[发明专利]一种用于MRAM的磁性存储器件

说明书

本发明涉及磁电阻随机存储器(MRAM)，尤其涉及一种利用亚铁磁材料构成固定层以减小自由层和固定层之间耦合磁场分布的磁电阻随机存储器件,包括：铁磁性的自由层、隔离层、含有亚铁磁性的固定层，隔离层由非磁性物质构成并位于铁磁性的自由层和含有亚铁磁性的固定层之间，含有亚铁磁性的固定层的磁性补偿温度与MRAM的工作温度匹配，所述磁性补偿温度下含有亚铁磁性的固定层的磁矩接近为零。本发明的有益效果在于：利用亚铁磁材料作为固定层，其产生的作用于自由层的耦合磁场与固定层的尺寸几乎无关，因此可以有效地减小磁性存储器件阵列中耦合磁场的分布。本发明对MRAM的制备生产有着重要意义，有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及磁电阻随机存储器(MRAM)，尤其涉及一种利用亚铁磁材料构成固定层以减小自由层和固定层之间耦合磁场分布的磁电阻随机存储器件。

背景技术

MRAM是一种非易失型的存储器，由依靠电路相互连接的磁性存储器件的阵列组成。每个存储器件含有铁磁性的自由层和固定层。自由层和固定层之间由非磁性的隔离层分开。在MRAM正常工作时自由层的磁化方向可以改变，而固定层的磁化方向保持不变。磁性存储器件的电阻与自由层和固定层的相对磁化方向有关。当自由层的磁化方向相对于固定层的磁化方向发生改变时，磁性存储器件的电阻值相应改变，对应于不同的存储信息(如0或1)。电阻值发生变化的幅度称为磁电阻。

MRAM存储器件在完成工艺制成之后，固定层中的铁磁性材料会通过磁偶极耦合的方式，产生耦合磁场作用于自由层上。这一耦合磁场直接影响到自由层的反转特性。为了减小自由层感受到的耦合磁场，一种常见的方法是用两层铁磁材料，分别对应于固定层1和固定层2，共同构成固定层，如图1所示。固定层1、2之间被非磁性材料(例如钌)组成的反铁磁耦合层隔开。固定层1、2通过反铁磁耦合层的层间相互作用实现磁化方向的反向排列，形成一种称为合成反铁磁耦合(SAF)的结构。在这种情况下固定层1、2产生的作用于自由层的耦合磁场相互反向。通过适当选择固定层1、2的磁矩和膜厚，其作用于自由层上的耦合磁场能够相互抵消。

目前MRAM磁性存储器件中铁磁性的固定层所产生的作用于自由层的耦合磁场的强度随器件的尺寸而变化，因而在磁性存储器件的阵列中，耦合磁场不可避免地存在着一定的统计分布。利用加工工艺制备的磁性存储器件的阵列中各个器件的尺寸不可能完全相同。因此即便使用了具有SAF结构的固定层，每个器件中固定层所产生的作用于自由层的耦合磁场也各不相同，存在一定的统计分布。在制备MRAM时需要严格控制固定层产生的耦合磁场的分布，保证磁性存储器件阵列中每个器件的特性尽可能一致，以提高存储器的良率和可靠性。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种用于MRAM的磁性存储器件，采用亚铁磁材料取代铁磁材料构成固定层。亚铁磁材料中存在着两组磁化方向反向排列的子晶格。在特定的温度(称为磁性补偿温度)下，子晶格的磁矩大小相等、相互抵消，亚铁磁材料的净磁矩为零。通过选择合适的亚铁磁材料作为固定层，使得其磁性补偿温度与MRAM的工作温度范围匹配，可以实现固定层在MRAM工作状态下的净磁矩接近为零，从而使得固定层作用于自由层的耦合磁场接近为零，并且与固定层的尺寸几乎无关。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种用于MRAM的磁性存储器件，包括：铁磁性的自由层、隔离层、含有亚铁磁性的固定层，隔离层由非磁性物质构成并位于铁磁性的自由层和含有亚铁磁性的固定层之间，含有亚铁磁性的固定层的磁性补偿温度与MRAM的工作温度匹配，所述磁性补偿温度下含有亚铁磁性的固定层的磁矩接近为零。

作为优选，所述含有亚铁磁性的固定层包含有SAF结构。

作为优选，所述含有亚铁磁性的固定层位于隔离层下方，铁磁性的自由层位于隔离层上方。

作为优选，所述含有亚铁磁性的固定层位于隔离层上方，铁磁性的自由层位于隔离层下方。

作为优选，所述含有亚铁磁性的固定层和铁磁性的自由层的磁化方向在膜层面内或垂直于膜层。