[发明专利]压电式磁性随机存储器及其制备方法

说明书

本公开提供了一种压电式磁性随机存储器及其制备方法，通过对压电层两端施加电压使压电薄膜产生形变，该形变转移到磁自由层中，控制磁隧道结中磁自由层磁矩发生90°或接近90°翻转，包括垂直隧道结中磁自由层的磁矩从垂直于层表面转向面内方向(Vertical to Parallel，V‑P型)，或磁自由层的磁矩在面内发生90°或接近90°翻转(Parallel to Parallel，P‑P型)，通过测试磁隧道结两端电压的变化，得到隧穿电阻的变化，进而实现信息的写入。本公开不再使用高密度电流实现磁自由层磁化翻转传统方式，有效降低能耗，热效应得到有效控制，进而延长器件的工作寿命。

技术领域

本公开涉及信息技术及微电子领域，尤其涉及一种压电式磁性随机存储器及其制备方法。

背景技术

当前商业上大力发展的自旋转移矩-磁随机存储器(STT-MARM)和还处于实验室研究的自旋轨道矩-磁随机存储器(SOT-MRAM)，都是基于存储单元中磁自由层磁化的翻转，导致磁电阻的改变，从而实现信息的存储功能，具有速度快和非易失等优点。

但是由于该类随机存储器中磁自由层的磁化翻转是靠电流实现的，通常需要非常高的电流密度(10⁵-10⁷A/cm²)才能实现，这不仅导致能耗过大，而且热效应也会极大地降低存储单元的使用寿命。

为了降低整个器件的能耗，提高器件的工作寿命，通常有两个途径来实现：第一是大幅度降低调控磁自由层磁化翻转的电流密度来降低能耗；第二是仅利用电压实现隧穿结中磁自由层的磁化翻转，利用压电效应调控磁矩的翻转，具有速度快，能耗低等优点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种压电式磁性随机存储器及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种压电式磁性随机存储器及其制备方法。

一种压电式磁性随机存储器，呈柱状结构，其包括：衬底；底电极层，其形成在衬底上；压电层，其形成在底电极层上；压电层划分成若干压电单元块；缓冲层，其形成在所述压电层上；磁隧道结，其形成在缓冲层上，所述磁隧道结划分成若干磁隧道结单元，磁隧道结包括：磁自由层，其形成在缓冲层上；隧穿绝缘层，其形成在磁自由层上，其为氧化物薄膜；以及固定磁性层，其沉积在隧穿绝缘层上；反铁磁层，其形成在固定磁性层上；以及保护层，其形成在反铁磁层上。

在本公开的一些实施例中，还包括：氧化层，所述氧化层分别填充在所述压电单元块间和所述磁隧道结间；填充于所述压电单元块间的氧化层为氧化物SiO₂/AlO_x；填充于所述磁隧道结间的氧化层为氧化物MgO/AlO_x。

在本公开的一些实施例中，每个所述压电单元块对应独立的磁隧道结单元，且每个压电单元块能够被独立施加电压。

在本公开的一些实施例中，所述固定磁性层的磁化方向不变，所述固定磁性层磁各向异性为垂直于层表面方向，并平行排列；所述磁自由层的磁化方向可变，磁自由层磁各向异性平行排列，在电压调控下，磁自由层总磁化方向可以由垂直于层表面的方向转向面内方向；加相反方向电压，又可以使面内或者靠近面内方向的磁化转到垂直于表面方向。

在本公开的一些实施例中，所述固定磁性层的磁化方向不变，所述固定磁性层磁化沿面内方向固定，并保持平行排列；所述磁自由层的磁矩保持平行排列，并且其磁化方向可变，磁自由层磁化方向在电压调控下发生面内翻转，可以从平行/近平行于固定层的磁化方向翻转到垂直/接近垂直于固定层的磁化方向。

在本公开的一些实施例中，所述磁自由层的翻转角度为90°。