[实用新型]闭合形状的磁性隧道结

说明书

技术领域

本实用新型涉及磁性隧道结技术领域，特别是涉及一种闭合形状的磁性隧道结。

背景技术

20世纪80年代以巨磁电阻(Giant Magnetoresistane，GMR)的发现为标志的自旋电子学诞生，自此，以磁性多层膜为研究核心的自旋电子学迅速发展。巨磁电阻现象最早发现于1988年，Baibich等人在低温下的反铁磁耦合的Fe/Cr多层膜中发现了50％左右的磁电阻变化率。种情况下多层膜处于高阻态。通过施加足够强的外场克服反铁磁耦合后，Fe层的磁矩都会沿外场方向平行排列，这种情形多层膜处于低阻态。这种通过施加外场而使相邻铁磁层磁矩的相对取向发生变化，从而引起电阻变化的效应就称之为巨磁电阻效应。

GMR效应由于其高的磁电阻比值和高灵敏度而广泛应用于磁电阻性传感器。基于GMR效应的器件具有灵敏度高、体积小、功耗低、抗辐射等优点。特别是GMR应用于计算机读出磁头，使数据存储密度呈指数增长，给计算机信息存储领域带来一场深刻的变革。继GMR效应发现之后，室温下的巨大隧穿磁电阻(Tunneling Magnetoresistance，TMR)效应于1995年被发现，掀起了磁性隧道结的研究热潮。研究人员基于GMR和TMR效应设计的磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)具有非易失性、抗辐射、寿命长、速度快等优点而备受工业界关注。但是传统的MRAM设计模型，结构和工艺十分复杂，给器件的加工和集成带来很大的不便。另外，基于自旋转移力矩效应的MRAM，利用电流自身实现对存储单元磁化状态的操控，大大简化了器件结构和加工工艺。

目前所使用的存储单元均采用非闭合式单自由层结构，该结构在高密度、小尺寸存储单元下将会带来较大杂散磁场，由于常规结构带来的漏磁场影响，使磁性多层膜的磁化状态不易改变，导致其临界电流密度Jc太高，对存储单元的磁电性能的均匀一致性带来许多不利的影响，不利于器件的应用。另一方面，随着记录密度的提高，存储单元的尺寸不断减小，受热扰动的影响越来越显著，提高单自由层结构的热稳定性成为亟待解决的问题；随着存储单元之间间距减小，存储单元之间的近邻相互作用也越来越大，如噪声和近邻单元间的磁耦合和磁干扰以及热效应和散热问题等，给器件的加工、集成和使用带来了许多不利因素，并且对器件的性能产生不良的影响。

为了克服这些问题，需要出现一种新的几何结构和设计来消除磁性隧道结自身的漏磁场和相邻单元的耦合，以降低临界电流密度并提高热稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种闭合形状的磁性隧道结，该闭合形状的磁性隧道结具有较低的临界电流密度以及较高的热稳定性。

为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，提供了一种闭合形状的磁性隧道结，包括磁性固定层、磁性自由层以及设置在磁性固定层和磁性自由层之间的阻挡层；磁性自由层包括至少一组复合子层；复合子层由依次层叠设置的第一磁性层、非磁性层和第二磁性层组成。

进一步地，磁性自由层包括多组复合子层；其中，多组复合子层依次排列。

进一步地，磁性自由层中所含的复合子层的组数≤5。

进一步地，非磁性层为非磁性金属层，非磁性金属层选自Ta、Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag和Au中的一种或多种合金。

进一步地，非磁性层的厚度使得第一磁性层和第二磁性层形成铁磁耦合。

进一步地，非磁性层的厚度使得第一磁性层和第二磁性层形成反铁磁耦合。

进一步地，第一磁性层和第二磁性层为具有垂直各向异性的铁磁金属。

进一步地，阻挡层的材料选自非晶Al₂O₃、单晶MgO、ZnO、HfO₂、Alq₃、LB有机复合薄膜、GaAs、AlGaAs、InAs、尖晶石结构的单晶MgAl₂O₄、ZnAl₂O₄、SiMg₂O₄和SiZn₂O₄中的一种或多种。

进一步地，磁性隧道结还包括设置在磁性自由层上的覆盖层，覆盖层的厚度为5～30nm，覆盖层的材料选自Ta、Ru、Cr、Au、Ag、Pt和Cu中的一种或多种。