一种磁性多层膜、存储单元及存储器制造技术

本发明专利技术提供了一种磁性多层膜、存储单元及存储器。该磁性多层膜包括沿第一叠置方向依次叠置的第一磁性层、间隔膜和第二磁性层，间隔膜包括沿第二叠置方向叠置的多层间隔子膜，第一叠置方向和第二叠置方向相同，间隔子膜中的至少一层为非磁性间隔子膜。设置多层间隔子膜，一方面保证磁性多层膜有较强的垂直磁各向异性(PMA)，在用作磁性隧道结的自由层时获得预期的磁化方向。另一方面，多层间隔子膜两侧的磁性层可实现较强的层间磁性耦合，使得磁性层的磁化方向在较小的外磁场或外加电流作用下可以同时翻转。将本申请的磁性多层膜作为磁性隧道结的自由层时，具有该自由层的MTJ器件可实现较高的热稳定性因子Δ以及较低的翻转电流。电流。电流。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性多层膜、存储单元及存储器


[0001]本专利技术涉及磁随机存储器领域，特别涉及一种磁性多层膜、存储单元及存储器。

技术介绍

[0002]磁随机存储器(MRAM)由磁性隧道结(MTJ)阵列构成，MTJ的核心结构包括自由层、势垒层和固定层。其中自由层和固定层为磁性层，而势垒层为一层很薄的绝缘层，厚度一般小于3nm。在MTJ正常工作时，固定层的磁化方向不变，自由层磁化方向可由外加磁场或输入电流改变，MTJ的电阻值决定于自由层和固定层的相对磁化方向。当自由层与固定层磁化方向平行时，MTJ呈低电阻态；当自由层与固定层磁化方向反平行时，MTJ呈高电阻态。MTJ电阻态受自由层和固定层磁化方向相对状态的控制，是MTJ器件工作的物理原理之一。
[0003]MTJ类型按磁各向异性可分为两类：面内各向异性及垂直各向异性(PMA)。面内各向异性主要来源于薄膜平面较大的长宽比，当尺寸减小时，面内各向异性薄膜因边界产生磁涡旋态导致热稳定性势垒降低，甚至磁化不稳定，因而面内磁化的MTJ尺寸不能做得很小，限制了存储密度。相比之下，具有PMA的MTJ写电流密度较低，功耗较小。因不依赖形状各向异性，在纳米尺寸下亦可获得较高的热稳定性势垒，垂直磁化的MTJ可实现更高的存储密度，已被证实为开发MRAM最合适的磁化构型。当前业界的研发和生产都致力于采用垂直磁化的MTJ来构建高密度低功耗的MRAM。
[0004]当对MRAM实施数据写入时，需要对MTJ施加一个写电流。只有当写电流超过MTJ自由层的临界翻转电流时，自由层的磁化才能被翻转。翻转电流是MTJ器件一个重要的度量指标。若MTJ器件的翻转电流较大，这不仅会增加器件的功耗，还会对器件的耐久性(endurance)产生不利影响，缩短器件的使用寿命。因此，获得较小的翻转电流对改善MTJ器件性能是十分有利的。降低MTJ器件写电流的常规方法是通过调整自由层、覆盖层材料及厚度等手段来降低自由层的磁各向异性常数(H
K
)或降低磁性层体积(V
F
)或磁化强度(Ms)，进而达到降低MTJ器件写电流的目的。但与此同时，器件的热稳定性因子Δ也会随之显著降低，器件的数据保持能力下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种磁性多层膜、存储单元及存储器，以解决现有技术中降低MTJ器件写电流的方法会同时导致热稳定性因子Δ显著降低的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种磁性多层膜，该磁性多层膜包括沿第一叠置方向依次叠置的第一磁性层、间隔膜和第二磁性层，间隔膜包括沿第二叠置方向叠置的多层间隔子膜，第一叠置方向和第二叠置方向相同，间隔子膜中的至少一层为非磁性间隔子膜。
[0007]进一步地，各上述间隔子膜的厚度各自独立地为0.02～0.4nm，优选间隔膜的总厚度为0.1～1nm，进一步优选为0.2～0.8nm。
[0008]进一步地，上述间隔子膜的层数为2～5层。
[0009]进一步地，至少两个上述间隔子膜的材料不同，优选相邻的间隔子膜的材料不同。
[0010]进一步地，上述间隔子膜的材料选自Mg、Al、Zn、Co、Fe、Ni、Ti、V、Ta、Mo、W、Cr、Hf和Zr中的至少一种。
[0011]进一步地，上述第一磁性层和第二磁性层各自独立地包括一层或多层子磁性层。
[0012]进一步地，上述第一磁性层和第二磁性层各自独立地包括2～4层子磁性层。
[0013]进一步地，形成各上述子磁性层的材料各自独立地包括Co、Fe、Ni、CoB、FeB、NiB、CoFe、NiFe、CoNi、CoFeB、CoFePt、CoFePd、CoFeTb、CoFeCr、CoFeGd中的任意一种。
[0014]进一步地，上述第一磁性层和第二磁性层的厚度各自独立地为0.2～2nm。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种存储单元，包括依次叠置的自由层、势垒层和固定层，该自由层包括磁性多层膜，该磁性多层膜为上述任一种磁性多层膜。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供了一种存储器，包括多个存储单元，至少一个存储单元为上述存储单元。
[0017]应用本专利技术的技术方案，本申请磁性多层膜的两个铁磁层中设置多层间隔子膜，该多层间隔子膜一方面通过界面作用保证自由层有较强的垂直磁各向异性(PMA)，在用作磁性隧道结的自由层时使得自由层可形成与固定层或平行或反向平行的磁化方向。另一方面，多层间隔子膜两侧的磁性层可通过间隔膜实现较强的层间磁性耦合，使得磁性层的磁化方向在较小的外磁场或外加电流作用下可以同时翻转。本申请的实验数据表明，将本申请的磁性多层膜作为磁性隧道结的自由层时，具有该自由层的MTJ器件可实现较高的热稳定性因子Δ以及较低的翻转电流，综合性能得到改善。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0019]图1示出了根据本专利技术实施例1提供的多层间隔膜的磁性多层膜结构示意图；及
[0020]图2示出了根据本专利技术实施例2提供的多层间隔膜的磁性多层膜结构示意图。
[0021]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0022]10、第一磁性层；20、间隔膜；30、第二磁性层；11、第一子磁性层；12、第二子磁性层；21、第一间隔子膜；22、第二间隔子膜；23、第三间隔子膜；24、第四间隔子膜；31、第三子磁性层；32、第四子磁性层。
具体实施方式
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0024]如本申请
技术介绍
中所描述的，翻转电流越小越好，说明功耗低；热稳定因子Δ越大说明数据保持能力高，现有技术中常用的降低写入电流的技术手段会同时导致器件的热稳定性因子Δ也会随之显著降低，器件的数据保持能力下降。因此，本申请通过设置具有多层间隔子膜的自由层，来同时实现在降低写入电流的同时保证较高的热稳定性因子Δ。
[0025]在本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种磁性多层膜，如图1或2所示，该磁性多层膜包括沿第一叠置方向依次叠置的第一磁性层10、间隔膜20和第二磁性层30，上述
间隔膜20包括沿第二叠置方向叠置的多层间隔子膜，上述第一叠置方向和上述第二叠置方向相同。
[0026]本申请磁性多层膜中的两个铁磁层中设置多层间隔子膜，该多层间隔子膜一方面通过界面作用保证磁性多层膜具有较强的垂直磁各向异性(PMA)，在用作磁性隧道结的自由层时使得自由层可形成与固定层或平行或反向平行的磁化方向。另一方面，多层间隔子膜两侧的磁性层可通过间隔膜20实现较强的层间磁性耦合，使得磁性层的磁化方向在较小的外磁场或外加电流作用下可以同时翻转。本申请的实验数据表明，将本申请的磁性多层膜作为磁性隧道结的自由层时，具有该自由层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性多层膜，所述磁性多层膜包括沿第一叠置方向依次叠置的第一磁性层(10)、间隔膜(20)和第二磁性层(30)，其特征在于，所述间隔膜(20)包括沿第二叠置方向叠置的多层间隔子膜，所述第一叠置方向和所述第二叠置方向相同，所述间隔子膜中的至少一层为非磁性间隔子膜。2.根据权利要求1所述的磁性多层膜，其特征在于，各所述间隔子膜的厚度各自独立地为0.02～0.4nm，优选所述间隔膜(20)的总厚度为0.1～1nm，进一步优选为0.2～0.8nm。3.根据权利要求1所述的磁性多层膜，其特征在于，所述间隔子膜的层数为2～5层。4.根据权利要求3所述的磁性多层膜，其特征在于，至少两个所述间隔子膜的材料不同，优选相邻的所述间隔子膜的材料不同。5.根据权利要求4所述的磁性多层膜，其特征在于，所述间隔子膜的材料选自Mg、Al、Zn、Co、Fe、Ni、Ti、V、Ta、Mo、W、Cr、Hf和Zr中的至少一种。6.根据权利要求1所述的磁性多层膜，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫俊录，孟凡涛，孙一慧，简红，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：