一种基于磁场辅助的多级单元磁存储器件及制造方法技术

一种基于磁场辅助的多级单元磁存储器件，它形成多个MTJ层叠，各个MTJ由参考层、势垒层和自由层组成；参考层的磁化方向固定或通过连接钉扎层固定，自由层的磁化方向通过注入自旋极化电流在两种状态之间转换；多个MTJ通过金属隔离层串联，感应线设置在上述结构附近，从而在各个MTJ处产生不同辅助磁场，以影响其磁化方向翻转所需要的转换电流；通过施加不同方向、大小的电流与磁场，分别将各个MTJ切换至所需电阻状态，进而利用器件不同的总电阻状态存储多位数据；一种基于磁场辅助的多级单元磁存储器件的制造方法，它有七大步骤。本发明专利技术在提高STT-MRAM存储密度的同时，也降低了制造过程中的工艺难度与生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁场辅助的多级单元磁存储器件及制造方法
本专利技术涉及一种基于磁场辅助的多级单元磁存储器件及制造方法，它包含一种由多个磁隧道结(MagneticTunnelJunction，MTJ)组成的存储结构，属于非易失性磁存储器

技术介绍
近年来，磁随机存储器(MRAM)因其非易失性、无限次读写、低功耗、高速度等优点受到学术界与工业界的广泛关注。更进一步，基于自旋转移力矩(SpinTransferTorque，STT)的磁随机存储器STT-MRAM无需外界磁场作用，通过注入自旋计划电流即可改变MTJ自由层的磁化方向，实现数据存储。因此，在进一步突破功耗、稳定性、读写速度、存储容量等瓶颈方面，STT-MRAM体现出巨大的研究及应用价值。MTJ主要分为基于垂直磁各向异性(PerpendicularMagneticAnisotropy，PMA)的MTJ与基于面内磁各向异性(In-PlaneMagneticAnisotropy)的MTJ，而后者在尺寸及功耗等方面更具优势。MTJ一般包括非磁性金属材料构成的底电极、铁磁材料构成的参考层、金属氧化物构成的势垒层、铁磁材料构成的自由层，以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁场辅助的多级单元磁存储器件，其特征在于：它是形成复数个磁隧道结MTJ层叠，各个MTJ由参考层、势垒层和自由层组成；其中，参考层的磁化方向固定或通过连接钉扎层固定，自由层的磁化方向通过注入自旋极化电流在两种状态之间转换；当参考层与自由层的磁化方向平行时，MTJ呈现低电阻状态，存储数据“0”；反平行时则呈现高电阻状态，存储数据“1”；复数个MTJ通过金属隔离层串联，感应线设置在上述MTJ结构周围，适当调整位置，从而在各个MTJ处产生不同辅助磁场，影响其磁化方向翻转所需要的转换电流；通过施加不同方向、大小的电流与磁场，分别将各个MTJ切换至所需电阻状态，进而利用器件不同的总电阻状态存储多位...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场辅助的多级单元磁存储器件，其特征在于：它是形成复数个磁隧道结MTJ层叠，各个MTJ由参考层、势垒层和自由层组成；其中，参考层的磁化方向固定或通过连接钉扎层固定，自由层的磁化方向通过注入自旋极化电流在两种状态之间转换；当参考层与自由层的磁化方向平行时，MTJ呈现低电阻状态，存储数据“0”；反平行时则呈现高电阻状态，存储数据“1”；复数个MTJ通过金属隔离层串联，金属感应线设置在上述MTJ结构周围，适当调整位置，从而在各个MTJ处产生不同辅助磁场，影响其磁化方向翻转所需要的转换电流；通过施加不同方向、大小的电流与磁场，分别将各个MTJ切换至所需电阻状态，进而利用器件不同的总电阻状态存储多位数据；在该磁存储器件中，自由层包括铁磁材料钴铁硼CoFeB、钴铁CoFe、钌Ru、钴Co、钴/铂Co/Pt或钴/钯Co/Pd，势垒层选自、但不限于金属氧化物材料氧化镁MgO、氧化铝Al2O3，参考层包括铁磁材料钴铁硼CoFeB、钴铁CoFe、钌Ru、钴Co、钴/铂Co/Pt或钴/钯Co/Pd；其中，参考层的磁化方向需要通过钉扎层固定，构成钉扎层的材料包括铂锰PtMn、铱锰IrMn、Co/Pt或Co/Pd；磁存储器件上、下通过顶电极、底电极与外围电路相连，顶电极、底电极使用非磁性金属材料钽Ta、钌Ru、铂Pt或铝Al；金属感应线位于磁存储器件上、下或一侧的绝缘层中，绝缘层使用二氧化硅SiO2或氮化硅SiN；一条金属感应线由两个或多个磁存储器件共用，作用模式方面，固定辅助磁场，通过调整写电流完成数据存储；也能将写电流固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦醒，张雨，郭玮，赵巍胜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11