[發明專利]垂直磁化的MTJ器件

有效

• 申請號: 201811008579.0
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN110867511B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 何世坤;宮俊錄
• 申請（專利權）人: 中電海康集團有限公司;浙江馳拓科技有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08
• 代理公司: 北京蘭亭信通知識產權代理有限公司 11667
• 代理人: 趙永剛

本發明提供一種垂直磁化的MTJ器件，包括：依次疊置的熱穩定增強層、自由層、隧道層以及固定層，其中，所述自由層的厚度與MTJ器件直徑的比值為0.75～2；所述熱穩定增強層具有相變特性，當溫度低于相變溫度時，所述熱穩定增強層為反鐵磁相，當溫度高于相變溫度時，所述熱穩定增強層為鐵磁相。本發明能夠降低基于超小直徑MTJ器件的STT?MRAM的寫入電流。

技術領域

本發明涉及磁存儲器技術領域，尤其涉及一種垂直磁化的MTJ器件。

背景技術

垂直磁化的磁隧道結MTJ具有寫能量低和可微縮性的優點，已被證實為開發MRAM(Magnetic Random Access Memory，磁存儲器)最合適的磁化構型。最新研究發現，自由層厚度大于MTJ半徑可以用于垂直磁化MTJ，該技術利用自由層的形狀各向異性誘導自由層磁化方向垂直于膜面，從而獲得垂直磁化的MTJ器件。這種類型的MTJ器件具有超小直徑，直徑可以降低至10nm或者更小尺寸。為了得到這種超小直徑MTJ器件，需要加大傳統MTJ結構自由層厚度。另一方面，基于MTJ的STT-MRAM在封裝時需要短暫的高溫處理，溫度高于250℃，這一過程對應的熱擾動較大。為了避免數據丟失，也需要加大傳統MTJ結構自由層厚度。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下技術問題：

由于超小直徑MTJ增加了自由層厚度，基于這種超小直徑MTJ的STT-MRAM寫電流及寫電壓進一步加大，使得功耗增加，進而容易造成MTJ擊穿，可擦寫次數降低。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種垂直磁化的MTJ器件，能夠降低基于超小直徑MTJ器件的STT-MRAM的寫入電流。

本發明提供一種垂直磁化的MTJ器件，包括：依次疊置的熱穩定增強層、自由層、隧道層以及固定層，其中，

所述自由層的厚度與MTJ器件直徑的比值為0.75～2；

所述熱穩定增強層具有相變特性，當溫度低于相變溫度時，所述熱穩定增強層為反鐵磁相，當溫度高于相變溫度時，所述熱穩定增強層為鐵磁相。

可選地，所述熱穩定增強層的相變溫度為50～250℃。

可選地，所述熱穩定增強層的厚度與所述MTJ器件直徑的比值為0.5～1.3。

可選地，所述熱穩定增強層的材料為FeRh，其中，Fe原子和Rh原子各占原子總數的50％。

可選地，所述熱穩定增強層的材料為FeRhX，X為Ir、Pt、V、Mn、Au、Co、Ni中的任意一種或者任意多種的組合，其中，Rh原子所占的原子總數百分比為40％～60％，X所占的原子總數百分比為0～15％。

可選地，所述自由層的材料為Co、Fe、Ni、CoB、FeB、NiB、CoFe、NiFe、CoNi和CoFeB中的任意一種。

可選地，所述隧道層的材料為MgO、HfO₂、MgAlO和AlO_x(其中x為1.2～1.7)中的任意一種，所述隧道層厚度為0.4～1.2nm。

可選地，所述固定層包括參考磁性層和合成反鐵磁釘扎層，其中，所述參考磁性層的材料為Co、Fe、Ni、CoB、FeB、NiB、CoFe、NiFe、CoNi和CoFeB中的任意一種，所述合成反鐵磁釘扎層采用Co/Pt多層膜結構或者Co/Pd多層膜結構，所述Co/Pt多層膜結構或者Co/Pd多層膜結構還包括一層耦合層，所述耦合層位于多層膜結構的中間層，所述耦合層的材料為Ru、Ir或者Cr。

可選地，還包括：連接層，所述連接層位于所述自由層和所述熱穩定增強層之間，用于增加自由層磁矩與熱穩定增強層磁矩的層間交換耦合。