[发明专利]一种具有高抗磁场干扰能力的磁性随机存储器

权利要求书

1.一种具有抗磁场干扰能力的磁性随机存储器，至少包括若干个存储单元，各个存储单元之间通过互连导线结构连接，形成存储单元阵列；

所述存储单元包括存取晶体管和垂直磁化的磁性隧道结，磁性隧道结的高低电阻态代表所存储的数据，存取晶体管用于控制对所述磁性隧道结的访问和读写，其特征在于：

所述磁性隧道结包括垂直磁化的磁性固定层，垂直磁化的磁性自由层，以及位于所述磁性固定层和磁性自由层之间的隧穿势垒层；所述磁性自由层由垂直磁化的人工反铁磁结构组成，包含垂直磁化的第一磁性自由层，垂直磁化的第二磁性自由层，以及位于第一磁性自由层和第二磁性自由层之间的耦合层；

其中，所述第一磁性自由层依次包括第一非晶态磁性自由层，第一体心结构磁性自由层和第一界面磁性自由层；所述第二磁性自由层依次包括第二界面磁性自由层和第二体心结构磁性自由层；所述第一界面磁性自由层和第二界面磁性自由层具有与所述耦合层相似或一致的晶体结构；

所述磁性随机存储器的数据写入通过电流驱动的自旋转移扭矩效应，或自旋轨道扭矩效应，或两个效应的结合来实现。

2.根据权利要求1所述的具有抗磁场干扰能力的磁性随机存储器，其特征在于：构成所述第一界面磁性自由层和第二界面磁性自由层的材料为Co或含有Co的合金材料，其中Co元素在材料中的原子数占比为80% - 100%。

3.根据权利要求1所述的具有抗磁场干扰能力的磁性随机存储器，其特征在于：构成所述耦合层的材料为非磁性金属材料，包括Ru、Rh、Re、Ir、Os、Cr中的一种或多种；所述耦合层的厚度为0.1-1.8nm；所述第一磁性自由层和第二磁性自由层通过反铁磁层间耦合作用及磁偶极相互作用形成人工反铁磁结构。

4.根据权利要求1所述的具有抗磁场干扰能力的磁性随机存储器，其特征在于：构成所述耦合层的材料为非磁性金属材料，包括Mo、W、Nb、Ta、Ti、V、Zr、Hf中的一种或多种；所述耦合层的厚度为0.5-1.5nm；所述第一磁性自由层和第二磁性自由层通过磁偶极相互作用形成人工反铁磁结构。

5.根据权利要求1所述的具有抗磁场干扰能力的磁性随机存储器，其特征在于：构成所述耦合层的材料为非磁性介质材料，包括Al₂O₃、AlN、ZnO₂、ZrO₂、HfO₂、Y₂O₃、Ta₂O₅、 TiO₂、MgO、MgAl₂O₄、SiO₂、SrTiO₃、La₂O₃、BN、Si₃N₄中的一种或多种，所述耦合层的厚度为0.3-1.5nm；所述第一磁性自由层和第二磁性自由层通过磁偶极相互作用形成人工反铁磁结构。

6.根据权利要求1所述的具有抗磁场干扰能力的磁性随机存储器，其特征在于：构成所述第一磁性自由层和第二磁性自由层的材料包括Co、Fe、Ni、CoFe、CoNi、NiFe、CoFeB、FeB、NiB、CoB、CoSi、CoAl、FeSi、FeAl、CoFeSi、CoFeAl、FePt、FePd、CoFePt、CoFePd、MnGa、B、Hf、Zr、Mn中的一种或多种材料，所述第一磁性自由层和第二磁性自由层的厚度为0.5-2.5nm。

7.根据权利要求1所述的具有抗磁场干扰能力的磁性随机存储器，其特征在于：构成所述隧穿势垒层的材料包括MgO、Al₂O₃、ZnO₂、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅、 TiO₂、MgAl₂O₄、BN中的一种或多种，所述隧穿势垒层的厚度为0.5-2nm。