基于MgO的非双势垒磁性隧道结输运和噪声特性的研究

作     者：郭会强 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐伟跃

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 070202[理学-粒子物理与原子核物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：磁性隧道结 双势垒磁性隧道结 1/f噪声 散粒噪声 零偏压反常 

摘      要：磁性隧道结由于具有高的隧穿磁电阻,目前已经成为磁性传感器、磁性随机存储器等的基本单元。探索磁性隧道结的输运特性和噪声信号以及提高磁性隧道结的信噪比在工业上的应用至关重要。本论文研究的是基于MgO的非双势垒磁性隧道结输运和噪声特性,工作内容主要分为以下四个部分:1.了解稀释制冷机工作原理和降温过程。稀释制冷机是利用超流He4稀释He3的方法制冷降温,这一个理论在1951年提出,在1965年实现。降温过程:(1)利用真空泵使得稀释制冷机的各个腔体处于真空状态;(2)利用压缩机压缩He4来使得稀释制冷机的OVC降温到50 K,IVC降温到3 K;(3)利用He3和He4循环,使得制冷机中混合腔的温度降温到10 mK。2.搭建室温矢量磁场输运测量平台并对其进行校准,以及在室温矢量磁场输运测量平台上的初步测试结果。我们设计了一个矢量磁体,可以产生面内任意方向的磁场,这样可以使得磁场转动。磁体配置的电源是程序可控制的,用联众高斯计对磁场的大小进行的校准测试,如果用来产生磁场的极头的间隙是70 mm,那么磁场的最大值是2100 Oe,改变极头之间的间距为40 mm,磁场的最大值是3400 Oe,而且两种情况下磁场的连续性可以得到保障,以此可以来测量磁性薄膜或者磁性隧道结的磁电阻曲线以及噪声特性。测量双势垒磁性隧道结的各向异性磁阻,出现了较好的AMR特性。磁阻曲线出现了明显的结的特性,磁性层的反转区域也较为明显。配合实验室已有的Flow cryostat,可以实现从室温到液氮乃至液氦温区的变温测试。测量双势垒磁性隧道结的随穿磁电阻(隧穿磁电阻)随着温度降低而升高,随着偏压的增大而降低。3.室温下双势垒磁性隧道结的1/f噪声特性。在不同的扫磁场方向下,测量双势垒磁性隧道结的1/f噪声,采用横流模式测量。测量结果表明,用来表征1/f噪声的Hooge参数和由磁电阻曲线得到的磁阻敏感度(magnetic-sensitivity-product,MSP)呈线性关系,而且拟合得到的相位延迟(phase lag)与磁场和双势垒磁性隧道结夹角的余弦值也呈线性关系。这一点可以从电导和夹角的关系得到一些启发。4.低温下双势垒磁性隧道结的零偏压反常和散粒噪声特性。利用稀释制冷机的低温环境,将样品的温度降低到3.6 K,测量到在零偏压附近,双势垒磁性隧道结的磁电阻有个增大的现象,会出现一个很明显的峰值(peak),称之为零偏压反常,这一现象的根本原因是由于电子电子相互作用(electron-electron interaction,EEI)引起的。在不同的态,测量了双势垒磁性隧道结的散粒噪声,测量结果表明:Fano因子为0.72,也就是说电子在随穿过程中受到了抑制的作用,这种抑制可能是由于EEI引起的。