[实用新型]一种微型化垂直式各向异性磁电阻元件

说明书

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：