Туннельные магниторезистивные контакты CoFeB/MgO/CoFeB с магнетосопротивлением 200 % при комнатной температуре

Рис. 1. а), б) – кривые магнетосопротивления ТМР контактов до и после проведения термического отжига соответственно. в), г) – изображения поперечного среза структур, полученные в просвечивающем электронном микроскопе

Туннельные магнитные контакты (ТМК) CoFeB(001)/MgO(001)/CoFeB(001) на сегодняшний день составляют основу большинства устройств, основанных на эффекте магнетосопротивления, среди которых можно выделить датчики магнитного поля и магниторезистивную память с произвольным доступом. В ИФМ РАН с использованием установки ATC 2200-VSPUTTER SYSTEM (AJA International, Inc.)была отработана технология изготовления многослойных ТМР структур CoFeB/MgO/CoFeB и ТМК на их основе, проявляющих магнетосопротивление величиной 200 % при комнатной температуре. ТМР структуры типа Ta(20)/Pt(10)/Ta(20)/ IrMn(10)/CoFeB(4)/MgO(1.5)/CoFeB(2.5)/Ta(3)/Pt(10) выращивались на подложках Si/SiO₂ методом магнетронного распыления при комнатной температуре. Перед проведением ростового процесса подложки подвергались ионной обработке в высокочастотной аргоновой плазме. Остаточное давление в ростовой камере не превышало 3 × 10⁻⁷Торр. Туннельный барьер MgO формировался методом высокочастотного магнетронного распыления стехиометрической мишени MgO в атмосфере чистого аргона при рабочем давлении 1.5 × 10⁻³Торр. Металлические слои распылялись при постоянном токе при рабочем давлении 2 × 10⁻³Торр.

С использованием отработанной технологии было проведено большое количество экспериментов с ТМК CoFeB/MgO/CoFeB. Обнаружен новый магнитоэлектрический эффект зависимости межслоевого обменного взаимодействия через барьер от приложенного к нему электрического напряжения, получены ТМК субмикронного латерального размера с квазиоднородным и вихревым распределением намагниченности в свободном слое, ТМКCoFeB/MgO/CoFeB с перпендикулярной магнитной анизотропией. Наизготавливаемых в ИФМ РАН ТМК (спин-трансферныхнаноосцилляторов) наблюдался эффект выпрямления и генерации СВЧ сигналов.