具有电子反射绝缘间隔层的通量闭合ＳＴＲＡＭ制造技术

公开了具有镜绝缘间隔层的通量闭合自旋转移矩存储器。通量闭合的自旋转移矩存储单元包括多层自由磁性元件，其包括通过电绝缘且电子反射层反铁磁地耦合到第二自由磁性层的第一自由磁性层。电绝缘且非磁性隧穿阻挡层将自由磁性元件与参考磁性层分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电子反射绝缘间隔层的通量闭合STRAM
技术介绍
普及性计算和手持/通信产业的快速发展引起对大容量非易失性固态数据存储设备的爆炸式需求。相信非易失性存储器尤其是闪存将代替DRAM占据存储器市场的最大份额。然而，闪存具有若干缺陷，例如慢存取速度( ms写和 50-100ns读)、有限的使用寿命( IO3-IO4编程循环)以及片上系统(SoC)的集成难度。闪存(NAND或NOR)在32nm 节点及以上也面对重大的等比缩放(scaling)问题。磁阻随机存取存储器(MRAM)是未来非易失性和通用存储器的另一个有前景的候选。MRAM具有非易失、快写/读速度(< IOns)、几乎无限的编程寿命(> IO15次循环)和零待机功率的特征。MRAM的基本组件是磁性隧穿结(MTJ)。数据存储是通过在高阻态和低阻态之间切换MTJ的电阻来实现的。MRAM通过使用电流感应的磁场来切换MTJ的磁化强度从而切换MTJ电阻。随着MTJ尺寸缩小，切换磁场振幅增加且切换变化变得严重。因此，所引发的高功耗限制了传统MRAM的等比缩小。最近，基于自旋极化电流感应的磁化切换的新型写入机制被引入到MRAM设计中。 被称为自旋转移矩RAM(STRAM)的这种新型MRAM设计使用流过MTJ的(双向)电流以实现电阻切换。因此，STRAM的切换机制是局部约束的并且相信STRAM具有比传统MRAM更好的缩放特性。然而，在STRAM进入生产阶段前必须克服许多产量限制因素。传统STRAM设计的一个考虑因素是STRAM单元的自由层厚度折衷。较厚的自由层提高热稳定性和数据保持， 但也增加切换电流要求，因为切换电流与自由层的厚度成比例。因此，使STRAM单元在电阻数据状态之间切换所需的电流量很大。
技术实现思路
本公开涉及包括镜绝缘体间隔层的通量闭合(flux-closed)自旋转移矩存储单元。镜绝缘体间隔层也被称为电绝缘且电子反射层。电绝缘且电子反射层将自旋电子反射回自由层以帮助切换自由层的磁化方向，因此减小自旋转移矩存储单元所需的切换电流。在一个具体实施例中，公开了一种具有镜绝缘间隔层的通量闭合自旋转移矩存储器。通量闭合的自旋转移矩存储单元包括多层自由磁性元件，其包括通过电绝缘且电子反射层反铁磁地耦合到第二自由磁性层的第一自由磁性层。电绝缘且非磁性隧穿阻挡层将自由磁性元件与参考磁性层分离。通过阅读下面的详细描述，这些以及各种其它的特征和优点将会显而易见。附图简述考虑下面与附图相结合的本公开的各种实施例的详细描述，可以更加全面地理解本专利技术附图说明图1是处于低阻态的示例性磁性隧穿结(MTJ)的横截面示意图；图2是处于高阻态的示例性MTJ的横截面示意图；图3是示例性通量闭合自旋转移矩存储单元的示意图4A是示例性不均勻电绝缘且电子反射层的横截面示意图；图4B是另一个示例性不均勻电绝缘且电子反射层的横截面示意图；图5是包括多层参考层的示例性通量闭合自旋转移矩存储单元的示意图；图6A是包括间隔层的示例性通量闭合自旋转移矩存储单元的示意图；图6B是包括间隔层和多层参考层的示例性通量闭合自旋转移矩存储单元的示意图；图7A是包括间隔层和第二镜间隔层的示例性通量闭合自旋转移矩存储单元的示意图；以及图7B是包括间隔层、多层参考层和第二镜间隔层的示例性通量闭合自旋转移矩存储单元的示意图。各附图不一定按比例绘制。附图中使用的类似附图标记表示类似组件。然而，应该理解，使用附图标记指代给定附图中的某个组件并不对其它附图中用相同附图标记标示的组件构成限制。具体实施例方式在以下说明书中，参照构成说明书一部分并以示例方式示出若干特定实施方式的一组附图。应该理解，可以构想出其它实施方式，但不脱离本公开的范围或精神。因此，下面的详细说明不应理解为限定。本文提供的定义是为了便于本文频繁使用的某些术语的理解并且不旨在限定本公开的范围。除非另行指定，在说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、量和物理特征的全部数字应当理解为在任何情形下可由术语“大约”就行修饰。因此，除非明示相反情形， 否则说明书之前和所附权利要求书中阐述的数字参数是近似值，这些近似值能根据由本领域内技术人员尝试利用本文披露的教导获得的所需特性而改变。通过端点对数值范围的列举包括包容在该范围内的全部数值(例如1-5包括1、 1. 5、2、2. 75,3,3. 80,4和5)以及该范围内的任一范围。如说明书以及所附权利要求书中所使用地，单数形式的“一”、“该”以及“所述”涵盖具有复数对象的实施方式，除非上下文明确地指出其它情形。如说明书和所附权利要求书中使用地，术语“或”通常用于包括“和/或”的语境中，除非内容明确地指出相反情形。本公开涉及包括镜绝缘体间隔层的通量闭合自旋转移矩存储器。镜绝缘体间隔层也被称为电绝缘且电子反射层。电绝缘且电子反射层将自旋电子反射回自由层以帮助切换自由层的磁化方向，因此减小自旋转移矩存储单元所需的切换电流。自由层元件的通量闭合结构提高存储单元的热稳定性和数据保持。而且，由于自由层元件的矩接近零，使得存储单元阵列中与相邻存储单元的磁干扰最小化。尽管本公开并非局限于此，然而本公开各个方面的理解可通过下面提供的示例阐述而获得。图1是处于低阻态的示例性磁隧穿结(MTJ)单元10的横截面示意图，而图2是处于高阻态的示例性MTJ单元10的横截面示意图。MTJ单元可以是能够在高阻态和低阻态之间切换的任何有用存储单元。在很多实施例中，本文所述的可变电阻存储单元是自旋转移矩存储单元。MTJ单元10包括铁磁体自由层12和铁磁体参考(即，钉扎)层14。铁磁体自由层12和铁磁体参考层14由氧化物阻挡层13或隧穿阻挡层分离。第一电极15与铁磁体自由层12电接触，而第二电极16与铁磁体参考层14电接触。铁磁体层12、14可由例如铁、 钴、镍的任何有用铁磁(FM)合金制成，并且绝缘隧穿阻挡层13可由例如氧化物材料(例如 Al2O3或MgO)的电绝缘材料制成。也可使用其它技术。电极15、16将铁磁体层12、14电连接至提供通过铁磁体层12、14的读和写电流的控制电路。MTJ单元10两端的电阻由铁磁体层12、14的磁化矢量的相对方向或磁化方向确定。铁磁体参考层14的磁化方向被钉扎在预定方向而铁磁体自由层12的磁化方向在自旋矩影响下自由旋转。铁磁体参考层14的钉扎可通过例如使用与诸如PtMn、IrMn等反铁磁规则材料交换偏磁来实现。图1示出处于低阻态的MTJ单元10，其中铁磁体自由层12的磁化方向是平行的并处于与铁磁体参考层14磁化方向相同的方向。这被称为低阻态或“0”数据状态。图2示出处于高阻态的MTJ单元10，其中铁磁体自由层12的磁化方向是反平行的并与铁磁体参考层14的磁化方向相反的方向。这被称为高阻态或“1”数据状态。当流过MTJ单元10的磁性层的电流变为自旋极化并将自旋矩施加在MTJ 10的自由层12上时，通过自旋转移切换电阻状态并因此切换MTJ单元10的数据状态。当将足够的自旋矩施加于自由层12时，自由层12的磁化方向可在两相反方向上切换并因此MTJ单元10可在平行状态(即低阻态或“0”数据状态)和反平行状态(即高阻态或“1”数据状态)之间切换，这取决于电流的方向。示例性自旋转移矩MTJ单元10可用来构造包含多个可变本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种自旋转移矩存储单元，包括：多层自由磁性元件，所述多层自由磁性元件包括第一自由磁性层，所述第一自由磁性层通过电绝缘且电子反射层反铁磁地耦合到第二自由磁性层；参考磁性层；以及将所述自由磁性元件与所述参考磁性层分离的电绝缘且非磁性隧穿阻挡层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·郑，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US