位于所述绝缘氧化物隧穿层之上；其中，所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层的半金属氧化物材料均为钴酸镍材料，且所述半金属氧化物参考层的厚度大于所述半金属氧化物自由层的厚度，以使所述磁隧道结的阻值在外部磁场的作用下发生改变。采用本发明的制备方法制备得到的磁隧道结材料具有更高的磁阻率和更快的响应速度，功耗更低，而且制备工艺简单，符合当今磁隧道结存储与传感器件小型化、高性能、高响应速率、低功耗的发展需求。

技术领域

本申请涉及于磁性薄膜功能材料领域，特别是涉及一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法。

背景技术

具有垂直磁各向异性的磁性隧道结有望作为下一代固态高密度非易失性存储器件以及高灵敏磁传感器的关键部件，具有高灵敏，高速响应及低功耗的特点。在用于测量外部磁场时，磁阻率的大小决定着磁隧道结的灵敏度，而响应速度更影响着磁隧道结的工作频段。然而随着研究的不断深入，目前传统的金属基磁性隧道结存在磁阻率提升面临瓶颈（大多不超过200 %），响应速度有待提高（GHz频率）。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的低磁阻率、低响应速度问题提供一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结及其制备方法。

为了实现上述目的，一方面，提供了一种基于全氧化物单晶薄膜材料的磁隧道结，包括：

半金属氧化物自由层；

绝缘氧化物隧穿层，位于所述半金属氧化物自由层之上；

半金属氧化物参考层，位于所述绝缘氧化物隧穿层之上；其中，所述半金属氧化物参考层和所述半金属氧化物自由层的半金属氧化物材料均为钴酸镍材料，且所述半金属氧化物参考层的厚度大于所述半金属氧化物自由层的厚度，以使所述磁隧道结的阻值在外部磁场的作用下发生改变。

在其中一个实施例中，当所述半金属氧化物自由层的厚度小于第一阈值且所述半金属氧化物参考层的厚度大于第二阈值时，所述半金属氧化物参考层对应的矫顽磁场为第一矫顽磁场；其中，当所述外部磁场的磁场强度绝对值小于所述第一矫顽磁场的磁场强度的一半时，所述磁隧道结的电阻与所述外部磁场的磁场强度线性相关。

在其中一个实施例中，当所述半金属氧化物自由层的厚度大于第三阈值且所述半金属氧化物参考层的厚度大于第四阈值时，所述半金属氧化物自由层对应的矫顽磁场为第二矫顽磁场，所述半金属氧化物参考层对应的矫顽磁场为第三矫顽磁场，所述第三矫顽磁场的磁场强度大于所述第二矫顽磁场的磁场强度；其中，所述半金属氧化物参考层在大于所述第三矫顽磁场的外部磁场作用下发生磁化，以使所述磁隧道结处于第一阻态，其中，所述第一阻态为低阻态和高阻态中的一种。

在其中一个实施例中，若所述磁隧道结处于所述第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向维持不变，则所述磁隧道结的阻态维持不变；若所述磁隧道结处于第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向反向且小于所述第二矫顽磁场的磁场强度，则所述磁隧道结的阻态维持不变；若所述磁隧道结处于第一阻态，且所述外部磁场的磁场方向反向且大于所述第二矫顽磁场的磁场强度，所述磁隧道结的阻态为第二阻态，所述第二阻态为所述低阻态和所述高阻态中的另一种。

在其中一个实施例中，所述绝缘氧化物隧穿层为铝酸镁层。

在其中一个实施例中，还包括衬底层，所述半金属氧化物自由层位于所述衬底层之上。

在其中一个实施例中，所述衬底层、所述半金属氧化物自由层、所述绝缘氧化物隧穿层以及所述半金属氧化物参考层均为晶面指数为（001）取向的单晶外延薄膜层。

在其中一个实施例中，所述半金属氧化物参考层的厚度与所述半金属氧化物自由层的厚度的差值大于或等于10nm。