[发明专利]一种具双自由层的磁性随机存储器存储单元

权利要求书

1.一种具双自由层的磁性随机存储器存储单元，包括由下至上层叠设置的参考层、势垒层、自由层、覆盖层，其特征在于，

所述参考层为铁磁金属或其合金所形成，其磁化矢量垂直于薄膜平面且方向不变；

所述势垒层为金属氧化物所形成；

所述自由层内部按照第一自由层、杂质吸收层、第二自由层的依次向上叠加设置；其中，所述第一自由层为由铁磁性金属合金所形成的具有垂直各向异性的可变磁极化层，所述杂质吸收层为低价金属氧化物所形成，所述第二自由层为由铁磁性金属合金所形成的具有垂直各向异性的可变磁极化层，所述第一自由层的磁化矢量方向和所述第二自由层的磁化矢量方向在透过所述杂质吸收层的RKKY耦合作用下呈现平行的状态；

所述覆盖层为金属氧化物所形成。

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，所述第一自由层的组成材料为FeB、CoFeB、Fe/FeB、CoFe/CoFeB、Fe/CoFeB、FeC、CoFeC、Fe/FeC、CoFe/CoFeC、Fe/CoFeC其中之一，且在FeB或CoFeB中B(硼)的含量不超过20％，在FeC或CoFeC中C(碳)的含量不超过20％。

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，所述第一自由层厚度为0.8nm～2.0nm。

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，所述杂质吸收层其材料为Mg、Ti、Ca、Al、V、Cr、Zr、Nb、Ta、Hf、Mo、W、Cu、Zn等金属元素的低价金属氧化物其中之一或它们的组合，优化为Mg、Ti、Ca、Al、V、Cr等轻金属元素的低价金属氧化物其中之一或它们的组合，其厚度为0.2nm～0.5nm。

5.根据权利要求4所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述杂质吸收层的制作方式为溅射沉积X后轻度氧化，或依次溅射沉积X和YO，或依次溅射沉积YO和X，其中X或Y为所述杂质吸收层金属元素其中之一。

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，所述第二自由层组成材料为CoB、CoFeB、CoC、CoFeC其中之一，且在CoB或CoFeB的B(硼)含量为10％～40％，在CoC或CoFeC的C(碳)含量为10％～40％。

7.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，所述第二自由层厚度为0.4nm～1.5nm。

8.根据权利要求6所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述第二自由层在第二自由层制作完成后对其进行等离子体后处理工艺，用以增强磁性隧道结的热稳定性因子。

9.一种磁性随机存储器，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的存储单元，还包括底电极、种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、覆盖层及顶电极，所述磁性随机存储器顺序层叠底电极、种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、第一自由层、杂质吸收层、第二自由层、覆盖层及顶电极。

10.根据权利要求9所述的磁性随机存储器，其特征在于，在所述种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、第一自由层、杂质吸收层、第二自由层、覆盖层沉积之后，在不低于300℃的温度下进行至少30分钟的退火操作，用以将所述参考层和所述自由层在所述势垒层的模板作用下从非晶结构转变成体心立方BCC(001)的晶体结构，所述杂质吸收层吸收所述自由层晶化过程中所产生的硼或碳杂质，并对所述自由层产生额外的界面垂直各向异性。