[发明专利]基于人工反铁磁固定层的磁性隧道结器件及随机存储装置

权利要求书

1.一种基于人工反铁磁固定层的磁性随机存储装置，其特征在于，

包括一个电场辅助控制的磁性隧道结器件，所述磁性隧道结器件包括一个自由磁性层、一个基于人工反铁磁装置的固定磁性层和位于基于人工反铁磁装置的固定磁性层和自由磁性层之间的非磁性势垒层构成的磁性隧道结；

由第一层铁磁层-非磁性间隔层-第二层铁磁层的堆叠结构构成的人工反铁磁装置作为基于人工反铁磁装置的固定磁性层；

所述基于人工反铁磁装置的固定磁性层和自由磁性层的磁化方向垂直指向面外或平行于面，人工反铁磁装置通过电场调控增强其反铁磁耦合；

还包括第一电极和第二电极，且第一电极和第二电极分别与自由磁性层和基于人工反铁磁装置的固定磁性层最下层的铁磁层接触，使电流在磁性隧道结器件中导通；

还包括一对可以产生电场的平行电极板，所述平行电极板置于磁性隧道结两端，并且在平行电极板与电极之间存在一种绝缘层；所述平行电极板通过外接电源产生电场，磁性隧道结通过第二电极与位线连接，通过第一电极与字线以及晶体管连接；在电流穿过磁性隧道结的同时，电压控制器可以快速为平行电极板提供电压，产生电场，使得所述基于人工反铁磁装置可以实现固定层反铁磁耦合增强。

2.根据权利要求1所述的基于人工反铁磁固定层的磁性随机存储装置，其特征在于，所述基于人工反铁磁装置的固定磁性层包括：

第一层铁磁层、第二层铁磁层以及位于所述第一层铁磁层与第二层铁磁层之间的非磁性间隔层，所述第一层铁磁层、第二层铁磁层和非磁性间隔层构成第一层铁磁层-非磁性间隔层-第二层铁磁层的堆叠结构，所述堆叠结构即为人工反铁磁装置；

所述人工反铁磁装置处于反铁磁态，当组成人工反铁磁装置的材料种类不同、厚度不同、界面无序不同时，反铁磁耦合强度增强，此时在外加电流作用下铁磁层不易发生翻转。

3.根据权利要求2所述的基于人工反铁磁固定层的磁性随机存储装置，其特征在于，所述人工反铁磁装置为圆形，其直径为1nm-100nm；

其第一层铁磁层和第二层铁磁层的材料选自CoFeB、Pt/Co，非磁性间隔层的材料包括Ru，且Ru的厚度在0.1 nm-10 nm。

4.根据权利要求2所述的基于人工反铁磁固定层的磁性随机存储装置，其特征在于，第一层及第二层铁磁层磁化方向垂直于面。

5.根据权利要求2所述的基于人工反铁磁固定层的磁性随机存储装置，其特征在于，第一层及第二层铁磁层磁化方向平行于面。

6.根据权利要求2所述的基于人工反铁磁固定层的磁性随机存储装置，其特征在于，构成所述基于人工反铁磁装置的固定磁性层的铁磁层材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)_p、(Co/Pd)_m或(Co/Pt)_n，其中 m、n、p 是指多层堆叠的重复次数；

构成所述基于人工反铁磁装置的固定磁性层的非磁性间隔层材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag和Au 中的一种或多种。