[發明專利]磁存儲器

在審

• 申請號: 202010057668.5
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111244266A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 趙巍勝;熊丹榮;彭守仲
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤;孫乳筍

本發明提供一種磁存儲器，包括：第一反鐵磁層，用于提供交換偏置場；插入層，設置在反鐵磁層上，用于阻擋退火過程中第一反鐵磁層的材料的擴散；自由鐵磁層結構，設置在插入層上；第一勢壘層，設置在自由鐵磁層結構上；參考鐵磁層結構，設置在第一勢壘層上，具有固定的磁化方向；其中，自由鐵磁層結構的磁化方向與參考鐵磁層結構的磁化方向平行或反平行。本發明具有退火溫度高的特點，可以兼容CMOS后期熱處理工藝。

技術領域

本發明涉及磁隧道結技術領域，具體地，涉及一種磁存儲器。

背景技術

傳統磁存儲器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)的基本存儲單元為磁隧道結(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)。其核心部分是由兩個鐵磁層夾著一個隧穿勢壘層而形成的三明治結構。其中一個鐵磁層磁化方向不變，被稱為參考層。另一個鐵磁層被稱為自由層，它的磁化方向與參考層平行或反平行時，磁隧道結分別處于低阻或高阻態。兩個阻態可分別代表二進制數據“0”和“1”，這是MRAM數據存儲的基本原理。

MRAM的數據寫入操作是通過翻轉MTJ中自由層的磁化方向來實現。其中，利用自旋軌道矩(Spin-Orbit Torque,SOT)能實現快速且可靠的磁化翻轉。這種數據寫入技術要求在MTJ自由層下方增加一條能產生自旋軌道矩的重金屬或拓撲絕緣體等材料，利用流經這一薄膜的電流引發的自旋軌道矩來驅動自由層的磁化翻轉。然而，對于具有垂直磁各向異性(Perpendicular Magnetic Anisotropy,PMA)的磁隧道結來說，采用自旋軌道矩實現數據寫入時通常需要同時施加一個面內方向的外加磁場來決定自由層的磁化翻轉極性，從而實現確定性磁化翻轉，但這極大地增加了電路復雜度，同時降低了鐵磁層的穩定性，這成為了限制自旋軌道矩數據寫入方法實際應用的最大障礙。

2016年，有研究人員發現利用反鐵磁/鐵磁結構能夠產生一個面內方向的交換偏置場，該交換偏置場能夠代替外磁場，從而能實現基于自旋軌道矩的無需外磁場的確定性磁化翻轉。然而該結構的一個明顯的缺點是退火溫度低，無法兼容CMOS后期熱處理工藝。

發明內容

本發明實施例的主要目的在于提供一種磁存儲器，以提高退火溫度從而兼容CMOS后期熱處理工藝。

為了實現上述目的，本發明實施例提供一種磁存儲器，包括：

第一反鐵磁層，用于提供交換偏置場；

插入層，設置在反鐵磁層上，用于阻擋退火過程中第一反鐵磁層材料的擴散；

自由鐵磁層結構，設置在插入層上；

第一勢壘層，設置在自由鐵磁層結構上；

參考鐵磁層結構，設置在第一勢壘層上，具有固定的磁化方向；

其中，自由鐵磁層結構的磁化方向與參考鐵磁層結構的磁化方向平行或反平行。

在其中一種實施例中，還包括：

緩沖層；第一反鐵磁層設置在緩沖層上。

在其中一種實施例中，還包括：

基底；緩沖層設置在基底上。

在其中一種實施例中，還包括：

人造反鐵磁層；人造反鐵磁層設置在參考鐵磁層結構上。

在其中一種實施例中，還包括：

覆蓋層；覆蓋層設置在人造反鐵磁層上。

在其中一種實施例中，還包括：

保護層；保護層設置在覆蓋層上。

在其中一種實施例中，自由鐵磁層結構包括：第一鐵磁層；