磁隧道结单元、磁存储单元以及存储器制造技术

本发明专利技术提供一种磁隧道结单元、磁存储单元以及存储器，涉及磁性电子器件技术领域。本发明专利技术的磁隧道结单元，包括依次堆叠的自旋轨道转矩层、翻转场提供层、插入层、自由层、隧穿层势垒层和参考层。其中，翻转场提供层为磁性膜，通过改变磁性膜材料改变翻转场提供层的磁矩方向；翻转场提供层打破自由层磁矩的反演对称性，对磁隧道结单元施加电压，自由层的磁矩在电压和翻转场提供层的辅助下发生翻转。通过不同磁矩方向的翻转场提供层来辅助存储器件实现无场翻转。可以适用于晶圆尺寸且膜层制备简单，通过翻转场提供层减小工作电流，降低功耗。同时，在翻转场提供层与自由层之间加入非磁性材料作为插入层，在降低分流的同时可以起到阻挡扩散的目的。挡扩散的目的。挡扩散的目的。

【技术实现步骤摘要】
磁隧道结单元、磁存储单元以及存储器


[0001]本专利技术涉及磁性电子器件
，具体涉及一种磁隧道结单元、磁存储单元以及存储器。

技术介绍

[0002]随着电子信息产业的发展，信息存储设备与人们生活日益相关，在各类存储设备中，存储器件以及芯片是该类器件的重要组成部分。对于存储器件而言，不同存储原理所设计的信息存储性能也有所不同。
[0003]如自旋轨道矩(Spin
‑
Orbit Torque，SOT)相较于自旋转移矩(Spin
‑
transferTorque，STT)而言，它的器件写入速度和功耗可以提升约一个数量级，同时器件的耐久度问题也得到解决，为磁存储器件带来更广阔的应用空间。如图1所示，SOT
‑
MRAM目前包括三种不同类型的自旋轨道矩器件，Type z型、Type y型以及Type x型，根据自旋层易轴方向分别有不同类型。其中TypeY型器件无需外磁场辅助，直接可以通过自旋轨道矩效应实现自由层翻转，但是其他类型器件中自由层易轴方向均垂直于自旋积累的方向，因此这两种器件需要不同方向的外加磁场辅助来打破自旋轨道矩的反演对称性，进而实现自由层磁矩发生定向翻转。但是存储器件的发展趋势趋于集成化与微型化，器件中如果需要外加磁场，存储器件尺寸则难以微缩，不利于高密度集成。因此对于这两类器件，需要新的手段解决附加外磁场这一问题。
[0004]现有的实现无场翻转的方法主要包括通过调控各向异性场的方向来达到目的，例如制备具有倾斜的各向异性薄膜体系，该薄膜将具有垂直各向异性以及面内的各向异性有效场，实现无场翻转。但是该类薄膜的制备困难，难以与半导体工艺相兼容。即现有的实现无场翻转的方法工艺复杂。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种磁隧道结单元、磁存储单元以及存储器，解决了现有的实现无场翻转的方法工艺复杂的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种磁隧道结单元，包括依次堆叠的自旋轨道转矩层、翻转场提供层、插入层、自由层、隧穿层势垒层和参考层；
[0010]其中，所述插入层采用非磁性材料；
[0011]所述翻转场提供层为磁性膜，通过改变磁性膜材料改变翻转场提供层的磁矩方向；翻转场提供层打破自由层磁矩的反演对称性，对磁隧道结单元施加电压，自由层的磁矩在电压和翻转场提供层的辅助下发生翻转。
[0012]优选的，所述磁隧道结单元包括Type x型磁隧道结单元和Type z型磁隧道结单
元。
[0013]优选的，所述Type x型磁隧道结单元的翻转场提供层为磁矩垂直膜面的磁性膜，所述磁性膜为多层膜或双层膜结构。
[0014]优选的，当磁性膜为双层膜结构时，上层膜的厚度为10nm至100nm，材料为磁性材料；下层膜的厚度5nm至500nm，材料为金属氧化物；
[0015]当磁性膜为多层膜时，上层的多膜层包括依次由磁性材料、非磁性材料、磁性材料形成的多层薄膜，厚度为10nm至100nm；底膜层为金属氧化物形成的薄膜，厚度5nm至500nm。
[0016]优选的，Type z型磁隧道结单元的翻转场提供层为磁矩位于面内的磁性膜，所述磁性膜为多层膜或双层膜结构。
[0017]优选的，当磁性膜为双层膜结构时，上层膜的厚度为50nm至200nm，材料为磁性材料；下层膜的厚度1nm至30nm，材料为非金属材料；
[0018]当磁性膜为多层膜时，上层的多膜层包括依次由磁性材料、非磁性材料、磁性材料形成的多层薄膜，厚度为50nm至200nm；底膜层为金属氧化物形成的薄膜，厚度1nm至30nm。
[0019]优选的，所述磁隧道结单元通过自由层和参考层磁矩的方向来判断磁隧道结单元状态，自由层和参考层磁矩的方向一致时，为低阻态；方向相反时，为高阻态。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种磁存储单元，所述磁存储单元包括至少一个如上述所述的磁隧道结单元。
[0021]第三方面，本专利技术提供一种存储器，所述存储器包括至少一个如上述所述的磁存储单元。
[0022](三)有益效果
[0023]本专利技术提供了一种磁隧道结单元、磁存储单元以及存储器。与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0024]本专利技术的磁隧道结单元，包括依次堆叠的自旋轨道转矩层、翻转场提供层、插入层、自由层、隧穿层势垒层和参考层。其中，所述插入层采用非磁性材料；所述翻转场提供层为磁性膜，通过改变磁性膜材料改变翻转场提供层的磁矩方向；翻转场提供层打破自由层磁矩的反演对称性，对磁隧道结单元施加电压，自由层的磁矩在电压和翻转场提供层的辅助下发生翻转。本专利技术通过不同磁矩方向的翻转场提供层来辅助存储器件实现无场翻转，可以适用于晶圆尺寸且膜层制备简单，通过翻转场提供层使自由层的磁矩更易发生翻转，减小翻转电压，从而达到工作电流减小的目的，降低功耗，无需外磁场辅助，利于器件集成，减小器件尺寸，实现微型化。同时，在翻转场提供层与自由层之间加入非磁性材料作为插入层，在降低分流的同时可以起到阻挡扩散的目的。
附图说明
[0025]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，下面将对实施例或现有技术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。
[0026]图1为不同类型的自旋轨道矩器件，Type z型、Type y型以及Type x型；
[0027]图2a、2b为现有的MTJ结构图，其中，2a为Type x型，2b为Type z型；
[0028]图3为现有的MTJ结工作流程图；
[0029]图4为现有SOT
‑
MRAM中MTJ单元的截面示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例磁隧道结单元的结构图；
[0031]图6为本专利技术实施例磁隧道结单元的工作流程图；
[0032]图7为本专利技术实施例中SOT
‑
MRAM中磁隧道结单元的截面示意图；
[0033]图8a、8b为Type
‑
x型的磁隧道结单元中翻转场提供层双层膜垂直膜面的磁滞回线示意图，其中8a与8b为不同FeCo厚度下FeCo/MgAl2O4的垂直膜面的磁滞回线。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
[0035]本申请实施例通过提供一种磁隧道结单元、磁存储单元以及存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁隧道结单元，其特征在于，包括依次堆叠的自旋轨道转矩层、翻转场提供层、插入层、自由层、隧穿层势垒层和参考层；其中，所述插入层采用非磁性材料；所述翻转场提供层为磁性膜，通过改变磁性膜材料改变翻转场提供层的磁矩方向；翻转场提供层打破自由层磁矩的反演对称性，对磁隧道结单元施加电压，自由层的磁矩在电压和翻转场提供层的辅助下发生翻转。2.如权利要求1所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述磁隧道结单元包括Typex型磁隧道结单元和Typez型磁隧道结单元。3.如权利要求2所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述Typex型磁隧道结单元的翻转场提供层为磁矩垂直膜面的磁性膜，所述磁性膜为多层膜或双层膜结构。4.如权利要求3所述的磁隧道结单元，其特征在于，当磁性膜为双层膜结构时，上层膜的厚度为10nm至100nm，材料为磁性材料；下层膜的厚度5nm至500nm，材料为金属氧化物；当磁性膜为多层膜时，上层的多膜层包括依次由磁性材料、非磁性材料、磁性材料形成的多层薄膜，厚度为10nm至100nm；底膜层为金...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪超，吕术勤，王乐，刘宏喜，曹凯华，王戈飞，
申请(专利权)人：致真存储北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：