[发明专利]一种磁性随机存储器存储单元及磁性随机存储器

权利要求书

1.一种具有双层自由层的磁性随机存储器存储单元，包括由下往上设置的参考层、势垒层、第一自由层、覆盖层，其特征在于，在所述第一自由层上方设置一第二自由层，以及第二自由层下方一的垂直磁耦合层，和第二自由层上方的一磁阻尼阻挡层；

所述第二自由层具有比第一自由层较弱的磁化强度矢量但较强的垂直磁各向异性，第二自由层的总厚度为0.5-3.0nm；

所述垂直磁耦合层对第一、第二自由层提供额外的垂直界面各项异性来源，并用于实现第一自由层与第二自由层的强磁性耦合，使得第二自由层中的磁化矢量始终平行于第一自由层中的磁化矢量；

所述阻尼阻挡层提供一个垂直界面各向异性予第二自由层的磁化矢量，并减少整个膜层的磁阻尼系数。

2.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述垂直磁耦合层为MgO、ZrO2、ZnO、Al2O3、GaO、Y2O3、SrO、Sc2O3、TiO2、HfO2、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、CrO3、MoO3、WO3、RuO2、OsO2、TcO、ReO、RhO、IrO、SnO、SbO、MgZnO、MgBO、MgTiO、MgHfO、MgVO、MgNbO、MgTaO、MgCrO、MgMoO、MgWO、MgRuO、MgRhO、MgIrO、MgSnO、MgSbO、MgCoO、MgCoFeO、MgAlO或它们的组合物，所述垂直磁耦合层厚度为0.3nm～1.5nm。

3.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述磁阻尼阻挡层为Mg、Zr、Zn、Al、Ga、Y、Sr、Sc、Ti、V、Nb、Cr、Os、Tc、Re、Rh、Ir、Sn、Sb、MgO、ZrO2、ZnO、Al2O3、GaO、Y2O3、SrO、Sc2O3、TiO2、HfO2、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、CrO3、MoO3、WO3、RuO2、OsO2、TcO、ReO、RhO、IrO、SnO、SbO、MgZnO、MgBO、MgTiO、MgHfO、MgVO、MgNbO、MgTaO、MgCrO、MgMoO、MgWO、MgRuO、MgRhO、MgIrO、MgSnO、MgSbO、MgCoO、MgCoFeO、MgAlO或它们的组合物，所述磁阻尼阻挡层厚度为0.5nm～3.0nm。

4.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述第二自由层为FeB_xM_y、CoB_xM_y、CoFeB_xM_y、CoFeC_xM_y、CoFeSi_xM_y、CoFeAl_xM_y等所制成，B、C、Si或Al的原子百分比x为10％-30％，M为Mo、W、Ta、Hf、Pt、Pd、Nb或它们的组合物，M的原子百分比y为0％-10％。

5.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述第二自由层为CoFeB/M/CoFeB结构所制成，M为W、Mo、V、Nb、Cr、Hf、Ti、Zr、Ta、Sc、Y、Zn、Ru、Os、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt或它们的组合物，M的厚度为0.1-0.6nm。

6.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述第二自由层为Co/M/Co、CoFeB/M/Co、Co/M/CoFeB、CoFeB/M/CoFeB结构所制成，M为Pt、Pd，M的厚度为0.1nm～0.5nm。

7.根据权利要求1所述的磁性随机存储器存储单元，其特征在于，所述势垒层由非磁性金属氧化物制成，所述非磁性金属氧化物為MgO、MgZnO、MgBO、MgAlO或它们组合。