全相变自旋非易失存储单元制造技术

本发明专利技术提供一种全相变自旋非易失存储单元，包括磁固定层、间隔层、磁自由层。所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，所述间隔层设置在所述磁固定层和磁自由层之间，且该间隔层分别与所述磁固定层和磁自由层接触设置。所述磁固定层、所述磁自由层的材料均为界面相变材料，所述界面相变材料包括两种体相变材料交替层叠设置。

【技术实现步骤摘要】
全相变自旋非易失存储单元
本专利技术涉及一种相变自旋非易失存储单元。
技术介绍
存储器是信息产业中重要的组成部件之一，如何发展新型的低成本、高密度、速度快、长寿命的非易失存储器一直是信息产业研究的重要方向。目前常用的非易失存储器包括相变存储器以及磁存储器。相变存储器是一种非磁性存储器，其在存储过程中，利用相变材料的非晶态（高阻态）和晶态（低阻态）两种状态间阻值的变化进行数据存储。相变存储器虽然能提供比传统DRAM更高的可扩展性，却存在写次数有限、读写性能不对称等问题。而且由于改变相变存储器状态需要的延时和能量都比较高，使得其在写操作性能和功耗方面处于劣势。磁存储器虽然具有高的集成度，却存在读写延迟较高的问题，而且目前磁存储器的材料比较复杂，导致目前磁存储器的成本都较高。相变材料广泛用于可擦写光盘中，且已经作为新一代非易失随机存储器的主要材料投入生产中。相变材料可以被看作是一种通用存储材料。虽然相变材料在光存储和电存储技术中有广泛的应用，在磁存储技术（利用自旋）中仍没有得到应用。这主要是因为，相变材料本身不具有磁性，但可以通过掺杂磁性元素使得相变材料获得磁性，然而这种方法获得的磁性相变材料居里温度较低（远低于室温），在室温下磁性消失，抑制了这种磁性相变材料在室温下工作的器件中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可以在室温条件下工作的全相变自旋非易失存储单元。一种全相变自旋非易失存储单元，包括磁固定层、间隔层、磁自由层；所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，所述间隔层设置在所述磁固定层和磁自由层之间，且该间隔层分别与所述磁固定层和磁自由层接触设置；所述磁固定层、所述磁自由层的材料均为界面相变材料，所述界面相变材料包括两种体相变材料交替层叠设置。相较于现有技术，本专利技术提供的全相变自旋非易失存储单元采用界面相变材料作为所述磁固定层及所述磁自由层的材料，该界面相变材料可以在室温条件下保持磁性，从而使该全相变自旋非易失存储单元可以在室温条件下正常工作，易于商业化应用。附图说明图1为本专利技术实施例提供的全相变自旋非易失存储单元的结构示意图。图2为本专利技术实施中界面相变材料结构示意图。图3为本专利技术实施例a提供的全相变自旋非易失存储单元的结构示意图。图4为本专利技术实施例b提供的全相变自旋非易失存储单元的结构示意图。图5为本专利技术施例提供的全相变自旋非易失存储单元作为非易失数字存储器写入数据的工作原理示意图。图6为本专利技术实施例提供的全相变自旋非易失存储单元作为非易失数字存储器读出数据的工作原理示意图。图7为本专利技术实施例提供的全相变自旋非易失存储单元作为忆阻器读写数据的工作原理示意图。主要元件符号说明全相变自旋非易失存储单元10，10a，10b磁固定层102间隔层104，104a，104b磁自由层106第一电极108第二电极110如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将对本专利技术实施例提供的全相变自旋非易失存储单元作进一步说明。请参阅图1，本专利技术第一实施例提供一种全相变自旋非易失存储单元10，该全相变自旋非易失存储单元10为一磁存储单元，包括磁固定层102、间隔层104、磁自由层106。所述磁固定层102、间隔层104以及磁自由层106依次层叠设置，所述间隔层104设置在所述磁固定层102和磁自由层106之间，且该间隔层104分别与所述磁固定层102和磁自由层106接触设置。所述磁固定层102以及所述磁自由层106的材料均为界面相变材料。请参阅图2，所述界面相变材料由两种体相变材料交替层叠而形成。所述体相变材料包括但不限于二元、三元或四元硫系化合物。优选的为(GeTe)x(Sb2Te3)y，其中，x和y为整数。本实施例中，所述界面相变材料由Sb2Te3和GeTe交替层叠而形成。所述磁固定层102及所述磁自由层106的厚度可以依据实际需求而设定。一般的，所述磁固定层102及所述磁自由层106的厚度应尽可能小，使得磁固定层102及磁自由层106低阻态阻值仍远小于间隔层104的最小阻值。所述磁固定层102的厚度可以稍厚于所述磁自由层106的厚度。本实施例中所述磁固定层102及所述磁自由层106的厚度在15nm-30nm之间。组成磁固定层102以及磁自由层106的两种体相变材料交替堆叠的周期数可以为10-40。随着周期数的增加，每个周期里的单层体相变材料厚度则相应变薄。所述界面相变材料的相变过程不同于体相变材料，它不需要材料整体由晶相到非晶相（或非晶相到晶相）之间的转变，而只有少数靠近两种体相变材料界面上的原子移动而实现，体相变材料本身仍保持在晶相。所述界面相变材料通过界面原子的移动也存在低阻态和高阻态两种阻变状态。本实施例中由Sb2Te3和GeTe层叠形成的界面相变材料，其中低阻态中存在磁性，这种磁性在室温下仍然保有。所述全相变自旋非易失存储单元10在使用时，在磁固定层102和磁自由层106两端施加短时电脉冲，脉冲施加时间以及强度保证只有磁固定层102和磁自由层106的阻值状态发生向低阻态的变化。此后的器件工作中，虽然也使用电脉冲调节磁自由层106中的磁化方向，但磁固定层102和磁自由层106的阻值状态不再发生变化，这是因为通常用于调节磁化方向所需的脉冲强度小于使得阻值状态发生变化所需强度。所述间隔层104用于间隔所述磁固定层102和所述磁自由层106。该间隔层104的材料为相变材料。所述相变材料可以为硫系化合物。所述硫系化合物可以为二元、三元或四元硫系化合物，GexTeySbz，其中，x、y、z为整数，如Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4、Ge1Sb4Te7、GeTe、GeSb、Sb2Te3、Sb70Te30、等。进一步地，所述全相变自旋非易失存储单元10还可以包括一第一电极108与一第二电极110。所述第一电极108和第二电极110为导电材料，可以为但不限于金属、合金以及导电碳材料中的至少一种。所述第一电极108设置在所述磁固定层102表面与所述间隔层104间隔设置。具体地，所述第一电极108设置在所述磁固定层102远离所述间隔层104的表面。所述第一电极108用于向所述磁固定层102输入或从该磁固定层102读出电流。所述第二电极110设置在所述磁自由层106表面与所述间隔层104间隔设置。具体地，所述第二电极110设置在所述磁自由层106远离所述间隔层104的表面。所述第二电极110用于向所述磁自由层106输入或从该磁自由层106读出电流。进一步地，所述全相变自旋非易失存储单元10还可以数据写入电路以及数据读出电路（图未示）。所述数据写入电路和数据读出电路可以根据该全相变自旋非易失存储单元10应用场合的不同分别为恒流信号源和脉冲信号源。所述相变材料具有两种相变状态：晶态（crystalline）和非晶态（amorphous）。该全相变自旋非易失存储单元10中的的间隔层104为晶态相变材料或非晶态相变材料。对应不同的相变状态可形成不同类型的所述全相变自旋非易失存储单元10。需要说明的是，本专利技术第一实施例中并非利用所述相变材料的工作过程中的相变来实现存储，而是固定选择晶态或非晶态相变材料作为所述间隔层104。具体地，该全相变自旋非易失存储单元10可以为巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全相变自旋非易失存储单元，包括磁固定层、间隔层、磁自由层；所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，所述间隔层设置在所述磁固定层和磁自由层之间，且该间隔层分别与所述磁固定层和磁自由层接触设置；其特征在于，所述磁固定层、所述磁自由层的材料均为界面相变材料，所述界面相变材料包括两种体相变材料交替层叠设置。

【技术特征摘要】
1.一种全相变自旋非易失存储单元，包括磁固定层、间隔层、磁自由层；所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，所述间隔层设置在所述磁固定层和磁自由层之间，且该间隔层分别与所述磁固定层和磁自由层接触设置；其特征在于，所述磁固定层、所述磁自由层的材料均为界面相变材料，所述界面相变材料包括两种体相变材料交替层叠设置。2.如权利要求1所述的全相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述磁固定层及所述磁自由层的厚度在15nm-30nm之间。3.如权利要求1所述的全相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述两种体相变材料交替层叠的周期数为10-40。4.如权利要求1所述的全相变自旋非易失存储单元，其特征在于，进一步包括第一电极与第二电极，所述第一电极设置在所述磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黄龙，张子阳，施路平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11