CN103022345A - 一种隧穿磁电阻多层膜材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧穿磁电阻多层膜材料，涉及应用多层磁性层的静态存储器，是一系列具有高自旋极化率界面的(CoTiSb)_x/Fe_y/(CoTiSb)_z超晶格结构的TMR多层膜材料，其中x,y,z为各个成分的原子层数，所述超晶格结构是以三层膜为基本单元沿半Heusler结构CoTiSb单晶[100]方向共格生长，并能够以基本单元为基础周期性延伸的多层膜结构，并且在插入的Fe层及其诱导出的高自旋极化层中，少量的空位或岛状缺陷不会对材料的高自旋极化率有大的影响。该材料克服了现有技术中，实际应用的TMR材料的多层膜界面不匹配和不同层间材料的电子结构不匹配对材料实际自旋极化率和磁电阻都会产生不利影响的缺陷。

Description

一种隧穿磁电阻多层膜材料

技术领域

本发明的技术方案涉及应用多层磁性层的静态存储器，具体地说是一种隧穿磁电阻多层膜材料。

背景技术

磁阻材料在高密度读出磁头、磁性传感器、微弱磁场测量和各类运动的检测领域有着广泛的应用，从而成为国际上引人瞩目的研究领域。计算机硬盘在使用GMR读出头后，其记录密度提高近500倍。近年来，以MgO为绝缘层的隧穿磁电阻（以下简称TMR）效应取得了突破性的进展，用它制备的磁传感器性能已显著的超过GMR效应器件，在读出磁头等领域也进入商业化阶段。TMR的典型应用是在磁性随机存储器（以下简称MRAM）上，相比于基于GMR的磁性随机存储器，由于隧道磁电阻需要的是小电流和低电压信号，因此利用TMR效应可以进一步提高存储密度和实现快速存储，人们将从这一革命性存储器芯片技术中获得巨大收益，解决电脑和手机开机时间长、数据丢失、数据下载时间长和电池寿命短的问题。

虽然，目前已有的巨磁电阻多层膜材料，其磁性层基本均为理论上可以达到100%自旋极化率的半金属材料，然而目前所发现的半金属材料为含有两种或两种以上元素的合金或者化合物，要真正实现基于半金属材料中自旋极化输运过程的磁电阻现象，并将其替代金属材料应用到实际器件上，目前还面临下述问题：首先是半金属的稳定性问题，温度升高带来的热扰动和表面、杂质带来的结构缺陷都会破坏材料的半金属性，导致自旋极化率及相应的磁电阻下降；其次是，自旋极化输运过程本身同样会受到干扰；再次是，一般的巨磁电阻多层膜材料，在实际生长过程中产生的缺陷将会直接破坏界面层的高自旋极化率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种隧穿磁电阻多层膜材料，是具有高自旋极化率界面的(CoTiSb)_x/Fe_y/(CoTiSb)_z超晶格结构的TMR多层膜材料，该系列材料中界面最高的自旋极化率可达到100%,并且当Fe原子层具有缺陷时，材料仍然可以保持很高的自旋极化率，克服了现有技术中，实际应用的TMR材料的多层膜界面不匹配和不同层间材料的电子结构不匹配对材料实际自旋极化率和磁电阻都会产生不利影响的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种隧穿磁电阻多层膜材料，是一系列具有高自旋极化率界面的(CoTiSb)_x/Fe_y/(CoTiSb)_z超晶格结构的TMR多层膜材料，其中x,y,z为各个成分的原子层数，所述超晶格结构是以三层膜为基本单元沿半Heusler结构CoTiSb单晶[100]方向共格生长，并能够以基本单元为基础周期性延伸的多层膜结构，一个基本单元的构成包含有3层共格且沿[100]方向的膜层，其中，上下两层共格且沿[100]方向的膜层为至少一个单胞厚度的CoTiSb层，中间层共格且沿[100]方向的膜层为1～7个具有体心立方排列的Fe单原子层，该隧穿磁电阻多层膜材料延[100]方向做周期性延展，插入的Fe原子层的层数范围为1层～7层，总层厚度为0.1nm～9nm，上下两层的CoTiSb原子层的层数范围为≥5个原子层，该CoTiSb原子层的总层厚度大于0.6nm，Fe原子层与CoTiSb原子层接触的界面包括以下两种：Fe原子层和Co原子层直接接触形成的Fe-Co界面和Fe原子层和TiSb层直接接触形成的Fe-TiSb界面。

上述一种隧穿磁电阻多层膜材料，所述超晶格结构是以三层膜为基本单元中的基本单元的重复排列。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明一种隧穿磁电阻多层膜材料的突出的实质性特点是：

（1）TMR多层膜材料的实际生长过程中，若磁性层与非磁性层两种材料的晶格常数不同，界面附近的晶格畸变将会形成大量位错和缺陷，因而将不能生长出性能良好的隧道结，因此选择具有良好晶格匹配的一对材料形成TMR多层膜是非常必要和关键的，而本发明一种隧穿磁电阻多层膜材料制备中涉及的半导体材料CoTiSb与体心立方的Fe的晶格失配要小于0.4%，这对本发明材料的实际生长很有利。

（2）针对上述“半金属的稳定性问题，温度升高带来的热扰动和表面、杂质带来的结构缺陷都会破坏材料的半金属性，导致自旋极化率及相应的磁电阻下降”和“自旋极化输运过程本身同样会受到干扰”，本发明一种隧穿磁电阻多层膜材料中具有100%高自旋极化率的磁性层为单质Fe，相对于半金属材料，在实际生长过程中单质Fe具有更高的稳定性。

（3）针对上述“一般的巨磁电阻多层膜材料，在实际生长过程中的缺陷的产生将会直接破坏界面层的高自旋极化率”的问题，本发明一种隧穿磁电阻多层膜材料中涉及的(CoTiSb)_x/Fe_y/(CoTiSb)_z多层膜材料，缺陷的引入并未完全破坏界面的半金属性质，这样形成了垂直于界面的具有高自旋极化率的纳米阵列，垂直于膜面的磁各向异性的纳米阵列可发展为量子磁盘，使本发明材料突破了目前使用的连续介质记录密度的极限，可望成为新一代高密度磁记录介质。

与现有技术相比，本发明的显著的进步是：

（1）本发明材料是具有高自旋极化率界面的(CoTiSb)_x/Fe_y/(CoTiSb)_z超晶格结构的TMR多层膜材料，该系列材料中界面最高的自旋极化率可达到100%。

（2）本发明材料中，中间Fe原子层存在点缺陷的情况，即当Fe原子层中出现点缺陷时，材料仍旧能够保持良好的高自旋极化性能，这对该多层膜材料的实际生长是非常有利的，使本发明材料成为具有重要应用价值的TMR多层膜材料。

（3）本发明材料是Fe单质很容易在半导体材料CoTiSb上直接外延生长，这样生长出的多层膜材料相邻层之间具有更好的互适性，能够保持材料良好的界面性质，而目前已有的磁性多层膜材料都很难实现外延生长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是实施例1制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的两种原子层接触界面的超晶格结构图。

图2是实施例1制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的两种原子层接触界面的能带结构图。

图3是实施例2制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的TiSb-Fe-Co界面的超晶格结构图。

图4是实施例5制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的Fe-Co界面的超晶格结构图。

图5是实施例5制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的Fe-Co界面的能带结构图。

图6是实施例12制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的Fe-Co界面的超晶格结构图。

图7是实施例12制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的Fe-Co界面的能带结构图。

具体实施方式

实施例1

制备具有1层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的(CoTiSb)₅/Fe₁/(CoTiSb)₅超晶格结构的TMR多层膜材料。

采用提拉法制备CoTiSb单晶，为了获得Fe-Co界面和Fe-TiSb界面，在CoTiSb单晶样品上通过分子束外延的方法首先依次生长一层Co或TiSb层原子层，及一层Fe原子层，然后再在Fe原子层上生长一层Co层或TiSb层，再交替生长一层TiSb层或Co层，这样制备出具有1层Fe原子层的Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料。具体工艺如下：

第一步，CoTiSb单晶的提拉

冷却水出口温度稳定在25±10℃范围内，整个工艺过程中真空压力不大于6×10^-3Pa。利用钨发热体及坩埚，钨钼隔热屏及高温结构件，在专用单晶炉内制备CoTiSb晶体。将坩埚内的原料加热至熔化后，通过观察液面表面形态，调节炉内加热体发热量，使液面对流形态稳定；加热量调节范围100-2500W/h；熔体内冷心位置与坩埚几何中心相对偏差不大于Φ20.0mm。在引晶工艺过程中，缓慢调节籽晶使其下端至熔体液面以上5～20mm处预热，消除热应力，其中提拉杆的旋转速率为30rpm，提升速率为0.3mm/min，晶体提拉的长度约为30mm左右。

第二步，采用分子束外延CoTiSb单晶的[100]方向异质外延生长Fe和CoTiSb

（1）将化学抛光的第一步制得的CoTiSb单晶装入进样室的衬底架，用分子泵抽进样室，真空度小于10^-7Pa，在进样室加热CoTiSb衬底材料至180℃，排气40分钟；

（2）将CoTiSb衬底在室温下用磁力传输杆传入到准备室中，再将衬底加热到400℃，除气40分钟，对装有不同分子束蒸发源的各束源炉进行除气，将束源炉升温至500℃，除气温度为高于生长用束源炉的温度15℃，除气时间为20分钟，并用离子规测量束流大小，通过调节束源炉温度控制分子束束流大小；

（3）待CoTiSb衬底除气后，并降至室温，将准备室中衬底传入到生长室中，用闸板阀隔离生长室和准备室，生长室抽真空至真空度≤5×10^-8Pa；

（4）在生长室加热衬底，加热温度到达800℃，保持5分钟除气；

（6）将衬底温度调节到所需温度550～700℃，打开衬底旋转电机，控制转速在1～40转每分钟，在制备Fe-Co界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料时打开Co束源炉挡板，开始生长Co原子层，在制备Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料时打开Ti、Sb源炉挡板，开始生长TiSb原子层；

（7）实时观察，当单晶薄膜厚度达到0.15nm时，关闭Co、Ti和Sb束炉源；

（8）打开Fe束源炉挡板，实时观察，当Fe原子层生长达到一个原子层厚度，即0.15nm时，关闭Fe束源炉；

（9）在生长室继续加热衬底至900℃，使步骤（8）制得的Fe原子层材料在该温度下原位退火2小时；

（10）将衬底温度调节到所需温度550～700℃，在制备Fe-Co界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料时，交替打开Co原子束源炉和Ti、Sb原子束源炉，实时观察各原子层生长至0.15nm厚，在制备Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料时，交替打开Ti、Sb原子束炉源和Co原子束源炉，实时观察各原子层的厚度成长至0.15nm厚，实时观察，当CoTiSb原子层厚度生长达到0.6nm时，关闭各束源炉。

（11）重复步骤（8）和（9），制备出(CoTiSb)₈/Fe₁/(CoTiSb)₈多层膜材料。

（12）结束生长，关闭各束源炉挡板，衬底温度降至350℃，关闭束源炉，温度降至室温，制备出具有1层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料，取出样品即可。

采用上述方法获得的1层Fe原子层的(CoTiSb)₈/Fe₁/(CoTiSb)₈超晶格，Fe原子层和TiSb界面直接接触的多层膜材料，材料具有100%的自旋极化率，形成了厚度为1nm的半金属导电层；Fe原子层和Co原子层直接接触时，Fe-Co界面具有大于80%以上的高自旋极化率。其超晶格结构分别见图1(a)、图1(b)；所得的能带结构图见图1(c)、图1(d)和图1(e)、图1(f);自旋极化率及磁结构见表1(a)、(b)。

图1（a）是本实施例制得的具有1层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料中1层Fe原子插入到CoTiSb中后形成的Fe-TiSb界面的超晶格结构图。

图1（b）是本实施例制得的具有1层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料中1层Fe原子插入到CoTiSb中后形成的Fe-Co界面的超晶格结构图。

图2（a）、图2（b）表明Fe原子层和TiSb层直接接触时，在自旋向下子能带中，费米面恰好落于能隙之中，形成了大约0.4eV的带隙，而在自旋向上子能带，费米面与能带有金属性交叉，材料表现出半金属性质，具有100%的自旋极化率。

图2（c）、图2（d）表明Fe原子层和Co层直接接触时，其费米面附近自旋向下的电子数很少，从而使得此时Fe-Co界面也具有很高的自旋极化率。

表1（a）表明单层Fe原子层与TiSb层直接接触时，与之邻近的CoTiSb中的六个原子层的电子结构受到影响，并且受到影响的原子层均具有100%的自旋极化率，这表明此时形成了一个以单层Fe原子层为中心的厚度约为1nm的半金属导电层。

表1（b）表明当单层Fe原子层与Co原子层直接接触时，受影响的CoTISb层增加为八层，但是由于最近邻的Co原子层的影响，致使此时Fe-Co界面的自旋极化率相对于Fe-TiSb界面有所降低，但仍表现出了80%以上的高自旋极化率。

表1（a）1层Fe原子插入到                    表1（b）1层Fe原子插入到

CoTiSb中后形成的Fe-TiSb                    CoTiSb中后形成的Fe-Co

界面的自旋极化率及磁结构                   界面的自旋极化率及磁结构

实施例2：

制备具有2层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的(CoTiSb)₁₀/Fe₂/(CoTiSb)₁₀超晶格结构的TMR多层膜材料。

与实施例1不同之处是：在两层Fe原子层时产生的是Co-Fe-TiSb界面，在实际生长过程中，要在CoTiSb单晶上用分子束外延法先生长一层Co层，再在Co层上生长两层Fe原子层，Fe原子层的厚度为0.29nm，实施例1中步骤（9）的退火时间延长至3个小时，然后在Fe原子层上交替生长TiSb层和Co层，控制生长的CoTiSb原子层的厚度为1nm，从而生长出具有Co-Fe-TiSb界面的包含两个Fe原子层的CoTiSb/Fe/CoTiSb薄膜，其他工艺同实施例1。

采用此方法获得了TiSb-Fe-Co界面具有大于80%以上的高自旋极化率的具有2层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料，

图3是本实施例制得的具有2层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料中2层Fe原子层插入到CoTiSb中后形成的TiSb-Fe-Co界面的超晶格结构图。

实施例3

制备具有3层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的(CoTiSb)₁₅/Fe₃/(CoTiSb)₁₅超晶格结构的TMR多层膜材料。

与实施例1不同之处是：Fe原子层的厚度为三个原子层，厚度为0.435nm，实时观察，当Fe原子层达到3个原子层厚度，生长的CoTiSb原子层的厚度为1.5nm，实施例1中步骤（9）的退火时间延长至4个小时，采用此方法获得了Fe-TiSb界面和Fe-Co界面均具有大于90%的高自旋极化率的多层膜材料，其他工艺同实施例1。

实施例4

制备具有4层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的(CoTiSb)₂₀/Fe₄/(CoTiSb)₂₀超晶格结构的TMR多层膜材料。

与实施例2不同之处是：Fe原子层增加为四层，厚度为0.58nm，实时观察，当Fe原子层厚度达到4个原子层厚度，生长的CoTiSb原子层的厚度为2.5nm，实施例2中的退火时间延长至5个小时，采用此方法获得了TiSb-Fe-Co界面具有大于80%以上的高自旋极化率的多层膜材料，其他工艺同实施例2。

实施例5：

制备具有5层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的(CoTiSb)₃₅/Fe₅/(CoTiSb)₃₅超晶格结构的TMR多层膜材料。

与实施例1不同之处是：Fe原子层的厚度增加为五层，厚度为0.725nm，实时观察，当Fe原子层的厚度达到五个原子层，生长的CoTiSb原子层的厚度为4nm，实施例1中步骤（9）的退火时间延长至6个小时，采用此方法获得了具有100%的自旋极化率的Fe-Co界面的多层膜材料，其他工艺同实施例1。

图4是本实施例5制得的具有5层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料中5层Fe原子插入到CoTiSb中后形成的Fe-Co界面的超晶格结构图。

图5是本实施例5制得的具有5层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的CoTiSb/Fe/CoTiSb超晶格结构的TMR多层膜材料的Fe-Co界面的能带结构图。该图表明，当5层Fe原子层插入到CoTiSb中后，Fe原子层与Co原子层直接接触时，在其自旋向上的子能带中，费米面恰好落于带隙中；而自旋向上子能带与费米面有金属性交叉，说明此时Fe-Co界面表现出具有100%自旋极化率的半金属性质。

实施例6

制备具有6层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的(CoTiSb)₅₅/Fe₆/(CoTiSb)₅₅超晶格结构的TMR多层膜材料。

与实施例2不同之处是：Fe原子层的厚度增加为六层，厚度为0.87nm，实时观察，当Fe原子层的厚度达到六个原子层厚度，生长的CoTiSb原子层的厚度为6.5nm，实施例2中的退火时间延长至7个小时，采用此方法获得了TiSb-Fe-Co界面具有大于80%以上的高自旋极化率的多层膜材料，其他工艺同实施例2。

实施例7

制备具有7层Fe原子层及Fe-Co界面和Fe-TiSb界面的(CoTiSb)₇₅/Fe₇/(CoTiSb)₇₅超晶格结构的TMR多层膜材料。

与实施例1不同之处是：Fe原子层的厚度增加为七层，厚度为1.015nm，实时观察，当Fe原子层的厚度达到七个原子层，生长的CoTiSb原子层的厚度为9nm，实施例1中步骤（9）的退火时间延长至8个小时，采用此方法获得了Fe-TiSb界面和Fe-Co界面均具有大于90%的高自旋极化率的多层膜材料，其他工艺同实施例1。

实施例8

制备具有1层Fe原子层存在缺陷的情况的TMR多层膜材料。

制备方法中，CoTiSb单晶及Fe-Co界面及Fe-TiSb界面的制备方法与实施例1制备1层Fe原子膜的情况相同，区别在于是Fe层缺陷产生的方法，即不进行实施例1中的步骤（9）的退火，直接在步骤（8）获得的Fe原子层上生长CoTiSb层，由此获得Fe-TiSb界面和Fe-Co界面均具有大于90%的高自旋极化率的材料。

实施例9

制备具有2层Fe原子层存在缺陷的情况的TMR多层膜材料。

制备方法中，CoTiSb单晶及Co-Fe-TiSb界面的制备方法与实施例2制备2层Fe原子膜的情况相同，区别在于是Fe层缺陷产生的方法，即不进行实施例2中的退火条件，直接在获得的Fe原子层上生长CoTiSb层，采用此种方法获得了TiSb-Fe-Co界面具有大于80%以上的高自旋极化率的材料。

此实施例说明，2层Fe原子层插入到CoTiSb中后形成的TiSb-Fe-Co界面，当Fe原子层存在缺陷时材料仍能保持很高的自旋极化率，是一种良好的遂穿磁电阻多层膜材料。

实施例10

制备具有3层Fe原子层存在缺陷的情况的TMR多层膜材料。

制备方法中，CoTiSb单晶及Fe-Co界面及Fe-TiSb界面的制备方法与实施例3制备3层Fe原子膜的情况相同，区别在于是Fe层缺陷产生的方法，即不进行实施例3中的退火条件，直接在获得的Fe原子层上生长CoTiSb层，采用此方法获得了Fe-TiSb界面和Fe-Co界面均具有大于90%的高自旋极化率的材料。

此实施例说明，3层Fe原子层插入到CoTiSb中后形成的Fe-Co界面和Fe-TiSb界面，当Fe原子层存在缺陷时材料仍能保持很高的自旋极化率，是一种良好的遂穿磁电阻多层膜材料。

实施例11

制备具有4层Fe原子层存在缺陷的情况的TMR多层膜材料。

制备方法中，CoTiSb单晶及Co-Fe-TiSb界面的制备方法与实施例4制备4层Fe原子膜的情况相同，区别在于是Fe层缺陷产生的方法，即不进行实施例4中的退火条件，直接在获得的Fe原子层上生长CoTiSb层，采用此方法获得了TiSb-Fe-Co界面具有大于80%以上的高自旋极的化率。

此实施例说明，4层Fe原子层插入到CoTiSb中后形成的TiSb-Fe-Co界面，当Fe原子层存在缺陷时材料仍能保持很高的自旋极化率，是一种良好的遂穿磁电阻多层膜材料。

实施例12

制备具有5层Fe原子层存在缺陷的情况的TMR多层膜材料。

制备方法中，CoTiSb单晶及Fe-Co界面及Fe-TiSb界面的制备方法与实施例5制备5层Fe原子膜的情况相同，区别在于是Fe层缺陷产生的方法，即不进行实施例1中的退火条件，直接在获得的Fe原子层上生长CoTiSb层，采用此方法获得Fe原子层和Co层直接接触时，Fe-Co界面具有接近100%的自旋极化率的材料。

图6是本实施例制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的5层Fe原子插入到CoTiSb中产生缺陷后的Fe-Co界面的超晶格结构图。

图7是本实施例制得的一种隧穿磁电阻多层膜材料的Fe-Co界面的能带结构图。该图表明5层Fe原子层被引入到CoTiSb层，当Fe原子层存在缺陷时，Fe-Co界面仍然很高的自旋极化率，界面的半金属行并未完全被破坏。

此实施例说明，5层Fe原子层插入到CoTiSb中后形成的Fe-Co界面中，当Fe原子层存在缺陷时材料仍能接近100%的自旋极化率，是一种优良的遂穿磁电阻多层膜材料。

实施例13

制备具6层Fe原子层存在缺陷的情况的TMR多层膜材料。

制备方法中，CoTiSb单晶及Co-Fe-TiSb界面的制备方法与实施例6制备6层Fe原子膜的情况相同，区别在于是Fe层缺陷产生的方法，即不进行实施例6中的退火条件，直接在获得的Fe原子层上生长CoTiSb层，采用此方法获得了TiSb-Fe-Co界面具有大于80%以上的高自旋极化率的材料。

此实施例说明，6层Fe原子层插入到CoTiSb中后形成的TiSbFe-Co界面，当Fe原子层存在缺陷时材料仍能保持很高的自旋极化率，是一种良好的遂穿磁电阻多层膜材料。

实施例14

制备具7层Fe原子层存在缺陷的情况的TMR多层膜材料。

制备方法中，CoTiSb单晶及Fe-Co界面及Fe-TiSb界面的制备方法与实施例7制备7层Fe原子膜的情况相同，区别在于是Fe层缺陷产生的方法，即不进行实施例7中的退火条件，直接在获得的Fe原子层上生长CoTiSb层，采用此方法获得了Fe-TiSb界面和Fe-Co界面均具有大于90%的高自旋极化率的材料。

此实施例说明，7层Fe原子层插入到CoTiSb中后形成的Fe-Co界面和Fe-TiSb界面，当Fe原子层存在缺陷时材料仍能保持很高的自旋极化率，是一种良好的遂穿磁电阻多层膜材料。

上述所有实施例中所用的材料均通过商购获得，所涉及的设备和工艺是本技术领域的技术人员所熟知的。

Claims (2)

1.一种隧穿磁电阻多层膜材料，其特征在于：是一系列具有高自旋极化率界面的(CoTiSb)_x/Fe_y/(CoTiSb)_z超晶格结构的TMR多层膜材料，其中x,y,z为各个成分的原子层数，所述超晶格结构是以三层膜为基本单元沿半Heusler结构CoTiSb单晶[100]方向共格生长，并能够以基本单元为基础周期性延伸的多层膜结构，一个基本单元的构成包含有3层共格且沿[100]方向的膜层。其中，上下两层共格且沿[100]方向的膜层为至少一个单胞厚度的CoTiSb层，中间层共格且沿[100]方向的膜层为1～7个具有体心立方排列的Fe单原子层，该隧穿磁电阻多层膜材料延[100]方向做周期性延展，插入的Fe原子层的层数范围为1层～7层，总层厚度为0.1nm～9nm，上下两层的CoTiSb原子层的层数范围为≥5个原子层，该CoTiSb原子层的总层厚度大于0.6nm，Fe原子层与CoTiSb原子层接触的界面包括以下两种：Fe原子层和Co原子层直接接触形成的Fe-Co界面和Fe原子层和TiSb层直接接触形成的Fe-TiSb界面。

2.根据权利要求1所述一种隧穿磁电阻多层膜材料，其特征在于：所述超晶格结构是以三层膜为基本单元中的基本单元的重复排列。

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