具对称双势垒层的磁性隧道结结构及磁性随机存储器制造技术

本申请提供一种具双势垒层结构的磁性隧道结结构及磁性随机存储器，所述磁性隧道结结构包括双层自由层结合反铁磁耦合结构设计，结合设置于自由层上下两侧的双势垒层及延伸的对称结构。本申请通过对称结构设计与双自由层设计，有助提升热稳定性。通过双势垒层设计，在不增幅总体电阻面积的同时保持稳定且足够的隧穿磁阻率。通过反铁磁耦合调控层实现两自由层的反铁磁耦合，有效地增加总磁矩的垂直各向异性，并降低在自旋激化写电流下的翻转过程中出现的退磁场，从而能够在保证热稳定性条件下降低临界电流。非常有利于MRAM电路读/写性能的提升与超小型MRAM电路的制作。

【技术实现步骤摘要】
具对称双势垒层的磁性隧道结结构及磁性随机存储器
本专利技术涉及存储器
，特别是关于一种磁性隧道结结构及磁性随机存储器。
技术介绍
磁性随机存储器(Magneticrandomaccessmemory，MRAM)在具有垂直各向异性(PerpendicularMagneticAnisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetictunneljunction；MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生一百八十度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力或者是热稳定性，在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器(Non-volatileMemory，NVM)而言，例如：应用于汽车电子领域，其数据保存能力要求是在125℃甚至150℃的条件下可以保存数据至少十年，在外磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具双势垒层结构的磁性隧道结结构，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结包括覆盖层、自由层、势垒层、参考层、晶格隔断层、反铁磁层与种子层，其特征在于，所述势垒层、所述参考层、所述晶格隔断层与所述反铁磁层为双层结构，所述双层结构是分隔且对称设置于所述自由层的上下两侧，所述自由层由下至上包括：/n第一自由层，所述第一自由层为具有垂直各向异性的可变磁极化层，由磁性金属合金或其化合物形成的单层或多层结构；/n反铁磁耦合调控层，设置于所述第一自由层上，为可形成反铁磁耦合的非铁磁金属所形成；/n第二自由层，设置于所述反铁磁耦合调控层上，所述第二自由层为具有垂直各向异性的可变磁极化层，由磁性金属合金或...

【技术特征摘要】
1.一种具双势垒层结构的磁性隧道结结构，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结包括覆盖层、自由层、势垒层、参考层、晶格隔断层、反铁磁层与种子层，其特征在于，所述势垒层、所述参考层、所述晶格隔断层与所述反铁磁层为双层结构，所述双层结构是分隔且对称设置于所述自由层的上下两侧，所述自由层由下至上包括：
第一自由层，所述第一自由层为具有垂直各向异性的可变磁极化层，由磁性金属合金或其化合物形成的单层或多层结构；
反铁磁耦合调控层，设置于所述第一自由层上，为可形成反铁磁耦合的非铁磁金属所形成；
第二自由层，设置于所述反铁磁耦合调控层上，所述第二自由层为具有垂直各向异性的可变磁极化层，由磁性金属合金或其化合物形成的单层或多层结构；
其中，所述反铁磁耦合调控层用于实现所述第一自由层与第二自由层的可调控强度的反铁磁耦合，使得所述第一自由层的磁化矢量与所述第二自由层的磁化矢量和面内的磁化矢量趋向反向平行，并提供额外的界面垂直各向异性。


2.如权利要求1所述具双势垒层结构的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第一自由层的总厚度为0.8奈米～2.5奈米，其材料为CoFeB、CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB、CoFeB/Co、CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB/Co、FeBM、CoFeBM、Fe/FeBM、Fe/CoFeBM、FeBM/Co、CoFeBM/Co、Fe/FeBM/Co或Fe/CoFeBM/Co，在FeBM或CoFeBM中，M为低Z过渡金属，所述M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb或Mo，其含量为x，0≤x≤15％，B的含量不超过20％。


3.如权利要求1所述具双势垒层结构的磁性隧道结结构，其特征在于，所述反铁磁耦合调控层的总厚度为0.3奈米～1.5奈米，其材料为N/Ru、N/Ir、N/Rh、Ru/N、Ir/N、Rh/N、N/Ru/M、N/Ir/M或N/Rh/M，其中Ru的厚度为0.3奈米～0.5奈米或0.7奈米～0.9奈米，Ir的厚度为0.3奈米～0.6奈米，Rh的厚度为0.3奈米～0.6奈米，所述N或M为Pt、Pd或Ni，其厚度不超过0.20奈米。


4.如权利要求1所述具双势垒层结构的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第二自由层的的总厚度为0.4奈米～2.5奈米，其材料为CoFeB、CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB、Co/CoFeB、Co/CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB、CoBM、CoFeBM、Co/CoBM、Co/CoFeBM，在CoBM或CoFeBM中，M为低Z过渡金属，所述M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb或Mo，其含量为x，0≤x≤15％，B的含量一般为20％～40％。


5.如权利要求1所述具双势垒层结构的磁性隧道结结构，其特征在于，所述势垒层包括第一势垒层与第二势垒层，所述参考层包括第一参考层与第二参考层，所述晶格隔断层包括第一晶格隔断层与第二晶格隔断层，所述反铁磁层包括第一反铁磁层与第二反铁磁层；
所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云森，郭一民，陈峻，肖荣福，
申请(专利权)人：上海磁宇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31