[发明专利]一种磁性随机存储器存储单元及磁性随机存储器

权利要求书

1.一种具有双层自由层的磁性随机存储器存储单元，包括层叠设置的参考层、势垒层、第一自由层、覆盖层，其特征在于，在所述第一自由层上方設置一第二自由层，以及一垂直磁耦合层设置于该第二自由层的下方，和一磁阻尼阻挡层设置于该第二自由层的上方，其中所述第二自由层中的磁化矢量始终垂直于第一自由层界面，并与第一自由层中的磁化矢量平行；

所述第二自由层的结构总厚度为0.5-3.0nm，组成材料为Co/(Pt，Pd，Ni或Ir)/(CoFeB，CoB或FeB)，(CoFeB，CoB或FeB)/(Pt，Pd，Ni或Ir)/Co，(CoFeB，CoB或FeB)/Co/(Pt，Pd，Ni或Ir)/Co，(CoFeB，CoB或FeB)/(Pt，Pd，Ni或Ir)/(CoFeB，CoB或FeB)，Co/(Pt，Pd，Ni或Ir)/Co/(CoFeB，CoB或FeB)，(CoFeB，CoB或FeB)/Co/(Pt，Pd，Ni或Ir)/Co/(CoFeB，CoB或FeB)，(CoFeB，CoB或FeB)/X/Co/(Pt，Pd，Ni或Ir)/Co/X/(CoFeB，CoB或FeB)，(CoFeB，CoB或FeB)/X/Co/(Pt，Pd，Ni或Ir)，Co/(Pt，Pd，Ni或Ir)/Co/X/(CoFeB，CoB或FeB)多层结构制成；其中，X为W，Mo，V，Nb，Cr，Hf，Ti，Zr，Ta，Sc，Y，Zn，Ru或Os。

2.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述第二自由层的组成材料中FeB或CoB中B的原子百分比为15％-40％；在CoFeB合金中，Co：Fe的原子比例为1:3至3:1，B的原子百分比为15％-40％。

3.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述垂直磁耦合层用于实现所述第一自由层与第二自由层的磁性耦合，使第二自由层中的磁化矢量始终垂直于第一自由层界面，并与第一自由层中的磁化矢量平行；所述垂直磁耦合层为MgO，ZrO2，ZnO，Al2O3，GaO，Y2O3，SrO，Sc2O3，TiO2，HfO2，V2O5，Nb2O5，Ta2O5，CrO3，MoO3，WO3，RuO2，OsO2，TcO，ReO，RhO，IrO，SnO，SbO，MgZnO，MgBO，MgAlO或它们组合制成，所述垂直磁耦合层厚度为0.3nm～1.5nm。

4.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述阻尼阻挡层提供一个垂直界面各向异性予所有第二自由层的磁化矢量，并减少整个膜层的磁阻尼系数；所述磁阻尼阻挡层为Mg，Zr，Zn，Al，Ga，Y，Sr，Sc，Ti，V，Nb，Cr，Os，Tc，Re，Rh，Ir，Sn，Sb，MgO，ZrO2，ZnO，Al2O3，GaO，Y2O3，SrO，Sc2O3，TiO2，HfO2，V2O5，Nb2O5,Ta2O5，CrO3，MoO3，WO3，RuO2，OsO2，TcO，ReO，RhO，IrO，SnO，SbO，MgZnO，MgBO及MgAlO或它们的组合物制成，所述磁阻尼阻挡层厚度为0.5nm～3.0nm。

5.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述势垒层由非磁性金属氧化物制成，所述非磁性金属氧化物為MgO，MgZnO，MgBO，MgAlO或它们组合。

6.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述第一自由层是由CoFeB、CoFe/CoFeB、Fe/CoFeB、CoFeB/(W，Mo，V，Nb，Cr，Hf，Ti，Zr，Ta，Sc，Y，Zn，Ru，Os，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt)/CoFeB、Fe/CoFeB/(W，Mo，V，Nb，Cr，Hf，Ti，Zr，Ta，Sc，Y，Zn，Ru，Os，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt)/CoFeB或CoFe/CoFeB/(W，Mo，V，Nb，Cr，Hf，Ti，Zr，Ta，Sc，Y，Zn，Ru，Os，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt)/CoFeB结构层叠制成。