Туннельный магниторезистивный элемент с вихревым распределением намагниченности в свободном слое и способ его изготовления Российский патент 2023 года по МПК H01L27/01 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления туннельных магниторезистивных элементов, применяемых, например, в качестве датчиков магнитного поля, в качестве элементов компактного источника СВЧ колебаний (спин-трансферного наноосциллятора), а также в качестве спиновых диодов.

Магнитные туннельные контакты представляют собой многослойную структуру, состоящую из ультратонкого изолирующего слоя (служащего туннельным барьером), расположенного между двумя ферромагнитными (ФМ) слоями. Один из слоев ФМ имеет фиксированную магнитную ориентацию и называется закрепленным или референсным слоем (РС), а другой ФМ слой называется свободным слоем (СС) и имеет магнитную ориентацию, которая может быть как параллельной, так и антипараллельной РС. Разница сопротивления туннельного контакта в этих двух состояниях может достигать 600% в случае барьера MgO [1]. В вихревых туннельных контактах СС имеет вихревое магнитное состояние, РС намагничен однородно, а изменение сопротивления системы происходит при смещении магнитного вихря из равновесного положения в центре СС. В настоящее время ТМР (туннельные магниторезистивные) контакты с вихревым распределением намагниченности используются как элементная база для создания следующих микроэлектронных компонентов. Во-первых, высокочувствительные ТМР датчики магнитного поля [2, 3]. Здесь преимущество вихревого состояния заключается в его линейном безгистерезисном отклике на внешнее магнитное поле. Чувствительность таких датчиков, выраженная как изменение сопротивления в магнитном поле, может легко достигать 0,1%/Oe [2]. Во-вторых, это создание так называемых спин-трансферных наноосцилляторов, являющихся компактными источниками СВЧ колебаний [4-7]. Принцип их работы заключается в возбуждении гиротропных автоколебаний магнитного вихря свободного слоя при протекании постоянного тока через туннельный контакт. Эффективность возбуждения таких осцилляций связана с высокой степенью спиновой поляризации электрического тока в туннельном контакте. Обратный эффект, а именно возникновение постоянного тока при приложении к вихревому ТМР контакту переменного СВЧ напряжения, реализуется в спиновых диодах. Предполагается, что спиновые диоды могут быть успешно использованы для извлечения энергии из присутствующих в технологическом окружении неравновесных переменных

электрических полей [8-9]. Этот так называемый «электромагнитный харвестинг» может быть осуществлен при входящей мощности электромагнитного излучения порядка 1 мкВт [10].

Физической основой описанных выше элементов является сочетание эффекта туннельного магнитосопротивления, достигающего величины 100-200%, и низкая коэрцитивность вихревого магнитного состояния в свободном слое. Особенностью вихревого состояния является его линейный магнитный отклик на внешнее магнитное поле [11], а также низкая частота основной моды колебаний, которая кроме того зависит от размера магнитной частицы [12] и легко может быть изменена.

Соответственно, необходимым условием успешной реализации работы перечисленных выше электронных компонентов является одновременная реализация низкокоэрцитивного вихревого состояния свободного слоя и сильного ТМР эффекта в ТМР контакте. На сегодняшний день наибольший ТМР эффект наблюдается в ТМР контактах СоFeB/MgO/CoFeB с кристаллической текстурой в направлении [001] [1], поскольку в этом случае осуществляется дополнительная спиновая фильтрация туннелирующих электронов в слое MgO [13]. Технологически такие контакты изготавливаются путем магнетронного напыления с последующим отжигом при температуре ~ 300°C. Отжиг служит для того, чтобы изначально аморфные слои CoFeB кристаллизовались от изначально текстурированного слоя MgO. При этом поликристаллическая текстурированность свободного слоя СоFeB повышает его коэрцитивность. В результате, это приводит к тому, что магнитный вихрь либо не реализуется в процессе перемагничивания, либо кор (ядро) вихря оказывается сильно запинингован на случайных центрах пининга. В обоих этих случаях ТМР контакт теряет преимущества, связанные с вихревым распределением намагниченности, а именно линейность и безгистерезисность отклика на приложенное магнитное поле.

Если свободный слой изготовлен не из текстурированного слоя CoFeB, а, например, из NiFe, как указано в [8], то в свободном слое реализуется состояние низкокоэрцитивного магнитного вихря, но при этом наблюдаемая величина эффекта оказывается существенно ниже - всего 8,5%.

Для устранения этого противоречия в процитированных выше работах применялся следующий метод. В процессе напыления свободный слой изготавливался композитным из нескольких слоев разных материалов и имел структуру СоFeB/Ru/NiFe [3], CoFe/CoFeB/NiFe/Co/Cu/[Co/Ni]10 [5], CoFeB/Ta/NiFe [7].

В качестве прототипов выбраны туннельный магниторезистивный элемент с вихревым распределением намагниченности в свободном слое и способ формирования

такого элемента, описанные в статье [3]. В известном способе на подложку наносят закрепленный магнитный слой CoFeB(3 нм) и свободный магнитный слой СоFeB(3 нм)/Ru(0,85 нм)/NiFe(100 нм), разделенные туннельным изолирующим слоем MgO(2,0 нм). Существенной особенностью указанной структуры (и подобных ей структур) является наличие тонкого промежуточного металлического немагнитного слоя (~1 нм). Он служит для того, чтобы в технологическом процессе отжига (~330°С) кристаллизация и текстурирование изначально аморфного свободного магнитного слоя происходили только в подслое, непосредственно примыкающем к диэлектрическому барьеру MgO, и не распространялись на всю толщину композитного свободного слоя. При этом нижний текстурированный подслой CoFeB обеспечивает необходимую спиновую фильтрацию туннелирующих электронов и высокое значение ТМР эффекта (100-200%), а магнитный вихрь формируется в верхней аморфной части свободного слоя. Недостатком данной схемы является необходимость использования дополнительных материалов (а значит и большего числа магнетронов) в процессе магнетронного распыления. К тому же необходима высокая точность контроля толщины дополнительного слоя (для обеспечения магнитного обмена между двумя магнитными подслоями свободного слоя).

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка туннельного магниторезистивного элемента с вихревым распределением намагниченности в свободном слое и способа его изготовления, которые при сохранении высокой величины ТМР эффекта (100-200%) и низко коэрцитивного вихревого состояния удешевляли бы конструкцию элемента и упрощали процесс его изготовления.

Технический результат в части способа достигается за счет того, что разработанный способ формирования туннельного магниторезистивного элемента с вихревым распределением намагниченности в свободном слое так же, как и способ-прототип включает нанесение на подложку закрепленного магнитного слоя CoFeB и свободного магнитного слоя, разделенных туннельным изолирующим слоем MgO. Новым является то, что свободный магнитный слой формируют в два этапа, причем на первом этапе подложку со сформированной структурой IrMn(10 нм)/CoFeB(4 нм)/Mg(0,4 нм)/MgO(1,2 нм)/Mg(0,3 нм)/CoFeB(7 нм) подвергают термическому отжигу в вакууме, в процессе которого происходит кристаллизация аморфных слоев CoFeB от интерфейсов с MgO [001] в кристаллическую объемно-центрированную кубическую структуру с текстурой [100], а на втором этапе методом магнетронного распыления непосредственно на текстурированный слой CoFeB(7 нм)

наносят аморфный слой CoFeB(40 нм), обеспечивающий возможность формирования магнитного вихря.

В случае реализации способа, когда отжиг проводится вне напылительной камеры, после первого этапа на текстурированный слой CoFeB(7 нм) наносят защитный слой, например, Ta(2 нм)/Pt(10 нм), который по окончании процедуры термического отжига удаляют методом ионного травления непосредственно в напылительной камере перед формированием аморфного слоя CoFeB(40 нм). Когда отжиг выполняют непосредственно в напылительной камере, нанесение защитного слоя не требуется, так как структура не попадает в открытую атмосферу.

В частном случае на первом этапе термический отжиг выполняют при температуре 330°С в течение двух часов.

Технический результат в части устройства достигается за счет того, что разработанный туннельный магниторезистивный элемент с вихревым распределением намагниченности в свободном слое так же, как и устройство-прототип содержит закрепленный магнитный слой CoFeB и свободный магнитный слой, разделенные туннельным изолирующим слоем MgO. Новым в разработанном туннельном магниторезистивном элементе с вихревым распределением намагниченности в свободном слое является то, что свободный магнитный слой состоит из текстурированного слоя CoFeB(7 нм), непосредственно примыкающего к туннельному изолирующему слою MgO(1,2 нм), и аморфного слоя CoFeB(40 нм), непосредственно контактирующего с текстурированным слоем CoFeB(7 нм) и обеспечивающего возможность формирования магнитного вихря.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

Фиг.1 - схема многослойной структуры туннельного магниторезистивного элемента.

Фиг.2 - трапециевидная форма ТМР контакта с характерными размерами в мкм.

Фиг.3 - схема формирования композитного свободного слоя ТМР элемента (2 з.п.ф-лы).

Фиг.4: а) – фотография трапеции, содержащей ТМР структуру с нанесенной на нее литографической маской ПММА; б) – схематическое изображение ТМР структуры со сформированными на ней частицами из ПММА.

Фиг.5 - схематическое изображение ТМР контакта после ионного травления структуры в маске ПММА до нижнего контактного слоя.

Фиг.6 - схематическое изображение ТМР контакта после напыления изолирующего слоя TaOx и операции lift-off.

Фиг.7: а) – схематическое изображение двух последовательно соединенных ТМР контактов; б) – фотография цепочки из 5 ТМР контактов с электрической разводкой и контактными площадками; в) и г) – изображения ТМР контакта, полученные в растровом электронном микроскопе.

Фиг.8 - кривые магнитосопротивления цепочек ТМР контактов с разной структурой слоев, на вставках схематически указаны соответствующие структуры: а) ТМР контакт с обоими аморфными магнитными слоями (до отжига); б) тот же ТМР контакт после отжига с обоими текстурированными магнитными слоями; в) контакт с композитным свободным слоем; г) линейный безгистерезисный участок кривой, представленной на фиг.8 в.

С помощью разработанного способа формирования туннельного магниторезистивного элемента можно создавать как отдельные ТМР элементы с вихревым распределением намагниченности в свободном слое, так и ТМР элементы, объединенные в последовательные цепочки контактов.

Для этого на подложке кремния с предварительно сформированными изолирующими слоями SiO2(30 нм)/Si3N4(100 нм) методом лазерной оптической литографии в позитивном фоторезисте марки AZ-1512 формируют окна трапециевидной формы с заданным их относительным расположением, а также метки для совмещения шаблонов при выполнении последующих литографических операций.

В разработанном способе предусмотрено формирование композитного свободного слоя ТМР элемента в два этапа с промежуточным отжигом. При этом свободный слой разработанного туннельного магниторезистивного элемента состоит из нижнего текстурированного слоя СoFeB толщиной 7 нм и верхнего аморфного слоя СoFeB толщиной 40 нм. При этом текстурированный слой обеспечивает высокое значение ТМР эффекта, а верхний аморфный слой позволяет получать распределение намагниченности в виде магнитного вихря. Намагниченность закрепленного магнитного слоя СoFeB(4 нм) фиксируется благодаря обменному взаимодействию с подслоем антиферромагнетика. Благодаря этому поле перемагничивания закрепленного слоя возрастает до нескольких сотен эрстед. В рамках настоящего изобретения с этой целью использовался антиферромагнитный слой IrMn(10 нм).

В частном случае по п.2 формулы заявленный способ реализуют следующим образом. На подложке с литографической маской из фоторезиста методом высоковакуумного магнетронного распыления формируют многослойную структуру Ta(50 нм)/IrMn(10 нм)/CoFeB(4 нм)/Mg(0,4 нм)/ MgO(1,2 нм)/Mg(0,3 нм)/CoFeB(7 нм)/Ta(2 нм)/Pt(10 нм) (фиг.1). Диэлектрический барьер MgO(1,2 нм) выращивают методом высокочастотного магнетронного распыления из керамической мишени MgO стехиометрического состава. Металлические слои выращивают методом магнетронного распыления на постоянном токе. Нижний слой Ta(50 нм) служит нижним немагнитным контактным слоем, который обеспечивает хорошую адгезию к подложке, а также имеет малую шероховатость поверхности после напыления. Структура IrMn(10 нм)/CoFeB(4 нм)/Mg(0,4 нм)/ MgO(1,2 нм)/Mg(0,3 нм)/CoFeB(7 нм) является магниточувствительной. Слой IrMn(10 нм) необходим для обеспечения однонаправленной анизотропии закрепленного слоя туннельного магнитного элемента. Верхний слой Pt(10 нм) служит защитой от окисления структуры при дальнейших технологических операциях. После напыления ТМР структуры выполняют операцию взрывной литографии (lift-off), при которой подложку погружают в растворитель диметилформамид и подвергают ультразвуковому воздействию. При этом пленка, лежащая на растворяющемся фоторезисте, разрывается по краям окон и разрушается под действием кавитации. В результате на подложке остаются частицы трапециевидной формы, содержащие ТМР контакт, а также метки совмещения (фиг.2).

Для обеспечения высокого значения ТМР эффекта подложку со сформированной структурой подвергают термическому отжигу в вакууме при температуре 330°С в течение двух часов (п.3 ф-лы), в процессе которого происходит кристаллизация аморфных слоев CoFeB от интерфейсов с MgO[001] в кристаллическую ОЦК (объемно-центрированную кубическую) структуру с текстурой [100]. Для наведения однонаправленной анизотропии в закрепленном слое ТМР контакта процесс охлаждения структуры при отжиге сопровождают наличием магнитного поля величиной 1,5 кЭ.

Для формирования композитного свободного слоя на подложке с трапециевидными ТМР контактами методом лазерной оптической литографии формируют литографическую маску, в точности повторяющую первую за исключением области меток, в которой окна не делают. Далее методом ионного травления в подготовительной камере напылительной установки удаляют слои Ta(2 нм)/Pt(10 нм) и без нарушения вакуума методом магнетронного распыления выращивают структуру CoFeB(40 нм)/Ta(2 нм)/Pt(10 нм). После проведения операции lift-off на подложке остаются ТМР контакты трапециевидной формы с композитным свободным слоем, состоящим из текстурированного слоя CoFeB толщиной 7 нм, примыкающего к границе с MgO, и слоя аморфного CoFeB толщиной 40 нм (фиг.3).

При возможности нагрева подложки в напылительной камере установки до температуры 330°С в магнитном поле не менее 1,5 кЭ формирование композитного свободного слоя может быть осуществлено по более простой технологии без напыления

дополнительных защитных слоев. При этом сначала напыляют ТМР структуру с верхним свободным тонким слоем CoFeB и проводят все необходимые процедуры отжига, при которых происходит текстурирование обоих магнитных слоев. А после этого дополнительно производят допыление слоя CoFeB до необходимой суммарной толщины. При этом дополнительно напыленный слой растет с аморфной структурой, обеспечивая возможность формирования магнитного вихря (п.1 ф-лы).

Для придания ТМР контактам субмикронных латеральных размеров в заданных местах на трапециях методом электронной литографии формируют круглые частицы, а также относительно большие области из позитивного электронного резиста ПММА. Причем субмикронная частица располагается вблизи малого основания трапеции, а большая область – вблизи большого основания (фиг.4). Затем производят ионное травление структуры в маске ПММА с удалением всех слоев за исключением нижнего контактного слоя Ta. В результате в заданных местах на трапециях остаются круглые субмикронные частицы и относительно большие области, содержащие полную ТМР структуру и остатки маски ПММА, соединенные нижним контактным слоем (фиг.5). Ввиду того, что площадь круглой ТМР частицы более чем на 2 порядка меньше площади большого ТМР контакта, последний может служить контактной площадкой для подведения токопроводящих линий к нижнему контакту, так как его сопротивление (и вклад в суммарный ТМР эффект) пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением малой ТМР частицы. Для обеспечения электрической изоляции верхнего и нижнего контактных слоев после ионного травления ТМР структуры в маске ПММА на подложку методом реактивного магнетронного распыления наносят слой TaOx толщиной около 50 нм. Затем производят процедуру lift off диэлектрика в оставшейся после травления маске ПММА, погружая подложку в ацетон и применяя ультразвуковое воздействие. В результате на трапеции в областях, содержащих ТМР контакт, вскрываются окна в диэлектрике TaOx. Остальная область трапеции остается закрытой изолятором (фиг.6). Для предупреждения проколов в изоляционном слое операции напыления TaOx и обратной литографии повторяют еще 2 раза с использованием оптической литографии.

Для формирования контактных площадок и токопроводящих линий для включения ТМР контакта в электрическую схему на литографированную структуру напыляют слой Au толщиной 150 нм с подслоем Ta толщиной около 10 нм. Затем методом оптической литографии формируют рисунок из фоторезиста в соответствии с заданной геометрией контактных площадок и токопроводящих линий. При этом для каждой трапеции один из контактов накладывается на малую ТМР частицу, а другой – на относительно большой ТМР контакт. Затем методом ионного травления в маске

фоторезиста удаляют слой Ta(10)/Au(150), а оставшийся фоторезист смывают в растворителе диметилформамиде. Для предупреждения статического пробоя и повышения рабочего напряжения ТМР элемента отдельные ТМР контакты соединяются последовательно мостиками из Ta(10)Au(150), которые предусматриваются в литографическом шаблоне для электрической разводки. При этом мостики соединяют малый ТМР контакт одной трапеции с большим ТМР контактом другой трапеции. Электрическая разводка изготовленных образцов позволяет прикладывать напряжение как к любому одиночному контакту, так и ко всей цепочке последовательно соединенных контактов (фиг.7).

По заявленному способу были изготовлены многослойные структуры и сформированы ТМР контакты для исследования магниторезистивных кривых.

Измерения статических транспортных свойств ТМР контактов проводились на зондовой станции в магнитных полях до 600 Э. Данные измерения были выполнены в основном для цепочек контактов, чтобы уменьшить вероятность случайного электростатического пробоя, поскольку сопротивление одиночного контакта достаточно мало. Характерные виды петель магнитосопротивления, полученные для цепочек контактов представлены на фиг.8. Результаты приведены в относительных единицах для лучшего сравнения. Видно, что исходный неотожженный ТМР контакт (фиг.8 а) демонстрирует кривую магнитосопротивления, характерную для вихревого распределения намагниченности [11] в свободном слое. При этом величина ТМР эффекта имеет величину всего 10%, так как аморфные слои CoFeB не обеспечивают необходимой спиновой фильтрации туннелирующих электронов. Отжиг ТМР контакта приводил к возрастанию ТМР эффекта до 100%, но при этом вид петли существенно изменялся, что свидетельствует о сильном пининге кора вихря на поликристалличекой структуре текстурированного слоя CoFeB(40 нм), в результате узкая перемычка на кривой магнитосопротивления в нулевом поле исчезает, и гистерезис становится широким (фиг.8 б). В случае если свободный слой имеет композитную структуру из текстурированного и аморфного слоев CoFeB и изготовлен в соответствии с разработанным способом, то такой контакт демонстрирует одновременно и высокое значение ТМР эффекта (100%) и характерную для вихревого распределения намагниченности кривую гистерезиса с узкой перемычкой в нулевом поле (фиг.8 в). В том случае, если диапазон изменения внешнего магнитного поля меньше, чем критическое поле выхода магнитного вихря из свободного слоя, то кривая ТМР эффекта имеет линейный безгистерезисный вид (фиг.8 г), именно такой, какой необходим для

возможной разработки датчиков магнитного поля. Чувствительность при этом составляет 0,1%/Э (1 мВ/В/Э) в диапазоне полей ± 100 Э.

Таким образом, разработан туннельный магниторезистивный элемент, состоящий из двух ферромагнитных слоев, разделенных туннельно-прозрачным диэлектрическим слоем. Латеральные размеры элемента составляют 0,3-1 мкм, он обладает высоким значением ТМР эффекта и линейным безгистерезисным откликом свободного магнитного слоя на внешнее магнитное поле. Последнее достигается благодаря вихревой низкокоэрцитивной магнитной конфигурации свободного слоя. Разработанный способ позволяет в едином технологическом процессе создать ТМР элемент с магнитожестким закрепленным магнитным слоем с однородным распределением намагниченности, и магнитомягким свободным слоем с вихревым распределение намагниченности. При этом разработанные ТМР элемент и способ его изготовления позволяют отказаться от использования дополнительных материалов и соответственно от дополнительных сложных технологических этапов (не требуется напыление дополнительной металлической прослойки между текстурированным и аморфным слоем) при создании свободного магнитного слоя, сохраняя при этом высокую величину ТМР эффекта (100-200%) и низко коэрцитивное вихревое состояние в свободном слое.

Литература:

1. S. Ikeda, J. Hayakawa, Y. Ashizawa, Y.M. Lee, K. Miura, H. Hasegawa, M. Tsunoda, F. Matsukura, H. Ohno «Tunnel magnetoresistance of 604% at 300 K by suppression of Ta diffusion in CoFeB∕MgO∕CoFeBCoFeB pseudo-spin-valves annealed at high temperature», Appl. Phys. Lett. 93, 082508 (2008);

2. G. He, Y. Zhang, G. Xiao «Nonhysteretic Vortex Magnetic Tunnel Junction Sensor with High Dynamic Reserve», Phys.Rev.Appl 14, 034051 (2020);

3. M. Endo, M. Al-Mahdawi, M. Oogane, Y Ando «Control of sensitivity in vortex-type magnetic tunnel junction magnetometer sensors by the pinned layer geometry», J. Phys. D: Appl. Phys. 55 195001 (2022);

4. A. Dussaux, B. Georges, J. Grollier, V. Cros, A.V. Khvalkovskiy, A. Fukushima, M. Konoto, H. Kubota, K. Yakushiji, S. Yuasa, K.A. Zvezdin, K. Ando, A. Fert «Large microwave generation from current-driven magnetic vortex oscillators in magnetic tunnel junctions», Nat Commun 1, 8 (2010);

5. A. Dussaux, E. Grimaldi, B.R. Salles, A.S. Jenkins, A.V. Khvalkovskiy, P. Bortolotti, J. Grollier, H. Kubota, A. Fukushima, K. Yakushiji, S. Yuasa, V. Cros, A. Fert «Large

amplitude spin torque vortex oscillations at zero external field using a perpendicular spin polarizer», Appl. Phys. Lett. 105, 022404 (2014);

6. R. Lebrun, S. Tsunegi, P. Bortolotti, H. Kubota, A.S. Jenkins, M. Romera, K. Yakushiji, A. Fukushima, J. Grollier , S. Yuasa, V. Cros «Mutual synchronization of spin torque nano-oscillators through a long-range and tunable electrical coupling scheme», Nat Commun8, 15825 (2017);

7. A.S. Jenkins, L. San Emeterio Alvarez, P.P. Freitas, R. Ferreira «Digital and analogue modulation and demodulation scheme using vortex-based spin torque nano-oscillators», Sci Rep 10, 11181 (2020);

8. A.S. Jenkins, R. Lebrun, E. Grimaldi, S. Tsunegi, P. Bortolotti, H. Kubota, K. Yakushiji, A. Fukushima, G. de Loubens, O. Klein, S. Yuasa, V. Cros «Spin-torque resonant expulsion of the vortex core for an efficient radiofrequency detection scheme», Nature Nanotech 11, 360–364 (2016);

9. P.N. Skirdkov, K.A. Zvezdin «Spin-Torque Diodes: From Fundamental Research to Applications», Ann. Phys. 532, 1900460 (2020);

10. B. Fang, M. Carpentieri, S. Louis, V. Tiberkevich, A. Slavin, I.N. Krivorotov, R. Tomasello, A. Giordano, H. Jiang, J. Cai, Y. Fan, Z. Zhang, B. Zhang, J.A. Katine, K.L. Wang, P.K. Amiri, G. Finocchio, Z. Zeng «Experimental Demonstration of Spintronic Broadband Microwave Detectors and Their Capability for Powering Nanodevices», Phys. Rev. Appl 11, 014022 (2019);

11. R.P. Cowburn, D.K. Koltsov, A.O. Adeyeye, M.E. Welland, D.M. Tricker «Single-Domain Circular Nanomagnets», Phys. Rev. Lett. 83, 1042 (1999);

12. Звездин К.А., Екомасов Е.Г. «Спиновые токи и нелинейная динамика вихревых спин-трансферных наноосцилляторов», Физика металлов иметалловедение 123,.219 (2022);

13. W.H. Butler, X.-G. Zhang, T.C. Schulthess, J.M. MacLaren «Spin-dependent tunneling conductance of Fe|MgO|Fe sandwiches», Phys. Rev. B 63, 054416 (2001).

Группа изобретений относится к электронной технике. В туннельном магниторезистивном (ТМР) элементе свободный магнитный слой состоит из текстурированного слоя CoFeB(7 нм), непосредственно примыкающего к туннельному изолирующему слою MgO(1,2 нм), и аморфного слоя CoFeB(40 нм), непосредственно контактирующего с текстурированным слоем CoFeB(7 нм) и обеспечивающего возможность формирования магнитного вихря. При этом свободный магнитный слой формируют в два этапа, причем на первом этапе происходит кристаллизация аморфных слоев CoFeB а на втором этапе методом магнетронного распыления непосредственно на текстурированный слой CoFeB(7 нм) наносят аморфный слой CoFeB(40 нм), обеспечивающий возможность формирования магнитного вихря. Текстурированный слой обеспечивает высокий уровень ТМР эффекта, аморфный слой обеспечивает формирование магнитного вихревого состояния. Технический результат – упрощение процесса изготовления ТПР элемента при сохранении высокой величины ТМР эффекта. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ формирования туннельного магниторезистивного элемента с вихревым распределением намагниченности в свободном слое, включающий нанесение на подложку закрепленного магнитного слоя CoFeB и свободного магнитного слоя, разделенных туннельным изолирующим слоем MgO, отличающийся тем, что свободный магнитный слой формируют в два этапа, причем на первом этапе подложку со сформированной структурой IrMn(10 нм)/CoFeB(4 нм)/Mg(0,4 нм)/MgO(1,2 нм)/Mg(0,3 нм)/CoFeB(7 нм) подвергают термическому отжигу в вакууме, в процессе которого происходит кристаллизация аморфных слоев CoFeB от интерфейсов с MgO [001] в кристаллическую объемно-центрированную кубическую структуру с текстурой [100], а на втором этапе методом магнетронного распыления непосредственно на текстурированный слой CoFeB(7 нм) наносят аморфный слой CoFeB(40 нм), обеспечивающий возможность формирования магнитного вихря.

2. Способ формирования туннельного магниторезистивного элемента с вихревым распределением намагниченности в свободном слое по п.1, отличающийся тем, что после первого этапа на текстурированный слой CoFeB(7 нм) наносят защитный слой, который удаляют перед формированием аморфного слоя CoFeB(40 нм).

3. Способ формирования туннельного магниторезистивного элемента с вихревым распределением намагниченности в свободном слое по п.1 или 2, отличающийся тем, что на первом этапе термический отжиг выполняют при температуре 330°С в течение двух часов.

4. Туннельный магниторезистивный элемент с вихревым распределением намагниченности в свободном слое, изготовленный способом по пп.1-3, содержащий закрепленный магнитный слой CoFeB и свободный магнитный слой, разделенные туннельным изолирующим слоем MgO, отличающийся тем, что свободный магнитный слой состоит из текстурированного слоя CoFeB(7 нм), непосредственно примыкающего к туннельному изолирующему слою MgO(1,2 нм), и аморфного слоя CoFeB(40 нм), непосредственно контактирующего с текстурированным слоем CoFeB(7 нм) и обеспечивающего возможность формирования магнитного вихря.