[发明专利]磁化材料、制备方法、垂直磁化膜结构、电子自旋器件

说明书

本发明涉及材料领域，具体公开了一种磁化材料、制备方法、垂直磁化膜结构、电子自旋器件，所述磁化材料包括主体层；其中，主体层包括依次设置的非磁重金属层、MgO层与Co层，非磁重金属层的材料是Pd或Pt。本发明实施例提供的磁化材料具有优异的垂直磁特性，通过在非磁重金属层和Co层中插入MgO层，可以在高温退火后使得Co层在具有高达几个纳米厚度范围内都保持很好的垂直磁特性，热稳定性高，解决了现有Co基多层膜存在热稳定性低且无法有效增大Co层厚度的问题；而提供的制备方法简单，操作性强，重复性好，成本低廉。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体是一种磁化材料、制备方法、垂直磁化膜结构、电子自旋器件。

背景技术

随着当前磁自旋电子学的高速发展，具有高自旋轨道耦合作用的自旋电子学材料受到广泛关注。其中，Co基多层膜以其大自旋轨道耦合作用和易调控磁特性等优点，是下一代磁随机存储单元和磁电传感器的首选材料之一。通常，Co基多层膜包括Pd/Co多层膜结构、Pt/Co多层膜结构等。

一般来说，Pd/Co多层膜结构或者Pt/Co多层膜结构仅当Co层(铁磁性)的厚度较薄时(典型值为0-0.5nm)才具有很好垂直磁特性。当Co层厚度超过1nm时，Pd/Co多层膜结构或者Pt/Co多层膜结构的磁化易轴则表现为薄膜面内方向，降低了垂直多层膜系的有效磁信号和有效自旋极化。另一方面，在技术上，垂直磁隧道结需经高温退火处理以提高隧道结磁电阻值，而传统的Co基多层膜在300℃以上退火后，垂直磁性能会降低并消失，妨碍了该多层膜作为垂直磁性隧道结功能单元的使用(垂直磁性隧道结与标准的CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)集成需要高达近400℃的后期热处理)。因此，如何提高Co基多层膜的热稳定性并有效增大Co层的厚度是当前需要解决的实际工程问题之一。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种磁化材料、制备方法、垂直磁化膜结构、电子自旋器件，以解决上述背景技术中提出的现有Co基多层膜存在热稳定性低且无法有效增大Co层厚度的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种磁化材料，包括主体层；其中，所述主体层包括依次设置的非磁重金属层、MgO层与Co层，所述非磁重金属层的材料是Pd或Pt中的任意一种。

作为本发明进一步的方案：所述非磁重金属层的厚度为2nm以上，所述MgO层的厚度为1-1.5nm，所述Co层的厚度为0.75-5.5nm。

作为本发明再进一步的方案：所述的磁化材料还包括设置在所述主体层上的保护层和/或设置在所述非磁重金属层上的平滑层，其中，所述保护层的材料是Ta、Pd或Pt中的任意一种，所述平滑层的材料是Ta。

作为本发明再进一步的方案：所述保护层的厚度为2nm以上，所述平滑层的厚度为2nm以上。

作为本发明再进一步的方案：所述Ta、Pd、Pt和Co的纯度均在99.9％以上。

本发明实施例的另一目的在于提供一种磁化材料的制备方法，所述的磁化材料的制备方法，包括以下步骤：

采用直流溅射或者射频溅射依次生长非磁重金属层、MgO层与Co层，得到多层膜材料，然后进行退火处理，得到所述磁化材料。

作为本发明再进一步的方案：在所述的磁化材料的制备方法中，还包括预先溅射金属Ta作为平滑层和/或在所述Co层上溅射Ta、Pd或Pt中的任意一种作为保护层。

作为本发明再进一步的方案：在所述的磁化材料的制备方法中，所述平滑层的厚度为2nm以上。

作为本发明再进一步的方案：所述MgO层采用射频溅射生长，所述MgO层作为绝缘层。