[发明专利]一种具有低功耗和高存储密度的磁性隧道结

说明书

本发明公开了一种具有低功耗和高存储密度的磁性隧道结，包括自由层和势垒层，自由层和势垒层之间生成界面，并通过刻蚀处理界面的边缘形成环状缺陷结构。该结构在自由层和势垒层界面处具有环状缺陷结构，环状缺陷结构的界面诱导垂直各向异性较低，从而使自由层整体垂直各向异性能下降，同时在磁性隧道结边缘处形成面内磁化方向，有利于降低临界翻转电流，并且提高磁翻转速度、存储密度和运行速度，同时降低功耗。

技术领域

本发明属于存储器技术领域，具体涉及一种具有低功耗和高存储密度的磁性隧道结。

背景技术

STT-MRAM(Spin Transfer Torque-Magnetoresistive Random Access Memory)是一种新型非易失存储器，采用磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)作为存储单元，具有纳秒级的高速读写、近乎无限的使用寿命、10年以上的数据保存时间等优良特性，在未来存储应用方面具有较大潜力。而随着硬件对存储器性能的要求越来越高，STT-MRAM在大容量和超低功耗存储芯片的应用依然面临挑战，磁性隧道结(MTJ)作为STT-MRAM的基本存储单元，直接决定了其存储性能。STT-MRAM存储密度的提升瓶颈主要是由于其所需翻转电流较高。为了提供足够的翻转电流，在目前的晶体管供电能力下，需要较大的供电单元面积，其远大于MTJ器件面积，限制了整体存储密度，同时，STT-MRAM存储密度越高，功耗越大。因此，如何通过降低翻转电流实现STT-MRAM存储密度的提升和功耗的降低成为关键问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种具有低功耗和高存储密度的磁性隧道结，有利于降低临界翻转电流，并且提高磁翻转速度、存储密度和运行速度，同时降低功耗。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明提出的一种具有低功耗和高存储密度的磁性隧道结，包括自由层和势垒层，自由层和势垒层之间生成界面，并通过刻蚀处理界面的边缘形成环状缺陷结构。

优选地，环状缺陷结构的壁厚为0.1nm～2nm。

优选地，自由层的厚度为0.6nm～2nm。

优选地，自由层的材料选自Co、Fe、Ni、Pt、Pd、Ru、Ta、W、Ir、Rh、Mo、Hf、Cu、CoB、FeB、NiB、CoFe、NiFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB、NiFeB、CoNiB、CoFeNiB、FePt、FePd、CoPt、CoPd、CoFePt、CoFePd、FePtPd、CoPtPd、CoFePtPd中的一种或多种。

优选地，势垒层的材料选自镁氧化合物、硅氧化合物、硅氮化合物、铝氧化合物、镁铝氧化合物、钛氧化合物层、钽氧化合物、钙氧化合物、铁氧化合物中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：该磁性隧道结在自由层和势垒层界面处具有环状缺陷结构，环状缺陷结构的界面诱导垂直各向异性较低，从而使自由层整体垂直各向异性能下降，同时在磁性隧道结边缘处形成面内磁化方向，有利于降低临界翻转电流，并且提高磁翻转速度、存储密度和运行速度，同时降低功耗。

附图说明

图1为现有技术的磁性隧道结的结构示意图；

图2为本发明的磁性隧道结的结构示意图；

图3为本发明的磁性隧道结的界面结构示意图；

图4为现有技术的磁性隧道结翻转概率与电流密度的关系图(左)和本发明的磁性隧道结翻转概率与电流密度的关系图(右)。

具体实施方式