[发明专利]具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元

权利要求书

1.一种具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，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自由层、势垒层、参考层、合成反铁磁层与缓冲层，其特征在于，所述合成反铁磁层为叠加的多层结构，从下至上包括：

超薄铁磁超晶格层，超薄铁磁超晶格层的磁化矢量和参考层的磁化矢量方向反向平行，用以调控施加在自由层上的总的漏磁场；

反铁磁耦合层，该反铁磁耦合层从下至上分别为RKKY反铁磁耦合层、晶格转换层、和硼碳吸收层的依次向上叠加而成；其中，

RKKY反铁磁耦合层，用以进行所述该反铁磁耦合层与参考层(RL)的反铁磁耦合；

晶格转换层，用以进行所述RKKY反铁磁耦合层与所述参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合；

硼碳吸收层，用于在后续的退火过程中，在参考层中的硼元素或/和碳元素可以远离该势垒层并向所述硼碳吸收层扩散，从而有利于隧穿磁阻比率的提升。

2.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述超薄铁磁超晶格层结构为[Co/(Pt或Pd)]_nCo，其中，2≤n≤7，铂(Pt)或钯(Pd)的厚度为0.1nm～0.4nm，钴(Co)的厚度为0.15nm～0.7nm，每层铂(Pt)，钯(Pd)或钴(Co)的厚度可以相同也可以不相同。

3.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述超薄铁磁超晶格层在垂直方向上的饱和磁矩大于所述参考层在垂直方向上的饱和磁矩，通过改变所述超薄铁磁超晶格层和所述参考层的饱和磁化率和厚度来调控施加在所述自由层之上的总的漏磁场。

4.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述RKKY反铁磁耦合层的材料为钌(Ru)，铱(Ir)或铑(Rh)，所述RKKY反铁磁耦合层的厚度为0.30nm～1.20nm。

5.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述晶格转换层的材料为钽(Ta)，所述晶格转换层的厚度小于或等于0.1nm；所述硼碳吸收层的材料为钨(W),钼(Mo)，铌(Nb)，铪(Hf),钛(Ti),钒(V)，铬(Cr)等金属其中之一或它们的合金层，所述硼碳吸收层的厚度小于0.30nm。

6.如权利要求5所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述晶格转换层的材料为钽(Ta)，所述晶格转换层的厚度小于或等于0.05nm；所述硼碳吸收层的材料为钨(W)或钼(Mo)等金属其中之一或它们的合金层，所述硼碳吸收层的厚度小于0.10nm。

7.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述自由层具有可变磁极化，其总厚度为1.2nm～3nm；所述自由层由硼化钴、硼化铁、钴铁硼单层结构，或是铁化钴/钴铁硼、铁/钴铁硼的双层结构其中之一；或是钴铁硼/(钽，钨，钼，铪)/钴铁硼，钴铁硼/(钨，钼，铪)/钴铁硼的三层结构其中之一；更进一步地可以选择铁化钴/钴铁硼/(钨，钼，铪)/钴铁硼，铁/钴铁硼/(钨，钼，铪)/钴铁硼的四层结构其中之一。

8.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述势垒层为非磁性金属氧化物，所述势垒层由氧化镁,氧化镁锌，氧化镁硼或氧化镁铝其中之一所形成，所述势垒层厚度为0.6nm～1.5nm。

9.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述参考层为硼化钴，硼化铁，钴铁硼，碳化钴，硼化铁，钴铁碳等其中之一或其组合，所述参考层的厚度为0.5nm～1.5nm。

10.如权利要求1所述具有超薄合成反铁磁层的磁性隧道结单元，其特征在于，所述缓冲层的材料为选自钛，氮化钛，钽，氮化钽，钌，钨，氮化钨，钌，钯，铬，氧，氮，硼化钴，硼化铁，钴铁硼等其中之一或其组合；更进一步地，选自钴铁硼/钽/铂，钴铁硼/钽/铂/钌，选自钴铁硼/钽/铂/钌/铂，钽/钌，钽/钌/铂，钽/铂，或钽/铂/钌等多层结构等其中之一。