[发明专利]一种MTJ及其驱动方法和制作方法

说明书

本发明涉及MTJ技术领域,公开了一种MTJ及其驱动方法和制作方法，该MTJ包括参考层，参考层的上表面设有势垒层，势垒层的上表面设有自由层，自由层的上表面设有阻变层，阻变层的上表面和参考层的下表面之间存在压降时，阻变层向自由层迁移氧离子，迁移到自由层的氧离子会和自由层的Fe和Co结合生成没有磁性的FeO和CoO氧化物，进而降低自由层的磁矩翻转电流，降低MTJ的写入功耗。

技术领域

本发明涉及MTJ技术领域，具体涉及一种MTJ及其驱动方法和制作方法。

背景技术

随着后摩尔时代的到来，传统存储器在能效、成本、与先进逻辑制程的兼容性等方面遇到技术瓶颈，新型存储技术应运而生。MRAM作为新型存储器的一种，因具有高速、低功耗、高可靠、可持续微缩等特点受到了广泛关注。

目前MRAM的商用产品大多采用电流驱动，存在功耗较大的问题。在MRAM存储器中，MTJ(磁隧道结)是MRAM存储单元的核心，目前主流的MTJ结构是CoFeB/MgO/CoFeB组成的三明治结构，其中一层CoFeB的磁矩可自由转动，称为自由层；另外一层CoFeB的磁矩固定，称为参考层。自由层与参考层磁矩方向相同表现为低阻态“0”，反之为高阻态“1”。因此，数据的写入功耗主要取决于使自由层磁矩翻转所需的能量。而自由层磁矩的翻转能量，在一定程度上取决于CoFeB/MgO的界面各向异性能，如果能降低CoFeB/MgO的界面各向异性能便能降低MRAM的数据功耗。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种MTJ及其驱动方法和制作方法，解决的技术问题是目前MRAM存储器的MTJ的写入功耗高。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种MTJ，包括参考层，参考层的上表面设有势垒层，势垒层的上表面设有自由层，自由层的上表面设有阻变层，阻变层的上表面和参考层的下表面之间存在压降时，阻变层向自由层迁移氧离子。

作为进一步的技术方案，阻变层的外围还设有保护层，保护层上在阻变层的上表面处开设有第一电极孔、在自由层的上表面处开设有第二电极孔，第一电极孔内安装有第一电极，第一电极与阻变层电连接，第二电极孔内安装有第二电极，第二电极与自由层电连接。

作为进一步地技术方案，自由层和参考层的材料均是CoFeB，势垒层用到的材料是MgO，阻变层用到的材料是HfOx。

一种MTJ的驱动方法，应用上述MTJ，包括以下步骤：

S1：先将MTJ的阻变层的上表面接入电源；

S2：接着将MTJ的参考层的下表面接地，使阻变层的上表面和参考层的下表面之间存在压降，让阻变层向自由层迁移氧离子；

S3：断开阻变层的上表面与电源之间的连接，使自由层的上表面接入第二电源，实现MTJ的状态读取。

在实际使用时，MTJ的自由层磁矩翻转的能量由磁矩翻转电流提供，磁矩翻转电流的公式如下：

在MTJ驱动时，当氧离子从阻变层进入自由层后，会和自由层中的Fe和Co生成FeO和CoO,FeO和CoO，而这两种氧化物均没有磁性，即为磁死层，因此通过步骤S2可以降低自由层的饱和磁矩Ms，同样Hk在电压的作用下也会降低，进而降低自由层的磁矩翻转电流。

一种MTJ的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：制作胚体，具体如下：先进行CoFeb薄膜沉积，接着在CoFeB薄膜上从下往上依次制备MgO薄膜、第二CoFeB薄膜和HfOx薄膜；

S11：对步骤S1的胚体进行曝光和刻蚀，制作圆柱形状的第一标准件；