[发明专利]磁性隧道结结构及其磁性随机存储器

说明书

本申请提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，所述磁性隧道结结构中的反铁磁层设置两铁磁层及两者之间的垂直各向异性增强层与晶格转换层，引导所述第二铁磁层的晶格生成密排六方结构，并实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，进而调节所述参考层的漏磁场，令磁性隧道结具有相对较佳的漏磁场和写电流的调控能力，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别是关于一种磁性隧道结结构及其磁性随机存储器。

背景技术

磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)在具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction；MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生180度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力(Data Retention)或者是热稳定性(Thermal Stability)，在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器(Non-volatile Memory，NVM)而言，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据10年，在外磁场翻转，热扰动，电流扰动或读写多次操作时，都会造成数据保持能力或者是热稳定性的降低。在实际应用中,MRAM的数据保存能力还和参考层(Reference Layer，RL)的稳定性强相关，通常采用反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)来实现参考层的钉扎。反铁磁层(SyAF)通常含有两层具有强烈垂直各向异性的超晶格铁磁层，通过一层钌以实现双层超晶格铁磁层的反铁磁耦合。参考层外加反铁磁层(SyAF)的设计，可以降低漏磁场对自由层的影响，然而，在目前结构中，仍较难满足超小型MRAM器件对漏磁场的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性隧道结结构及其磁性随机存储器，实现参考层钉扎、晶格转换、降低/避免“去铁磁耦合”的情形。

本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本申请提出的一种磁性隧道结结构，由上至下结构包括覆盖层(CappingLayer，CL)、自由层(Free Layer，FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(Reference Layer，RL)、晶格隔断层(Crystal Breaking Layer，CBL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)与种子层(Seed Layer；SL)，其中，所述反铁磁层包括：第一铁磁超晶格层，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；反铁磁耦合层，设置于所述第一铁磁超晶格层上，由可形成反铁磁耦合的过渡金属材料形成；垂直各向异性增强层，设置于所述反铁磁耦合层上，由高电负性并且具有面心晶体结构的过渡金属或金属氧化物材料形成；晶格转换层，设置于所述垂直各向异性增强层上，由低电负性的材料或高电负性并且具有体心晶体结构的过渡金属形成；以及，第二铁磁层，设置于所述晶格转换层上，由铁磁材料形成；其中，所述晶格转换层引导所述第二铁磁层的晶格生成，使所述第二铁磁层的部分或全部的材料形成密排六方结构，所述反铁磁耦合层结合所述第一铁磁超晶格层与所述第二铁磁层进行反铁磁耦合。

本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在本申请的一实施例中，所述第一铁磁超晶格层的材料选自[钴/铂]_n钴或[钴/钯]_n钴的多层结构，其中n≥2。

在本申请的一实施例中，钴、铂或钯的单层结构的厚度为0.1纳米至1.0纳米之间；