[发明专利]MTJ器件

说明书

本发明提供一种MTJ器件，所述MTJ器件包括：依次层叠设置的固定层、绝缘势垒层和自由层，其中，所述固定层和所述自由层垂直磁化，所述自由层的厚度大于所述MTJ器件的直径，所述自由层包括层叠设置的第一自由层和第二自由层，所述第一自由层与所述绝缘势垒层接触，所述第二自由层位于所述第一自由层远离所述绝缘势垒层的一侧表面，所述第二自由层的磁阻尼系数小于0.002。本发明的MTJ器件具有较低的写入电流，可提升数据保存时间，同时可提升MRAM的存储密度。

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术领域，尤其涉及一种MTJ器件。

背景技术

自旋转移力矩磁性随机存储器(Spin Transfer Torque Magnetic RandomAccess Memory，简称STT-MRAM)是一种新型非易失存储器，其核心存储单元为MTJ器件。MTJ器件主要由固定层、绝缘势垒层和自由层组成，固定层的磁化方向保持不变，仅改变自由层的磁化方向使之与固定层处于平行或反平行，分别对应低电阻态(Rp)和高电阻态(Rap)，可以用来存储信息。

研究表明，垂直磁化的MTJ具有写可微缩性的优点，已被证实为开发STT-MRAM最合适的磁化构型。借助于磁性材料和非磁性材料界面处的垂直各向异性能来实现垂直磁化的MTJ，经过计算，当MTJ尺寸降低到10nm时，所需的垂直各向异性能在4mJ/m²左右，然而当前的最优材料体系CoFeB/MgO，即便利用双界面结构如MgO/CoFeB/MgO或MgO/CoFeB/HM，其中HM＝Mo、W、Hf等，垂直各向异性能也很难突破2.5mJ/m²。因此，借助于磁性材料和非磁性材料界面处的垂直各向异性能目前无法实现10nm以下超小直径的MTJ器件。

为保证MTJ器件微缩至10nm及以下尺寸，业界又提出了采用利用形状各向异性来获取垂直磁化的MTJ器件，以保证热稳定性。但是，随着MTJ器件尺寸的微缩，其临界翻转电流的密度急剧增大，并最终导致需要的写电流密度也随着尺寸降低显著增大。因此，如何降低超小直径MTJ器件的写电流又成为了急需解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种MTJ器件，能够降低超小直径MTJ器件的写入电流。

本发明提供一种MTJ器件，所述MTJ器件包括：依次层叠设置的固定层、绝缘势垒层和自由层，其中，所述固定层和所述自由层垂直磁化，所述自由层的厚度大于所述MTJ器件的直径，所述自由层包括层叠设置的第一自由层和第二自由层，所述第一自由层与所述绝缘势垒层接触，所述第二自由层位于所述第一自由层远离所述绝缘势垒层的一侧表面，所述第二自由层的磁阻尼系数小于0.002。

可选地，所述MTJ器件的直径小于30nm。

可选地，所述第一自由层的材料选自Co、Fe、Ni、CoB、FeB、NiB、CoFe、NiFe、CoNi和CoFeB中的一种。

可选地，所述第二自由层采用单一的磁性层结构，所述磁性层结构的材料选自Fe₂CoSi、Fe₂CoSiB、Co₂MnSi、Co₂MnGe、Fe₂Cr_(1-x)Co_xSi和Co_(2-x)Fe_(1+x)Si中的一种，其中x取值0.5-0.75之间。