[发明专利]集记忆电阻与隧穿磁电阻于一体的多功能自旋记忆电阻器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及集记忆电阻与隧穿磁电阻于一体的多功能自旋记忆电阻器件及其制备方法，属于半导体材料与器件领域。

背景技术

阻变存储器作为一种新型的非挥发性存储器，是以薄膜材料的电阻在高阻态（HRS）和低阻态（LRS）之间实现可逆转换为基本原理并作为记忆的方式。阻变存储器（RRAM）因为其具有制备简单、存储密度高、操作电压低、读写速度快、保持时间长、尺寸小、非破坏性读取、低功耗等优点被广泛研究，从而有成为下一代通用存储器的潜力。

隧穿磁电阻效应以饱和磁场低、磁阻效应大等优点受到广泛关注。在铁磁层/绝缘层/铁磁层(FM/I/FM)这种结构中存在巨磁电阻，这种三明治结构产生遂穿效应的原理是：自旋极化电子遂穿非磁性层的势垒而产生遂穿电流。由于磁隧道结中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合，因而只需要一个很小的外磁场将其中的一个铁磁层的磁化方向反向即可实现隧穿电阻的巨大变化，故隧道结较之金属多层膜具有高得多的磁场灵敏度，因而无论是作为计算机的读出磁头、磁传感器，还是作为磁电阻型的随机存储器，都具有无与伦比的优点，其应用前景十分看好，世界各发达国家都给予了高度重视。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种集记忆电阻与隧穿磁电阻于一体的多功能自旋记忆电阻器件及其制备方法。

术语说明：

磁电阻：即材料对磁场的响应导致电阻的变化，可以表示为：

MR=[R_(H)-R₍₀₎]/R₍₀₎×100%

LRS：低电阻状态，此时样品电阻较小。

HRS：高电阻状态，此时样品电阻较大。

双极阻变现象：样品的电阻转变依赖于所加电信号的极性，例如：加正向电压时样品由HRS变为LRS，加反向电压时由LRS变为HRS。

Vset:样品由HRS变为LRS时所需的外加电压。

Vreset:样品由LRS变为HRS时所需的外加电压。

HRS-R_AP。：高阻态下磁化反平形态，此时样品处于高阻态，同时上下钴层因为矫顽力不同，处于反平行态，隧穿磁电阻处于峰值。

HRS-R_P：高阻态下磁化平形态，此时样品处于高阻态，同时磁场达到一定强度后，上下钴层被磁化到磁化方向平形，隧穿磁电阻处于低值。

TMR=(R_AP-R_P)/R_P，R_AP为上下两个磁性电极磁化方向相互放平行时的结电阻；R_P为上下两个磁性电极磁化方向反平行时的结电阻。

本发明的技术方案如下：

集记忆电阻与隧穿磁电阻于一体的多功能自旋记忆电阻器件，包括采用Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结，在外加电压（±1V）下，具有双极阻变效应，在外加磁场（±500Oe）下，具有隧穿磁电阻效应；所述的Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结上、下均溅射Ag电极，下电极Ag接地，当上电极Ag加一定（+1V）的正电压时，Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结由高阻态转换为低阻态，此时的电压称为Vset，Vset=+1V；当上电极Ag加一定（-0.5V）的负电压时，Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结由低阻态变为高阻态，此时的电压称为Vreset，Vreset=-0.5V。

当Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结处于高阻态时，结电阻随温度的降低而增大，表现为半导体导电的性质；当Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结处于低阻态时，结的电阻随温度的降低而降低，表现为金属导电特性。

在室温下，所述的高电阻为低电阻的88~90倍。

集记忆电阻与隧穿磁电阻于一体的多功能自旋记忆电阻器件的制备方法，包括步骤如下：

（1）在玻璃衬底上覆盖第一层不锈钢掩膜，用磁控溅射方法分别沉积Cr层、Ag层、Co层,其中Cr为缓冲层，Ag为器件的下电极，Co作为磁性隧道结的磁性层。溅射气氛为Ar气。

（2）将生长的薄膜取出，换上第二层不锈钢掩膜，利用磁控溅射的方法在Co层上溅射ZnO绝缘层，生长气氛为Ar气与O₂气的混合气，其中氧气体积占3‰。过程中在Co和ZnO的界面处自然形成CoO_1-x(0≤x<1)氧化层，由此得到Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结。