[发明专利]改进的高容量低成本多态磁存储器

权利要求书

1.一种多态电流切换磁存储器元件，包括：

两个或更多个磁隧道效应结MTJ的叠层，每个MTJ具有磁化方 向可切换的自由层、势垒层和固定层，叠层的每个MTJ的固定层与同 一叠层的所有其余MTJ的固定层在磁性上是非耦合的，所述叠层的每 个MTJ通过在隔离层上形成的播种层与所述叠层中的其他MTJ分开， 所述叠层用于存储一位以上的信息，其中每个MTJ存储一位信息，每 个所述自由层根据其中的氧化物数量具有不同的组成并且所述叠层 的每个所述自由层根据所述自由层的组成而对唯一的切换电流作出 响应，其中所述自由层根据施加在其上的切换电流切换其磁化方向， 所述叠层进一步包括多个针扎层，每个针扎层形成于一对播种层与 MTJ之间并由铁锰层、钴铁层和钌层组成，

其中施加到所述存储器元件的不同电流电平使得每个所述MTJ 切换到不同的状态。

2.如权利要求1所述的多态电流切换磁存储器元件，其中所述 MTJ的所述自由层各具有唯一的组成，从而使得每个MTJ在唯一切 换电流下切换状态。

3.如权利要求1所述的多态电流切换磁存储器元件，其中所述 MTJ中每一个的所述势垒层基本由氧化镁(MgO)制成。

4.如权利要求3所述的多态电流切换磁存储器元件，其中所述 MTJ中每一个的所述势垒层进一步包括以下化合物的一种或多种- 氧化铝(Al₂O₃)、氧化钛(TiO₂)、氧化钌(RuO)，氧化锶(SrO)、 氧化锌(ZnO)。

5.如权利要求3所述的多态电流切换磁存储器元件，其中所述 MTJ中每一个包括固定层和势垒层，所述势垒层分开所述固定层和所 述自由层。

6.如权利要求5所述的多态电流切换磁存储器元件，其中所述 MTJ中每一个的固定层基本由磁材料制成。

7.如权利要求6所述的多态电流切换磁存储器元件，还包括邻近 于所述MTJ中每一个的所述固定层形成的针扎层。

8.如权利要求7所述的多态电流切换磁存储器元件，还包括底部 电极，在所述底部电极上形成所述MTJ中的一个的所述针扎层。

9.如权利要求8所述的多态电流切换磁存储器元件，还包括在所 述MTJ中的一个的所述自由层之上形成的顶部电极。

10.一种多态电流切换磁存储器元件，包括：

在底部电极之上形成的第一磁隧道效应结MTJ；

第二MTJ，形成于所述第一MTJ之上，以及所述第二MTJ通过 在隔离层之上形成的播种层与所述第一MTJ分开；以及

在所述第二MTJ之上形成的顶部电极，所述第一和第二MTJ的 每个具有磁化方向可切换的自由层、势垒层和固定层，叠层的每个 MTJ的固定层与同一叠层的所有其余MTJ的固定层在磁性上是非耦 合的，所述叠层的每个MTJ通过在隔离层上形成的播种层与所述叠层 中的其他MTJ分开，所述叠层用于存储一位以上的信息，其中每个 MTJ存储一位信息，每个所述自由层根据其中的氧化物数量具有不同 的组成并且所述叠层的每个所述自由层根据所述自由层的组成而对 唯一的切换电流作出响应，其中所述自由层根据施加在其上的切换电 流切换其磁化方向，所述叠层进一步包括多个针扎层，每个针扎层形 成于一对播种层与MTJ之间并由铁锰层、钴铁层和钌层组成，

其中施加到所述存储器元件的不同电流电平使得每个MTJ切换 到不同的状态。

11.如权利要求10所述的多态电流切换磁存储器元件，还包括在 所述底部电极和所述第一MTJ之间形成的第一针扎层。

12.如权利要求11所述的多态电流切换磁存储器元件，还包括在 形成于所述隔离层之上的所述播种层与所述第二MTJ之间形成的第 二针扎层。

13.如权利要求12所述的多态电流切换磁存储器元件，其中每个 MTJ包括固定层和势垒层，所述势垒层将所述自由层与所述固定层分 开。