[发明专利]一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法

权利要求书

1.一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元，磁性随机存储器的磁性隧道结包括由下而上层叠设置的种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、自由层、覆盖层，其特征在于，

所述势垒层为MgO，且在自由层沉积之前所述势垒层具有NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；

所述自由层内部按照第一自由子层, B吸收层，第二自由子层的依次向上叠加设置；其中，所述第一自由子层的组成材料为CoFeB，FeB，Fe/FeB，CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其B含量为百分比5wt%-15wt%，使第一自由子层具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；所述B吸收层为包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一的金属或其合金或其氧化物或其氮化物所构成；所述第二自由子层的组成材料为CoFeB或CoB，其B含量为百分比15wt%-35wt%，使第二自由子层具有非晶态结构；所述势垒层厚度为0.6nm~1.5nm；所述B吸收层厚度为0.05 nm -0.5nm；

其中，溅射沉积MgO形成所述势垒层后，进行一定时间的热处理，再冷却到室温或更低温度，以使得在自由层沉积之前所述势垒层具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；所述热处理是采用红外线（Infrared, IR）或微波（Microwave，MW）或激光（Laser）为辐射源，其温度为150℃~600℃，热处理时间为10秒~1小时，在加热工艺时通入He，N2，Ne，Ar，Kr或Xe气体，用以增加热工艺腔体的热传输效率；在热工艺的时候加入垂直磁场，其磁场方向垂直于势垒层的膜平面，其磁场范围为1.5T~5.0T。

2.一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，磁性随机存储器的磁性隧道结包括由下而上层叠设置的种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、自由层、覆盖层，其特征在于，

溅射沉积MgO形成所述势垒层后，进行一定时间的热处理，再冷却到室温或更低温度，以使得在自由层沉积之前所述势垒层具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；

其中，所述自由层内部按照第一自由子层, B吸收层，第二自由子层的依次向上叠加设置；所述第一自由子层的组成材料为CoFeB，FeB，Fe/FeB，CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其B含量为百分比5wt%-15wt%，使第一自由子层具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；所述B吸收层为包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一的金属或其合金或其氧化物或其氮化物所构成；所述第二自由子层的组成材料为CoFeB或CoB，其B含量为百分比15wt%-35wt%，使第二自由子层具有非晶态结构；

其中，热处理是采用红外线（Infrared, IR）或微波（Microwave，MW）或激光（Laser）为辐射源，其温度为150℃~600℃，热处理时间为10秒~1小时，在加热工艺时通入少量的He，N2，Ne，Ar，Kr或Xe气体，用以增加热工艺腔体的热传输效率,在热工艺的时候，加入垂直磁场，其磁场方向垂直于势垒层的膜平面，其磁场范围为1.5T~5.0T。

3.根据权利要求2所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，所述势垒层是通过直接对MgO靶材进行溅射沉积。

4.根据权利要求2所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，所述势垒层是通过先对Mg靶材进行溅射沉积，再通过氧化工艺形成MgO。

5.根据权利要求2所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，在冷却的过程中，冷却结构单元到室温或进行超低温冷凝，在冷却过程中，通入He气体，以获得更高的冷却效果。