[发明专利]磁随机存储器及其制备方法、存储芯片、电子设备

说明书

本申请提供了一种磁随机存储器及其制备方法、存储芯片、电子设备，磁随机存储器包括多个呈阵列排布的磁隧道结单元，磁隧道结单元包括衬底层及设于衬底层上的缓冲层、磁自由层、隧穿绝缘层、铁磁层及钉扎层，缓冲层设于衬底层与磁自由层之间，以提高磁自由层的外延结晶质量；磁自由层包括第一化合物，第一化合物包括Cr元素和S元素，第一化合物的晶体结构为闪锌矿型结构；隧穿绝缘层设于磁自由层与铁磁层之间，以形成异质结结构；钉扎层设于铁磁层上，用于固定铁磁层的磁化方向。本申请提供了一种能与现有工艺兼容又不需要大电流翻转磁矩的磁随机存储器及其制备方法、存储芯片、电子设备。

技术领域

本申请涉及存储芯片技术领域，具体涉及一种磁随机存储器及其制备方法、存储芯片。

背景技术

随着信息社会的高速发展，人们对于信息处理速度和存储的要求越来越高，现有的静态和动态随机存取存储器的发展，可以预见的不能满足高速计算的需求，对于新型存取存储器件的开发和应用已经成为学术界和工业界的研究趋势。

作为非易失性存储器件的一种，磁随机存储可能是目前非常希望替代传统随机存取存储器且能与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容的技术。

相关技术中，自旋轨道矩-磁随机存储器通过磁自由层磁矩的翻转产生自旋流，导致磁阻的改变，通过磁阻的大小变化来写入和读取数据。由于自旋轨道矩-磁随机存储器是利用自旋轨道转矩（STT）效应才能改变自由层磁化的方向，而这需要很大的电流密度。所以这一技术需要大电流来翻转磁自由层的磁矩，如此，导致存储器的能耗过大，同时也会损耗存储器的使用寿命。在另一些相关技术中，由于铁磁材料能提供自旋极化载流子，所以相关技术人员为了减少存储器的能耗，采用铁磁材料作为自由层，然而这通常需要引入比较厚的铁磁材料，且铁磁材料很难与现有工艺兼容，例如，直接在半导体上生长铁磁材料需要在360℃下进行退火工艺，从而让金属在界面处外延结晶，但是退火过程中，结晶的速度很难得到控制，这经常导致期待的外延结晶被破坏，不利于器件的集成。

因此，如何设计一款能与现有工艺兼容又不需要大电流翻转磁矩的磁随机存储器是实现非易失性存储的迫切需要。

发明内容

本申请提供一种能与现有工艺兼容又不需要大电流翻转磁矩的磁随机存储器及其制备方法、存储芯片、电子设备。

第一方面，本申请实施例提供的一种磁随机存储器，包括衬底层及设于所述衬底层上的缓冲层、磁自由层、隧穿绝缘层、铁磁层及钉扎层，所述缓冲层设于所述衬底层与所述磁自由层之间，以提高所述磁自由层的外延结晶质量；所述磁自由层包括第一化合物，所述第一化合物包括Cr元素和S元素，所述第一化合物的晶体结构为闪锌矿型结构；所述隧穿绝缘层设于所述磁自由层与所述铁磁层之间，以形成异质结结构；所述钉扎层设于所述铁磁层上，用于固定所述铁磁层的磁化方向。

在一种可能的实施方式中，所述缓冲层包括硒化锌层、硫化锌层中的至少一者，所述硒化锌层的厚度小于或等于60nm。

在一种可能的实施方式中，所述第一化合物包括Mn_1-xCr_xS，所述x的取值为0~1，所述磁自由层的厚度小于或等于50nm。

在一种可能的实施方式中，所述铁磁层包括第二化合物，所述第二化合物包括Cr元素和S元素，所述第二化合物的晶体结构为闪锌矿型结构。

在一种可能的实施方式中，所述第二化合物包括Mn_1-xCr_xS，所述x的取值为0~1，所述铁磁层的厚度小于或等于50nm。

在一种可能的实施方式中，所述隧穿绝缘层包括硒化锌层，所述硒化锌层的厚度为1~5nm。

在一种可能的实施方式中，所述衬底层包括砷化镓层。