[发明专利]MTJ器件

说明书

本发明提供一种MTJ器件，包括：层叠设置的参考层、势垒层、自由层、反铁磁层、第一耦合层、自旋极化层和覆盖层，其中，所述参考层具有与所述参考层的平面大致垂直的固定磁化；所述自由层具有与所述自由层的平面大致垂直的磁化且磁化方向可在大致平行于所述参考层的磁化方向与大致反平行于所述参考层的磁化方向之间转换；所述自旋极化层具有与所述自旋极化层的平面大致垂直的固定磁化；所述反铁磁层和所述自由层接触，形成一反铁磁/铁磁界面。本发明能够降低MTJ器件的写电流同时保证器件稳定性。

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术领域，尤其涉及一种MTJ器件。

背景技术

自旋转移力矩磁性随机存储器(Spin Transfer Torque Magnetic RandomAccess Memory，简称STT-MRAM)是一种新型非易失存储器，其核心存储单元为MTJ(Magnetic Tunnel Junctions，磁性隧道结)器件。MTJ器件主要由参考层、绝缘势垒层和自由层组成，其中，参考层的磁化方向固定，器件工作期间不发生翻转；自由层的磁化方向与参考层共线(平行或者反平行)。通过利用电子的自旋力矩，将自由层的磁化方向翻转，以实现参考层与自由层磁化方向平行或反平行，分别对应低电阻态(Rp)和高电阻态(Rap)，可以用来写入“0”和“1”。

研究表明，自由层翻转的难易直接影响MRAM的写入功耗。自由层容易翻转，则写入电流小，器件功耗低，但是有读扰动和器件稳定性差的问题；自由层难翻转，则器件稳定性高，但是写入电流大，功耗高，也会增加电流带动参考层翻转的风险。

因此，如何降低MTJ器件的写电流同时保证器件稳定性是本领域一个亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种MTJ器件，能够降低MTJ器件的写电流同时保证器件稳定性。

本发明提供一种MTJ器件，包括层叠结构，所述层叠结构包括：

参考层，所述参考层具有与所述参考层的平面大致垂直的固定磁化；

势垒层，所述势垒层位于所述参考层的一侧表面；

自由层，所述自由层位于所述势垒层远离所述参考层的一侧表面，所述自由层具有与所述自由层的平面大致垂直的磁化且磁化方向可在大致平行于所述参考层的磁化方向与大致反平行于所述参考层的磁化方向之间转换；

反铁磁层，所述反铁磁层位于所述自由层远离所述势垒层的一侧表面且与所述自由层接触；

第一耦合层，所述第一耦合层位于所述反铁磁层远离所述自由层的一侧表面且与所述反铁磁层接触；

自旋极化层，所述自旋极化层位于所述第一耦合层远离所述反铁磁层的一侧表面且与所述第一耦合层接触，所述自旋极化层具有与所述自旋极化层的平面大致垂直的固定磁化；

覆盖层，所述覆盖层位于所述自旋极化层远离所述第一耦合层的一侧表面且与所述自旋极化层接触。

可选地，所述反铁磁层的材料选自IrMn、CoO和NiO中的任意一种。

可选地，所述自旋极化层的材料选自Co、Fe、CoFeB、CoFe、CoB和FeB中的任意一种。

可选地，所述势垒层和所述覆盖层的材料选自MgO、HfO₂、MgAlO和AlOx中的一种。

可选地，所述参考层和所述自由层的材料选自Co、Fe、CoFeB、CoFe、CoB和FeB中的任意一种。

可选地，所述第一耦合层的材料选自Cu、Pt和Ta中的一种及其合金。

可选地，所述层叠结构还包括第二耦合层和钉扎层，所述钉扎层位于所述参考层的远离所述势垒层的一侧表面，所述第二耦合层位于所述钉扎层和所述参考层之间。