磁性异质结中的磁电阻效应和电致阻变效应研究

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1、分类号：O484密级：UDC：530学校代码：11065硕士学位论文磁性异质结中的磁电阻效应和电致阻变效应研究高小洋指导教师石星军副教授、李山东教授学科专业名称凝聚态物理学论文答辩日期2016年5月31日摘要信息时代的重要标志是信息和通信技术向生活的各个方面的渗透，在信息时代数据的存储必然益显重要，将占有巨大的市场份额并与我们的日常生活息息相关。传统晶体管因为尺寸缩小而引起的技术瓶颈限制了其进一步发展，新一代非易失存储器由于其结构简单、数据保持时间久而被人们广泛关注。其中基于磁阻效应和电致电阻效应机理的异质结有望实现高密度、快速度、非挥发的信息存储，逐渐

2、成为当前热点。本文通过原位掩模的方法制备了磁性隧道结MTJs和电致电阻异质结，并使用XRD、XPS、AFM以及电流-电压源表对薄膜的的结构组成、表面形貌以及输运性质进行了表征和分析，主要内容包括：(1)利用电子束蒸发系统在Si衬底上用原位掩模的方法沉积了外延生长的FeCo/MgO/Fe磁性隧道结。退火后在77K下可以获得-39%的负的隧穿磁电阻效应（TMR），同样结构的隧道结在提高真空度后没有这种现象。这种负磁电阻效应的出现归因于FeCo/MgO界面氧化提供的反向自旋极化。用液氮冷却装置，使得本-10底真空达到5×10torr后，我们观察到了50%的室温

3、磁电阻，并且随着温度的降低逐渐增强，在77K温度下我们观察到92%的磁电阻。再次经过退火处理后，没有负磁电阻效应的出现，但是在室温下和低温77K下磁电阻的值都有明显提高。(2)用脉冲激光（PLD）沉积的方法制备了n-Si/SiO2-CoFe2O4/In三明治结构的阻变单元，并就其制备工艺中的生长温度、氧分压、是否保压、阻变层的厚度对CoFe2O4成膜的影响以及电学性能的改变进行分析，优化参数后在1.6Pa氧压、700℃、8nm的条件下制备出了具有双极性电阻开关特性的阻变单元，并对其导电机制进行分析。硕士研究生高小洋（凝聚态物理学）指导教师石星军副教授李山

4、东教授关键词：负磁电阻效应；磁存储器；退火；阻变存储器AbstractInformationandcommunicationtechnologyisthesymbolofinformationage,whichpenetratestoallaspectsoflife.Inthisdayandage,datastoragenotonlybecomesincreasinglyimportantbutalsotakesahugemarketshareandiscloselyrelatedtoourdailylife.Transistorbasedtraditi

5、onalprocesshasencounteredadevelopmentbottleneckduetoitsdecreasingfeaturesize.Peoplehavepaidmanyattentionstotheresearchofnewgenerationofmemorybecauseofitssimplestructureandlongtimedataretention.Forallthosememory,TheunitcellofMRAMandRRAMwithasimpleMIM(metal-insulator-metal,)“sandwi

6、ch”structurehavelotsofadvantages,forexample,highstoragedensity,fastreadingandwritingspeed,scalabilityfromnon-chargestoragemechanism,submicron-sizedlayerstructureproperties,repeatabilityandCMOScompatibility.Asaresult,ithasbecomeacurrenthotspot.Inthispaper,magnetictunneljunctions(M

7、TJs)onsiliconsubstratesandRSunitwerefabricatedusinginsitushadow-masks.WeuseXRD,XPS,AFMandcurrent-voltagesourcemeterinstrumenttoanalyzethefilmstructuralcomponents,surfacemorphologyandtransmissionproperties.Themainideaisasfollows:(1)FullyepitaxialFeCo/MgO/Femagnetictunneljunctionso

8、nsiliconsubstrateswerefabricatedusingins