【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁隧道结元件，具体涉及一种低磁滞的磁隧道结元件及其制备方法。
技术介绍
1、一个磁隧道结元件包括磁性自由层、磁性钉扎层以及位于磁性自由层与磁性钉扎层之间的隧道势垒层。磁性自由层由铁磁材料构成，磁性自由层的磁化方向可以随外部磁场的改变而改变。磁性钉扎层是一个磁化方向固定的磁性层，磁性钉扎层的磁化方向被钉扎在一个方向，在一般条件下不会发生改变。
2、对于tmr传感器来说，其磁场响应曲线由磁隧道结元件的磁性自由层的磁化曲线决定。在工程上，通常经过设计，通过控制退磁场、自由层钉扎场等因素来实现不同的灵敏度设计。对于这些手段，自由层的有效磁化强度是决定最后效果的决定因素之一。在磁敏感材料的mr(磁阻)值一定时，tmr传感器的灵敏度及探测范围由设置的退磁场大小所决定。磁场的探测范围由以下经验公式决定：
3、
4、其中为参考层的退磁场、hn为奈尔场，通常此两项为定值，hk为自由层的内部各向异性场，为自由层的退磁场。通常，在tmr传感器的设计过程中，为了降低磁滞需要通过调控材料及结构使得其效果如图1所示，然而图1中也展现出该方案会极大的降低tmr传感器的灵敏度的问题。提高灵敏度的方法主要是降低hk，而降低较多hk后会造成的情况，进而使得磁滞增大。因此，目前的高灵敏度tmr传感器普遍存在着磁滞大从而导致可用范围极小的问题，如图2所示，极大地限制了运用场景。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中高灵敏度tmr传感器磁滞大
2、为此，本专利技术提供了以下技术方案。
3、第一方面，本专利技术提供了一种低磁滞的磁隧道结元件，包括依次连接的底电极层、磁性钉扎层、被钉扎层、非磁势垒层、复合自由层和顶电极层；
4、所述复合自由层包括依次设置的第一自由层、第一间隔层、第二自由层、第二间隔层和第三自由层；
5、所述第一间隔层和第二间隔层均为非磁金属层。
6、进一步的，所述复合自由层满足以下条件的至少一项：
7、(1)所述第一间隔层材料为ta、ru或w；
8、(2)所述第一间隔层厚度为0.1～1.5nm；
9、(3)所述第一自由层材料为cofeb、cofe、nife、nicofe或cofesib；
10、(4)所述第一自由层厚度为1～50nm；
11、(5)所述第二自由层材料为cofeb、cofe、nife、nicofe或cofesib；
12、(6)所述第二自由层厚度为1～50nm；
13、(7)所述第二间隔层材料为ta、ru或w；
14、(8)所述第二间隔层厚度为0.1～1.5nm；
15、(9)所述第三自由层材料为cofeb、cofe、nife、nicofe或cofesib；
16、(10)所述第三自由层厚度为1～50nm。
17、进一步的，所述复合自由层满足以下条件的至少一项：
18、(1)所述第一间隔层厚度为0.1～0.5nm，所述第二间隔层厚度为0.5～1.5nm，利于形成更好的反铁磁耦合效应。
19、(2)所述第一自由层材料为cofeb，厚度为1～5nm；方便cofeb在退火过程中完全晶化，增加mr值。
20、第二自由层材料为cofe、nife、nicofe或cofesib，厚度为4～50nm；
21、第三自由层材料为cofe、nife、nicofe或cofesib，厚度为4～50nm；
22、(3)所述第二自由层与第三自由层的饱和磁矩相等，具体的，所述第二自由层与第三自由层的厚度相等。
23、进一步的，磁隧道结元件的横截面形状为长方形或椭圆形，长宽比或长轴与短轴之比为(1.5～10)：1。
24、进一步的，满足以下条件中的至少一项：
25、(1)所述底电极层材料包括ta、cu、ru、cun、cofe中的一种或多种；
26、(2)所述底电极层中每一层的厚度为2～30nm；
27、优选地，所述底电极层包括至少一个ta层和一个cun层，每个ta层厚度为2～6nm，每个cun层厚度为10～30nm；
28、(3)所述磁性钉扎层材料为irmn、ptmn、femn、nimn或nio；
29、(4)所述磁性钉扎层厚度为5～25nm；
30、(5)所述非磁势垒层材料为mgo或al2o3；
31、(6)所述非磁势垒层厚度为0.9～5nm；
32、(7)所述顶电极层材料包括ta、ru中的一种或多种；
33、(8)所述顶电极层中每一层厚度为2～30nm。
34、进一步的，满足以下条件中的至少一项：
35、(1)所述复合自由层与顶电极层之间还设置有第二磁性钉扎层；
36、优选地，所述第二磁性钉扎层的材料为irmn、ptmn、femn、nimn或nio；
37、优选地，所述第二磁性钉扎层的厚度为5～25nm；
38、(2)所述被钉扎层包括依次连接的第一铁磁层、非铁磁层和第二铁磁层，第一铁磁层与磁性钉扎层连接；
39、优选地，第一铁磁层材料为cofe；
40、优选地，第一铁磁层厚度为1.5～2.1nm；
41、优选地，非铁磁层材料为ru层；
42、优选地，非铁磁层厚度为0.3～0.9nm；
43、优选地，第二铁磁层材料为cofeb；
44、优选地，厚度为2.4～2.8nm。
45、(3)所述底电极与所述磁性钉扎层之间还设置有种子层。种子层可降低基片表面缺陷对tmr膜堆的影响。
46、优选地，所述种子层为非磁金属层；
47、优选地，所述种子层厚度为2～6nm；
48、更优选地，所述种子层材料为ta和/或ru层。
49、第二方面，本专利技术提供了一种磁隧道结元件的制备方法，在基片上依次沉积磁隧道结元件的各个层，然后进行第一次退火。
50、进一步的，所述第一次退火满足以下条件中的至少一项：
51、(1)第一次退火时间为50～80min；
52、(2)第一次退火的磁场强度为0.5～1t；
53、(3)第一次退火的磁场方向为平行于基片；
54、(4)第一次退火的温度为280～350℃。
55、进一步的，还包括第二次退火。
56、进一步的，所述第二次退火满足以下条件中的至少一项：
57、(1)第二次退火的时间为25～35min；
58、(2)第二次退火的温度为200～250℃；
59、(3)第二次退火的磁场强度为0.5～1t；
60、(4)第二次本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，包括依次连接的底电极层、磁性钉扎层、被钉扎层、非磁势垒层、复合自由层和顶电极层；
2.根据权利要求1所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，所述复合自由层满足以下条件的至少一项：
3.根据权利要求1或2所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，所述复合自由层满足以下条件的至少一项：
4.根据权利要求1或2所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，磁隧道结元件的横截面形状为长方形或椭圆形，长宽比或长轴与短轴之比为(1.5～10)：1。
5.根据权利要求1或2所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：
6.根据权利要求1或2所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：
7.一种权利要求1-6任一项所述的磁隧道结元件的制备方法，其特征在于，在基片上依次沉积磁隧道结元件的各个层，然后进行第一次退火。
8.根据权利要求7所述的低磁滞的磁隧道结元件的制备方法，其特征在于，所述第一次退火满足以下条件中的至少一项：
9
10.根据权利要求9所述的低磁滞的磁隧道结元件的制备方法，其特征在于，所述第二次退火满足以下条件中的至少一项：
...【技术特征摘要】
1.一种低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，包括依次连接的底电极层、磁性钉扎层、被钉扎层、非磁势垒层、复合自由层和顶电极层；
2.根据权利要求1所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，所述复合自由层满足以下条件的至少一项：
3.根据权利要求1或2所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，所述复合自由层满足以下条件的至少一项：
4.根据权利要求1或2所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，磁隧道结元件的横截面形状为长方形或椭圆形，长宽比或长轴与短轴之比为(1.5～10)：1。
5.根据权利要求1或2所述的低磁滞的磁隧道结元件，其特征在于，满足以下条件中的至...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁先锋，王冠鹰，黄辉，鞠登峰，郭经红，邓辉，田文锋，钱森，王志良，李春龙，曾鹏飞，杨智豪，高志东，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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