一种基于磁性合金复合薄膜的存储单元及其制备方法和磁存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，包括：第一电极层、第一磁性层、绝缘隧穿层、第二磁性层、第二电极层；所述第二磁性层为磁性合金复合薄膜，所述磁性合金复合薄膜包括磁性颗粒和绝缘隔离物；所述磁性颗粒包括磁性合金；所述绝缘隔离物的材质包括金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少一种，所述磁性颗粒分散在所述绝缘隔离物中。本发明专利技术提供的基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元能兼顾存储密度，并实现高速、低功耗存储。本发明专利技术实施例还提供了该基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元的制备方法和一种包含该基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元的磁存储装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据存储
，特别是涉及一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元及其制备方法和磁存储装置。
技术介绍
STT-MRAM(SpinTransferTorque-MagneticRandomAccessMemory)是一种基于自旋转移矩的磁非挥发存储器，具有高密度、高速度、低功耗、寿命长和非易失等优点，被认为是最有希望的“通用”存储器之一。STT-MRAM存储技术利用电流产生的STT效应作用于自由层(存储层)，并改变自由层的磁化方向，从而在存储单元中产生高、低两个阻态，实现数据的存取。尽管STT-MRAM存储技术在许多方面优于其他存储技术，但如何进一步提高存储单元的读写速度仍然是目前应用STT-MRAM技术需要解决的问题。一方面，提高写电流有助于提高电流密度，在一定范围内有利于磁化翻转，从而提高读写速度；然而另一方面，写电流过大会导致金属互连线寿命降低(互连线电流密度应当小于107A/cm2)，难以真正实现可靠的高密度存储，此外，写电流大功耗也大。因此，在STT-MRAM技术应用中，有必要提供一种能兼顾存储密度，并实现高速、低功耗存储的磁存储单元及其制备方法和磁存储装置。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元及其制备方法和磁存储装置，能兼顾存储密度，并实现高速、低功耗存储，用以解决现有技术中STT-MRAM存储不能兼顾存储密度、高速、低功耗的问题。在第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，包括：第一电极层、形成在所述第一电极层上的第一磁性层、形成在所述第一磁性层上的绝缘隧穿层、形成在所述绝缘隧穿层上的第二磁性层以及形成在所述第二磁性层上的第二电极层；其中，所述第二磁性层为磁性合金复合薄膜，所述磁性合金复合薄膜包括磁性颗粒和绝缘隔离物，其中，所述磁性颗粒包括磁性合金，所述磁性合金包括Fe、Co、Ni和Pt元素中的至少一种，所述绝缘隔离物包括金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少一种，所述磁性颗粒分散在所述绝缘隔离物中。结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述磁性颗粒与邻近于所述磁性合金复合薄膜的上、下膜层接触。结合第一方面和第一方面的第一种可能的实施方式，在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述绝缘隔离物的含有率为所述磁性合金复合薄膜总体积的20％～75％；所述磁性颗粒的平均粒径为5～40nm。结合第一方面和第一方面的第二种可能的实施方式，在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述磁性合金复合薄膜的厚度为3～20nm。结合第一方面和第一方面的第二种可能的实施方式，在第一方面的第四种可能的实施方式中，所述磁性合金还包括Nd、Pd和B元素中的一种。结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实施方式中，所述金属氧化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或W的氧化物；所述金属氮化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或W的氮化物；所述金属氮氧化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或W的氮氧化物。结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实施方式中，所述基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元还包括形成于所述第二磁性层与所述第二电极层之间的Pt层或Pd层。在第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元的制备方法，包括以下步骤：提供衬底，在所述衬底上依次制备：第一电极层，第一磁性层，绝缘隧穿层，第二磁性层，以及第二电极层，得到磁存储介质；将所述磁存储介质在300～600℃下退火处理，得到所述基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其中，所述第二磁性层为磁性合金复合薄膜，所述磁性合金复合薄膜包括磁性颗粒和绝缘隔离物，其中，所述磁性颗粒包括磁性合金，所述磁性合金包括Fe、Co、Ni和Pt元素中的至少一种，所述绝缘隔离物包括金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少一种，所述磁性颗粒分散在所述绝缘隔离物中。结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实施方式中，所述磁性颗粒与邻近于所述磁性合金复合薄膜的上、下膜层接触。结合第二方面和第二方面的第一种可能的实施方式中，在第二方面的第二种可能的实施方式中，所述绝缘隔离物的含有率为所述磁性合金复合薄膜总体积的20％～75％；所述磁性颗粒的平均粒径为5～40nm。结合第二方面和第二方面的第二种可能的实施方式，在第二方面的第三种可能的实施方式中，所述磁性合金复合薄膜的厚度为3～20nm。结合第二方面和第二方面的第二种可能的实施方式，在第二方面的第四种可能的实施方式中，所述磁性合金还包括Nd、Pd和B元素中的一种。结合第二方面，在第二方面的第五种可能的实施方式中，所述金属氧化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或W的氧化物；所述金属氮化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或W的氮化物；所述金属氮氧化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或W的氮氧化物。结合第二方面，在第二方面的第六种可能的实施方式中，所述基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元还包括形成于所述第二磁性层与所述第二电极层之间的Pt层或Pd层。在第三方面，本专利技术实施例提供了一种磁存储装置，包括基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元、为所述磁存储单元提供读写电压的读写电路、以及选通晶体管，所述基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元包括：第一电极层、形成在所述第一电极层上的第一磁性层、形成在所述第一磁性层上的绝缘隧穿层、形成在所述绝缘隧穿层上的第二磁性层以及形成在所述第二磁性层上的第二电极层；其中，所述第二磁性层为磁性合金复合薄膜，所述磁性合金复合薄膜包括磁性颗粒和绝缘隔离物，其中，所述磁性颗粒包括磁性合金，所述磁性合金包括Fe、Co、Ni和Pt元素中的至少一种，所述绝缘隔离物包括金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少一种，所述磁性颗粒分散在所述绝缘隔离物中。本专利技术实施例提供了一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，能兼顾存储密度，并实现高速、低功耗存储。该磁存储单元中的磁性合金复合薄膜与传统的自由层(对应本专利技术实施例中的第二磁性层)采用的磁性薄膜不同，传统的磁性薄膜采用连续的、纯磁性薄膜，不含绝缘材料，而本专利技术采用的磁性合金复合薄膜具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，包括：第一电极层、形成在所述第一电极层上的第一磁性层、形成在所述第一磁性层上的绝缘隧穿层、形成在所述绝缘隧穿层上的第二磁性层以及形成在所述第二磁性层上的第二电极层；其中，所述第二磁性层为磁性合金复合薄膜，所述磁性合金复合薄膜包括磁性颗粒和绝缘隔离物，其中，所述磁性颗粒包括磁性合金，所述磁性合金包括Fe、Co、Ni和Pt元素中的至少一种，所述绝缘隔离物包括金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少一种，所述磁性颗粒分散在所述绝缘隔离物中。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，包括：
第一电极层、形成在所述第一电极层上的第一磁性层、形成在所述第一磁
性层上的绝缘隧穿层、形成在所述绝缘隧穿层上的第二磁性层以及形成在所述
第二磁性层上的第二电极层；
其中，所述第二磁性层为磁性合金复合薄膜，所述磁性合金复合薄膜包括
磁性颗粒和绝缘隔离物，其中，所述磁性颗粒包括磁性合金，所述磁性合金包
括Fe、Co、Ni和Pt元素中的至少一种，所述绝缘隔离物包括金属氧化物、金
属氮化物和金属氮氧化物中的至少一种，所述磁性颗粒分散在所述绝缘隔离物
中。
2.如权利要求1所述的基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，
所述磁性颗粒与邻近于所述磁性合金复合薄膜的上、下膜层接触。
3.如权利要求1所述的基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，
所述绝缘隔离物的含有率为所述磁性合金复合薄膜总体积的20％～75％；所述磁
性颗粒的平均粒径为5～40nm。
4.如权利要求1所述的基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，
所述磁性合金复合薄膜的厚度为3～20nm。
5.如权利要求1所述的基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，
所述磁性合金还包括Nd、Pd和B元素中的一种。
6.如权利要求1所述的基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，
所述金属氧化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或W的氧
化物；所述金属氮化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、Zn或

\tW的氮化物；所述金属氮氧化物为Ti、Ta、Cu、Al、Si、Cr、Zr、Y、Ce、Mn、
Zn或W的氮氧化物。
7.如权利要求1所述的基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元，其特征在于，
所述基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元还包括形成于所述第二磁性层与所述
第二电极层之间的Pt层或Pd层。
8.一种基于磁性合金复合薄膜的磁存储单元的制备方法，其特征在于，包
括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底上依次制备：第一电极层，第一磁性层，绝缘隧穿
层，第二磁性层，以及第二电极层，得到磁存储介质；
将所述磁存储介质在300～600℃下退火处理，得到所述基于磁性合金复合薄
膜的磁存储单元；
其中，所述第二磁性层为磁性合金复合薄膜，所述磁性合金复合薄膜包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：关夏威，刘苏皓，黄婷，徐荣刚，刘祖齐，赵俊峰，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44