[發明專利]一種可編程化的納米探針存儲器、其制備和使用方法

在審

• 申請號: 202010053576.X
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111403598A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 洪正敏;李若凡;游龍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;G11C11/16;H01L27/22
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 彭翠;李智

1.一種存儲器單元，其特征在于，其包括基于STT效應的磁性隧道結的核心結構，該核心結構主要為由第一磁性層/隧穿絕緣層/第二磁性層構成的三層膜結構；

該存儲器單元包括納米尺寸的探針端和介質端，所述第一磁性層/隧穿絕緣層/第二磁性層構成的三層膜結構分布在所述探針端和/或介質端中，形成半磁性隧道結探針結構或一體化全磁性隧道結探針結構；

所述半磁性隧道結探針結構的探針端包括第一磁性層和隧穿絕緣層的一部分，所述半磁性隧道結探針結構的介質端包括隧穿絕緣層的另一部分和第二磁性層；所述第一磁性層和第二磁性層均具有垂直磁各向異性；

所述一體化全磁性隧道結探針結構的探針端包括第一磁性層、隧穿絕緣層和第二磁性層，所述一體化全磁性隧道結探針結構的介質端用作該隧道結探針結構的電極；所述第一磁性層和第二磁性層均具有垂直磁各向異性；

該存儲器單元工作時，所述探針端和介質端發生接觸并形成通路，以進行讀寫操作。

2.如權利要求1所述的存儲器單元，其特征在于，所述存儲器單元中還設置有釘扎層，所述釘扎層用于釘扎所述第一磁性層或第二磁性層的磁化方向。

3.如權利要求1所述的存儲器單元，其特征在于，所述探針端包括探針基座和設置于探針基座上的第一磁性層和隧穿絕緣層；

所述探針基座包括探針把柄區和探針針尖區，所述探針針尖區在水平方向上的一側與所述探針把柄區接觸，所述探針針尖區在豎直方向上的一個端面上設置有所述第一磁性層和隧穿絕緣層；其中所述探針針尖區的豎直方向即為所述探針針尖區的針尖所在的方向，且該針尖的尖端朝下；

所述探針針尖區在豎直方向上的截面形狀為倒梯形，即該梯形中較長的底邊位于上側，較短的底邊位于下側，且所述第一磁性層和隧穿絕緣層設置于該梯形較短的底邊的一側；

優選地，所述倒梯形的底邊尺寸為納米尺寸。

4.如權利要求1至3任一項所述的存儲器單元的制備方法，其特征在于，包括探針端的制備，所述探針端的制備包括如下步驟：先制備好探針基座，然后在探針基座的一端沉積所述第一磁性層和隧穿絕緣層；所述探針基座的制備包括如下步驟：

(1)在原材料的頂部和底部分別制備保護膜，該保護膜為第一保護層材料，獲得頂部和底部具有第一保護層的原材料；

(2)分別對頂部和底部的第一保護層上涂覆光刻膠，然后經過曝光、顯影，在頂部和底部的第一保護層上獲得不同的圖形；

(3)根據步驟(2)在頂部和底部的第一保護層上獲得的不同的圖形，采用濕法刻蝕去除頂部和底部的部分第一保護層材料，裸露出部分原材料表面；

(4)去除光刻膠，然后采用濕法刻蝕除去一定厚度的原材料，通過外觀檢查步驟，確定刻蝕終點，直至在頂部某處被刻蝕為針尖狀；

(5)濕法刻蝕去除頂部和底部剩余的第一保護層材料；

(6)在頂部制備第二保護層材料，采用濕法刻蝕去除底部一定厚度的原材料，濕法刻蝕去除第二保護層材料，最終獲得探針基座；

所述探針基座包括探針把柄區和探針針尖區，其中所述探針針尖區位于所述探針基座的一端，所述探針針尖區的針尖所在的方向垂直于所述探針把柄區所在的水平面，且該針尖的尖端朝下；所述探針針尖區的針尖的截面形狀為倒梯形，即該梯形中較長的底邊位于上側，較短的底邊位于下側，且所述第一磁性層和隧穿絕緣層設置于該梯形較短的底邊的一側。

5.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，還包括步驟：

(7)在探針基座的表面沉積包裹金屬導體材料，使得所述探針基座導電。

6.一種基于如權利要求1至3任一項所述的存儲器單元的非易失性存儲器，其特征在于，包括若干個如權利要求1至3任一項所述的存儲器單元。

7.如權利要求6所述的存儲器，其特征在于，該存儲器包括一個探針端和由若干個介質端構成的介質端陣列。

8.如權利要求6所述的存儲器，其特征在于，該存儲器包括由若干個探針端構成的探針端陣列和一個介質端。