[发明专利]包括高介电常数帽盖层的磁阻存储器设备及其制造方法

权利要求书

1.一种电压控制的磁各向异性(VCMA)磁电存储器设备，所述VCMA磁电存储器设备包括VCMA磁电存储器单元，其中所述VCMA磁电存储器单元包括：

第一电极；

第二电极，所述第二电极与所述第一电极间隔开；

磁性隧道结，所述磁性隧道结位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述磁性隧道结包括具有固定磁化方向的参考层、自由层和位于所述参考层和所述自由层之间的非磁性隧道阻挡层；和

电压控制的磁各向异性(VCMA)介电帽盖层，所述VCMA介电帽盖层具有大于10的介电常数并且位于所述自由层和所述第二电极之间。

2.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述VCMA介电帽盖层基本上由至少一种含过渡金属的介电金属氧化物材料组成。

3.根据权利要求2所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述至少一种含过渡金属的介电金属氧化物材料包括至少一种三元介电氧化物材料，所述三元介电氧化物材料包括两种过渡金属元素。

4.根据权利要求3所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述至少一种三元介电氧化物材料包括SrTiO₃、BaTiO₃或BiFeO₃。

5.根据权利要求2所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述至少一种含过渡金属的介电金属氧化物材料基本上由氧化铪组成。

6.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述VCMA介电帽盖层具有在1.0nm至10nm的范围内的厚度。

7.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述VCMA介电帽盖层具有在1nm至5nm的范围内的厚度和25或更大的介电常数。

8.根据权利要求7所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述非磁性隧道阻挡层包括厚度在0.5nm至1.5nm的范围内的氧化镁。

9.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述VCMA介电帽盖层比所述非磁性隧道阻挡层厚并且具有比所述非磁性隧道阻挡层更高的介电常数，使得在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压期间在所述VCMA介电帽盖层中生成电场。

10.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，还包括外部磁场源，所述外部磁场源被配置为向所述自由层施加辅助磁场。

11.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，还包括合成反铁磁体(SAF)结构，所述SAF结构包括稳固铁磁层、反铁磁耦合层和所述参考层的叠堆，所述SAF结构位于所述第一电极和所述非磁性隧道阻挡层之间。

12.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，其中所述VCMA介电帽盖层直接物理接触所述自由层。

13.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，还包括非磁性金属粉尘层，所述非磁性金属粉尘层位于所述VCMA介电帽盖层和所述自由层之间。

14.根据权利要求1所述的VCMA磁电存储器设备，还包括控制电路，所述控制电路被配置为通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加编程电压来执行编程操作，其中所述编程电压对于第一磁化状态和第二磁化状态具有相同极性，在所述第一磁化状态下，所述自由层和所述参考层具有平行的磁化方向，在所述第二磁化状态下，所述自由层和所述参考层具有反平行的磁化方向。