[發明專利]一種控制反鐵磁層及釘扎層磁疇結構在磁性隧道結中實現多態數據存儲的方法

有效

• 申請號: 201811060648.2
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109243512B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 顏世申;田玉峰;陳延學;鐘海;柏利慧;康仕壽
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

1.一種控制反鐵磁層及釘扎層磁疇結構在磁性隧道結中實現多態數據存儲的方法，所述磁性隧道結包括反鐵磁層、釘扎層、絕緣層、自由層，所述反鐵磁層、所述釘扎層、所述絕緣層、所述自由層由下自上依次生長，其特征在于，包括步驟如下：

(1)制備磁性隧道結，磁性隧道結制備過程中施加誘導磁場，并設定該誘導磁場方向磁場正方向，制得磁性隧道結；

(2)在450℃溫度條件下退火1h，或者，施加500-30000奧斯特與誘導磁場同方向的退火磁場，在450℃溫度條件下退火1h；

(3)在440℃的溫度條件下繼續進行退火，同時施加0-30000奧斯特與誘導磁場方向相反的退火磁場；包括：從小到大逐漸增大退火磁場的磁場強度，隨著退火磁場的增大，反鐵磁層中越來越多的磁矩沿著誘導磁場方向排列，反轉到沿著退火磁場方向排列，退火磁場強度不同，反鐵磁層中從誘導磁場方向反轉的磁矩數目也不相同，所述釘扎層的磁矩也相應的發生反轉，從而將反鐵磁層及與反鐵磁層耦合的釘扎層寫入到不同的磁狀態；即：分別施加若干種不同的磁場大小，在同一磁性隧道結中獲得與不同磁場大小一一對應的若干種個不同的隧穿磁電阻,來進行存儲；

(4)讀出不同的磁狀態，是指：利用隧穿磁電阻效應讀出不同的磁狀態。

2.根據權利要求1所述的一種控制反鐵磁層及釘扎層磁疇結構在磁性隧道結中實現多態數據存儲的方法，其特征在于，所述誘導磁場的磁場強度為500奧斯特。

3.根據權利要求1所述的一種控制反鐵磁層及釘扎層磁疇結構在磁性隧道結中實現多態數據存儲的方法，其特征在于，所述反鐵磁層的厚度為2-10nm，所述釘扎層的厚度為2-6nm，所述絕緣層的厚度為1-2nm，所述自由層的厚度為2-6nm；

所述反鐵磁層的材質為IrMn或PtMn，所述釘扎層的材質為CoFeB或CoFe，所述絕緣層的材質為MgO，所述自由層的材質為CoFeB或CoFenm。

4.根據權利要求1-3任一所述的一種控制反鐵磁層及釘扎層磁疇結構在磁性隧道結中實現多態數據存儲的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，磁性隧道結制備過程，包括如下：

(1)在襯底上，由下自上依次生長厚度為10nm的Ta、厚度為5nm的Cu、厚度為10nm的Ta、厚度為5nm的NiFe、厚度為8nm的IrMn、厚度為4nm的CoFeB、厚度為1.6nm的MgO、厚度為3nm的CoFeB、厚度為10nm的Ta、厚度為10nm的Au；厚度為4nm的CoFeB為所述釘扎層，厚度為1.6nm的MgO為所述絕緣層，厚度為3nm的CoFeB為所述自由層，厚度為8nm的IrMn為所述反鐵磁層；生長過程中施加500奧斯特的誘導磁場，使所述反鐵磁層形成反鐵磁序，并控制交換偏置效應的方向；

(2)通過光刻和Ar離子刻蝕技術，制備結區為5μm×5μm的磁性隧道結。