磁存储器制造技术

本发明专利技术提供一种磁存储器，包括：第一反铁磁层，用于提供交换偏置场；插入层，设置在反铁磁层上，用于阻挡退火过程中第一反铁磁层的材料的扩散；自由铁磁层结构，设置在插入层上；第一势垒层，设置在自由铁磁层结构上；参考铁磁层结构，设置在第一势垒层上，具有固定的磁化方向；其中，自由铁磁层结构的磁化方向与参考铁磁层结构的磁化方向平行或反平行。本发明专利技术具有退火温度高的特点，可以兼容CMOS后期热处理工艺。

Magnetic memory

【技术实现步骤摘要】
磁存储器
本专利技术涉及磁隧道结
，具体地，涉及一种磁存储器。
技术介绍
传统磁存储器(MagneticRandomAccessMemory,MRAM)的基本存储单元为磁隧道结(MagneticTunnelJunction,MTJ)。其核心部分是由两个铁磁层夹着一个隧穿势垒层而形成的三明治结构。其中一个铁磁层磁化方向不变，被称为参考层。另一个铁磁层被称为自由层，它的磁化方向与参考层平行或反平行时，磁隧道结分别处于低阻或高阻态。两个阻态可分别代表二进制数据“0”和“1”，这是MRAM数据存储的基本原理。MRAM的数据写入操作是通过翻转MTJ中自由层的磁化方向来实现。其中，利用自旋轨道矩(Spin-OrbitTorque,SOT)能实现快速且可靠的磁化翻转。这种数据写入技术要求在MTJ自由层下方增加一条能产生自旋轨道矩的重金属或拓扑绝缘体等材料，利用流经这一薄膜的电流引发的自旋轨道矩来驱动自由层的磁化翻转。然而，对于具有垂直磁各向异性(PerpendicularMagneticAnisotropy,PMA)的磁隧道结来说，采用自旋轨道矩实现数据写入时通常需要同时施加一个面内方向的外加磁场来决定自由层的磁化翻转极性，从而实现确定性磁化翻转，但这极大地增加了电路复杂度，同时降低了铁磁层的稳定性，这成为了限制自旋轨道矩数据写入方法实际应用的最大障碍。2016年，有研究人员发现利用反铁磁/铁磁结构能够产生一个面内方向的交换偏置场，该交换偏置场能够代替外磁场，从而能实现基于自旋轨道矩的无需外磁场的确定性磁化翻转。然而该结构的一个明显的缺点是退火温度低，无法兼容CMOS后期热处理工艺。
技术实现思路
本专利技术实施例的主要目的在于提供一种磁存储器，以提高退火温度从而兼容CMOS后期热处理工艺。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种磁存储器，包括：第一反铁磁层，用于提供交换偏置场；插入层，设置在反铁磁层上，用于阻挡退火过程中第一反铁磁层材料的扩散；自由铁磁层结构，设置在插入层上；第一势垒层，设置在自由铁磁层结构上；参考铁磁层结构，设置在第一势垒层上，具有固定的磁化方向；其中，自由铁磁层结构的磁化方向与参考铁磁层结构的磁化方向平行或反平行。在其中一种实施例中，还包括：缓冲层；第一反铁磁层设置在缓冲层上。在其中一种实施例中，还包括：基底；缓冲层设置在基底上。在其中一种实施例中，还包括：人造反铁磁层；人造反铁磁层设置在参考铁磁层结构上。在其中一种实施例中，还包括：覆盖层；覆盖层设置在人造反铁磁层上。在其中一种实施例中，还包括：保护层；保护层设置在覆盖层上。在其中一种实施例中，自由铁磁层结构包括：第一铁磁层；参考铁磁层结构包括：第二铁磁层。在其中一种实施例中，自由铁磁层结构包括：第三铁磁层；参考铁磁层结构包括：第四铁磁层、第一金属层、第五铁磁层和第二势垒层；第四铁磁层设置在第一势垒层上；第一金属层位于第四铁磁层与第五铁磁层之间；第五铁磁层位于第一金属层和第二势垒层之间。在其中一种实施例中，自由铁磁层结构包括：第六铁磁层、第二金属层和第七铁磁层；第六铁磁层设置在插入层上；第二金属层位于第六铁磁层和第七铁磁层之间；参考铁磁层结构包括：第八铁磁层。在其中一种实施例中，自由铁磁层结构包括：第九铁磁层、第三势垒层和第十铁磁层；第九铁磁层设置在插入层上；第三势垒层位于第九铁磁层和第十铁磁层之间；参考铁磁层结构包括：第十一铁磁层。本专利技术实施例的磁存储器包括：第一反铁磁层，用于提供交换偏置场；插入层，设置在反铁磁层上，用于阻挡退火过程中第一反铁磁层的材料的扩散；自由铁磁层结构，设置在插入层上；第一势垒层，设置在自由铁磁层结构上；参考铁磁层结构，设置在第一势垒层上，具有固定的磁化方向，自由铁磁层结构的磁化方向与参考铁磁层结构的磁化方向平行或反平行。本专利技术具有退火温度高的特点，可以兼容CMOS后期热处理工艺。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术第一实施例中磁存储器的示意图；图2是本专利技术第二实施例中磁存储器的示意图；图3是本专利技术第三实施例中磁存储器的示意图；图4是本专利技术第四实施例中磁存储器的示意图；图5是本专利技术第五实施例中磁存储器的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。鉴于现有技术存在退火温度低而无法兼容CMOS后期热处理工艺的问题，本专利技术实施例提供一种磁存储器以兼容CMOS后期热处理工艺。以下结合附图对本专利技术进行详细说明。图1是本专利技术第一实施例中磁存储器的示意图。如图1所示，磁存储器包括：第一反铁磁层，用于提供交换偏置场；其中，第一反铁磁层为铂锰(PtMn)、铱锰(IrMn)、钯锰(PdMn)和铁锰(FeMn)的其中之一或任意组合，厚度可以为1nm-10nm。PtMn的常用元素配比可以为Pt50Mn50、Pt20Mn80、Pt25Mn75或Pt75Mn25等材料；IrMn的常用元素配比是Ir50Mn50、Ir20Mn80或Ir25Mn75等材料；PdMn的常用元素配比是Pd50Mn50、Pd90Mn10或Pd75Mn25等材料；FeMn的常用元素配比是Fe50Mn50或Fe80Mn20等材料，上述材料中的数字代表元素的百分比。插入层，设置在反铁磁层上，用于阻挡退火过程中第一反铁磁层的材料的扩散；其中，插入层可以为钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、铱(Ir)的其中之一或任意组合；插入层的厚度为0.1nm-3nm。自由铁磁层结构，设置在插入层上；第一势垒层，设置在自由铁磁层结构上；参考铁磁层结构，设置在第一势垒层上，具有固定的磁化方向；其中，自由铁磁层结构的磁化方向与参考铁磁层结构的磁化方向平行或反平行。图2是本专利技术第二实施例中磁存储器的示意图。如图2所示，自由铁磁层结构可以包括：第一铁磁层；参考铁磁层结构可以包括：第二铁磁层。第一铁磁层和第二铁磁层的厚度可以为0.5nm-2nm，且第一铁磁层和第二铁磁层的材料和厚度可以不同。图3是本专利技术第三实施例中磁存储器的示意图。如图3所示，自由铁磁层结构可以包括：第三铁磁层；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁存储器，其特征在于，包括：/n第一反铁磁层，用于提供交换偏置场；/n插入层，设置在所述反铁磁层上，用于阻挡退火过程中第一反铁磁层的材料的扩散；/n自由铁磁层结构，设置在所述插入层上；/n第一势垒层，设置在所述自由铁磁层结构上；/n参考铁磁层结构，设置在所述第一势垒层上，具有固定的磁化方向；/n其中，所述自由铁磁层结构的磁化方向与所述参考铁磁层结构的磁化方向平行或反平行。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁存储器，其特征在于，包括：
第一反铁磁层，用于提供交换偏置场；
插入层，设置在所述反铁磁层上，用于阻挡退火过程中第一反铁磁层的材料的扩散；
自由铁磁层结构，设置在所述插入层上；
第一势垒层，设置在所述自由铁磁层结构上；
参考铁磁层结构，设置在所述第一势垒层上，具有固定的磁化方向；
其中，所述自由铁磁层结构的磁化方向与所述参考铁磁层结构的磁化方向平行或反平行。


2.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于，还包括：
缓冲层；所述第一反铁磁层设置在所述缓冲层上。


3.根据权利要求2所述的磁存储器，其特征在于，还包括：
基底；所述缓冲层设置在所述基底上。


4.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于，还包括：
人造反铁磁层；所述人造反铁磁层设置在所述参考铁磁层结构上。


5.根据权利要求4所述的磁存储器，其特征在于，还包括：
覆盖层；所述覆盖层设置在所述人造反铁磁层上。


6.根据权利要求5所述的磁存储器，其特征在于，还包括：
保护层；所述保护层设置在所述覆盖层上。


7.根据权利要求1-6任一权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巍胜，熊丹荣，彭守仲，
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