一种菱形的磁性随机存储器存储单元制造技术

本发明专利技术提供了一种菱形的磁性随机存储器存储单元，它包括：自由层（４）、绝缘层（５）、钉扎层（６）；其特征是所述的磁性随机存储器存储单元的俯视图形状是菱形，所述菱形的长轴ａ与短轴ｂ之比（以下简称长宽比）大于等于２，即ａ／ｂ＞＝２。由本发明专利技术提供的菱形的磁性随机存储器存储单元构成的磁性随机存储器具有信息记录准确、读写过程稳定及信息记录密度高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子与固体电子
，它特别涉及磁性随机存储器技术。
技术介绍
磁性随机存储器(简称MRAM)做为新型的信息存储记录器件，与半导体存储器件比较，具有非易失、快速、抗辐射、抗干扰、低功耗、长寿命和低成本等优点，在民用和国防工业中有着极其重要的价值和应用前景，如可应用在计算机RAM、BIOS芯片，蜂窝电话、传真机、固态录象机、大容量存储器和军事目的与航天、航空等领域中。虽然2004年美国Mortorola公司已生产出4Mb的MRAM，但是，由于存储单元的形状对于存储器的可靠性和记录密度影响很大，应此，寻找新的存储单元的形状以提高器件的可靠性和记录密度，仍然是科学研究的热点问题。众所周知，MRAM是由磁性存储单元阵列组成的，其单元的组合方式如图1所示。现已公知的MRAM存储单元主要有矩形，环形，椭圆形等几种。T.Schref等人研究了矩形单元并发现矩形单元在翻转过程中有两种磁矩分布状态C态和S态(见文献T.Schrefl，et al.，J.Appl，Phys.89，7000(2001))。但这两种分布状态不稳定并对热波动很敏感(见文献Anthony S.Arrott，Zeitschrift furMET.10，963(2002))。Anthony S.Arrott通过对矩形进行剪裁在理论上获得了一个稳定的C态和一个亚稳的S态。N.Dao等人研究了环形的单元(见文献N.Dao，S.L.Whittenburg，IEEE Trans.Magn，39，2525(2003))。他们的研究结果表明当环形的单元很小时，环形单元是通过两个被称作“洋葱态”的稳定的涡旋态实现翻转的。但环形的当尺寸很小时，其磁化分布状态与环内外径的比例及环的厚度紧密相关。因此，对洋葱态来说将会出现不一致的翻转过程。这种不一致的翻转过程将导致在环形单元之间出现一个很大的翻转场的分布，使得存储信息出现误码，降低了MRAM的可靠性。Jehyun Lee等人研究了椭圆形的单元(见文献JehyunLee，et al.，J.Magn.Magn.Mater.272-276(2004))。他们通过研究发现椭圆形的单元在翻转过程中没有边缘磁畴出现并有一个相对比较稳定均匀的翻转过程，但他们的研究同时也发现在不同尺寸时椭圆也出现了不同的翻转过程.不同的翻转过程会造成信息读写不可重复性，出现信息记录的误差。
技术实现思路
本专利技术提供一种菱形的磁性随机存储器存储单元，由菱形磁性随机存储器存储单元组成的磁性随机存储器(MRAM)具有读写准确、稳定的特点。为了方便地描述本专利技术的内容，首先作术语定义存储单元包括自由层，绝缘层和钉扎层(如图3所示)，这三层皆为薄膜；长轴a是指磁性层的易磁化轴方向，它是与位线垂直的(如图2所示)；短轴b是指磁性层的难磁化轴方向，它是与字线垂直的(如图2所示)；自由层是指MRAM单元的信息记录层，一般是软磁薄膜(如图3所示)；绝缘层是指MRAM单元中的中间介质材料，一般是AlOx(如图3所示)；钉扎层是指MRAM单元中的一个磁矩相对固定的层，矫顽力比自由层大的薄膜构成(如图3所示)。本专利技术提供的一种菱形的磁性随机存储器存储单元(如图2、图3所示)，它包括自由层4、绝缘层5、钉扎层6；其特征是所述的自由层4、绝缘层5、钉扎层6均为长轴与短轴尺寸相同的菱形，自由层4、钉扎层6分别位于绝缘层5的上下两侧组成磁性随机存储器存储单元，所述的磁性随机存储器存储单元的俯视图形状是菱形，所述菱形的长轴a与短轴b之比大于等于2，即a/b＞＝2。本专利技术的工作原理是如图3所示，本专利技术的存储单元是多层膜的结构，其中上层和下层是软硬不同的磁性层，中间层为绝缘层。记录时，字线和位线同时通以合适的电流，以便只在其交叉处单元的较软磁性层(即自由层)的磁化状态得到改变如果两层磁性层(自由层和钉扎层)磁矩平行，则单元呈低阻态，可定义为“0”；若反平行，则单元呈高阻态，可定义为“1”，如此便实现了信息的记录。由于静磁作用，存储单元的磁性层会出现磁矩的非一致取向，以及反转过程的多样性，这就导致了记录信息的不确定性和写入电流的不确定性，以致单元不能获得唯一准确可靠的读写信息。所以，使单元具有一致取向的磁矩分布(单畴)，以及稳定单一的磁化反转过程是MRAM单元设计的关键。我们发现当菱形的长轴短轴比大于2时，菱形的存储单元具有稳定的剩余磁化状态，稳定的磁化反转模式，以及由此带来的稳定的反转场。而且相对于现有的长方形、椭圆形等存储单元，菱形存储单元具有更稳定的剩磁结构和磁化反转过程。另外，由于菱形边缘的线性特征，易于图形加工，因此菱形更适合作为MRAM存储单元的形状。利用本专利技术提供的菱形存储单元按公知的磁性存储单元阵列就可以组成菱形单元的磁性随机存储器。由本专利技术提供的菱形的磁性随机存储器存储单元构成的磁性随机存储器具有信息记录准确、读写过程稳定及信息记录密度高等特点。附图说明图1是典型MRAM组成结构图其中，1是字线，2是存储单元，3是位线；图2是菱形存储单元的俯视图其中，a是菱形的长轴，b是菱形的短轴；图3是菱形存储单元的主视图其中，4是自由层，5是绝缘层，6是钉扎层；图4是菱形存储单元的星形曲线示意图其中，横坐标表示单元易磁化轴方向上的外磁场，纵坐标表示单元难磁化轴方向上的外磁场。7是长轴短轴比为1的单元的星形曲线，8是长轴短轴比为2的单元的星形曲线，9是长轴短轴比为4的单元的星形曲线，10是长轴短轴比为8的单元的星形曲线。具体实施例方式采用美国国家标准局(NIST)提供的OOMMF微磁学模拟软件就可以看到本专利技术提供的菱形MRAM存储单元的优点。我们模拟的典型的单元结构为三层膜结构，三层膜皆为菱形且长轴与短轴尺寸相同。长轴可以在200nm直到1600nm范围内任取一值、短轴为200nm，厚度分别为自由层5nm、绝缘层1.5nm、钉扎层5nm。模拟结论有如下几点1)将其磁化到饱和后，其剩磁状态为单畴，能够保证信息的记录 2)对于长轴短轴比大于2的形状，其反磁化均从单元中心开始，向四周扩展，反转模式单一，因而反转场也稳定。3)反映其反转时所要的外加的X方向和Y方向的磁场大小的所谓“星形线”如图4所示，该曲线是MRAM设计的主要参数之一。从图4可以看出，增加单元的长轴短轴比，曲线向外移动，即在相同的偏置场下，大的长轴短轴比需要更高的反转场。同时，当长轴短轴比的大于2时，其星形线差别不大，说明单元的反转场受单元的尺寸影响很小，其翻转过程很稳定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种菱形的磁性随机存储器存储单元，它包括：自由层（４）、绝缘层（５）、钉扎层（６）；其特征是所述的自由层（４）、绝缘层（５）、钉扎层（６）均为长轴与短轴尺寸相同的菱形，自由层（４）、钉扎层（６）分别位于绝缘层（５）的上下两侧组成磁性随机存储器存储单元，所述的磁性随机存储器存储单元的俯视图形状是菱形，所述菱形的长轴ａ与短轴ｂ之比大于等于２，即ａ／ｂ＞＝２。

【技术特征摘要】
1.一种菱形的磁性随机存储器存储单元，它包括自由层(4)、绝缘层(5)、钉扎层(6)；其特征是所述的自由层(4)、绝缘层(5)、钉扎层(6)均为长轴与短轴尺寸相同的菱形，自由层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万里，张文旭，汤如俊，彭斌，蒋洪川，张怀武，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]