作为磁电阻自旋阀传感器的磁感应单元或者磁电阻随机存取存储器 (Magnetoresistive Random Access Memory，以下简称MRAM)的存储单元可由三层到数 十层的磁性和非磁性薄膜组成，其中磁性和非磁性多层薄膜中至少包含这样的一个核 心复合膜，其类似于“三明治”的三层结构：被钉扎磁性层/隔离层/自由磁性层(如 图1所示)。其中，隔离层为非磁性材料，介于两个磁性材料层之间，其厚度很小，一 般介于0.5nm与5.0nm之间。两个磁性材料层中有且仅有一层的磁化强度的方向被外 界某层或数层的材料所固定，即称作为“被钉扎磁性层”，该被钉扎磁性层不能在小 的外磁场作用下随意变化。两个磁性材料层中的另外一层为自由磁性层，其磁化强度 的方向可在小的外磁场作用下发生变化。以这样的核心复合膜作为存储单元，当两个 磁性材料层的磁化强度的方向相同时，存储单元表现出低的电阻状态；而当两个磁性 材料层的磁化强度的方向相反时，存储单元则表现出高的电阻状态。当两个磁性材料 层的磁化强度的方向呈现一定角度，如90度，单元磁阻值与外磁场呈现一定的函数关 系，可作为磁场或磁场梯度的度量。因此，存储单元存在着两个稳定的电阻状态，通 过改变存储单元中自由磁性层相对于被钉扎磁性层的磁化强度的方向，即可使之记录 信息；而通过检测存储单元的电阻状态，即可获取其保存的信息。
目前通常采用的用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜中，其两个磁性层材 料一般由Fe、Co、Ni等磁性金属及其合金材料、磁性半导体材料、半金属材料等构 成。钉扎材料一般使用Fe-Mn、Ni-Mn、Pt-Mn、Ir-Mn、PtCr、CoO、NiO等反铁磁材 料或者人工多层膜复合钉扎材料(如：Co/Ru/Co、Co/Cu/Co等)等构成。自由磁性层 和被钉扎磁性层因要求不同厚度会有所变化，也有采用人工钉扎的方法。隔离层一般 使用Cu、Cr、Ru等金属导电材料，或者采用绝缘(势垒)材料或半绝缘材料。例如， 自旋阀型巨磁电阻(GMR)多层膜是采用金属导电材料作为隔离层，磁电阻异质结材 料是采用半导体材料作为隔离层，磁性隧道结(MTJ)是采用绝缘材料作为隔离层。
隔离层的质量是影响器件性能的关键因素。例如，影响磁性隧道结性能的关键所 在是其势垒层(即隔离层)的质量，势垒层的好坏直接影响到隧道结磁电阻比值(TMR) 的大小以及电阻与结区面积的积矢(RA)的大小，而这两项指标与MTJ能否用于磁 性隧道结自旋阀传感器和MRAM的记忆单元密切相关。
目前在制备磁电阻传感器和MRAM磁性隧道结记忆单元中，较为常用的是以Al2O3 和MgO等金属氧化物材料作为势垒层材料，采用常规的方法制备的厚度在1nm左右 的势垒层，很难在大面积范围内保持均匀性和一致性，使得成品率低而生产成本居高 不下，因此制约了磁电阻传感器和MRAM的发展和生产。为解决这一问题，需要巨 额投入和采用大型的先进生产设备，才能在生产和加工过程中来大面积制备高质量超 薄金属氧化物势垒层。
LB膜技术是一种在分子水平上制备有序分子超薄膜的先进技术，其工艺简单、成 本低廉、可以大面积制备高质量的均匀性和一致性很好的分子薄膜。LB膜技术使人们 可以对分子进行有计划的多层次的排列与组合，形成厚度可控的有序的薄膜，然后再 进一步构建各种分子器件。

本发明的目的在于克服现有技术制备的用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复 合膜很难在大面积范围内保持均匀性和一致性、使得成品率低而生产成本居高不下的 缺陷，从而提供一种可在大面积范围内保持均匀性和一致性的用于磁性/非磁性/磁性多 层薄膜的核心复合膜。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：
本发明提供一种用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜，其包括自由磁性 层、隔离层和被钉扎磁性层，所述的隔离层为LB膜层。
该LB膜层是通过垂直提拉法、水平附着法、亚相降低法、单分子层扫动法、或 扩散吸附法沉积在被钉扎磁性层表面的。根据所需要的器件的特性，该LB膜层可以 是单组分的单层膜或多层膜，也可以是具有多功能的混合多组分的单层膜或多层膜。
所述的隔离层的LB膜层的材料特性(包括磁特性及导电特性)根据需要可以为 具有绝缘的、导电的、或有半导体性质的材料组成的有机膜。
所述的绝缘的材料包括硬脂酸(C17H35COOH)、羟基二硬脂酸铁、硬脂酸银、硬 脂酸隐花菁、硬脂酸香豆素、酸性硬脂酸铁、十八烯酸、溴代十六烷基三甲铵。
所述的绝缘的材料包括：脂肪醇(CnH2n+1OH)、脂肪酯(CnH2n+1COOR)、脂肪酰 胺(CnH2n+1CONH2)、脂肪烷基腈(CnH2n+1C≡N)、或脂肪酸CF3(CF2)7(CH2)nCOOH， 其中n＝2，4，或6。
所述的绝缘的材料还包括：简单取代芳香化合物及功能配合物，所述的简单取代 芳香化合物包括对位取代的苯衍生物R-C6H6-X，其中R为C18H37，C16H33，C14H29， OC18H37，或NHC18H37；X为NH2，OH，COOH，NHNO2；所述的功能配合物包括β -二酮稀土配合物，二氮杂芴酮，8-羟基喹啉，邻苯二腈铜，胆红素，血红素，和硫 辛酸酯。
所述的绝缘的材料还包括：聚乙烯类([-CH2-CH2-]n)、聚丙烯类：(C3H6)n、聚甲 基丙烯酯类、聚丁二烯类、聚乙酸乙酯类等两亲聚合物，聚(3-烷基噻吩)和聚酰亚 胺等非两亲聚合物。
所述的绝缘的材料还包括：富勒烯、卟啉、或酞菁、磷脂类化合物、色素、肽和 蛋白质；所述的磷脂类化合物为磷脂酰乙醇胺或磷脂酰胆碱；所述的色素为铁卟啉、 叶绿素色素、或类胡萝卜素；所述的其它生物分子包括紫膜和大豆磷脂。
所述的导电的材料包括具有两亲性质的电荷转移化合物、基于聚吡咯骨架的两亲 共轭聚合物、聚合噻吩、或聚乙炔；所述的具有两亲性质的电荷转移化合物包括TTF (四硫代富瓦烯)-TCNQ(7，7’，8，8’-四氰基二亚甲基苯醌)、(TMTSF)2(PF)2 和过渡金属配合物M(dmit)2(M＝Ni，Pb，Pt，Au)；所述的聚合噻吩为聚3-己基噻吩 或聚3-辛基噻吩。
所述的半导体的材料包括TiO2/荧光素、SnO2/花生酸、或掺杂ZnS。
本发明提供一种制备上述只有中间隔离层(功能层)为LB有机超薄膜的用于磁 性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜的方法，具体包括如下步骤：
先在高真空下利用磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延、激光脉冲沉积、离子束 辅助沉积、或化学气相沉积等常规方法生长下部电极层和底部各层，其结构为种子层/ 导电层/过渡层/反铁磁钉扎层/被钉扎磁性层；然后在超净环境下采用垂直提拉法、水 平附着法、亚相降低法、单分子层扫动法、或扩散吸附法制备高分子有机LB膜作为 隔离层；最后在高真空下利用磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延、激光脉冲沉积、 离子束辅助沉积、或化学气相沉积等常规方法生长上部各层：自由磁性层/过渡层/导电 层/保护层等。
样品生长完毕后，采用紫外曝光或电子束曝光，配合离子束刻蚀得到需要的有一 定形状和尺寸大小的样品单元，该复合磁性多层膜的单元可以用于磁敏感、电敏感、 光敏感、或气敏感探测器的器件单元或磁随机存取存储器(MRAM)的存储单元。
将上述只有中间隔离层(功能层)为LB有机超薄膜的核心复合膜用于磁性/非磁 性/磁性多层薄膜时，其周期可从2到所需的周期数。使用上述方法周期性重复，即可 得到。例如：一种代表性结构为：种子层/导电层/过渡层/反铁磁钉扎层/[被钉扎磁性层 /LB膜隔离层/自由磁性层]n/过渡层/导电层/保护层等，其中n＝2，3，4，……)。
本发明提供另一种用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜，其核心结构包括 自由磁性层、隔离层和被钉扎磁性层，所述的自由磁性层、隔离层和被钉扎磁性层均 为LB膜层；其中被钉扎磁性层和自由磁性层的LB膜层为有磁性的材料组成的有机膜； 隔离层的LB膜层为绝缘的、导电的、或有半导体性质的材料组成的有机膜。
所述的磁性的材料包括硬脂酸锰、二茂铁、或γ-Fe2O3超微粉/硬脂酸。
所述的隔离层的LB膜层的绝缘的、导电的、或有半导体性质的材料同前所述。
本发明提供一种制备上述核心三明治结构均为LB有机超薄膜的用于磁性/非磁 性/磁性多层薄膜的核心复合膜的方法，具体包括如下步骤：
先在高真空下利用磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延、激光脉冲沉积、离子束 辅助沉积、化学气相沉积等常规方法在衬底上沉积或生长：种子层/导电层/过渡层/反 铁磁钉扎层：然后在超净环境下采用垂直提拉法、水平附着法、亚相降低法、单分子 层扫动法、或扩散吸附法依次制备高分子有机LB膜作为被钉扎磁性层、隔离层和自 由磁性层；最后在高真空下利用磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延、激光脉冲沉积、 离子束辅助沉积、或化学气相沉积等常规方法来沉积和生长上部多层膜顶电极，其结 构为：过渡层/导电层/保护层。
样品生长完毕后，采用紫外曝光或电子束曝光，配合离子束刻蚀得到需要的有一 定形状和尺寸大小的样品单元，该复合磁性多层膜的单元可以用于磁敏感、电敏感、 光敏感或气敏感探测器的器件单元或磁随机存取存储器(MRAM)的存储单元；或直 接采用自适配、自组装方法构成所需要的功能单元，制得传感器及存储器单元。
将上述核心三明治结构均为LB有机超薄膜的核心复合膜用于磁性/非磁性/磁性 多层薄膜时，其周期可从2到所需的周期数。使用上述方法周期性重复，即可得到。 例如：一种代表性结构为：种子层/导电层/过渡层/反铁磁钉扎层/被钉扎磁性层/[LB膜 隔离层/自由磁性层]n/过渡层/导电层/保护层等，其中n＝2，3，4，……)。
本发明提供一种上述用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜在磁电阻自旋 阀传感器上的应用，其可构成磁电阻自旋阀传感器的磁感应单元。该磁感应单元的核 心层为本发明提供的用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜，其隔离层由有序的 导电或绝缘的有机超薄膜(LB膜)构成，自由磁性层的易轴方向与被钉扎磁性层的易 轴方向根据器件特性要求互相垂直、或呈一定角度。四个相同的磁感应单元构成惠斯 通电桥，以提高灵敏度。
本发明提供一种上述用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜在磁电阻随机 存取存储器(简称MRAM)上的应用，其可做为MRAM的记忆单元，该记忆单元包 括一磁性薄膜存储单元，其核心层为本发明提供的“三明治结构”的用于磁性/非磁性 /磁性多层薄膜的核心复合膜，即由两层磁性材料层以及介于两磁层之间的LB膜隔离 层构成，利用其自由磁性层相对被钉扎磁性层的平行或反平行的两种磁化状态来记录 和存储信息。
与现有技术相比，本发明的优益之处在于：
1、本发明使用LB膜技术制备用于磁性/非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜的各 层，可以大面积制备高质量的均匀性和一致性很好的分子薄膜，其工艺简单，成本低 廉。
2、本发明把常规自旋电子学材料和有机材料结合起来制备磁电阻传感器，不仅具 备常规磁电阻传感器的特点，如电敏感和磁敏感，而且还可能同时具有光发射和光吸 收等光敏感以及气敏感等功能。
3、利用LB有机膜替代传统的隔离层和磁性层，使得器件更轻、更薄、更便于携 带，以及更容易加工成集成度高、价格低廉的器件。
4、利用LB有机膜替代传统的金属氧化物隔离层和全金属磁性层以及其它导电层 和电极，可以制备全LB有机膜构成的材料，可以发展新一代的全LB有机膜组成的新 型功能器件。
附图说明
图1为实施例18制备的核心复合膜为势垒层的磁性隧道结单元在室温下的磁场响 应曲线。

实施例1
先在高真空下利用磁控溅射方法依次生长下部电极层和底部各层，其结构为：Ta(5 nm)/Cu(20nm)/Ni-Fe(5nm)/Ir-Mn(10nm)/Co-Fe-B(4nm)；然后在超净环境下采用垂直 提拉法制备硬脂酸(C17H35COOH)LB膜作为隔离层；最后在高真空下利用磁控溅射 方法依次生长上部各层：Co-Fe-B(4nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(20nm)/Ta(5nm)。
样品生长完毕后，采用紫外曝光，配合离子束刻蚀得到需要的有一定形状和尺寸 大小的样品单元，该复合磁性多层膜的单元可以用于磁敏感、电敏感、光敏感、或气 敏感探测器的器件单元或磁随机存取存储器(MRAM)的存储单元。
实施例2
先在高真空下利用磁控溅射方法依次生长下部电极层和底部各层，其结构为：Ta(5 nm)/Cu(20nm)/Ni-Fe(5nm)/Ir-Mn(10nm)/Co-Fe(4nm)/Ru(0.9nm)/Co-Fe(4nm)；然后在 超净环境下采用垂直提拉法制备脂肪酸[CH3(CH2)14COO]2Cd LB膜作为隔离层；最后 在高真空下利用磁控溅射方法依次生长上部各层：Co-Fe(4nm)/Ru(0.9nm)/Co-Fe(4 nm)/Cu(20nm)/Ta(5nm)。
样品生长完毕后续工作与实施例1类似，在此省略。
实施例3～13
按实施例1和2的方法，制备不同LB膜作为中间隔离层(功能层)的用于磁性/ 非磁性/磁性多层薄膜的核心复合膜，其LB膜的种类及性质列于表1。
表1、
  实施例   LB膜的种类   性质   MR值   3   脂肪酯(C5H11COOR)   绝缘   5～50％   4   4-十八烷基苯胺(C18H37-C6H4-NH2)   绝缘   5   二氮杂芴酮   绝缘   6   卟啉   绝缘   7   酞菁聚硅氧烷   绝缘   8   TTF(四硫代富瓦烯)-TCNQ   (7，7’，8，8’-四氰基二亚甲基苯醌)   导电的   9   硬脂酸锰   磁性的   10   二茂铁   磁性的   11   掺杂ZnS   半导体性   12   TiO2/荧光素   半导体性   13   SnO2/花生酸   半导体性
实施例14
先在高真空下利用磁控溅射方法依次生长下部电极层和底部各层，其结构为：Ta(5 nm)/Cu(20nm)/Ni-Fe(5nm)/Ir-Mn(10nm)/；然后在超净环境下采用垂直提拉法制备硬 脂酸锰作为被钉扎磁性层，再在其上生长一层硬脂酸(C17H35COOH)LB膜作为隔离 层；然后再生长一硬脂酸锰作为磁性自由层；最后在高真空下利用磁控溅射方法依次 生长上部各层：Cu(20nm)/Ta(5nm)。
实施例15
先在高真空下利用电子束蒸发方法依次生长下部电极层和底部各层，其结构为： Ta(5nm)/Cu(20nm)/Ni-Fe(5nm)/Pt-Mn(10nm)/；然后在超净环境下采用垂直提拉法制 备二茂铁作为被钉扎磁性层，再在其上生长一层4-十八烷基苯胺LB膜作为隔离层； 然后再生长一层二茂铁作为磁性自由层；最后在高真空下利用电子束蒸发方法依次生 长上部各层：Cu(20nm)/Ta(5nm)。
实施例16
首先在高真空下利用激光脉冲沉积方法依次生长下部电极层和底部各层，其结构 为：Ta(5nm)/Cu(20nm)/Ni-Fe(5nm)/Fe-Mn(10nm)/Co-Fe-B(4nm)；然后在超净环境下 采用垂直提拉法制备一层脂肪酸[CH3(CH2)14COO]2Cd作为第一隔离层；然后再生长一 层二茂铁作为磁性自由层；再在其上采用垂直提拉法制备一层脂肪酸 [CH3(CH2)14COO]2Cd作为第二隔离层；最后在高真空下利用激光脉冲沉积方法依次生 长上部各层：Co-Fe-B(4nm)/Fe-Mn(10nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(20nm)/Ta(5nm)。
实施例17
一个磁场传感器通过四个单磁阻自旋阀元件电连接于一个桥电路中组成，其中每 一个单磁阻自旋阀元件的核心三层膜结构均由“被钉扎Co-Fe磁性层 /(C10H21)3NCH3Au(dmit)2LB膜隔离层/Co-Fe自由磁性层”构成。核心结构中磁性被钉 扎层的易轴方向与自由层的易轴方向可以呈一定的夹角角度，如：选择90度。这些自 旋阀元件以单板印刷术形成于同一片基上。桥电路输入信号可采用恒流模式，桥电路 输出电压成为磁场或磁场梯度的度量。
实施例18
首先在高真空下利用磁控溅射方法依次生长下部电极层和底部各层，其结构为： Ta(5nm)/Cu(20nm)/Ni-Fe(5nm)/Ir-Mn(12nm)/Co-Fe-B(4nm)；然后在超净环境下采用 垂直提拉法制备脂肪酸CF3(CF2)7(CH2)4COOH LB膜作为隔离层；最后在高真空下利 用磁控溅射方法依次生长上部各层：Co-Fe-B(4nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(20nm)/Ta(5nm)。
样品生长完毕后，采用紫外曝光，配合离子束刻蚀得到尺寸为5×10平方微米大 小的隧道结单元。
图1给出了上述以LB膜为势垒层的磁性隧道结单元在室温下典型的磁场响应曲 线。室温下在外加直流1毫伏下的隧道磁电阻(TMR)约为26.1％。磁电阻值毫不亚 于通用的以Al2O3作为势垒层的磁性隧道结单元，而且在室温下表现出很小的骄顽力， 可以满足实用性的需要。