[发明专利]一种垂直各向异性磁性元件、制备方法及磁存储器

摘要

本发明提供了一种垂直各向异性磁性元件、制备方法及磁存储器；使用在磁性器件中的该磁性元件将联接半导体集成电路构成存储位单元。该磁性元件的垂直各向异性磁性固定层，非磁性间隔层和垂直各向异性磁性自由层的结构。其中非磁性间隔层位于垂直各向异性磁性固定层和自由层之间。垂直各向异性磁性自由层具有垂直于膜平面方向的退磁能和对应于垂直各向异性的各向异性能。其垂直各向异性能大于垂直于膜平面方向的退磁能。当写电流通过该磁性元件时，通过自旋扭矩传递效应，其垂直各向异性磁性自由层可实现在垂直于平面方向的平行及反平行磁状态之间切换以达到磁存储的目的。

主权项

1.一种垂直各向异性磁性元件，与半导体晶体管电路连接，其特征在于，所述垂直各向异性磁性元件包括：/n磁固定层，具有垂直于膜平面方向的退磁能和对应于磁性垂直各向异性的各向异性能，且磁性垂直各向异性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；/n磁固定层子层，具有高自旋极化率，且与所述磁固定层铁磁性耦合形成复合型磁固定层；/n隧穿势垒层，附着于所述磁固定层子层上，包括MgO结晶层；/n磁自由层子层，附着于所述隧穿势垒层上，具有高自旋极化率；/n磁自由层，与所述磁自由层子层铁磁性耦合形成复合型磁自由层，具有垂直于膜平面方向的退磁能和对应于磁性垂直各向异性的各向异性能，且磁性垂直各向异性能大于垂直于膜平面方向的退磁能；以及/n覆盖层，位于所述磁自由层和外部的半导体晶体管电路之间；/n当写电流通过所述垂直各向异性磁性元件时，该垂直各向异性磁性元件的构造使其垂直各向异性磁自由层可通过自旋扭矩传递效应在稳定的磁性状态之间切换或开关；/n在所述磁自由层、磁自由子层、磁固定层和磁固定子层中，至少其中之一由铁磁性子层与铁磁性材料中间层以铁磁性耦合形成的重复性多层膜结构组成；或由铁磁性子层与非磁性材料中间层以铁磁性耦合形成的重复性多层膜结构组成；/n其中，所述铁磁性子层和铁磁性材料中间层是由过渡族金属Co，Fe，Ni与无定形非晶合金形成元素B、Al、Si 构成的磁性非晶合金形成的氧化物、氮化物或氮氧化物；/n所述非磁性材料中间层是Ag，Au，Pt，Pd，Cu，Cr，Mg，Al，Mn，Ru，Rh，Ir，Ta，Ti，Zr，Hf中的非磁性二元或多元合金；或基于所述非磁性二元或多元合金而形成的氧化物，氮化物或氮氧化物；/n所述多层膜结构具有（111）及（011）的优先结晶取向及织构。/n