[发明专利]磁性隧道结结构及其磁性随机存储器

说明书

本申请提供一种磁性隧道结结构及其磁性随机存储器，所述磁性隧道结为磁性肖特基/相干隧道结，结合自旋激化层的设计，使得自旋激化电子通过肖特基隧穿的方式实现逻辑“0”的读取；通过相干隧穿的方式实现逻辑“1”的读取，由于高电阻态和低电阻态的阻值相差特别大，在这种情况下，可以获得非常可观的TMR，非常有利于MRAM电路的读写性能的提升，非常适合作为超小型的MRAM电路的存储单元。

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肖特基/相干隧道结结合电子自旋激化技术的磁性隧道结结构及其磁性随机存储器。

背景技术

磁性随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM)具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetic tunnel junction；MTJ)，其通常为三明治结构，磁性记忆层(自由层)，它可以改变磁化方向以记录不同的数据，自由层在垂直方向拥有两个磁化方向，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。绝缘隧道势垒层位于磁性隧道结中间。磁性参考层，位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。

为能在这种磁电阻组件中记录信息，建议使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。当参考层(RL)和自由层(FL)的磁化矢量平行的时候，具有低电阻状态，对应分别对应二进制中的“0”；当参考层(RL)和自由层(FL)的磁化矢量反向平行的时候，具有高电阻状态，对应分别对应二进制中的“1”。一般用隧穿磁阻率(Tunnel Magnetoresistance Ratio，TMR)来表示高低电阻状之差。

然而，在目前pSTT-MRAM中，TMR一般不会超过300％，甚至不会超过200％。在信号读取的信号过程中，很难同时满足高的读取速度和低读取错误率。对于超小型，大容量的MRAM，在读取过程中，这种效应尤为明显。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性肖特基/相干隧道结结合电子自旋激化技术的磁性隧道结结构及其磁性随机存储器。

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，所述磁性隧道结由下至上至少包括底部电极、第一自旋激化层、势垒复合层、第二自旋激化层与顶部电极，其中，第一自旋激化层为铁磁性材料组成；第二自旋激化层为铁磁性材料组成；所述第二自旋激化层的磁化矢量与所述第一自旋激化层的自旋矢量为平行或反平行；所述势垒复合层包括：势垒层，为金属氧化物材料组成，在于提供所述底部电极与所述顶部电极之间的磁性肖特基/相干隧道结的可变电阻；电化学金属化阳离子源金属层，设置于所述势垒层紧邻上方或紧邻下方，在于向所述势垒层提供金属阳离子细丝导电通道的金属原子。

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。