[发明专利]一种隧道磁电阻及其制造方法、隧道磁器件

说明书

本发明提供一种隧道磁电阻及其制造方法、隧道磁器件。隧道磁电阻包括：钉扎层；与所述钉扎层相对设置的自由层，所述自由层为超顺磁层，所述自由层的厚度小于或等于临界厚度；位于所述钉扎层和所述自由层之间的隧穿势垒层；位于所述自由层背向所述隧穿势垒层一侧的底层导电结构。隧道磁电阻中的自由层选用厚度小于或等于临界厚度的超顺磁层，在磁化过程中，组成超顺磁的单畴颗粒的磁矩能够沿同一方向取向而达到磁饱和，磁化率较高，因此，本发明提供的隧道磁电阻具有大的饱和场和大的线性度。

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，具体涉及一种隧道磁电阻及其制造方 法、隧道磁器件。

背景技术

磁传感技术被广泛应用于新能源、智能交通、工业控制、智能家电及 智能网络等领域。目前正在被广泛推广的为TMR(Tunneling Magneto Resistance)技术，即隧道磁电阻。

隧道磁电阻效应产生的机理是自旋相关的隧穿效应，其核心在MTJ (MagneticTunnel Junction)器件，也即是磁性隧道结器件。磁性隧道 结包括磁化取向固定的钉扎层、磁化取向可通过磁场电流改变的自由层、 以及位于所述钉扎层和所述自由层之间的隧穿势垒层，在磁性隧道结的自 由层和钉扎层各连接有一个电极。MTJ器件具有隧道磁电阻效应，当自由层 受磁场或电流作用磁化取向方向和钉扎层的磁化取向同向平行时，隧道磁电阻呈现低电阻态；当自由层受磁场或电流作用磁化取向方向和钉扎层的 磁化趋向反向平行时，隧道磁电阻呈现高电阻态。

但是目前隧道磁电阻相应地饱和场相对较小，饱和场绝对值一般小于 200Gs，且在饱和场内线性度相对较差。进而对于一些开环设计或者对于饱 和场要求较大的传感器应用中受到限制。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中隧道磁电阻饱和 场小、线性度差的问题。从而提供一种隧道磁电阻及其制造方法、隧道磁 器件。

本发明提供一种隧道磁电阻，包括：钉扎层；与所述钉扎层相对设置 的自由层，所述自由层为超顺磁层，所述自由层的厚度小于或等于临界厚 度；位于所述钉扎层和所述自由层之间的隧穿势垒层；位于所述自由层背 向所述隧穿势垒层一侧的底层导电结构。

可选的，所述自由层的材料包括CoFe₄₀B₂₀或CoFe₆₀B₂₀。

可选的，所述自由层的厚度为1.0nm～1.4nm。

可选的，还包括：顶层导电结构，所述钉扎层、自由层和隧穿势垒层 均位于所述顶层导电结构和底层导电结构之间，所述钉扎层位于所述顶层 导电结构和所述隧穿势垒层之间。

可选的，所述底层导电结构包括底层导电本体和界面层，所述界面层 位于所述底层导电本体和所述自由层之间；所述界面层的材料包括Ta或Ru。

可选的，所述钉扎层包括：第一子钉扎膜、第二子钉扎膜、第三子钉 扎膜和第四子钉扎膜，第一子钉扎膜、第二子钉扎膜、第三子钉扎膜和第 四子钉扎膜在自所述自由层隧穿势垒层至所述隧穿势垒层自由层的方向上 依次层叠；所述第一子钉扎膜的材料包括CoFe₄₀B₂₀，第一子钉扎膜的厚度为 1.4nm～3nm；所述第二子钉扎膜的材料包括Ru，第二子钉扎膜的厚度为 0.7nm～1.0nm；所述第三子钉扎膜的材料包括CoFe₃₀，第三子钉扎膜的厚度 为1.5nm～2nm；所述第四子钉扎膜的材料包括PtMn₆₂，第四子钉扎膜的厚度 为15nm～20nm。