[發明專利]一種用于實現自旋扭矩傳遞切換的磁性元件、制備方法及磁存儲器件

在審

• 申請號: 201710379588.X
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107221596A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 刁治濤;李占杰;羅逍
• 申請（專利權）人: 湖北中部慧易數據科技有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/02;H01L27/22;H01L43/12
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙)42224
• 代理人: 方可

1.一種用于實現自旋扭矩傳遞切換的磁性元件，其特征在于，所述磁性元件包括：

第一垂直各向異性磁固定層，具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，且磁性垂直各向異性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；

第一非磁性隔離層，附著于所述第一垂直各向異性磁固定層上；

垂直各向異性磁自由層，附著于所述第一非磁性隔離層上，所述垂直各向異性磁自由層具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，且磁性垂直各向異性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；

第二非磁性隔離層，附著于所述垂直各向異性磁自由層上；

第二垂直各向異性磁固定層，附著于所述第二非磁性隔離層上，所述第二垂直各向異性磁固定層具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，且磁性垂直各向異性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；以及

覆蓋層，附著于所述第二垂直各向異性磁固定層上，且與半導體晶體管電路連接；

當寫電流通過該磁性元件時，垂直各向異性磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩定的磁性狀態之間切換或開關。

2.如權利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一非磁性隔離層和所述第二非磁性隔離層中任意一個為隧穿勢壘層或均為隧穿勢壘層。

3.如權利要求1或2所述的磁性元件，其特征在于，所述第一垂直各向異性磁固定層和所述第二垂直各向異性磁固定層中任意一個或全部為由垂直各向異性磁性子層形成反鐵磁耦合多層膜結構。

4.如權利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述第一垂直各向異性磁固定層的垂直磁化和所述第二垂直各向異性磁固定層的垂直磁化互為平行排列或互為反平行排列；

所述第一垂直各向異性磁固定層和所述第二垂直各向異性磁固定層中任意一個的垂直磁化與另一具有反鐵磁耦合多層膜結構的垂直磁化互為平行排列或互為反平行排列。

5.一種用于實現自旋扭矩傳遞切換的磁性元件，其特征在于，包括：

第一垂直各向異性磁固定層，具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，且磁性垂直各向異性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；

第一非磁性層間耦合層，附著于所述第一垂直各向異性磁固定層上；

第一垂直各向異性磁參照層，附著于所述第一非磁性層間耦合層上，并通過第一非磁性層間耦合層與第一垂直各向異性磁固定層構成反鐵磁耦合結構；所述第一垂直各向異性磁參照層具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，且磁性垂直各向異性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；

第一中間層，附著于所述第一垂直各向異性磁參照層上；

高自旋極化率磁參照層子層，附著于所述第一中間層上，并通過所述第一中間層與第一垂直各向異性磁參照層形成鐵磁耦合的垂直各向異性復合型磁參照層結構；

第一隧穿勢壘層包括MgO結晶層，附著于所述高自旋極化率磁參照層子層上；

高自旋極化率磁自由層子層，附著于所述第一隧穿勢壘層包括MgO結晶層上；

第二中間層，附著于所述高自旋極化率磁自由層子層上；

垂直各向異性磁自由層，附著于所述第二中間層上，并通過所述第二中間層與高自旋極化率磁自由層子層進行鐵磁性耦合形成復合型磁自由層，所述垂直各向異性磁自由層具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，且磁性垂直各向異性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；

第二隧穿勢壘層，附著于所述垂直各向異性磁自由層上，包括MgO結晶層；

第二垂直各向異性磁固定層，附著于所述第二隧穿勢壘層上，具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，且磁性垂直各向異性能大于垂直于膜平面方向的退磁能，第二垂直各向異性磁固定層與垂直各向異性復合型磁參照層的垂直磁化互為反平行排列，以及

覆蓋層，附著于所述第二垂直各向異性磁固定層上，且與半導體晶體管電路連接；

其中第一中間層和第二中間層為磁性中間層或非磁性中間層；

當寫電流通過所述磁性元件時，垂直各向異性磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩定的磁性狀態之間切換或開關。