CN112652702B - 磁性随机存储器的磁性隧道结结构 - Google Patents

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CN112652702B CN201910959701.0A CN201910959701A CN112652702B CN 112652702 B CN112652702 B CN 112652702B CN 201910959701 A CN201910959701 A CN 201910959701A CN 112652702 B CN112652702 B CN 112652702B
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Abstract

本申请提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，所述磁性隧道结结构包括晶格隔断层的晶格转换多层设计，其强化界面各向异性的特性，同时实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。

Description

磁性随机存储器的磁性隧道结结构
技术领域
本发明涉及存储器技术领域，特别是关于一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构。
背景技术
磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)在具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction；MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生一百八十度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力(Data Retention)或者是热稳定性(Thermal Stability)，在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器(Non-volatile Memory，NVM)而言，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据10年，在外磁场翻转，热扰动，电流扰动或读写多次操作时，都会造成数据保持能力或者是热稳定性的降低。在实际应用中，MRAM的数据保存能力还和参考层(Reference Layer，RL)的稳定性强相关，通常采用反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)来实现参考层的钉扎。反铁磁层(SyAF)通常含有两层具有强烈垂直各向异性的超晶格铁磁层，通过一层钌以实现双层超晶格铁磁层的反铁磁耦合。参考层外加反铁磁层(SyAF)的设计，可以降低漏磁场对自由层的影响，然而，在目前结构中，仍较难满足超小型MRAM器件对漏磁场的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，实现磁性随机存储器的参考层钉扎与晶格转换。
本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本申请提出的一种磁性隧道结结构，由上至下结构包括覆盖层(CappingLayer，CL)、自由层(Free Layer，FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(Reference Layer，RL)、晶格隔断层(Crystal Breaking Layer，CBL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)与种子层(Seed Layer；SL)，其中，所述晶格隔断层包括：垂直各向异性增强层，设置于所述反铁磁层上，由高电负性并且具有面心晶体结构的过渡金属材料或金属氧化物构成；以及，晶格过渡层，设置于所述垂直各向异性增强层上，由具有体心晶体结构的过渡金属形成；其中，所述垂直各向异性增强层用以提供额外的界面各向异性来源，所述晶格过渡层实现所述反铁磁层与所述参考层的晶格转换和强铁磁耦合。
本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
在本申请的一实施例中，所述垂直各向异性增强层的材料选自铱、铂、钯、氧化镁、氧化铝、镁铝氧化物、氧化锌或镁锌美化物，其中，所述垂直各向异性增强层的厚度为a，0<a≤1.0奈米。
在本申请的一实施例中，所述晶格过渡层的材料选自镁、铝、硅、镓、钪、钛、钒、铬、铜、锌、锗、锶、钇、锆、铌、钼、鎝、钌、铟、锡、锑、铪、钽或钨，其中，所述晶格过渡层的厚度为b，0≤b≤0.5奈米。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁层由下至上包括第一铁磁超晶格层、反铁磁耦合层与第二铁磁超晶格层，其中，所述反铁磁耦合层结合所述第一铁磁超晶格层与所述第二铁磁超晶格层进行反铁磁耦合。
在本申请的一实施例中，所述第一铁磁超晶格层的材料选自[钴/铂]n钴或[钴/钯]n钴的多层结构，所述第二铁磁超晶格层的材料选自钴[铂/钴]m或钴[钯/钴]m的多层结构，其中n>m≥0,0≤m≤3。
在本申请的一实施例中，钴、铂或钯的单层结构的厚度为0.1奈米至1.0奈米之间；优选的，铂或钯的厚度为0.1奈米至0.4奈米间，钴的厚度为0.15奈米至0.70奈米间。而在一些实施例中，钴、铂或钯的单层结构的厚度为相同或相异。
在本申请的一实施例中，所述第二铁磁超晶格层的材料被替代的采用单层钴，厚度为0.2奈米至1.2奈米间。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁耦合层的材料为钌，所述反铁磁耦合层的厚度为0.3奈米至1.5奈米间。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁耦合层的材料为铱，所述反铁磁耦合层的厚度为0.3奈米至0.6奈米间。
在本申请的一实施例中，于所述磁性隧道结进行退火工艺，以使得所述参考层及所述自由层在面心立方晶体结构势垒层的模板作用下从非晶结构转变成体心立方堆积的晶体结构。
本申请另一目的提供一种磁性随机存储器，其包括前述中任一种所述的磁性隧道结结构，设置于所述磁性隧道结结构上方的顶电极，及设置于所述磁性隧道结结构下方的底电极。
本申请的磁性隧道结单元结构，通过结合垂直各向异性增强层与晶格过渡层的晶格转换多层设计，除能强化界面各向异性的特性，同时实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。
附图说明
图1为范例性磁性随机存储器的磁性存储单元结构示意图；
图2为本申请实施例的磁性随机存储器的磁性存储单元结构示意图。
符号说明
10:底电极；20:磁性隧道结；21:种子层；22:反铁磁层；221:第一铁磁超晶格层；222:反铁磁耦合层；223:第二铁磁超晶格层；23:晶格隔断层；231:垂直各向异性增强层；232:晶格过渡层；24:参考层；25:势垒层；26:自由层；27:覆盖层；30:顶电极。
具体实施方式
请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本申请具体实施例，其不应被视为限制本申请未在此详述的其它具体实施例。
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本申请所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本申请，而非用以限制本申请。
本申请的说明书和权利要求书以及上述附图中的述语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情形下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他譬的变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本申请说明书中使用的术语仅用来描述特定实施方式，而并不意图显示本申请的概念。除非上下文中有明确不同的意义，否则，以单数形式使用的表达涵盖复数形式的表达。在本申请说明书中，应理解，诸如“包括”、“具有”以及“含有”等术语意图说明存在本申请说明书中揭示的特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性，而并不意图排除可存在或可添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性。附图中的相同参考标号指代相同部分。
附图和说明被认为在本质上是示出性的，而不是限制性的。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。另外，为了理解和便于描述，附图中示出的每个组件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本申请不限于此。
在附图中，为了清晰、理解和便于描述，夸大设备、系统、组件、电路的配置范围。将理解的是，当组件被称作“在”另一组件“上”时，所述组件可以直接在所述另一组件上，或者也可以存在中间组件。
另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述组件，但是不排除任何其它组件。此外，在说明书中，“在......上”意指位于目标组件上方或者下方，而不意指必须位于基于重力方向的顶部上。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施例，对依据本发明提出的一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为范例性磁性随机存储器的磁性存储单元结构示意图。所述磁性存储单元结构至少包括底电极(Bottom Electrode,BE)10、磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)20与顶电极(Top Electrode,TE)30形成的多层结构。
在一些实施例中，底电极10为钛Ti，氮化钛TiN，钽Ta，氮化钽TaN，钌Ru，钨W，氮化钨WN或其组合；顶电极30组成材料为钛Ti，氮化钛TiN，钽Ta，氮化钽TaN，钨W，氮化钨WN或其组合。所述磁性存储单元结构一般采用物理气相沉积(PVD)的方式实现，通常在沉积之后，都会对其平坦化处理，以达到制作磁性隧道结20的表面平整度。
在一些实施例中，磁性隧道结20由上至下结构包括覆盖层(Capping Layer，CL)27自由层(Free Layer，FL)26、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)25、参考层(Reference Layer，RL)24、晶格隔断层(Crystal Breaking Layer，CBL)23、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)22与种子层(Seed Layer，SL)21。
如图1所示，所述反铁磁层22包括由下至上分别的设置有第一超晶格铁磁层(the1st Ferrimagnet Supper-Lattice Layer,1st FM-SL)221，反铁磁耦合层222与第二超晶格铁磁层(the2nd Ferrimagnet Supper-Lattice Layer,2nd FM-SL)224。第一铁磁超晶格层221，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；反铁磁耦合层222，设置于所述第一铁磁超晶格层221上，由可形成反铁磁耦合的金属材料形成；第二铁磁超晶格层225，设置于所述反铁磁耦合层222上，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；其中，所述反铁磁耦合层222结合所述第一铁磁超晶格层221与所述第二铁磁超晶格层223以进行铁磁超晶格层的反铁磁耦合，所述磁性隧道结20包括所述反铁磁层22与所述参考层24之间进行晶格转换和强铁磁耦合。
在具有垂直各向异性的磁性隧道结20中，自由层26的作用为存储信息，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”。在读取信息或者空置的时候，自由层26的磁化方向保持不变；在写的过程中，如果有与现有不同状态的信号输入的时候，那么自由层26的磁化方向将会在垂直方向上发生180度的翻转。磁性随机存储器的自由层26保持磁化方向不变的能力叫做数据保存能力(Data Retention)或者热稳定性(Thermal Stability)。数据保存能力可以用下面的公式进行计算：
其中，τ为在热扰动条件下磁化矢量不变的时间，τ0为尝试时间(一般为1ns)，E为自由层的能量壁垒，kB为玻尔兹曼常数，T为工作温度。
热稳定性因子(Thermal Stability factor)则可以表示为如下的公式：
其中，Keff为自由层的有效各向能量密度，V为自由层的体积，KV为体各向异性常数Ms为自由层饱和磁化率，Nz垂直方向的退磁化常数，t为自由层的厚度，Ki为界面各向异性常数，CD为磁性随机存储器的关键尺寸(即：自由层的直径)，As为刚度积分交换常数，k为自由层26翻转模式从磁畴翻转(即：Magnetization switching processed by“macro-spin”switching)到反向畴成核/长大(即：Magnetization switching processed bynucleation of a reversed domain and propagation of a domain wall)模式转变的临界尺寸。实验表明当自由层的厚度较厚时表现为面内各向异性，较薄时，表现为垂直各向异性，KV一般可以忽略不计，而退磁能对垂直各向异性的贡献为负值，因此垂直各向异性完全来自界面效应(Ki)。
在一些实施例中，热稳定性因子亦受到静磁场-特别是来自于参考层24的漏磁场(Stray Field)的影响，结合静磁场施加在自由层26上的磁化方向的不同，而产生增强或减弱作用。
在一些实施例中，铁磁超晶格层221和第二铁磁超晶格层223皆具有强烈垂直各向异性，反铁磁耦合层222主要材料为钌Ru，其协助实现两层铁磁超晶格层的反铁磁耦合，业界把这种反铁磁耦合叫RKKY(Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida)耦合。其中，反铁磁耦合层(SyAF)222单位面积的能量密度JRKKY为：
JRKKY＝MStHRKKY (3)
其中，HRKKY为RKKY反铁磁耦合场，HRKKY越大，合成反磁铁(SyAF)越稳定。在一些实施例中，HRKKY与反铁磁耦合层222，钌Ru的厚度具有强相关性，在0.3奈米至2.0奈米的范围内，具有两个HRKKY振荡峰。
在一些实施例中，通过晶格隔断层23，使得参考层24在退火后具有体心立方结构，并实现具有面心立方结构的第二铁磁超晶格层223和具有体心立方结构的参考层24的铁磁耦合。
由于反铁磁层22的存在，来自参考层24和合成反铁磁层22的漏磁场可以部分抵消，定量的，定义来自参考层24和合成反铁磁层22总的漏磁场为HStray：
其中，Hk eff为垂直有效各向异性场，Hk eff＝2(Keff/(μ0Ms))。进一步地，定义垂直于自由层26并且向上的磁化矢量为正，则垂直于自由层26向上的漏磁场为正。那么在自由层26和参考层24的磁化矢量在平行或反平行的情况下，其热稳定性因子可以分别表达为如下的方程式：
随着磁性自由层26的体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。写操作的临界电流Ic0和热稳定性强相关，其关系可以表达如下的公式：
其中，α为阻尼系数(damping constant)，为约化普朗克常数，η为自旋极化率。更进一步，在磁化平行和反平行的时候，临界电流可以分别表示为如下的表达式：
在这种情况下，可以通过漏磁场(Stray Field)的调控，来进一步地，对平行状态和反平行状态的磁性随机存储器的临界电流进行调控。
在一些实施例中，作为磁性随机存储器的核心存储单元的磁性隧道结20，还必须和CMOS工艺相兼容，必须能够承受在400℃条件下的长时间退火。
就上述得知，虽然双层超晶格铁磁层的设计令磁性隧道结具有相对更强的漏磁场调控能力，但较难以调降漏磁场对自由层26的影响，“去铁磁耦合”的情形仍常产生。
图2为本申请磁性随机存储器的磁性存储单元结构示意图，请同时参阅图1以利于理解。本申请提出的一种磁性隧道结结构，由上至下结构包括覆盖层27、自由层26、势垒层25、参考层24、晶格隔断层23、反铁磁层22与种子层21，其中，所述晶格隔断层23包括：垂直各向异性增强层(PMA-Enhanced Layer，PMA-EL)231，设置于所述反铁磁层22上，由高电负性并且具有面心晶体结构的过渡金属材料或金属氧化物构成；以及，晶格过渡层(CrystalTransfer Layer,CTL)232，设置于所述垂直各向异性增强层231上，由具有体心晶体结构的过渡金属形成；其中，所述垂直各向异性增强层231用以提供额外的界面各向异性来源，所述晶格过渡层232实现所述反铁磁层22与所述参考层24的晶格转换和强铁磁耦合。
在本申请的一实施例中，所述垂直各向异性增强层231的材料选自铱Ir、铂Pt、钯Pd、氧化镁MgO、氧化铝Al2O3、镁铝氧化物MgAlO、氧化锌ZnO或镁锌美化物MgZnO，其中，所述垂直各向异性增强层231的厚度为a，0<a≤1.0奈米。
在本申请的一实施例中，所述晶格过渡层232的材料选自镁Mg、铝Al、硅Si、镓Ga、钪Sc、钛Ti、钒V、铬Cr、铜Cu、锌Zn、锗Ge、锶Sr、钇Y、锆Zr、铌Nb、钼Mo、鎝Tc、钌Ru、铟In、锡Sn、锑Sb、铪Hf、钽Ta或钨W，其中，所述晶格过渡层232的厚度为b，0≤b≤0.5奈米。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁层22由下至上包括第一铁磁超晶格层221、反铁磁耦合层222与第二铁磁超晶格层223，其中，所述反铁磁耦合层222结合所述第一铁磁超晶格层221与所述第二铁磁超晶格层223进行反铁磁耦合。
在本申请的一实施例中，所述第一铁磁超晶格层221的材料选自[钴Co/铂Pt]n钴Co或[钴Co/钯Pd]n钴Co的多层结构，所述第二铁磁超晶格层223的材料选自钴Co[铂Pt/钴Co]m或钴Co[钯Pd/钴Co]m的多层结构，其中n>m≥0,0≤m≤3。
在本申请的一实施例中，钴Co、铂Pt或钯Pd的单层结构的厚度为0.1奈米至1.0奈米间；优选的，铂Pt或钯Pd的厚度为0.1奈米至0.4奈米间，钴Co的厚度为0.15奈米至0.70奈米间。而在一些实施例中，钴Co、铂Pt或钯Pd的单层结构的厚度为相同或相异。
在本申请的一实施例中，所述第二铁磁超晶格层225的材料被替代的采用单层钴Co，厚度为0.2奈米至1.2奈米间。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁耦合层222的材料为钌Ru，所述反铁磁耦合层222的厚度为0.3奈米至1.5奈米间，可以选择RKKY第一振荡峰，也可以选择RKKY第二振荡峰。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁耦合层222的材料为铱Ir，所述反铁磁耦合层222的厚度为0.3奈米至0.6奈米间，其对应为RKKY第一振荡峰。
在本申请的一实施例中，在经过磁场初始化后，所述参考层24的磁化矢量和所述第二铁磁超晶格层223的磁化矢量方向相同。
在本申请的一实施例中，第一铁磁超晶格层221在垂直方向上的饱和磁矩为MS1S1t1，第二铁磁超晶格层223在垂直方向上的饱和磁矩为MS2S2t2，参考层24在垂直方向上的饱和磁矩为MS3S3t3，通过改变每层材料的饱和磁化率(MS)和厚度(t)，来调控施加在自由层26之上的总的漏磁场(HStray)，从而达到进一步调控在磁化矢量平行和反平行状态下的热稳定因子，以及临界电流。以获得更好读、写和存储信息的能力。
在一些实施例中，第一铁磁超晶格层221，第二铁磁超晶格层223，参考层24的饱和磁矩(α)满足以下的关系式：
在一些实施例中，α≤100％，更优选的α≤80％，在这种情况下，对第二铁磁超晶格层225和参考层24进行减薄则变的异常重要。然而本申请中，垂直各向异性增强层231
与晶格过渡层232的设计，除提供额外界面异性来源，更实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层22到具有体心立方堆积参考层24之间的晶格转换和强铁磁耦合，有助于漏磁场(HStray)和写电流的调控与优化，非常有利于磁性随机存储器磁学、电学和良率的提升，以及器件的进一步缩微化。
在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结20的种子层21的材料为选自钛Ti，氮化钛TiN、钽Ta、氮化钽TaN、钨W、氮化钨WN、钌Ru、钯Pt、铬Cr、钴化铬CrCo、镍Ni、镍化铬CrNi、硼化钴CoB、硼化铁FeB、钴铁硼CoFeB等其中之一或及其组合。在一些实施例中，所述种子层21可选自钴铁硼CoFeB/钽Ta/铂Pt、钽Ta/钌Ru、钽Ta/铂Pt、钽Ta/铂Pt/钌Ru、钴铁硼CoFb/钽Ta/铂Pt/钌Ru等多层结构其中之一。在一些实施例中，种子层21可以结合非晶态结构的缓冲层(Buffer Layer，BL)结构。
在一些实施例中，所述磁性隧道结20的参考层24在反铁磁层22的铁磁耦合下，具有磁极化不变性。参考层24的材料为选自钴Co、铁Fe、镍Ni、铁化钴CoFe、硼化钴CoB、硼化铁FeB、钴铁碳CoFeC、钴铁硼CoFeB与钴铁硼碳CoFeBC其中之一或及其组合，所述参考层24的厚度为0.5奈米至1.5奈米间。
在一些实施例中，所述磁性隧道结20的势垒层25为非磁性金属氧化物形成，其厚度为0.6奈米至1.5奈米之间，所述非磁性金属氧化物包括氧化镁MgO、镁锌氧化物MgZnO、氧化锌ZnO、氧化铝Al2O3、氮化镁MgN、镁硼氧化物Mg3B2O6或镁铝氧化物MgAl2O4。优选的，可采用氧化镁MgO。
在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结20的自由层26具有可变磁极化的特性，所述自由层26的材料为选自硼化钴CoB、硼化铁FeB、钴铁硼CoFeB的单层结构，或是铁化钴CoFe/钴铁硼CoFeB、铁Fe/钴铁硼CoFeB的双层结构，或是铁硼FeB/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼CoFeB、钴铁硼CoFeB/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼的三层结构，或是铁/钴铁硼/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼、铁化钴/钴铁硼/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼的四层结构；所述自由层26的厚度为1.2奈米至3.0奈米间。
在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结20的覆盖层27的材料为选自(镁Mg，氧化镁MgO，氧化镁锌MgZnO，氧化镁硼MgBO或氧化镁铝MgAlO其中之一)/(钨W，钼Mo，镁Mg，铌Nb，钌Ru，铪Hf，钒V,铬Cr或铂Pt其中之一)的双层结构，或是氧化镁MgO/(钨W，钼Mo或铪Hf其中之一)/钌Ru的三层结构，或是氧化镁/铂/(钨，钼或铪其中之一)/钌的四层结构。在一些实施例中，选择氧化镁(MgO)能为自由层(FL)26提供了一个额外界面各向异性的来源，从而增加了热稳定。
在本申请的一实施例中，于所述磁性隧道结20进行退火工艺，其温度小于350℃，以使得所述参考层24及所述自由层26在氯化钠(NaCl)型面心立方晶体FCC(001)结构势垒层25的模板作用下，从非晶结构转变成体心立方堆积BCC(001)的晶体结构。
请同时参阅图2，在本申请的实施例中，一种磁性随机存储器，包括多个存储单元，储存单元包括如前所述磁性隧道结20结构中任一者，设置于所述磁性隧道结20结构上方的顶电极30，及设置于所述磁性隧道结20结构下方的底电极10。
在本申请的一实施例中，所述底电极10，磁性隧道结20及顶电极30皆使用物理气相沉积工艺完成。
本申请的磁性隧道结单元结构，通过结合垂直各向异性增强层与晶格过渡层的晶格转换多层设计，除能强化界面各向异性的特性，同时实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。
“在本申请的一实施例中”及“在各种实施例中”等用语被重复地使用。此用语通常不是指相同的实施例；但它也可以是指相同的实施例。“包含”、“具有”及“包括”等用词是同义词，除非其前后文意显示出其它意思。
以上所述，仅是本申请的具体实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以具体实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种磁性隧道结结构，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结由上至下结构包括覆盖层、自由层、势垒层、参考层、晶格隔断层、反铁磁层与种子层，其特征在于，所述晶格隔断层包括：
垂直各向异性增强层，设置于所述反铁磁层上，由高电负性并且具有面心晶体结构的过渡金属材料或金属氧化物构成；以及
晶格过渡层，设置于所述垂直各向异性增强层上，由具有体心晶体结构的过渡金属形成；
其中，
所述垂直各向异性增强层的材料选自铱、铂、钯、氧化镁、氧化铝、镁铝氧化物、氧化锌或镁锌美化物；
所述垂直各向异性增强层的厚度为a，0<a≤1.0奈米；
所述晶格过渡层的材料选自镁、铝、硅、镓、钪、钛、钒、铬、铜、锌、锗、锶、钇、锆、铌、锝、铟、锡、锑或铪；
所述晶格过渡层的厚度为b，0≤b≤0.5奈米；
所述反铁磁层由下至上包括第一铁磁超晶格层、反铁磁耦合层与第二铁磁超晶格层；
所述第一铁磁超晶格层的材料选自[[钴/钯]n钴的多层结构，所述第二铁磁超晶格层的材料选自钴[钯/钴]m的多层结构，其中n>m≥0,0≤m≤3；
所述反铁磁耦合层的材料为钌，所述反铁磁耦合层的厚度为0.3奈米至1.5奈米间，或者所述反铁磁耦合层的材料为铱，所述反铁磁耦合层的厚度为0.3奈米至0.6奈米间；
所述反铁磁耦合层结合所述第一铁磁超晶格层与所述第二铁磁超晶格层进行反铁磁耦合，所述垂直各向异性增强层用以提供额外的界面各向异性来源，所述垂直各向异性增强层与所述晶格过渡层之间形成多层晶格转换，以强化界面各向异性的特性，实现具有面心立方晶体结构的所述反铁磁层到具有体心立方堆积焙述参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合；
所述第一铁磁超晶格层在垂直方向上的饱和磁矩为MS1S1t1，所述第二铁磁超晶格层在垂直方向上的饱和磁矩为MS2S2t2，所述参考层在垂直方向上的饱和磁矩为MS3S3t3，通过改变每层材料的饱和磁化率(MS)和厚度(t)，来调控施加在所述自由层上的总的漏磁场(HStray)，以调控在磁化矢量平行和反平行状态下的热稳定因子，
所述第一铁磁超晶格层，所述第二铁磁超晶格层，所述参考层的饱和磁矩(α)满足以下的关系式：
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