基于MgO的非雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)輸運(yùn)和噪聲特性的研究.pdf

1、磁性隧道結(jié)由于具有高的隧穿磁電阻，目前已經(jīng)成為磁性傳感器、磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器等的基本單元。探索磁性隧道結(jié)的輸運(yùn)特性和噪聲信號(hào)以及提高磁性隧道結(jié)的信噪比在工業(yè)上的應(yīng)用至關(guān)重要。本論文研究的是基于 MgO的非雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)輸運(yùn)和噪聲特性，工作內(nèi)容主要分為以下四個(gè)部分：
　　1.了解稀釋制冷機(jī)工作原理和降溫過(guò)程。稀釋制冷機(jī)是利用超流He4稀釋He3的方法制冷降溫，這一個(gè)理論在1951年提出，在1965年實(shí)現(xiàn)。降溫過(guò)程：（1）利用真空泵使得

2、稀釋制冷機(jī)的各個(gè)腔體處于真空狀態(tài)；（2）利用壓縮機(jī)壓縮He4來(lái)使得稀釋制冷機(jī)的OVC降溫到50 K，IVC降溫到3 K；（3）利用He3和 He4循環(huán)，使得制冷機(jī)中混合腔的溫度降溫到10 mK。
　　2.搭建室溫矢量磁場(chǎng)輸運(yùn)測(cè)量平臺(tái)并對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，以及在室溫矢量磁場(chǎng)輸運(yùn)測(cè)量平臺(tái)上的初步測(cè)試結(jié)果。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)矢量磁體，可以產(chǎn)生面內(nèi)任意方向的磁場(chǎng)，這樣可以使得磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。磁體配置的電源是程序可控制的，用聯(lián)眾高斯計(jì)對(duì)磁場(chǎng)的大小進(jìn)行的校準(zhǔn)

3、測(cè)試，如果用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的極頭的間隙是70 mm，那么磁場(chǎng)的最大值是2100 Oe,改變極頭之間的間距為40 mm，磁場(chǎng)的最大值是3400 Oe，而且兩種情況下磁場(chǎng)的連續(xù)性可以得到保障，以此可以來(lái)測(cè)量磁性薄膜或者磁性隧道結(jié)的磁電阻曲線以及噪聲特性。測(cè)量雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)的各向異性磁阻，出現(xiàn)了較好的AMR特性。磁阻曲線出現(xiàn)了明顯的結(jié)的特性，磁性層的反轉(zhuǎn)區(qū)域也較為明顯。配合實(shí)驗(yàn)室已有的Flow cryostat，可以實(shí)現(xiàn)從室溫到液氮乃至液氦溫區(qū)

4、的變溫測(cè)試。測(cè)量雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)的隨穿磁電阻（隧穿磁電阻）隨著溫度降低而升高，隨著偏壓的增大而降低。
　　3.室溫下雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)的1/f噪聲特性。在不同的掃磁場(chǎng)方向下，測(cè)量雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)的1/f噪聲，采用橫流模式測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明，用來(lái)表征1/f噪聲的 Hooge參數(shù)和由磁電阻曲線得到的磁阻敏感度（ magnetic-sensitivity-product, MSP）呈線性關(guān)系，而且擬合得到的相位延遲（phase lag）與

5、磁場(chǎng)和雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)夾角的余弦值也呈線性關(guān)系。這一點(diǎn)可以從電導(dǎo)和夾角的關(guān)系得到一些啟發(fā)。
　　4.低溫下雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)的零偏壓反常和散粒噪聲特性。利用稀釋制冷機(jī)的低溫環(huán)境，將樣品的溫度降低到3.6 K，測(cè)量到在零偏壓附近，雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)的磁電阻有個(gè)增大的現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很明顯的峰值（peak），稱(chēng)之為零偏壓反常，這一現(xiàn)象的根本原因是由于電子電子相互作用（ electron-electron interaction，EEI）引