一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，包括以下步骤：首先清洗Si衬底基片并烘干待用；然后在烘干后的Si衬底基片上沉积SiO

A new method for preparing high magnetic resistance tunnel junction

The invention discloses a preparation method of a novel high magnetic resistance magnetic tunnel junction, comprising the following steps: firstly, cleaning the Si substrate substrate and drying it; and then depositing SiO on the Si substrate after drying

【技术实现步骤摘要】
一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法
：本专利技术涉及半导体器件领域，具体的涉及一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法。
技术介绍
：从1975年到1995年以前磁性隧道结被研制出来时，由于其低温和室温磁电阻较低(TMR≤1％)，一直未受到应有的重视。直到1995年具有室温高磁电阻(TMR)比值的磁隧道结被制备出来时、它才受到人们高度的重视。这是因为具有室温高磁电阻、低结电阻(R)和低自由层偏转场的磁性隧道结，才能适合用在计算机磁读出头、磁动态随机存储器(MRAM)和其它磁敏感器件方面。用于硬盘驱动器(HDD)磁读出头的磁性隧道结材料一般要求达到TMR≥20％，而结电阻和结面积的积矢约在10Ω·m2量级，自由层的偏转场低于或接近于Oe；用于磁随机存储器的磁性隧道结材料一般要求达到TMR≥30％，而结电阻和结面积的积矢约在2-50kΩ·m2之间，自由层的偏转场约在10-102Oe之间。氧化镁由于具有低损耗和高热稳定性，近年来在磁隧道结中作为隧穿层得到广泛应用。如何制得性能优异的氧化镁薄膜对磁隧道结的性能具有很大的影响。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，该方法制得的磁隧道结磁电阻效应高，由其制得的磁性存储器的性能好。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，包括以下步骤：(1)将Si衬底基片放入无水乙醇中，超声清洗，烘干待用；然后在烘干后的Si衬底基片上沉积SiO2薄膜；(2)在SiO2薄膜上磁控溅射沉积Ru/Fe3O4/Ru/CoFe/NiFe金属层；(3)称取氧化镁粉末，用行星球磨机在150-300r/min的转速下，球磨10-30h；并对球磨后的粉末过200目筛分；然后对筛后粉末进行冷等静压成型，得到氧化镁压坯，最后在1400-1550℃下真空烧结2-10h，烧结结束后根据所需靶材尺寸进行机械加工，得到氧化镁靶材；(4)采用步骤(3)制得的氧化镁靶材作为靶材，对磁控溅射腔抽真空，然后向该磁控溅射腔中通入一定量的氧气和氩气，在NiFe上沉积氧化镁薄膜；然后在氧化镁薄膜上溅射沉积NiFe/CoFe/Ru金属层，形成磁隧道结，最后放入真空中在180-480℃下退火处理30-150min，得到高磁电阻磁隧道结。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述SiO2薄膜的厚度为200-400nm。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述Ru/Fe3O4/Ru/CoFe/NiFe金属层中各层的厚度为：Ru4-10nm，Fe3O43-5nm，Ru4-10nm，CoFe4-8nm，NiFe4-8nm。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述NiFe/CoFe/Ru金属层中各层的厚度为：NiFe3-7nm，CoFe3-7nm，Ru4-10nm。作为上述技术方案的优选，球磨时的球料比为(1.5-3)：1。作为上述技术方案的优选，冷等静压成型的条件为：压力150-350MPa，保压时间为5-20min。作为上述技术方案的优选，所述真空烧结的升温过程为：首先以2-4℃/min的升温速率升温至500-1000℃，保温4-10h，温度达到1000℃时开始抽真空，10min内达到0.1-1.0Pa的真空度，然后以1-2℃/min的升温速率升温至烧结温度，保温2-10h。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述氧化镁薄膜的厚度为2-6nm。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述氧化镁粉末的纯度为99.99％以上，杂质元素总含量为100ppm以下，平均粒径为80-150nm。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述氧化镁压坯的相对密度为58-62％。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用球磨-冷等静压成型-真空烧结工艺来制备氧化镁靶材，并合理控制各个步骤的条件，使得制得的氧化镁靶材致密度高，晶粒尺寸细小均匀，利用其作为靶材制得的氧化镁薄膜质量高，厚度均匀，表面光洁度好；本专利技术制得的磁隧道结磁电阻效应高，热稳定性好，由其制得的磁性磁性存储器的性能好。具体实施方式：为了更好的理解本专利技术，下面通过实施例对本专利技术进一步说明，实施例只用于解释本专利技术，不会对本专利技术构成任何的限定。实施例1一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，包括以下步骤：(1)将Si衬底基片放入无水乙醇中，超声清洗，烘干待用；然后在烘干后的Si衬底基片上沉积200nm的SiO2薄膜；(2)在SiO2薄膜上磁控溅射沉积Ru/Fe3O4/Ru/CoFe/NiFe金属层；其中，各层厚度分别为：Ru4nm，Fe3O43nm，Ru4nm，CoFe4nm，NiFe4nm；(3)称取氧化镁粉末，用行星球磨机在150r/min的转速下，球磨10h；并对球磨后的粉末过200目筛分；然后对筛后粉末进行冷等静压成型，压力150MPa，保压时间为5min，得到氧化镁压坯，最后在1400℃下真空烧结2h，烧结结束后根据所需靶材尺寸进行机械加工，得到氧化镁靶材；其中，真空烧结的升温过程为：首先以2℃/min的升温速率升温至500-1000℃，保温4h，温度达到1000℃时开始抽真空，10min内达到0.1Pa的真空度，然后以1℃/min的升温速率升温至烧结温度，保温2h；(4)采用步骤(3)制得的氧化镁靶材作为靶材，对磁控溅射腔抽真空，然后向该磁控溅射腔中通入一定量的氧气和氩气，在NiFe上沉积2nm的氧化镁薄膜；然后在氧化镁薄膜上溅射沉积NiFe/CoFe/Ru金属层，形成磁隧道结，最后放入真空中在180℃下退火处理30min，得到高磁电阻磁隧道结；其中，金属层中各层的厚度分别为：NiFe3nm，CoFe3nm，Ru4nm。实施例2一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，包括以下步骤：(1)将Si衬底基片放入无水乙醇中，超声清洗，烘干待用；然后在烘干后的Si衬底基片上沉积250nm的SiO2薄膜；(2)在SiO2薄膜上磁控溅射沉积Ru/Fe3O4/Ru/CoFe/NiFe金属层；其中，各层厚度分别为：Ru5nm，Fe3O43.5nm，Ru5nm，CoFe7nm，NiFe7nm；(3)称取氧化镁粉末，用行星球磨机在180r/min的转速下，球磨15h；并对球磨后的粉末过200目筛分；然后对筛后粉末进行冷等静压成型，压力200MPa，保压时间为9min，得到氧化镁压坯，最后在1430℃下真空烧结4h，烧结结束后根据所需靶材尺寸进行机械加工，得到氧化镁靶材；其中，真空烧结的升温过程为：首先以2.5℃/min的升温速率升温至500-1000℃，保温5h，温度达到1000℃时开始抽真空，10min内达到0.3Pa的真空度，然后以1.2℃/min的升温速率升温至烧结温度，保温3h；(4)采用步骤(3)制得的氧化镁靶材作为靶材，对磁控溅射腔抽真空，然后向该磁控溅射腔中通入一定量的氧气和氩气，在NiFe上沉积3nm的氧化镁薄膜；然后在氧化镁薄膜上溅射沉积NiFe/CoFe/Ru金属层，形成磁隧道结，最后放入真空中在230℃下退火处理60min，得到高磁电阻磁隧道结；其中，金属层中各层的厚度分别为：NiFe4nm，CoFe4nm，Ru5nm。实施例3一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，包括以下步骤：(1)将Si衬底基片放入无水乙醇中，超声清洗，烘干待用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Si衬底基片放入无水乙醇中，超声清洗，烘干待用；然后在烘干后的Si衬底基片上沉积SiO

【技术特征摘要】
1.一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Si衬底基片放入无水乙醇中，超声清洗，烘干待用；然后在烘干后的Si衬底基片上沉积SiO2薄膜；(2)在SiO2薄膜上磁控溅射沉积Ru/Fe3O4/Ru/CoFe/NiFe金属层；(3)称取氧化镁粉末，用行星球磨机在150-300r/min的转速下，球磨10-30h；并对球磨后的粉末过200目筛分；然后对筛后粉末进行冷等静压成型，得到氧化镁压坯，最后在1400-1550℃下真空烧结2-10h，烧结结束后根据所需靶材尺寸进行机械加工，得到氧化镁靶材；(4)采用步骤(3)制得的氧化镁靶材作为靶材，对磁控溅射腔抽真空，然后向该磁控溅射腔中通入一定量的氧气和氩气，在NiFe上沉积氧化镁薄膜；然后在氧化镁薄膜上溅射沉积NiFe/CoFe/Ru金属层，形成磁隧道结，最后放入真空中在180-480℃下退火处理30-150min，得到高磁电阻磁隧道结。2.如权利要求1所述的一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述SiO2薄膜的厚度为200-400nm。3.如权利要求1所述的一种新型高磁电阻磁隧道结的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述Ru/Fe3O4/Ru/CoFe/NiFe金属层中各层的厚度为：Ru4-10nm，Fe3O43-5nm，Ru4-10nm，CoFe4-8nm，NiFe4-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，
申请(专利权)人：东莞市佳乾新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44