[发明专利]磁性隧道结结构及其磁性存储器

说明书

本申请提供一种磁性隧道结结构及其磁性存储器，所述磁性隧道结结构包括双层结构的参考层、垂直各向异性增强层、与设置于两方之间的晶格传输层共同构成参考层。本申请中由于垂直各向异性增强层的引入增强了参考的稳定性，进而有利于自由层在平行态和反平行态时，热稳定性的提升。同时，由于可以增加参考层的厚度，垂直隧穿磁阻比例(TMR)/结电阻面积积(RA)得以提升，有助于磁性存储器在磁学、电学和良率的提升，以及器件的进一步缩微。

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隧道结结构及其磁性存储器。

背景技术

磁性存储器(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 tunnel junction；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一百八十度的翻转。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)或者是热稳定性因子(Thermal StabilityFactor)，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-volatileMemory，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。在实际应用中，在自旋平行或反平行的状态下，数据保存能力或热稳定性因子(▽)和参考层的稳定性具有强烈的正相关性，为了增强参考层(Reference Layer,RL)的稳定性，通常采用反铁磁层 (Synthetic Anti-Ferromagnetic Layer，SyAF)超晶格来实现参考层(Reference Layer，RL)的钉扎。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种通过双层参考层设计的磁性隧道结结构及其磁性存储器。

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隧道结结构，其由上至下结构包括覆盖层(CappingLayer，CL)、自由层(Free Layer，FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(Reference Layer，RL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferromagnetic Layer，SyAF)与种子层(Seed Layer；SL)，其中，所述参考层包括：垂直各向异性增强层(PerpendicularMagnetic Anisotropy Enhancement Layer，PMA-EL)，设置于所述反铁磁层上，由高电负性并且具有面心晶体结构的过渡金属材料或金属氧化物构成；晶格传输层(CrystalTransfer Layer，CTL)，设置于所述垂直各向异性增强层上，由具有体心晶体结构的过渡金属形成；第一参考层，设置于所述晶格传输层，由铁磁材料及其合金所形成；参考过渡层，设置于所述第一参考层上，由具有体心晶体结构的过渡金属形成；第二参考层，设置于所述参考过渡层，由铁磁材料及其合金所形成；其中，所述垂直各向异性增强层用以提供额外的界面各向异性来源，所述晶格传输层实现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，所述参考过渡层实现第一参考层和第二参考层之间的铁磁耦合。

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，所述垂直各向异性增强层的材料选自铱、铂、钯、氧化镁、氧化铝、氧化锌、氧化钽、镁铝氧化物或镁锌氧化物。所述垂直各向异性增强层的厚度为0.15纳米至1.2纳米