【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及自旋电子学领域，更特别地，涉及一种基于部分受限的量子阱共振磁性隧道结，以及包括该磁性隧道结的磁器件。
技术介绍
1、在由“铁磁层/绝缘层/铁磁层”构成的磁性隧道结(magnetic tunnel junction，mtj)中，通过外磁场、自旋转移力矩(stt)或者自旋轨道力矩(sot)可以改变两个铁磁层的相对磁化方向，使其平行排列或反平行排列，产生两个不同的电阻态，这就是隧穿磁电阻(tmr)效应。这种自旋相关的tmr效应是mtj的重要性能参数，在小磁场下或电流驱动下获得更高的tmr效应可以使磁随机存取存储器(mram)和磁敏传感器等自旋电子器件呈现更高的数据读取错误容忍度和更高的灵敏度。
2、在现有设计中，通过提高由铁磁层和绝缘层控制的自旋极化率可以增强tmr效应，获得更大的磁致电阻。例如，在常用的fe/mgo/fe mtj中，fe层δ1对称性电子的半金属特性与mgo势垒对不同对称性电子的选择性过滤相配合，可以产生较高的tmr效应。目前，实践中已获得的最高tmr比值为室温下的约600％，低温下能达到约1100％。然而，在自旋电子学器件的应用中，高效的信息读取和高灵敏度的磁敏传感器仍然需要在此基础上进一步提升的tmr比值。
3、mtj中的铁磁层通常只有几个纳米的厚度，这使得在设计mtj时，通常被忽略的量子尺寸效应必须被考虑在内。如果适当地设计和利用较薄铁磁层的量子尺寸效应，可以获得超高的tmr效应。通常mtj中的量子受限通过具有几乎100％反射率(全受限)的两个界面实现，比如在mgo/f
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种基于部分受限体系的量子阱共振磁性隧道结，其能够精细地调控量子阱能级位置，从而实现高的tmr比值，同时还具有比全受限体系更加简单的器件层状结构。
2、根据一示例性实施例，提供一种磁性隧道结，其可包括：第一非磁金属层，由非磁金属材料形成；位于所述第一非磁金属层上的第一铁磁层，由铁磁金属材料形成；位于所述第一铁磁层上的隧穿势垒层，由非磁绝缘材料形成；以及位于所述隧穿势垒层上的第二铁磁层，由铁磁金属材料形成，其中，所述第一非磁金属层与所述第一铁磁层之间的第一界面对δ1对称性电子的反射率大于零且小于1，并且所述第一铁磁层与所述隧穿势垒层之间的第二界面对δ1对称性电子的反射率大于零且小于或等于1，从而在所述第一铁磁层中形成量子阱能级。
3、在一示例中，所述磁性隧道结还可包括：第一电极层，由金属材料形成，位于所述第一非磁金属层的与所述第一铁磁层相反的一侧。
4、在一示例中，所述磁性隧道结还可包括：位于所述第二铁磁层上的第二非磁金属层，由非磁金属材料形成，其中，所述第二非磁金属层与所述第二铁磁层之间的第三界面对δ1对称性电子的反射率大于零且小于1，并且所述第二铁磁层与所述隧穿势垒层之间的第四界面对δ1对称性电子的反射率大于零且小于或等于1，从而在所述第二铁磁层中形成量子阱能级。
5、在一示例中，所述磁性隧道结还可包括：第一电极层，由金属材料形成，位于所述第一非磁金属层的与所述第一铁磁层相反的一侧；以及第二电极层，由金属材料形成，位于所述第二非磁金属层的与所述第二铁磁层相反的一侧。
6、在一示例中，所述第一非磁金属层和所述第一铁磁层可分别具有一厚度，使得所述第一铁磁层中的量子阱能级与费米能级重合。
7、在一示例中，所述第二非磁金属层和所述第二铁磁层可分别具有一厚度，使得所述第二铁磁层中的量子阱能级与费米能级重合。
8、在一示例中，形成所述第一非磁金属层的非磁金属材料可包括al、re、tc、ag、au、pt、cu、ir、mo、nb、ta、w、hf中的至少一种。形成所述第一铁磁层的铁磁金属材料可包括fe、co、ni、feco、nife、coni、cofeb中的至少一种。
9、在一示例中，所述第一非磁金属层包括fcc-al或fcc-ag，并且具有0.5-8nm范围内的厚度。所述第一铁磁层包括bcc-fe，并且具有0.5-6nm范围内的厚度。
10、在一示例中，形成所述第二非磁金属层的非磁金属材料可包括al、re、tc、ag、au、pt、cu、ir、mo、nb、ta、w、hf中的至少一种。形成所述第二铁磁层的铁磁金属材料可包括fe、co、ni、feco、nife、coni、cofeb中的至少一种。
11、在一示例中，所述第二非磁金属层包括fcc-al或fcc-ag，并且具有0.5-8nm范围内的厚度。所述第二铁磁层包括bcc-fe，并且具有0.5-6nm范围内的厚度。
12、在一示例中，所述第一铁磁层是自由磁层，所述第二铁磁层是参考磁层。在另一示例中，所述第一铁磁层是参考磁层，所述第二铁磁层是自由磁层。
13、在一示例中，形成所述参考磁层的铁磁金属材料具有比形成所述自由磁层的铁磁金属材料更大的矫顽力，及/或所述参考磁层具有比所述自由磁层更大的厚度。
14、根据另一示例性实施例，提供一种磁器件，其可包括上述磁性隧道结中的任意一种。
15、本专利技术的其他特征和优点将从下面结合附图对示例性实施例的描述变得显而易见。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种磁性隧道结，包括：
2.如权利要求1所述的磁性隧道结，还包括：
3.如权利要求1所述的磁性隧道结，还包括：
4.如权利要求3所述的磁性隧道结，还包括：
5.如权利要求1-4中的任一项所述的磁性隧道结，其中，所述第一非磁金属层和所述第一铁磁层分别具有一厚度，使得所述第一铁磁层中的量子阱能级与费米能级重合。
6.如权利要求3-4中的任一项所述的磁性隧道结，其中，所述第二非磁金属层和所述第二铁磁层分别具有一厚度，使得所述第二铁磁层中的量子阱能级与费米能级重合。
7.如权利要求1所述的磁性隧道结，其中，形成所述第一非磁金属层的非磁金属材料包括Al、Re、Tc、Ag、Au、Pt、Cu、Ir、Mo、Nb、Ta、W、Hf中的至少一种，
8.如权利要求1所述的磁性隧道结，其中，所述第一非磁金属层包括fcc-Al或fcc-Ag，并且具有0.5-8nm范围内的厚度，
9.如权利要求3所述的磁性隧道结，其中，形成所述第二非磁金属层的非磁金属材料包括Al、Re、Tc、Ag、Au、Pt、Cu、Ir、Mo
10.如权利要求3所述的磁性隧道结，其中，所述第二非磁金属层包括fcc-Al或fcc-Ag，并且具有0.5-8nm范围内的厚度，
11.如权利要求1所述的磁性隧道结，其中，所述第一铁磁层是自由磁层，所述第二铁磁层是参考磁层，或者
12.如权利要求11所述的磁性隧道结，其中，形成所述参考磁层的铁磁金属材料具有比形成所述自由磁层的铁磁金属材料更大的矫顽力，及/或所述参考磁层具有比所述自由磁层更大的厚度。
13.一种磁器件，包括权利要求1-12中的任一项所述的磁性隧道结。
...【技术特征摘要】
1.一种磁性隧道结，包括：
2.如权利要求1所述的磁性隧道结，还包括：
3.如权利要求1所述的磁性隧道结，还包括：
4.如权利要求3所述的磁性隧道结，还包括：
5.如权利要求1-4中的任一项所述的磁性隧道结，其中，所述第一非磁金属层和所述第一铁磁层分别具有一厚度，使得所述第一铁磁层中的量子阱能级与费米能级重合。
6.如权利要求3-4中的任一项所述的磁性隧道结，其中，所述第二非磁金属层和所述第二铁磁层分别具有一厚度，使得所述第二铁磁层中的量子阱能级与费米能级重合。
7.如权利要求1所述的磁性隧道结，其中，形成所述第一非磁金属层的非磁金属材料包括al、re、tc、ag、au、pt、cu、ir、mo、nb、ta、w、hf中的至少一种，
8.如权利要求1所述的磁性隧道结，其中，所述第一非磁金...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩秀峰，姜雷娜，池博源，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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