[发明专利]磁性隧道结结构及磁性随机存储器

权利要求书

1.一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结由上至下结构包括覆盖层、自由层、势垒层、参考层、晶格隔断层、反铁磁层与种子层，其特征在于，所述自由层包括：

第一自由子层，设置于所述势垒层上，所述第一自由子层为铁磁金属或其合金所形成；

铁磁耦合层，设置于所述第一自由子层上，为非磁性金属层中掺杂铁磁材质所形成的复合层；以及

第二自由子层，设置于所述铁磁耦合层上，由磁性金属或其化合物所形成；

其中，所述铁磁耦合层用于实现所述第一自由子层与第二自由子层的铁磁耦合。

2.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第一自由子层的材料为铁/钴铁硼合金、铁/铁硼合金、铁/钴硼合金、钴铁硼合金、钴硼合金或铁硼合金；所述第一自由子层的厚度为0.8纳米至2.2纳米间；钴铁硼合金、钴硼合金或铁硼合金中，硼的含量不大于30％；在钴铁硼合金中，钴与铁的原子比例为1:3至3:1。

3.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述铁磁耦合层的结构为X_1-a M_a，其中，X为钽、锆、铌、钌、钇、钪、钼、钨、钒、铬、碲或铪，M为钴、钴铁合金或铁，0a≤20％，所述铁磁耦合层的厚度为0.1纳米至0.5纳米间。

4.如权利要求3所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，X_1-a M_a的形成方式为在PVD工艺腔体中采用对X靶材掺铁和/或钴来进行溅射沉积，或对X靶材、铁和/或钴靶进行共溅射沉积。

5.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述铁磁耦合层的结构为[X/M]_nX，其中，X为钽、锆、铌、钌、钇、钪、钼、钨、钒、铬、碲或铪，M为钴、钴铁合金或铁，1≤n≤3，所述铁磁耦合层的厚度为0.15纳米至0.7纳米间。

6.如权利要求5所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，单层X的厚度为0.1纳米至0.5纳米间，单层X的厚度为相同或相异，单层X的材料为相同或相异。

7.如权利要求5所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，单层M的厚度为b，0b≤0.1纳米，单层M的厚度为相同或相异，单层M的材料为相同或相异。

8.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第二自由子层的材料为钴铁硼合金、钴硼合金或铁硼合金；所述第二自由子层的厚度为0.4纳米至1.0纳米间；钴铁硼合金、钴硼合金或铁硼合金中，硼的含量不大于30％；在钴铁硼合金中，钴与铁的原子比例为1:3至3:1。

9.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述覆盖层包括第一覆盖子层和第二覆盖子层的双层结构；所述第一覆盖子层由非磁性金属氧化物制成，其厚度为0.6纳米至1.5纳米间，所述非磁性金属氧化物包括氧化镁、镁锌氧化物、氧化锌、氧化铝、氮化镁、镁硼氧化物或镁铝氧化物；所述第二覆盖子层由钨、锌、铝、铜、钙、钛、钒、铬、钼、镁、铌、钌、铪、铂或其组合的多层材料等制成，其总厚度为0.5纳米至3.0纳米间。

10.一种磁性随机存储器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的磁性隧道结结构，设置于所述磁性隧道结结构上方的顶电极，及设置于所述磁性隧道结结构下方的底电极。