鐵磁體-半導(dǎo)體-鐵磁體隧道結(jié)中隧穿磁電阻.pdf

1、80年代末人們在納米尺度“鐵磁/非磁”多層膜中發(fā)現(xiàn)了層間交換耦合和巨磁電阻．在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的自旋閥巨磁電阻器件以其在低場中的高靈敏度(磁電阻在常溫可達(dá)7％)成為存儲介質(zhì)的熱門．1975年Julliere發(fā)現(xiàn)Fe/Ge/Co隧道結(jié)中存在磁電阻效應(yīng)，稱之為隧穿磁電阻(TMR)．這種鐵磁體/絕緣體/鐵磁體結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)與通常金屬的多層膜相比具有高內(nèi)阻、低功耗、輸出電壓高等特點(diǎn)，其理論磁阻率為20～50%，超過了自旋閥薄膜，在制備高密度隨

2、機(jī)存取存儲器方面具有巨大潛力．
　　本論文先介紹巨磁電阻效應(yīng)和隧穿磁電阻效應(yīng)與研究現(xiàn)狀．然后，在Slonczwski的自由電子理論模型下，運(yùn)用量子力學(xué)方法研究了鐵磁體(FM)/半導(dǎo)體(SM)/鐵磁體(FM)隧道結(jié)中的隧穿磁電阻．首先，考慮FM/SM/FM隧道結(jié)中，鐵磁體與半導(dǎo)體的兩個接觸面形成δ勢壘．即FM/I/SM/I/FM．在研究過程中我們發(fā)現(xiàn)：隧穿磁電阻最小值出現(xiàn)在磁化電極處于平行狀態(tài)即00θ=，θ=和θ=π，θ=π，隧穿磁

3、電阻最大值出現(xiàn)在θ=0，θ=π．此時(shí)的磁化電極處于反平行狀態(tài)．隨著勢壘參數(shù)W增加，隧穿磁電阻逐漸減小；隧穿磁電阻與Rashba自旋-軌道耦合強(qiáng)度的關(guān)系，與磁化電極分子場角度有密切關(guān)系．其次，考慮FM/SM/FM隧道結(jié)中，鐵磁體與半導(dǎo)體的兩個接觸面形成肖特基勢壘，即FM/X/SM/X/FM，這樣考慮是更符合實(shí)際情況，這也是本文一大亮點(diǎn)．在研究過程中我們發(fā)現(xiàn)：隧穿磁電阻隨磁化電極角度θ的增大呈周期變化．以2π為一個周期．當(dāng)θ=π，即磁化電極

4、處于反平行時(shí)，隧穿磁電阻有最大值；當(dāng)θ=0，θ=2π即磁化電極處于平行時(shí)，隧穿磁電阻有最小值．隧穿磁電阻隨肖特基勢壘高度的增大呈線形增大；隧穿磁電阻隨Rashba自旋-軌道耦合強(qiáng)度的增大而減?。?br>　　鐵磁體與半導(dǎo)體的兩個接觸面形成勢壘形狀對隧穿磁電阻有一定的影響．又因?yàn)閷?shí)際上鐵磁體與半導(dǎo)體的兩個接觸面形成肖特基勢壘．所以，以肖特基勢壘為半導(dǎo)體接觸面形成的勢壘，更為準(zhǔn)確．我們所做的研究工作可能為巨磁電阻元件的研制提供一些有價(jià)值的理論