[發(fā)明專利]具對稱雙勢壘層的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)及磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911098302.6
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN112864306A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)粕?/a>;郭一民;陳峻;肖榮福
• 申請（專利權(quán)）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L43/02
• 分類號(hào): H01L43/02;H01L43/08;H01L43/10;H01L27/22
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

1.一種具雙勢壘層結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，設(shè)置于磁性隨機(jī)存儲(chǔ)單元，所述磁性隧道結(jié)包括覆蓋層、自由層、勢壘層、參考層、晶格隔斷層、反鐵磁層與種子層，其特征在于，所述勢壘層、所述參考層、所述晶格隔斷層與所述反鐵磁層為雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)是分隔且對稱設(shè)置于所述自由層的上下兩側(cè)，所述自由層由下至上包括：

第一自由層，所述第一自由層為具有垂直各向異性的可變磁極化層，由磁性金屬合金或其化合物形成的單層或多層結(jié)構(gòu)；

反鐵磁耦合調(diào)控層，設(shè)置于所述第一自由層上，為可形成反鐵磁耦合的非鐵磁金屬所形成；

第二自由層，設(shè)置于所述反鐵磁耦合調(diào)控層上，所述第二自由層為具有垂直各向異性的可變磁極化層，由磁性金屬合金或其化合物形成的單層或多層結(jié)構(gòu)；

其中，所述反鐵磁耦合調(diào)控層用于實(shí)現(xiàn)所述第一自由層與第二自由層的可調(diào)控強(qiáng)度的反鐵磁耦合，使得所述第一自由層的磁化矢量與所述第二自由層的磁化矢量和面內(nèi)的磁化矢量趨向反向平行，并提供額外的界面垂直各向異性。

2.如權(quán)利要求1所述具雙勢壘層結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一自由層的總厚度為0.8奈米～2.5奈米，其材料為CoFeB、CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB、CoFeB/Co、CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB/Co、FeBM、CoFeBM、Fe/FeBM、Fe/CoFeBM、FeBM/Co、CoFeBM/Co、Fe/FeBM/Co或Fe/CoFeBM/Co，在FeBM或CoFeBM中，M為低Z過渡金屬，所述M為Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb或Mo，其含量為x，0≤x≤15％，B的含量不超過20％。

3.如權(quán)利要求1所述具雙勢壘層結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反鐵磁耦合調(diào)控層的總厚度為0.3奈米～1.5奈米，其材料為N/Ru、N/Ir、N/Rh、Ru/N、Ir/N、Rh/N、N/Ru/M、N/Ir/M或N/Rh/M，其中Ru的厚度為0.3奈米～0.5奈米或0.7奈米～0.9奈米，Ir的厚度為0.3奈米～0.6奈米，Rh的厚度為0.3奈米～0.6奈米，所述N或M為Pt、Pd或Ni，其厚度不超過0.20奈米。

4.如權(quán)利要求1所述具雙勢壘層結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二自由層的的總厚度為0.4奈米～2.5奈米，其材料為CoFeB、CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB、Co/CoFeB、Co/CoFeB/(W，Mo，Ta，Hf)/CoFeB、CoBM、CoFeBM、Co/CoBM、Co/CoFeBM，在CoBM或CoFeBM中，M為低Z過渡金屬，所述M為Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb或Mo，其含量為x，0≤x≤15％，B的含量一般為20％～40％。

5.如權(quán)利要求1所述具雙勢壘層結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述勢壘層包括第一勢壘層與第二勢壘層，所述參考層包括第一參考層與第二參考層，所述晶格隔斷層包括第一晶格隔斷層與第二晶格隔斷層，所述反鐵磁層包括第一反鐵磁層與第二反鐵磁層；

所述種子層與所述自由層之間由下至上設(shè)置所述第一反鐵磁層、所述第一晶格隔斷層、所述第一參考層與所述第一勢壘層；

所述自由層與所述覆蓋層之間包括：

第二勢壘層，設(shè)置于所述自由層上，為金屬氧化物層形成，優(yōu)選為鎂金屬氧化物層形成；

第二參考層，設(shè)置于所述第二勢壘層上，由鐵磁材料及其合金所形成；

第二晶格隔斷層，設(shè)置于所述第二參考層上，由金屬材料或金屬結(jié)合鐵磁材料形成；

第二反鐵磁層，設(shè)置所述第二晶格隔斷層上，由可形成反鐵磁耦合的過渡金屬材料結(jié)合鐵磁材料形成；

所述第二勢壘層、所述第二參考層、所述第二晶格隔斷層與所述第二反鐵磁層，及所述第一勢壘層、所述第一參考層、所述第一晶格隔斷層與所述第一反鐵磁層，對稱設(shè)置于所述自由層的上下兩側(cè)。

6.如權(quán)利要求5所述具雙勢壘層結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一勢壘層提供的電阻面積積與所述第二勢壘層提供的電阻面積積的比值為大于2。