[发明专利]磁性随机存储器的磁性隧道结结构

说明书

本申请提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，所述磁性隧道结结构包括二层晶格转换层，实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别是关于一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构。

背景技术

磁性随机存储器（Magnetic random access memory，MRAM）在具有垂直各向异性（Perpendicular Magnetic Anisotropy; PMA）的磁性隧道结（Magnetic tunneljunction; MTJ）中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生180度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力（Data Retention）或者是热稳定性（ThermalStability），在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器（Non-volatile Memory， NVM）而言，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据10年，在外磁场翻转，热扰动，电流扰动或读写多次操作时，都会造成数据保持能力或者是热稳定性的降低，所以常会采用反铁磁层（Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF）超晶格来实现参考层（Reference Layer，RL）的钉扎。现行厂商采用各种技术来完成反铁磁层与参考层的晶格配适，但“去铁磁耦合”的情形仍常产生。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，实现参考层钉扎、晶格转换、降低/避免“去铁磁耦合”的情形。

本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本申请提出的一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，由上至下结构包括自由层(FreeLayer; FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层（ReferenceLayer，RL）、晶格转换层（Crystal Transfer Layer，CTL）、反铁磁层（SyntheticAnti-Ferrimagnet Layer，SyAF）与种子层(Seed Layer; SL)，其中，所述晶格转换层包括：第一转换子层，即非连续阻挡层，由低电负性的材料、或其氧化物、或其氮化物、或其氮氧化物形成, 厚度为不足以形成连续原子层；以及，第二转换子层，即体心晶格促进层，设置于所述第一转换子层上，由高电负性的具有体心晶体结构的过渡金属形成；其中，所述磁性隧道结包括的二个晶格转换子层，进行所述反铁磁层与所述参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合。

本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在本申请的一实施例中，所述第一转换子层的低电负性的材料为X, XY，XZ或XYZ，其中，X为选自钙，钪，钇，钛，锆，铪，钒, 铌，钽，铬，铝，镧系稀土元素，锕系稀土元素其中之一或其组合；Y为氮，Z为氧，所述第一转换子层的厚度为不大于0.15奈米。

在本申请的一实施例中，所述第一转换子层的材料为钽，锆，铪与铌其中之一，所述第一转换子层的厚度为不大于0.10奈米，优选为介于0.05与0.08奈米间。

在本申请的一实施例中，所述第二转换子层的材料为选自钨，钼，铼，锝与铬其中之一，所述第二转换子层的厚度为0.1奈米至0.5奈米间。