磁隧道结
隧穿磁阻效应 巨磁阻效应
隧穿磁阻效应巨磁阻效应
磁阻效应是材料在磁场中发生电阻变化的现象。
在这一领域中，隧穿磁阻效应和巨磁阻效应是两个重要的研究方向。
隧穿磁阻效应（TMR）是指在磁隧道结中，磁绝缘体层的磁化强度改变导致电阻发生变化。
这种效应的原理是，磁绝缘体层的磁化强度变化会影响到电子的隧穿概率，从而改变电阻。
隧穿磁阻效应具有较高的磁灵敏度，但其响应速度受到限制，因此在实际应用中有一定的局限性。
与隧穿磁阻效应相比，巨磁阻效应（GMR）的特点是在磁场强度变化较小的范围内，电阻值发生较大变化。
巨磁阻效应的原理是，磁性材料层的磁化强度改变导致电子有效质量发生变化，从而影响电阻。
由于巨磁阻效应具有较快的响应速度，因此在磁传感器、磁随机存储器等领域得到了广泛应用。
在实际应用中，隧穿磁阻效应和巨磁阻效应各自具有优势。
隧穿磁阻效应适用于高灵敏度磁传感器和磁随机存储器等领域，而巨磁阻效应则适用于磁随机存储器、磁头读写器等快速响应设备。
此外，两种磁阻效应还可以相互结合，实现更高性能的磁电子器件。
我国在磁阻效应研究方面取得了显著成果。
科研人员不仅在理论研究方面取得了突破，还成功应用于实际工程。
例如，我国已经成功研发了基于隧穿磁阻效应的磁随机存储器，为磁电子产业的发展奠定了基础。
此外，我国在巨磁阻效应器件的研发方面也取得了重要进展，为磁传感器、磁头读写器等领域提供了技术支持。
总之，隧穿磁阻效应和巨磁阻效应在磁电子领域具有广泛的应用前景。
磁隧道结的研究进展
ｊｎｔ ｎｉ ｄｄ ｃｄ ｕ ｃｉ ｅｕｅ ．Ｔｈ ｒｓｅｔ ｆｒｔｅｔｎ ｅ ｎ ｎｔ ｎａｅａ ｏｄｓｕ ｓｄ ｏ ｓ ｅｐｏ ｐｃｓ ｏ ｕ ｎ ｌ ｇｊ ｃ ｏ ｒ ｌ ｉ ｓｅ ． ｈ ｉ ｕ ｉ ｓ ｃ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
ｍａ ｎ ｔ ｕ ｎ ｌ ｇｊｎｔ ｎ ｍａ ｎ ｔｒｓ ｔｎｅ ｅｅｔ ｇｍａｅｉ ｓ ｇ ｅｉ ｔｎ ｅ ｎ ｃｉ ， ｇ ｅｏｅｉ ａｃ ，ｓｌ ｉ ｔｒ ｌ ｃ ｉ ｕ ｏ ｓ ｃｎ ａ
维普资讯
・
３ ２・
材料 导报
２０ ０７年 ３月第 ２ 第 ３ １卷 期
磁 隧道 结 的 研 究进 展
金克新 陈长乐 ， ，
（ 西北工业大学理 学院应用 物理系 ， １ 西安 ７ ０ ７ ； 西安科技大学 ，西安 ７ ０ ４ ； １０２２ １０ ９
０ 引言
磁 电阻效应是指材料 中电阻率 随外加 磁场变化而变化的现
１ 磁性 隧道 结的理 论
目前 ， 磁性 隧道结 的理论主要有零偏压下 的 Ｊ ｌｅｅ ｕｌ ｒ 隧穿概 ｉ 率 理论 和 Ｓｏ ｃｅ ｋ 自由电子模型＿］ ｕｌ ｒ 假设 电子穿 。 ｌｎｚｗｓｉ １ 。Ｊ ｌｅｅ ０ ｉ 越绝缘 体时能量和 自旋方 向保持不 变 ， 但隧穿 概率 只与能 量有 关 ， 出 当偏压很ｄ （ － ｏ ， ＭＲ和 ２个铁磁 电极 中电子在 得 ￣ ｖ－ ）Ｔ 费米面上 的 自旋 极化强度 的乘 积成 正 比， 而 ２个铁 磁 电极的 因 自旋极化强度越 高 ， ＭＲ也越 大 。而 Ｓｏ ｃｅ ｋ 的 自由电子 Ｔ ｌｎｚｗｓｉ 模型认为铁磁金属 中 自旋 向上和 自旋 向下 的电子具有 不同的波 矢 ， 隧穿概 率与 自旋方向和波矢都有关 ， 而 结果表 明势垒高度对
自旋电子学ch5-partI
Moodera, et. al. Phys. Rev. Lett. 74, 3273, (1995)
cited times: 647
讨论式学习以下内容：
1. 在1995年之前，磁隧道结研究的情况如何；为什 么只能得到较小的磁阻效应？
2. TMR值的计算公式；并由此推导TMR的极限值; 3. Moodera实验过程，以及基本结构是什么？采用 了那些材料；
0 0
(2) → (1) 电子
隧穿电流
Ef 2 4m 2 h 3 T Vr 2m dEx f 0 E r E x eV dEr N2 0 0
J e N1 N 2
近似结果： 隧穿电流 ≈ 指数衰减部分×状态函数部分
隧道效应无法用经典力学的观点来解释。因电子的能量 小于区域Ⅱ中的势能值U0，若电子进入Ⅱ区，就必然出 现“负动能”，这是不可能发生的。 但用量子力学的观点来看，电子具有波动性，其运动用 波函数描述，而波函数遵循薛定谔方程，从薛定谔方程 的解就可以知道电子在各个区域出现的概率密度，从而 能进一步得出电子穿过势垒的概率。该概率随着势垒宽 度的增加而指数衰减。因此，在宏观实验中，不容易观 察到该现象。
1993年，Miyazaki, NiFe/Al-Al2O3/Co 207%@room T 1995年，Moodera. Isulator: Al2O3; FM: CoFe, Co, NiFe, Fe. 11.8%@295K; 20%@77K; 24%@4.2K
MTJ基本结构
MTJ的测试
GMR
TMR
（a）
（b）
图1 扫描模式示意图 （a）恒电流模式；（b）恒高度模式 S 为针尖与样品间距，I、Vb 为隧道电流和偏置电压， Vz为控制针尖在 z 方向高度的反馈电压。
《2024年垂直磁各向异性隧道结中磁矩翻转机理的综合研究》范文
《垂直磁各向异性隧道结中磁矩翻转机理的综合研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，垂直磁各向异性隧道结（Perpendicular Magnetic Anisotropy Tunneling Junctions，PMA-TJs）在信息存储和数据处理领域的应用越来越广泛。
其核心的物理机制在于磁矩的翻转过程，即从一种稳定状态切换到另一种稳定状态。
这一过程涉及到了材料科学、物理、化学等多个领域的知识。
本文旨在综合研究垂直磁各各向异性隧道结中磁矩翻转的机理，为相关研究提供理论依据和实验参考。
二、垂直磁各向异性隧道结的基本原理垂直磁各向异性隧道结是一种特殊的磁性材料结构，其磁矩方向主要沿着与表面垂直的方向。
其基本原理是：在外加磁场的作用下，通过调整材料内部的电子结构，使得磁矩从原来的状态翻转到新的状态。
在这个过程中，涉及到材料内部的电子、原子和分子的相互作用。
三、磁矩翻转的机理磁矩的翻转是一个复杂的过程，涉及到许多物理机制。
本文将重点从以下几个方面进行综合研究：1. 磁场诱导的磁矩翻转：当外加磁场足够强时，可以克服材料的内禀磁性，使磁矩发生翻转。
这一过程涉及到磁场与材料内部电子的自旋、轨道角动量等之间的相互作用。
2. 热诱导的磁矩翻转：随着温度的升高，材料的热运动加剧，使得磁矩的翻转变得更加容易。
这一过程涉及到材料内部的热力学性质和动力学过程。
3. 电流诱导的磁矩翻转：通过在隧道结中施加电流，可以改变材料的电子结构，从而诱导磁矩的翻转。
这一过程涉及到电流与材料内部电子的相互作用。
4. 交换偏置效应：在某些情况下，由于界面处的交换耦合作用，使得磁矩的翻转受到额外的限制或驱动。
这种效应涉及到界面处原子或分子的相互作用。
四、实验研究及分析为了深入研究垂直磁各向异性隧道结中磁矩的翻转机理，我们进行了一系列实验研究。
通过改变外加磁场、温度和电流等参数，观察和分析磁矩的翻转过程。
实验结果表明：1. 在较低的外加磁场下，磁场诱导的磁矩翻转占主导地位。
俄罗斯半导体术语
俄罗斯半导体术语引言：半导体技术是当今科技领域最重要的基础之一。
俄罗斯作为一个技术实力雄厚的国家，其半导体领域的术语也有一些独特之处。
本文将为您介绍俄罗斯半导体术语的一些常见词汇和概念。
一、晶体管（транзистор）晶体管是现代电子设备中最重要的组成部分之一。
它是一种能够控制电流流动的电子器件。
晶体管可以放大电流和开关电路，是计算机、手机和其他电子设备的核心元件。
二、集成电路（интегральная схема）集成电路是指将多个电子元件（如晶体管、电容器和电阻器等）集成在一个芯片上的电路。
俄罗斯在集成电路领域取得了显著的成就，其研发的芯片在军事、航天和通信等领域得到广泛应用。
三、光电二极管（фотодиод）光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件。
它常用于光电传感器和光通信领域。
俄罗斯的光电二极管技术在军事和安全领域具有重要的应用价值。
四、太阳能电池板（солнечная батарея）太阳能电池板是一种利用太阳能将光能转化为电能的装置。
俄罗斯在太阳能电池板技术方面取得了一定的突破，其高效率的太阳能电池板在宇航和航天领域有着广泛的应用。
五、功率场效应管（мощный полевой транзистор）功率场效应管是一种能够承受较大电流和电压的器件。
它常用于功率放大和开关电路。
俄罗斯在功率场效应管领域的研究具有较高的水平。
六、半导体材料（полупроводниковый материал）半导体材料是半导体器件的基础材料，常见的有硅、锗等。
俄罗斯在半导体材料的研发和制备方面拥有丰富的经验和技术。
七、磁隧道结（магнитный туннельный переход）磁隧道结是一种利用量子力学效应实现的器件，用于存储和传输信息。
俄罗斯在磁隧道结技术方面取得了一些突破，为信息存储领域的发展做出了贡献。
结语：通过对俄罗斯半导体术语的介绍，我们可以看到俄罗斯在半导体领域的研究和应用取得了一定的成就。
新型磁性隧道结材料及其隧穿磁电阻效应
（ 中 国 科 学 院 物 理 研 究 所 ，北 京 １ ０ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：典型 的磁性 隧道结是“ 三 明治 ” 结构 ，即由上下两个铁磁 电极以及 中间厚度 为 １ ｎ ｍ量 级的绝缘 势垒层构 成。 当外 加
磁场使两铁磁 电极的磁矩 由平行 态向反平行态 翻转 时 ，隧穿 电阻会发 生低电阻态 向高 电阻态的转变。 自从 １ ９ ９ ５年发现 室温隧 穿磁 电阻 （ Ｔ ＭＲ） 以来 ，非 晶势 垒的 Ａ Ｉ Ｏ 磁性隧道结在 磁性随机存储器 （ ＭＲＡ Ｍ） 和磁硬盘磁读 头（ Ｒ ｅ ａ ｄ Ｈ ｅ ａ ｄ ）中得 到了广泛 的 应用 ，２ ０ ０ ７年室温 下其 磁电阻 比值可 达到 ８ ０ ％ 。下一代 高速 、低功耗 、高性能 的 自旋电子学器件 的发 展 ，迫切需要更高 的室 温Ｔ ＭＲ比值和新型的调制结 构。２ ０ ０ １年通过第 一性 原理计算发现 ：由于 Ｍｇ Ｏ（ ０ ０ １ ） 势垒对不 同对称性 的 自旋极化 电子具有 自 旋过滤 （ Ｓ ｐ ｉ ｎ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ） 效应 ， 单 晶外 延的 Ｆ ｅ （ ０ ０ １ ） ／ Ｍｇ Ｏ（ ０ ０ １ ） ／ Ｆ ｅ （ ｏ ０ １ ） 磁 性隧道结的 Ｔ ＭＲ比值 可超过 １ ０ ０ ０ ％ ，随后 ２ ０ ０ ４年 在单 晶或 多晶的 Ｍｇ Ｏ磁性隧道结 中获得室温约 ２ ０ ０ ％的 Ｔ ＭＲ比值 ，２ ０ ０ ８年更是在赝 自旋 阀结构 ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｂ ／ Ｍｇ ０ ／ ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｂ磁性 隧道结 中 获得高达 ６ ０ ４ ％ 的室温 Ｔ ＭＲ比值。伴随着新 势垒材料的不断发 现和各 种磁性隧道结结构 的优化 ，共振 隧穿 和 自旋依 赖 的库仑 阻塞磁 电阻等新效 应以及磁性传感器 、磁性随机存储 器和 自旋纳米振荡 器及微波检 测器等 新器件 逐渐成为 科学和 工业界所关
自旋电子学及其在信息存储中的应用
自旋电子学及其在信息存储中的应用自旋电子学是一门研究电子自旋在材料中的传输、存储和控制的学科。
自旋电子学的出现，为信息存储和处理提供了新的可能性。
相比传统的电子学，自旋电子学可以在不需要外部磁场的情况下，通过控制电子自旋来实现高速、低功耗的信息存储与处理。
在自旋电子学中，最重要的组件之一是自旋电子器件。
自旋电子器件通过利用电子自旋的性质进行信息的存储和传输。
其中，磁隧道结是一种常用的自旋电子器件。
磁隧道结的工作原理是通过两层磁性材料之间的隧穿电流来控制电子自旋。
当隧穿电流通过时，两层磁性材料之间的磁矩方向可以发生翻转，从而实现信息的存储和读取。
除了磁隧道结，还有其他一些自旋电子器件，如自旋电场效应晶体管、自旋霍尔效应器件等。
这些器件在自旋电子学领域的应用不断拓展，为信息存储的技术发展提供了新的途径。
自旋电子学在信息存储中的应用主要包括磁性存储和自旋传输两个方面。
在磁性存储中，自旋电子学可以实现高密度、高速的磁性存储器。
相比传统的硬盘驱动器，在自旋电子学的磁性存储器中，可以将信息以微小的磁性域的方式进行存储，从而大大提高存储密度。
同时，由于自旋电子学的高速特性，可以实现更快的数据读取和写入速度，提高存储器的性能。
在自旋传输方面，自旋电子学可以实现低功耗的数据传输。
自旋传输采用的是自旋而不是电子电荷来传输信息，因此可以避免传统电子器件中由于电荷传输造成的热耗散。
这使得自旋传输在低功耗的信息传输中具有巨大的潜力。
此外，自旋传输还可以实现高速的信息传输，为信息处理提供更快速的可能性。
在实际应用中，自旋电子学已经在磁性随机存储器、自旋传输器件和磁性逻辑器件等领域有了广泛的应用。
例如，利用自旋电子学的磁性随机存储器可以提高存储密度，实现更高容量的硬盘驱动器。
自旋传输器件可以用于实现高速的数据传输，在云计算和大数据处理中具有重要意义。
而磁性逻辑器件则可以实现低耗能的逻辑运算，为节能计算提供支持。
虽然自旋电子学在信息存储中具有巨大的潜力，但目前仍存在一些挑战。
多维科技_双轴TMR角度传感芯片_MMA232_CN_3
TMR角度传感器
MMA232 MMA232 双轴TMR(磁隧道结)角度传感器
概述
MMA232是一款使用TMR磁隧道结传感技术并针对角度传感特点专门设计的高灵敏度、低功耗、高分辨率/精度的双轴角度传感器。
⏹旋钮传感器
原理
在MMA232角度传感器上方放置一块磁铁（磁铁磁场方向为水平方向），此磁铁可以在平行于MMA232芯片平面内的任意方向产生磁场。
MMA232中的磁隧道结传感部分主要由两层磁性层组成，一层为“钉扎层”，钉扎层不受外加磁场影响，另一层为“自由层”，能被外加磁场磁化，所产生的磁场平行于外加磁场。
随着磁铁（磁场）的旋转，磁隧道电阻值将随着自由层和钉扎层磁场方向的夹角变化产生相应变化，其变化值用图形曲线表示，近似正余弦关系变化，所以，随着外加磁场角度变化，传感器的输出电压成正余弦曲线。
引脚定义
注：
1. 1 Oe (Oersted) = 1 Gauss in air = 0.1 millitesla = 79.8 A/m。
2. 偏移电压：角度为零时，传感器输出电压（正弦模式）。
3. TCOV：在恒定工作电压下，输出信号随温度变化的百分比。
.
封装尺寸
单位：mm
多维科技有限公司提供的产品信息是准确和可靠的。
该产品说明书不包含，也不意味着任何专利，工业或知识产权的权利许可。
多维科技有限公司保留以下权利：根据实际情况随时更新产品规格来提高产品质量，可靠性和功能，恕不另行通知。
对于超出产品应用范围而造成的损坏或任何不良后果，多维科技有限公司不承担任何责任。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图2
磁隧道结的制备和性质测量
为了使两个铁磁层 的磁化强 度能够平行或反平 行排列 , 可 以采用如下 方法 : (1)沉积钉扎层；(2)沉积 MnFe等反铁磁藕合层；(3)两个铁磁层分别选 用矫顽力不同的材料 , 如 CoFe和 NiFe；(4)通过控制制备条件使铁磁层具有 不同的矫顽力。 测量隧道结的输运特性需采用电流垂直膜面 (CPP)方式。因此隧道结的 制备常采用两种特别技术 , 一是光刻，另一种是原位掩膜。光刻的优点是结 的数目和尺寸比较容易控制 , 但制备过程较复杂。
应用和展望
谢谢观看！
2015年9月15日
结构简介
磁隧道结（MTJs）
在两块铁磁薄片之间夹一 层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层， 构成所谓的结元件。
磁电阻效应TMR
在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金 属的 3d轨道局 域电子能带发生劈裂，使费米(Fermi)面附近自旋向上和向下的电子具 有不同的能态密度。 在 MTJs中，TMR效应的产生机理是自旋相关 的隧穿效应。MTJs 的一般结构为铁磁层 /非磁绝缘 层 /铁磁层(FM/I/FM) 的三明治结构。 饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，而通常两铁磁层的矫顽 力不同，因此反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁 化矢量首先翻转，使 得两铁磁层的磁化方向变成反 平行。电子从一个磁性层隧穿到另一个 磁性层的隧 穿几率与两磁性层的磁化方向有关。
图1
如图1所示,若两层磁化方向互相平行， 则在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将 进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少 数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少 数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大；若 两磁性层的磁化方向反平行，情况则刚好相 反，即在一个磁性层中，多数自旋子带的电 子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态, 而少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层 中多数自旋子带的空态,这种状态的隧穿电 流比较小。 因此,隧穿电导随着两铁磁层磁化方向 的改变而变化，磁化矢量平行时的电导高于 反平行时的电导。
MTJs の发展历史
早在1975年,Julliere就在Co/Ge/Fe磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junctions，MTJs)（注：MTJs的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/ 铁磁层(FM/I/FM)的三明治结构）中观察到了TMR效应。但是， 这一发现当时并没有引起人们的重视。 1988年,巴西学者Baibich在法国巴黎大学物理系Fert教授领导的 科研组中工作时，首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻(GMR) 效应。TMR效应和GMR效应的发现导致了凝聚态物理学中新的 学科分支——磁电子学的产生。
磁隧道结の前世今生
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
苟源 08011201班 2012301767
2015.09.15.
导语：磁隧道结の相关
量子隧道效应
是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高 度时，该粒子仍能穿越这一势垒。按经典理论，粒子为了脱离此 能量的势垒，必须从势垒的顶部越过。但由于量子力学中的量子 不确定性，时间和能量为一组共轭量。在很短的时间中（即时间 很确定），能量可以很不确定，从而使一个粒子看起来像是从 “隧道”中穿过了势垒。
磁隧道结的基本特征
还有一些挑战
(1)制作作具有高磁电阻的小面积MTJ； (2)降低MTJ的势垒高度 , 以获得较好的信噪比； (3)提高结构热稳定性至300℃ , 以承受 电子器 件制备过程中相 对较高的热处理温度 ； (4)提高磁电阻对结电压 的耐受性 , 如采用双 隧道结结构等； (5)技术上 , 开发磁性层和势垒层的无缺陷制备技术； (6)物理上 , 探索开发新型的势垒材料 , 如对通过掺杂磁性和非 磁性离子对势垒层进行人工调制等。