一种稳定剩磁态的自旋阀存储单元制造技术

本发明专利技术公开了一种稳定剩磁态的自旋阀存储单元，是在基片往上依次设置缓冲层、铁磁层Ｆ１、反铁磁层、隔离层、铁磁层Ｆ１和覆盖层，其特征在于，该单元为菱形单元，且长轴与短轴之比等于或大于２。本发明专利技术的有益效果：通过将常用的椭圆存储单元形状改为菱形，降低了对制备工艺的要求，且通过微磁学模拟，发现菱形单元在长轴Ｌ与短轴Ｗ之比大于等于２的条件下，其剩磁态呈现单畴态，满足信息稳定存储的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性材料与元器件
，具体涉及一种稳定剩磁态的自旋阀存储 单元。
技术介绍
自旋阀存储单元利用巨磁电阻效应实现信息存储。自旋阀存储单元的基本结构 为自由层(铁磁层Fl) /隔离层(非磁性层)/钉扎层(铁磁层F2) /偏置层(反铁磁层)。 由于自由层的磁化取向随外磁场的变化而改变，而钉扎层由于受反铁磁层的交换耦合作 用，其磁矩很难改变方向。因而，在外磁场的作用下，自由层和钉扎层的磁矩相对取向会在 平行与反平行间发生变化，当铁磁层Fl和铁磁层F2的磁矩方向相同时，自旋阀单元呈现低 阻状态，用于存储信息“0” ；当铁磁层Fl和铁磁层F2的磁矩方向相反时，自旋阀单元呈现 高阻状态，用于存储信息“1”，如图1所示。当利用该种自旋阀存储单元进行存储时，如将钉扎层的磁矩取向看做固定，存储 单元存储的信息只与自由层的磁矩取向有关。为保证信息存储的可靠性，自旋阀存储单元 的自由层在无外场作用下其剩磁态应为单畴状态，因为只有剩磁态为单畴，该存储单元才 能存储信息，且存储的信息才稳定。对于磁性单元来说，其剩磁态除与选择的磁性材料有关 外，更大程度上决定于存储单元的形状和尺寸。已公知的存储单元形状主要有矩形、环形和 椭圆形。由于矩形和环形存储单元在进行信息写入时所需写入磁场大且零场下剩磁状态不 稳定，未被作为自旋阀存储单元的主要形状。目前最主要选用的存储单元形状为椭圆形。但 由于椭圆形存储单元的边缘呈弧形，在进行光刻制备时由于光刻条件的限制很容易使椭圆 的边缘不平滑，造成椭圆形状的失真，使得其剩磁状态改变。因而目前采用椭圆形存储单元 制备的存储器存在制备工艺难度大，单元一致性差的问题。因此，如能找到一种形状的存储 单元即满足剩磁状态稳定又易于制备，将有助于磁信息存储等领域的发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是如何构造一种稳定剩磁态的自旋阀存储单元，该单元 能克服现有技术所存在的缺陷，既能满足剩磁态稳定又易于制备。本专利技术所提出的问题是这样解决的构造一种稳定剩磁态的自旋阀存储单元，是 在基片往上依次设置缓冲层、铁磁层F1、反铁磁层、隔离层、铁磁层Fl和覆盖层，其特征在 于，该单元为菱形单元，且长轴与短轴之比等于或大于2。按照本专利技术所提供的稳定剩磁态的自旋阀存储单元，其特征在于，基片选用Si基 片或玻璃基片，缓冲层材料为Ta，反铁磁层材料采用!^MruNiMru IrMn、PtMn或NiO，铁磁层 Fl和铁磁层F2材料采用Ni、Fe、Co或Ni/Fe/Co的合金，隔离层材料为Cu，覆盖层材料为Ta0本专利技术的有益效果通过将常用的椭圆存储单元形状改为菱形，降低了对制备工 艺的要求，且通过微磁学模拟，发现菱形单元在长轴L与短轴W之比大于等于2的条件下，其剩磁态呈现单畴态，满足信息稳定存储的要求。 附图说明图1是自旋阀存储单元存储信息“0”及“1”原理示意图；其中图1(a)为低阻态，记录“0”，图1(b)高阻态，记录“1”。图2是菱形自旋阀存储单元俯视图；其中L是菱形单元的长轴，W是菱形单元的短轴，t是菱形单元的厚度。图3是菱形自由层单元长轴L与短轴W之比为1、1. 5、2、3、4时的剩磁态图。其中图3(a)中 W = 200nm;图 3(b)中 W = 500nm，图 3 (c)中 W = IOOOnm;图 3(d) 中 W = 2000nm。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述采用美国国家标准局(NIST)发布的微磁学模拟软件(该软件是目前国际上进行 磁性单元磁矩分布模拟的公认软件)可以看到本专利技术提出的菱形自旋阀单元在长轴L与短 轴W之比大于2时具有稳定的剩磁态。本专利技术的单元结构采用基本自旋阀结构，四层薄膜皆为菱形且尺寸相同。模拟中 自由层材料选择存储单元中常用的NWe软磁材料，其饱和磁化强度Ms = 8 X 105A/m、交换 常数A = 13X10_12J/m及单轴各向异性常数K1 = 500J/m3，厚度设定为15nm。模拟时假设 钉扎层被偏置层完全钉扎，钉扎层不随外场而改变。另外菱形单元长轴L与短轴W之比为 1,1. 5、2、3、4，选取短轴 W 长度为 200nm、500nm、IOOOnm 及 2000nm。从模拟结果(图幻上可见菱形单元随着长轴与短轴之比的增大，单元的剩磁态 由多畴的“S”态向双“C”态过渡，最终由双“C”态过渡到稳定的单畴态，且对于短轴W越 小的单元，其剩磁态过度到单畴态所对应的长轴与短轴之比越小。对于我们所模拟的W = 200nm-2000nm的菱形单元，在长轴L与短轴W之比大于等于2的条件下，其剩磁态均能呈现 单畴态，满足信息稳定存储的要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定剩磁态的自旋阀存储单元，是在基片往上依次设置缓冲层、铁磁层Ｆ１、反铁磁层、隔离层、铁磁层Ｆ１和覆盖层，其特征在于，该单元为菱形单元，且长轴与短轴之比等于或大于２。

【技术特征摘要】
1.一种稳定剩磁态的自旋阀存储单元，是在基片往上依次设置缓冲层、铁磁层F1、反 铁磁层、隔离层、铁磁层Fl和覆盖层，其特征在于，该单元为菱形单元，且长轴与短轴之比 等于或大于2。2.根据权利要求1所述的稳定剩磁态的自旋阀存储单元，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓莉，苏桦，张怀武，荆玉兰，钟智勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[]