一种通过电场方式调节磁电阻的自旋阀结构，其特征在于：以多铁性材料取代传统自旋阀中的反铁磁层，制备出多铁性反铁磁层\钉扎层\非磁层\自由层的自旋阀结构，通过反铁磁层来对整个自旋阀的磁电阻进行调控。本发明专利技术还公开了上述结构的制备工艺。本发明专利技术的优点在于：传统自旋阀的调节方式为通过外磁场改变自由层的磁域方向，实现对磁电阻两种状态的调控，而我们的自旋阀则利用多铁性材料的磁电耦合效应，通过施加外电压改变电域方向进而改变其磁域方向，来影响钉扎层的磁域方向，实现对磁电阻两种状态的调控，即可被电场读写的磁性自旋阀。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁存储
，提供了一种可电场调控自旋阀结构。这种以多铁性 材料为反铁磁层的自旋阀结构，通过施加外电场可以改变反铁磁层的电域方向，而由于多 铁性材料的磁电耦合效应，其磁域方向也会发生变化，从而引起钉扎层磁域的变化，来改变 整个自旋阀的磁电阻状态。这种磁电信号的相互触发与控制，不仅有助于传感器及磁存储 器件多功能化，更有望以此为基础发展新的原型器件，使超高速率的电写入、磁读出成为可 能。
技术介绍
铁磁材料(ferromagnetics)具有自发磁矩，且其可以随外加磁场变化而翻转(开 关)，从而实现信息存储。现代电子产业，包括计算机等，广泛使用磁存储技术。而在工业生 产等领域非常重要的传感器技术则主要基于铁电材料。铁电材料(ferroelectrics)具有 自发电极化，这一电极化可以随外加电场变化而翻转(开关)。很多铁电材料同时也是铁弹 材料(ferroelastics)，其电极化的改变通常伴随着形状(或晶格常数)的变化，因此被广 泛应用于传感器或声波换能器等方面。就信息记录和读取来说，磁记录读取速度快但写入 慢，铁电记录读取复杂但写入速度快，并且具有非挥发性。而且随着科学技术的进步，人们 对于器件小型化和多功能化得要求越来越高，这就需要发展新的材料以研制新型器件。多 铁性材料(multiferroics)和磁电耦合效应(magnetoelectric effect)的发现为我们提 供了一个非常好的解决方案。仅就目前的预测来看，多铁性材料在传感器、自旋电子学等领域有广阔的应用前 景。最简单和直接的应用是利用电极化(电压)对外加磁场的敏感性来制作磁场传感器，而 其逆过程外加电场或电极化的改变对系统磁矩的影响，似乎更具吸引力。Ramesh等提出可 以利用反铁磁对铁磁的磁钉扎来实现对这一效应的观测。他们指出可以在反铁磁的多铁性 材料薄膜上生长一层软磁材料结构，利用磁交换偏置钉扎效应，外加电场导致反铁磁多铁 性材料磁矩改变，由此导致软铁磁层磁化方向改变，从而实现信息的读取 现有的多铁性材料为数不多，且大都是铁 电反铁磁，所以可用多铁性材料取代传统自旋阀的反铁磁层，利用其磁电耦合效应和磁交 换偏置钉扎效应，可以实现通过施加外电场改变整个自旋阀的电阻状态，即对整个自旋阀 进行电场调控。BiFeO3是唯一被证实具有室温多铁性的材料，室温下呈反铁磁有序(奈尔温度为 3800C )和铁电有序(居里温度为 810°C ) ，但是 BFO 在室温下大的漏导和低的阻抗值使得其只能够在较低的温度下观察到磁电效应。近年来 薄膜制备技术的进步极大减小了 BWeO3在室温下的漏导，从而在室温下观测到比较强的 磁电效应。另外BWeO3与其他ABO3型钙钛矿结构的铁电材料进行固熔或掺杂改性，也被证明可以增强磁电效应0而这些都预示着利用Bii^eO3或以Bii^eO3为基础的多铁性材料，对自旋阀进 行电场调控的可行性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种新型自旋阀结构，它将具有磁场和电场两种调控手段。 结构中的反铁磁层采用多铁性材料，利用其磁电耦合效应，通过施加外电场来改变反铁磁 层的磁域方向，进而改变钉扎层磁域方向，达到调节整个自旋阀高低两种电阻态的目的。本专利技术的反铁磁层以及自旋阀结构通过常规的薄膜沉积设备(例如激光脉冲沉 积、磁控溅射等等)制备而成。本专利技术的基本结构为五层薄膜从底往上第一层为多铁性材料反铁磁层，厚度约为30 320纳米。从底往上第二层为钉扎层Co9t^eltl，厚度为2 10纳米。从底往上第三层为非磁层Cu，厚度为2 10纳米。从底往上第四层为自由层Co9t^eltl，厚度为2 10纳米。从底往上第五层为保护层Ta，厚度为10纳米。进一步的，所述第一层多铁性反铁磁层优选为Bii^03。上述的具体制作工艺如下采用Pt(lll)/Ti/Si02/Si基片，Pt层作为底电极，大 小为10*10 (mm2)；激光脉冲沉积生长多铁性反铁磁层，激光能量为300mJ，频率为5Hz，沉 积时氧气(99. 99% )压为0. 8 10Pa，温度为650 750°C，退火氧气压为20 300Pa， 退火时间30分钟；磁控溅射生长自旋阀结构，溅射室本底真空度为2X10_5Pa，溅射时氩气 (99. 99% )压为0. 5Pa，基片用循环水冷却。进一步的，所述第一层多铁性反铁磁层优选为Bi2i^Cr06。上述的具体制作工艺如下采用Pt(lll)/Ti/Si02/Si基片，Pt层作为底电极，大 小为10*10 (mm2)；激光脉冲沉积生长多铁性反铁磁层，激光能量为300mJ，频率为5Hz，沉 积时氧气(99. 99% )压为0. 8 10Pa，温度为650 700°C，退火氧气压为20 300Pa， 退火时间30分钟；磁控溅射生长自旋阀结构，溅射室本底真空度为2X10_5Pa，溅射时氩气 (99. 99% )压为0. 5Pa，基片用循环水冷却。进一步的，所述第一层多铁性反铁磁层优选为复合多铁材料 BiFeO3-Ba0.5Sr05Ti03。上述的具体制作工艺如下采用Pt(lll)/Ti/Si02/Si基片，Pt层作为底电极，大 小为10*10(mm2)；激光脉冲沉积生长B^5Sra5TiO3层，激光能量为220mJ，频率为5Hz，沉积 时氧气(99. 99% )压为0. 8 10Pa，温度为650 700°C，退火氧气压为20 300Pa，退火 时间30分钟；然后激光脉冲沉积生长多铁性反铁磁层，激光能量为300mJ，频率为5Hz，沉 积时氧气(99. 99% )压为0. 8 10Pa，温度为650 700°C，退火氧气压为20 300Pa， 退火时间30分钟；磁控溅射生长自旋阀结构，溅射室本底真空度为2X10_5Pa，溅射时氩气 (99. 99% )压为0. 5Pa，基片用循环水冷却。本专利技术的优点在于只需要对多铁性反铁磁层施加一个很小的电压，就可以使反 铁磁层磁域发生变化，而改变钉扎层磁域方向，使整个自旋阀的电阻发生改变。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。 图2为本专利技术的电阻值随所施加的外电场的变化而出现高低两种状态。图3为本专利技术样品1在未施加外电场情况下，所测量的磁电阻。图4为本专利技术样品1在施加+0. 5V电压10分钟后，所测量的磁电阻。图5为本专利技术样品1在施加-0. 5V电压10分钟后，所测量的磁电阻。图6为本专利技术样品2在施加+0. 5V电压10分钟后，所测量的磁电阻。图7为本专利技术样品2在施加-0. 5V电压10分钟后，所测量的磁电阻。图8为本专利技术样品3在施加+0. 5V电压10分钟后，所测量的磁电阻。图9为本专利技术样品3在施加-0. 5V电压10分钟后，所测量的磁电阻。具体实施例方式申请人:根据上述结构，分别利用激光脉冲沉积和磁控溅射系统生长了新的自旋阀 结构样品1 以多铁性材料BiFeO3为反铁磁层，采用激光脉冲沉积法沉积在基片上，然 后用磁控溅射原位生长自旋阀。上述结构的详细制备工艺为采用Pt(lll)/Ti/Si02/Si 基片，Pt层作为底电极，大小为10*10(mm2)；激光脉冲沉积生长多铁性反铁磁层，激光能量 为300mJ，频率为5Hz，沉积时氧气(99. 99% )压为0. 8 10Pa，温度为650本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种可电场调节磁电阻的自旋阀结构，其特征在于，具体结构为：从底往上第一层为多铁性反铁磁层，厚度为３０～３２０纳米；从底往上第二层为钉扎层Ｃｏ９０Ｆｅ１０，厚度为２～１０纳米；从底往上第三层为非磁层Ｃｕ，厚度为２～１０纳米；从底往上第四层为自由层Ｃｏ９０Ｆｅ１０，厚度为２～１０纳米；从底往上第五层为保护层Ｔａ，厚度为１０纳米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜勇，苗君，张欣，张德林，徐晓光，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11
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