CN204481054U - 一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件 - Google Patents
一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204481054U CN204481054U CN201520061039.4U CN201520061039U CN204481054U CN 204481054 U CN204481054 U CN 204481054U CN 201520061039 U CN201520061039 U CN 201520061039U CN 204481054 U CN204481054 U CN 204481054U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- magnetic memory
- rectilinear
- magnetic
- microminiaturized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 156
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 55
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910019230 CoFeSiB Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 58
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 28
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 16
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 claims description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 claims description 6
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000007737 ion beam deposition Methods 0.000 description 3
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 3
- -1 and wherein Substances 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N [O].[Ar] Chemical compound [O].[Ar] VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MEYZYGMYMLNUHJ-UHFFFAOYSA-N tunicamycin Natural products CC(C)CCCCCCCCCC=CC(=O)NC1C(O)C(O)C(CC(O)C2OC(C(O)C2O)N3C=CC(=O)NC3=O)OC1OC4OC(CO)C(O)C(O)C4NC(=O)C MEYZYGMYMLNUHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
本实用新型提供一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件，包括：磁参考层、磁记忆层、隧道势垒层、晶格优化层；其中，磁参考层的磁化方向不变且磁各向异性垂直于层表面；磁记忆层的磁化方向可变且磁各向异性垂直于层表面，隧道势垒层位于磁记忆层与磁参考层之间，晶格优化层与磁记忆层相邻；磁记忆层包括第一磁记忆层和第二磁记忆辅助层，第一磁记忆层为Co合金材料，所述Co合金材料为CoFeB、CoB或CoFeSiB，第二磁记忆辅助层为BaTiO3、PbTiO3或ZrTiO3。该微型化垂直式各向异性磁电阻元件，能够减小阻尼系数、增大电流自旋极化率、减小面积，进一步减小写电流，从而实现磁存储的微型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及信息存储器件技术领域，具体而言，涉及一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件。
背景技术
磁阻内存的设计并不复杂，但是对材料的要求比较高，对于一般的材料而言，它是比较微弱的一种效应，其磁场变化带来的电阻变化并不显著，用三极管很难判断出来本来就很微小的电流变化。磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunneling Junction)是由绝缘体或磁性材料构成的磁性多层膜，它在横跨绝缘层的电压作用下,其隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层磁化强度的相对取向，当此相对取向在外磁场的作用下发生改变时,可观测到大的隧穿磁电阻(TMR)。人们利用MTJ的特性做成的磁性随机存取记忆体，即为非挥发性的磁性随机存储器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)。MRAM是一种新型固态非易失性记忆体，它有着高速读写、大容量、低功耗的特性。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有磁性记忆层，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；隧道势垒层为绝缘层；磁性参考层位于绝缘层的另一侧，它的磁化方向是不变的。
自旋转移力矩(STT，Spin Transfer Torque)可以用于磁电阻元件的写操作，即自旋极化的电流通过磁电阻元件时，可以通过STT改变记忆层的磁化方向。当记忆层的磁性物体体积变小时，所需的极化电流也会同样变小，这样就可以同时达到小型化与低电流。
垂直式磁性隧道结(PMTJ，Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions)即磁矩垂直于衬底表面的磁性隧道结，在这种结构中，由于两个磁性层的磁晶各向异性比较强(不考虑形状各向异性)，使得其易磁化方向都垂直于层表面。在同样的条件下，器件的尺寸可以做得比平面式磁性隧道结(即易磁化方向在面内的)器件更小，易磁化方向的磁极化误差可以做的很小。因此，如果能够找到具体有更大的磁晶各向异性的材料的话，可以在保持热稳定性的同时，满足使得器件小型化与低电流要求。
现有技术得到高的磁电阻(MR)率的方法为：在非晶态磁性膜的表面形成一层晶化加速膜。当此层膜形成后，晶化开始从隧道势垒层一侧开始形成，这样使得隧道势垒层的表面与磁性表面形成匹配，这样就可以得到高MR率。然而，这种技术和结构在后续的工艺中对非晶态的CoFeB进行退火时，基础层的晶格无法与CoFe的晶体形成良好的匹配，使得CoFe晶体无法在垂直方向产生强调的磁各向异性，导致得到的MR率较低，并且热稳定性较差。
中国专利200810215231.9(日本优先权)公开了一种磁阻元件，包含：基底层,其由具有NaCl构造、并且取向于(001)面的氮化物构成；第一磁性层，其被设置在上述基底层上,且具有垂直于膜面的方向的磁各向异性,并且由具有L10构造、并且取向于(001)面的铁磁性合金构成；非磁性层，其被设置在上述第一磁性层上；以及第二磁性层，其被设置在上述非磁性层(16)上，并且具有垂直于膜面的方向的磁各向异性。该技术方案利用L10构型可以实现较高的磁电阻比，但制造成本高，难以实现器件小型化与低电流。
中国专利201210097760.X(日本优先权)公开一种磁阻元件和磁存储器，包括：存储层，其具有垂直且可变的磁化；参考层，其具有垂直且恒定的磁化；偏移调整层，其具有沿与所述参考层的磁化相反的方向的垂直且恒定的磁化；第一非磁性层，其在所述存储层与所述参考层之间；以及第二非磁性层，其在所述参考层与所述偏移调整层之间。该技术方案解决了存储层的磁滞曲线的偏移问题，但也未解决使得器件小型化与低电流的问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件，通过减小阻尼系数、增大电流自旋极化率、保持垂直各向异性、减小面积，减小写电流，从而实现磁存储的微型化。
本实用新型的技术方案是：
一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件，包括：磁参考层、磁记忆层、隧道势垒层、晶格优化层；所述磁参考层的磁化方向不变，且所述磁参考层的磁各向异性垂直于层表面；所述磁记忆层的磁化方向可变，且所述磁记忆层的磁各向异性垂直于层表面；所述隧道势垒层位于所述磁记忆层与所述磁参考层之间；所述晶格优化层与所述磁记忆层相邻；所述磁记忆层包括第一磁记忆层和第二磁记忆辅助层，所述第一磁记忆层和第二磁记忆辅助层为一层或多层且呈交替结构；所述第一磁记忆层为Co合金材料；所述Co合金材料为CoFeB、CoB、CoFeSiB中的一种或多种；所述第二磁记忆辅助层为BaTiO3、PbTiO3和ZrTiO3中的一种。
所述微型化垂直式各向异性磁电阻元件，所述第二磁记忆辅助层还可为掺杂了金属离子的BaTiO3、PbTiO3和ZrTiO3中的一种，所掺杂的金属离子为Nd3+，Ca2+，Sr2+，La3+，Sn4+，Zr4+，Mg2+，Co3+，Nb5+，Mn4+中的一种或多种。
所述微型化垂直式各向异性磁电阻元件，所述第二磁记忆辅助层还可以为Bi2ME0.1V0.9O5.5、Bi2VO5.5、Bi4Ti3O12、BiFeO3中的一种或多种。
所述第一磁记忆层的厚度为0.2-20nm，第二磁记忆辅助层的厚度0.5-6nm。
所述微型化垂直式各向异性磁电阻元件还包括：基础层和顶电极，所述基础层与晶格优化层相邻，所述顶电极与所述磁参考层相邻。
进一步，所述隧道势垒层由MgO、MgN、ZnO的一种或多种形成。
所述晶格优化层的(100)晶面平行于基面，且所述晶格优化层的[110]晶格方向的晶格常数大于bcc相Co的[100]晶格方向的晶格常数。
所述晶格优化层由单层的NaCl晶格结构的氧化物XO、氮化物XN或氯化物XCl构成；其中，所述X元素为金属元素Mg、Zn、Ca、Na、Li、Cd、In、Sn、Cu、Ag中的任意一种；
或，所述晶格优化层由单层的NaCl晶格结构的金属复合氧化物XYO、金属复合氮化物XYN或金属复合氯化物XYCl构成；其中，X元素为金属元素Mg、Na、Ag、Cu中的任意一种，Y元素为金属元素Zn、Cd、In、Sn中的任意一种；
或，所述晶格优化层由双层或多层的NaCl晶格结构的氧化物、氮化物或氯化物构成；其中，所述晶格优化层的与所述磁记忆层相邻的部分为金属氧化物MgO、MgN、CaO、ZnO、CaN、MgZnO、CdO、CdN、MgCdO、CdZnO中的一种或多种。
进一步，所述晶格优化层由NaCl晶格结构的氧化物、氮化物或氯化物的交替多层结构与一层bcc结构的插入层构成，所述晶格优化层的与所述磁记忆层相邻的部分为由NaCl晶格结构的MgO、MgN、CaO、ZnO、CaN、MgZnO、CdO、CdN、MgCdO、CdZnO中的任意一种或多种构成，所述插入层为Fe层或含Fe的CoFe层。
进一步，所述Co合金材料为B的摩尔分数含量在5％-35％之间的CoFeB、CoB或CoFeSiB。
优选地，所述Co合金材料为B的摩尔分数含量为20％的CoFeB、CoB或CoFeSiB。
一定B摩尔分数含量的CoFeB、CoB或CoFeSiB是本领域工艺技术中常用的靶材。
进一步，所述晶格优化层中的NaCl晶格结构在[110]晶格方向的晶格常数与bcc结构的Co在[100]晶格方向的晶格参数的晶格失配在3％与18％之间。
进一步，所述晶格优化层由物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积法、离子束沉积沉法中的一种沉积而成。
进一步，所述晶格优化层的与所述磁记忆层相邻的部分沉积形成后，对所述晶格优化层进行氧化过程；所述氧化过程所用的气体为氧与氩气的混合气体，其中，氧指氧分子、自由基氧或离子化氧。
进一步，所述微型化垂直式各向异性磁电阻元件在高温中进行退火，使所述磁记忆层形成bcc结构的CoFe或Co颗粒晶体；在所述NaCl晶格结构的晶格优化层一侧，所述磁记忆层的(100)晶面平行于基底并且面内膨胀、面外收缩。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，能够减小阻尼系数、增大电流自旋极化率、保持垂直各向异性、减小面积，进一步减小写电流，从而实现磁存储的微型化。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的微型化垂直式各向异性磁电阻元件的结构示意图；
图2是本实用新型实施例3的微型化垂直式各向异性磁电阻元件的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
实施例1
图1为本实用新型实施例1的微型化垂直式各向异性磁电阻元件的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例1的微型化垂直式各向异性磁电阻元件包括：依次叠层设置的基础层1、晶格优化层2、磁记忆层3、隧道势垒层4、磁参考层5和顶电极6。垂直自旋磁矩转移MRAM单元可以包括本实用新型实施例1的垂直磁电阻元件，垂直磁电阻元件包括：上下两层电极(顶电极和底电极)、能够提供双向极化电流的写电路、连接垂直磁电阻元件与写电路的选择晶体管。
如图1所示，磁参考层5的磁化方向不变，且磁参考层5的磁各向异性垂直于层表面，磁记忆层3的磁化方向可变，且磁记忆层3的磁各向异性垂直于层表面，隧道势垒层4位于磁记忆层3与磁参考层5之间，晶格优化层2与磁记忆层3相邻；磁记忆层3包括第一磁记忆层31和第二磁记忆辅助层32，第一磁记忆层31和第二磁记忆辅助层32为一层或多层且呈交替结构。
图1所示的磁参考层5为单轴磁各向异性的铁磁性材料，其单轴磁晶取向与易磁化方向都垂直于层表面，所以磁参考层5的磁化方向是不变的，所述磁参考层5的磁各向异性垂直于层表面。磁参考层5的垂直磁性各向异性能量充分大于磁记忆层3的垂直磁性各向异性能量，这样当自旋极化电流通过MTJ时，只能改变能量较低的磁记忆层的磁化方向。
图1所示，磁记忆层3包括第一磁记忆层31和第二磁记忆辅助层32，第一磁记忆层31为Co合金材料；所述Co合金材料为CoFeB、CoB、CoFeSiB、Y3Fe5O12中的一种，其中，B的摩尔分数含量在5％-35％之间。在本实用新型的实施例1中，第二磁记忆辅助层32为BaTiO3、PbTiO3和ZrTiO3中的一种，第一磁记忆层31的厚度为20nm，第二磁记忆辅助层32的厚度为2nm。第一磁记忆层31和第二磁记忆辅助层32耦合，能够快增加磁感应的灵敏度，实现快速高效地注入极化电子，实现快速存储，同时还可减小写电流，提高微细化程度，实现大存储容量化的微型化。
图1所示，隧道势垒层4为非磁性的绝缘材料，如某些金属氧化物或者氮化物，优选为MgO、MgN、ZnO的一种或多种，隧道势垒层4位于所述磁记忆层3与所述磁参考层5之间。
图1所示，晶格优化层2为NaCl晶格结构。所述晶格优化层2的(100)晶面平行于基面(基础层水平面)，且所述晶格优化层2的[110]晶格方向的晶格常数大于bcc(体心立方晶格，Body Center Cubic)相Co的[100]晶格方向的晶格常数。晶格优化层2用于提供或增强磁记忆层2的磁各向异性。晶格优化层2的材料选用会影响到磁记忆层3的阻尼系数，即自旋泵效应，可以通过降低此效应来减小磁记忆层3的阻尼系数。晶格优化层2一般为NaCl晶格结构的氧化物、氮化物或氯化物。在本实施例1中，晶格优化层2具体由单层的NaCl晶格结构的氧化物XO、氮化物XN或氯化物XCl构成；其中，所述X元素为金属元素Mg、Zn、Ca、Na、Li、Cd、In、Sn、Cu、Ag中的任意一种。
基础层1，位于晶格优化层2的一侧，与磁记忆层3处于相对位置。基础层1可以为Ta、Cu或Ta中的一种或多种，层厚约为20nm。
作为垂直磁电阻元件还可以包括：上下两层电极(顶电极和底电极)，在制备过程中,为保护有源层的薄膜形态避免损伤,绝大多数的器件采用倒装结构。其中，源、漏电极可用底接触或顶接触，底接触的叫底电极，顶接触的叫顶电极。如图1所示的实施例1中包括顶电极6。
具体地，所述晶格优化层2中的NaCl晶格结构在[110]晶格方向的晶格常数与bcc结构的Co在[100]晶格方向的晶格参数的晶格失配在3％与18％之间。
具体地，所述晶格优化层2可以由物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)、化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD，Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition)、离子束沉积法(IBD，Ion Beam Deposition)等方法中一种沉积而成。
具体地，所述晶格优化层2的与所述磁记忆层3相邻的部分沉积形成后，对所述晶格优化层2进行氧化过程；所述氧化过程所用的气体为氧与氩气的混合气体，其中，氧指氧分子、自由基氧或离子化氧。
具体地，本实用新型实施例的微型化垂直式各向异性磁电阻元件在高温中进行退火，使所述磁记忆层3形成bcc结构的CoFe或Co颗粒晶体；在所述NaCl晶格结构的晶格优化层2一侧，所述磁记忆层3的(100)晶面平行于基底并且面内膨胀、面外收缩，可以使得磁记忆层3形成垂直各向异性以及垂直磁化取向。
实施例2
本实用新型实施例2的微型化垂直式各向异性磁电阻元件与本实用新型实施例1的技术方案基本相同，参考图1，其不同之处在于：晶格优化层2由单层的NaCl晶格结构的金属复合氧化物XYO、金属复合氮化物XYN或金属复合氯化物XYCl构成；其中，X元素为金属元素Mg、Na、Ag、Cu中的任意一种，Y元素为金属元素Zn、Cd、In、Sn中的任意一种。第一磁记忆层31的厚度为0.2nm；第二磁记忆辅助层32的厚度为0.12nm，且第二磁记忆辅助层32为掺杂金属离子的BaTiO3、PbTiO3和ZrTiO3层，所掺杂的金属离子为Nd3+，Ca2+，Sr2+，La3+，Sn4+，Zr4+，Mg2+，Co3+，Nb5+，Mn4+中的一种或多种。
优选地，晶格优化层2为NaCl晶格结构的MgZnO。MgZnO材料的晶格优化层2的电阻比较大，可以在Mg、Zn共溅射之后，利用表面氧化处理的方法来降低它的电阻，采用的混合气体为氧(可为氧分子、自由基氧、离子化氧)与氩气的混合气体。相对于直接溅射MgZnO靶材的方法，或在氧气氩气中共溅射Mg、Zn的方法，该方法得到的MgZnO在接近基础层的部分有着更低的氧含量。
以一个MTJ元件为例，磁参考层5为层厚约10nm的TbCoFe或2nm的CoFeB；隧道势垒层4为层厚约1nm的MgO；磁记忆层3为层厚约1.2nm的CoFeB；晶格优化层2为层厚约0.8nm的MgZnO；基础层为层厚约20nm的Ta、Cu或Ta。其中，第一磁记忆层31中的CoFeB的沉积态为非晶结构。而晶格优化层2的MgZnO沉积为NACL晶体结构，并且(100)晶面平行于基面。MgZnO晶体中，金属原子与氧原子各自分别形成一套fcc(Face Center Cubic/Face-Centered Cubic，面心立方晶格)子晶格，它们之间的位移为[100]晶向一半的晶格常数。它在[110]方向的晶格常数在2.98至3.02埃米之间，此值略大于bcc相CoFe在[100]晶向的晶格常数，两者之间产生的晶格失配在4％至7％之间。经过250摄氏度的退火，非晶CoFeB形成bcc相的CoFe晶体颗粒，它的(100)晶面平行于晶格优化层表面，并且有面内膨胀，面外收缩的特性，因此在记忆层中形成垂直方向的磁化强度。
实施例3
本实用新型实施例3的微型化垂直式各向异性磁电阻元件与本实用新型实施例1的技术方案基本相同，其不同之处在于：
所述晶格优化层2的与所述磁记忆层相邻的部分(即第一磁记忆层31)为NaCl晶格结构，且由双层或多层的NaCl晶格结构的氧化物、氮化物或氯化物构成；其中，所述晶格优化层的与所述磁记忆层相邻的部分为金属氧化物MgO、MgN、CaO、ZnO、CaN、MgZnO、CdO、CdN、MgCdO、CdZnO中的一种或多种。所述第二磁记忆辅助层32为Bi2ME0.1V0.9O5.5、Bi2VO5.5、Bi4Ti3O12、BiFeO3中的一种或多种。第一磁记忆层的厚度为16nm，第二磁记忆辅助层的厚度为0.82nm。
图2为本实用新型实施例3的微型化垂直式各向异性磁电阻元件的结构示意图，如图2所示，晶格优化层2分为第一层结构21和第二层结构22。第一层结构21紧贴基础层1，第二层结构22紧贴第一磁记忆层31。
第一层结构21采用MgO，为稳定NaCl晶格结构。
第二层结构22采用ZnO，ZnO一般为六角结构，但以NaCl晶体结构的MgO的(100)面作为外延面生长时，ZnO可以形成NaCl结构。在[100]方向上ZnO与bcc CoFe的晶格失配要稍大于MgO与bcc CoFe之间的晶格失配，这样可以在记忆层里得到更强的垂直各向异性，同时整个MRAM结构的热稳定性也得到提高。
实施例4
本实用新型实施例4的微型化垂直式各向异性磁电阻元件与本实用新型实施例1的技术方案基本相同，其不同之处在于：
所述晶格优化层2的与所述磁记忆层3相邻的部分为NaCl晶格结构；所述晶格优化层由NaCl晶格结构的氧化物、氮化物或氯化物的交替多层结构与交替多层结构之间的一层bcc结构的插入层构成，所述晶格优化层的与所述磁记忆层相邻的部分为由NaCl晶格结构的MgO、MgN、CaO、ZnO、CaN、MgZnO、CdO、CdN、MgCdO、CdZnO中的任意一种或多种构成，所述插入层为Fe层或含Fe的CoFe层。优选地，插入层层厚约1.0nm。
上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (14)
1.一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件，包括：磁参考层、磁记忆层、隧道势垒层、晶格优化层；所述磁参考层的磁化方向不变，且所述磁参考层的磁各向异性垂直于层表面；所述磁记忆层的磁化方向可变，且所述磁记忆层的磁各向异性垂直于层表面；所述隧道势垒层位于所述磁记忆层与所述磁参考层之间；所述晶格优化层与所述磁记忆层相邻；所述磁记忆层包括第一磁记忆层和第二磁记忆辅助层，第一磁记忆层和第二磁记忆辅助层为一层或多层且呈交替结构；所述第一磁记忆层为Co合金材料；所述Co合金材料为CoFeB、CoB或CoFeSiB；所述第二磁记忆辅助层为BaTiO3、PbTiO3和ZrTiO3中的一种。
2.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：还包括基础层和顶电极，所述基础层与所述晶格优化层相邻，所述顶电极与所述磁参考层相邻。
3.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述第二磁记忆辅助层为掺杂了金属离子的BaTiO3、PbTiO3和ZrTiO3中的一种，掺杂的金属离子为Nd3+，Ca2+，Sr2+，La3+，Sn4+，Zr4+，Mg2+，Co3+，Nb5+或Mn4+。
4.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述第二磁记忆辅助层为Bi2ME0.1V0.9O5.5、Bi2VO5.5、Bi4Ti3O12或BiFeO3。
5.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述第一磁记忆层的厚度为0.2-20nm。
6.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所第二磁记忆辅助层的厚度为0.5-6nm。
7.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述隧道势垒层由MgO、MgN或ZnO形成。
8.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述晶格优化层由单层的NaCl晶格结构的氧化物XO、氮化物XN或氯化物XCl构成；其中，所述X元素为金属元素Mg、Zn、Ca、Na、Li、Cd、In、Sn、Cu、Ag中的任意一种。
9.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述晶格优化层由单层的NaCl晶格结构的金属复合氧化物XYO、金属复合氮化物XYN或金属复合氯化物XYCl构成；其中，X元素为金属元素Mg、Na、Ag、Cu中的任意一种，Y元素为金属元素Zn、Cd、In、Sn中的任意一种。
10.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述晶格优化层由双层或多层的NaCl晶格结构的氧化物、氮化物或氯化物构成；其中，所述晶格优化层的与所述磁记忆层相邻的部分为金属氧化物MgO、MgN、CaO、CaN、MgZnO、CdO、ZnO、CdN、MgCdO或CdZnO。
11.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述晶格优化层由NaCl晶格结构的氧化物、氮化物或氯化物的交替多层结构与一层bcc结构的插入层构成，所述晶格优化层的与所述磁记忆层相邻的部分为由NaCl晶格结构的MgO、MgN、CaO、ZnO、CaN、MgZnO、CdO、CdN、MgCdO或CdZnO构成，所述插入层为Fe层或CoFe层。
12.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述Co合金材料为B的摩尔分数含量在5％-35％之间的CoFeB、CoB或CoFeSiB。
13.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：所述Co合金材料为B的摩尔分数含量为20％的CoFeB、CoB或CoFeSiB。
14.如权利要求1所述的微型化垂直式各向异性磁电阻元件，其特征在于：在所述NaCl晶格结构的所述晶格优化层一侧，所述磁记忆层的(100)晶面平行于基底并且面内膨胀、面外收缩。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520061039.4U CN204481054U (zh) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520061039.4U CN204481054U (zh) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204481054U true CN204481054U (zh) | 2015-07-15 |
Family
ID=53636830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520061039.4U Active CN204481054U (zh) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204481054U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107369759A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种垂直型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN107369467A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种面内型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN107369758A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种垂直型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN113346006A (zh) * | 2020-03-02 | 2021-09-03 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 磁性隧道结结构及其磁性随机存储器 |
-
2015
- 2015-01-28 CN CN201520061039.4U patent/CN204481054U/zh active Active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107369759A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种垂直型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN107369467A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种面内型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN107369758A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种垂直型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN107369467B (zh) * | 2016-05-11 | 2020-11-03 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种面内型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN107369758B (zh) * | 2016-05-11 | 2021-02-09 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种垂直型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN107369759B (zh) * | 2016-05-11 | 2021-02-09 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种垂直型磁性随机存储器及其读写方法 |
| CN113346006A (zh) * | 2020-03-02 | 2021-09-03 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 磁性隧道结结构及其磁性随机存储器 |
| CN113346006B (zh) * | 2020-03-02 | 2023-03-21 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 磁性隧道结结构及其磁性随机存储器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11107977B2 (en) | Seed layer for multilayer magnetic materials | |
| US11930717B2 (en) | Minimal thickness synthetic antiferromagnetic (SAF) structure with perpendicular magnetic anisotropy for STT-MRAM | |
| US9287323B2 (en) | Perpendicular magnetoresistive elements | |
| US8962348B2 (en) | Co/Ni multilayers with improved out-of-plane anisotropy for magnetic device applications | |
| US10953319B2 (en) | Spin transfer MRAM element having a voltage bias control | |
| EP2673807B1 (en) | Magnetic element with improved out-of-plane anisotropy for spintronic applications | |
| CN109755382B (zh) | 一种垂直磁电阻元件的顶覆盖层及其制作方法 | |
| KR102198034B1 (ko) | 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템 | |
| US9368176B2 (en) | Scalable magnetoresistive element | |
| US20140203383A1 (en) | Perpendicular magnetoresistive memory element | |
| EP2820680A1 (en) | Engineered magnetic layer with improved perpendicular anisotropy using glassing agents for spintronic applications | |
| WO2014011950A1 (en) | Engineered magnetic layer with improved perpendicular anisotropy using glassing agents for spintronic applications | |
| US20220238799A1 (en) | Magnetoresistive element having a composite recording structure | |
| CN204481054U (zh) | 一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件 | |
| US10672977B2 (en) | Perpendicular magnetoresistive elements | |
| CN104868052A (zh) | 一种可调的垂直式磁电阻元件 | |
| CN104733606B (zh) | 一种具有双层优化层的磁电阻元件 | |
| US11043631B2 (en) | Perpendicular magnetoresistive elements | |
| US20160260890A1 (en) | Novel perpendicular magnetoresistive elements | |
| CN111816760A (zh) | 一种磁性随机存储器磁性存储单元及其形成方法 | |
| CN204481053U (zh) | 一种垂直式磁电阻元件 | |
| CN204516804U (zh) | 一种具有单层优化层的磁电阻元件 | |
| US20220246836A1 (en) | Composite recording structure for an improved write profermance | |
| CN204481056U (zh) | 一种具有双层辅助层的磁电阻元件 | |
| CN104766923B (zh) | 一种三层结构记忆层的磁电阻元件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |