磁隧道结的制作方法

本实用新型涉及磁性器件，特别涉及磁隧道结。

背景技术：

自从在磁性多层膜结构中发现隧穿磁电阻(TMR，Tunneling Magnetoresistance)现象以来，TMR效应已经成为现代磁性器件的基本工作原理之一，尤其是在由铁磁层/薄绝缘层/铁磁层组成三明治结构的磁隧道结(MTJ，Magnetic Gunnel Junction)中的应用。如图1所示，MTJ结构在两个电极(7’和8’)之间，两铁磁层(1’和3’)之间包含一层隧穿绝缘层(2’)，当改变两个铁磁层的磁矩排列方式(平行或反平行)时，体系的磁电阻会发生很大的变化。其中，参考层3’的磁矩方向通常被钉扎层4’固定，自由层1’磁矩的朝向通过外磁场来调节，以实现自由层与参考层磁矩之间的平行与反平行关系，从而来控制通过磁隧道结的电流大小。

衡量MTJ材料的优劣由TMR值决定，其中为铁磁层磁矩平行时(PC)总的隧穿电流，包括自旋向上和自旋向下通道，而为两铁磁层磁矩反平行时(APC)总的隧穿电流。如图1所示，当磁自由层1’与参考层3’的磁矩方向一致时，只有与磁矩方向一致的自旋电子能够很容易隧穿绝缘层2’，形成隧穿电流，使得此时的平行电流值很大；当磁自由层1’与参考层3’的磁矩方向相反时，两种自旋取向的电子均不宜隧穿过绝缘层2’，而使得此时的反平行电流很小。最终结果能得到很大的TMR值。然而，本发明的发明人发现，由于绝缘层与自由层或参考层直接接触，会使得界面处形成较多缺陷，降低了整个MTJ结构的TMR值。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种磁隧道结，可以增大磁隧道结器件的隧穿磁电阻效应。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种磁隧道结，包括依次设置在第一电极与第二电极之间的自由层、绝缘层和参考层，磁隧道结还包括第一氧缓冲层和第二氧缓冲层，第一氧缓冲层位于自由层与绝缘层之间，第二氧缓冲层位于绝缘层与参考层之间。

本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在本实用新型的磁隧道结中，分别在自由层、参考层与绝缘层之间插入氧缓冲层，可以减少绝缘层与自由层、参考层界面处的缺陷，增大磁隧道结器件的隧穿磁电阻效应。

附图说明

图1是现有磁隧道结的结构示意图。

图2是本实用新型第一实施方式中一种磁隧道结的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型第一实施方式涉及一种磁隧道结。图2是该磁隧道结的结构示意图。如图2所示，该磁隧道结包括依次设置在第一电极7与第二电极8之间的自由层1、绝缘层2和参考层3。

上述磁隧道结还包括第一氧缓冲层5和第二氧缓冲层6，第一氧缓冲层5位于自由层1与绝缘层2之间，第二氧缓冲层6位于绝缘层2与参考层3之间。

由上可以看到，在生长制备磁隧道结器件中的核心三明治结构时，先生长参考层，再在参考层表面生长氧缓冲层，随后再生长绝缘层材料，继续在绝缘层表面生长氧缓冲层，最后再生长自由层。这样，三明治结构中的两个铁磁层材料(即参考层和自由层)将不与绝缘层材料直接接触。以绝缘层为非氧化物例如NaCl、参考层和自由层为Fe为例，在Fe层与NaCl层之间插入氧缓冲层后，由于氧缓冲层能够有效释放Fe层与NaCl层之间的晶格错配带来的应力，从而减小Fe层与NaCl层的界面缺陷，经数值模拟得到的Fe/O/NaCl/O/Fe的TMR值可以高达3600％，而不加氧缓冲层时的Fe/NaCl/Fe的TMR值仅为1000％左右。上述具有高TMR值的磁隧道结可以应用于磁头、磁随机存储器件及磁性传感器等磁性器件中。可以理解，上述磁隧道结还包括位于参考层(3)与第二电极(8)之间的钉扎层(4)，以对参考层(3)的磁矩方向进行固定。

此外，可以理解，在本实用新型的其他实施方式中，绝缘层材料也可以采用其他非氧化物材料或者MgO等氧化物材料，参考层和自由层也可以采用Fe以外的其他铁磁材料，不以上述材料为限，只要氧缓冲层能够缓解应力即可。

在本实用新型的磁隧道结中，分别在自由层、参考层与绝缘层之间插入氧缓冲层，可以减少绝缘层与自由层、参考层界面处的缺陷，增大磁隧道结器件的隧穿磁电阻值。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。