數(shù)納秒內(nèi)完成，以實現(xiàn)其高速讀/寫功能。同時，在這里讀操作高速化并無大的障礙。
[0081](5)具備良好的系統(tǒng)及工藝兼容性。STT-MRAM適用于兼容并取代S0C內(nèi)的存儲器元件，諸如ROM和DRAM存儲器等，以節(jié)省空間，提高的存儲器集成度，降低功耗，提高性能及功效。
[0082](6)良好的數(shù)據(jù)信息保持期(data retent1n)和寫周期的優(yōu)異耐久性(endurance)。按一般設計，記錄的數(shù)據(jù)信息可保持長達10年之久。耐久性可高達1016寫周期。
[0083]本發(fā)明采用的優(yōu)化設計使存儲器元件具有良好的熱穩(wěn)定性；它保證數(shù)據(jù)信息保持期。而且，根據(jù)調(diào)節(jié)磁自由層的設計參數(shù)和工藝，熱穩(wěn)定性是可調(diào)的。寫周期的耐久性取決于MTJ磁隧道結(jié)元件的薄膜絕緣層或隧穿勢皇層的安定性。按設計指標應能達到1016寫周期。
[0084]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種磁性元件，用于連接半導體晶體管電路的連接部分；其特征在于，所述該磁性元件包括: 磁固定層； 非磁性隔離層； 磁自由層，具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，該磁性垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能，非磁性隔離層位于位于磁固定層和自由層之間；和 覆蓋層，用于連接所述磁自由層和所述連接部分； 當寫電流通過所述磁性元件時，該磁隧道結(jié)的構(gòu)造使其磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩(wěn)定的磁性狀態(tài)之間切換或開關(guān)。2.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述非磁性隔離層為隧穿勢皇層。3.如權(quán)利要求1-2任一項所述的磁性元件，其特征在于，所述磁自由層和所述固定層中，至少兩者之一包含多層膜結(jié)構(gòu)。4.如權(quán)利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述磁自由層還包括: 具有多層膜構(gòu)造的鐵磁層；和 至少一層覆蓋層，數(shù)層的鐵磁層與至少一層的中間層或覆蓋層交錯而成的多層鐵磁層形成磁自由層的邊緣界面，調(diào)節(jié)中間層或覆蓋層結(jié)構(gòu)使得多層鐵磁層之間的磁耦合為鐵磁或反鐵磁耦合。5.如權(quán)利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述磁固定層還包括: 具有多層膜構(gòu)造的鐵磁層；和 至少一層覆蓋層，數(shù)層的鐵磁層與至少一層的中間層或覆蓋層交錯而成的多層鐵磁層形成磁自由層的邊緣界面，調(diào)節(jié)中間層或覆蓋層結(jié)構(gòu)使得多層鐵磁層之間的磁耦合為反鐵磁親合。6.如權(quán)利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述磁自由層和所述磁固定層至少包括過渡金屬Co，F(xiàn)e,或Ni，或它們的二元結(jié)晶合金，或三元結(jié)晶合金，或由硼或其他非晶形成合金元素加入而形成的無定形非晶合金。7.如權(quán)利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述磁自由層和所述磁固定層還包括磁性休斯勒合金或亞鐵磁性合金。8.如權(quán)利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述中間層和覆蓋層至少包括非磁性金屬Ru，Rh，鉭，鈦，鋯，鉿，Cu，Ag，Au，Pt，Pd，Cr，Mg, Al, Si,或它們之間的合金，多層膜，氧化物或及氮氧化物。9.一種磁性元件，用于連接半導體晶體管電路的連接部分；其特征在于，所述磁性元件包括: 磁固定層， 隧穿勢皇層，包括MgO結(jié)晶層； 磁自由層，具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，該磁性垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能，隧道勢皇層位于位于磁固定層和自由層之間，以及 覆蓋層，用于連接所述磁自由層和所述連接部分； 當寫電流通過該磁性元件時，該磁隧道結(jié)的構(gòu)造使其磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩(wěn)定的磁性狀態(tài)之間切換或開關(guān)。10.一種磁性元件，用于連接半導體晶體管電路的連接部分；其特征在于，所述磁性元件包括: 磁固定層， 隧穿勢皇層，包括MgO結(jié)晶層； 磁自由層，具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，但是該磁性垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能，隧道勢皇層位于位于磁固定層和自由層之間； 中間層，在磁自由層中誘導或產(chǎn)生部分垂直磁各向異性，與磁自由層和覆蓋層相鄰；以及 覆蓋層，用于連接中間層和所述連接部分； 當寫電流通過該磁性元件時，該磁隧道結(jié)的構(gòu)造使其磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩(wěn)定的磁性狀態(tài)之間切換或開關(guān)。11.如權(quán)利要求10所述的磁性元件，其特征在于，所述中間層至少還包括非磁性金屬Ru, Rh，鉭，鈦，鋯，鉿，Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Cr, Mg, Al，Si，或它們之間的合金，多層膜，氧化物或及氮氧化物。12.如權(quán)利要求10所述的磁性元件，其特征在于，所述中間層至少還包括具有內(nèi)在磁垂直磁各向異性的鐵磁性層，磁性多層膜，氧化物或及氮氧化物。13.如權(quán)利要求10所述的磁性元件，其特征在于，所述磁自由層是非晶態(tài)CoFeB磁性合金層。14.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述中間層還包括金屬Ta或Ta/Ru的多層膜。15.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述中間層為氧化鎂氧化層。16.一種磁性元件，用于連接半導體晶體管電路的連接部分；其特征在于，所述磁性元件包括: 第一磁固定層； 第一非磁性隔離層，它是隧穿勢皇層包括MgO結(jié)晶層； 磁自由層，具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，該磁性垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能，隧道勢皇層位于位于磁固定層和自由層之間； 第二非磁性隔離層； 第二磁固定層；以及 覆蓋層，用于連接所述第二磁固定層和所述連接部分； 當寫電流通過該磁性元件時，該磁隧道結(jié)的構(gòu)造使其磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩(wěn)定的磁性狀態(tài)之間切換或開關(guān)。17.如權(quán)利要求16所述的磁性元件，其特征在于，所述第二非磁性隔離層至少還包括非磁性金屬Ru, Rh，鉭，鈦，錯，鉿，Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Cr, Mg, Al, Si，或它們之間的合金，多層膜，氧化物或及氮氧化物。18.如權(quán)利要求16所述的磁性元件，其特征在于，至少所述磁自由層和所述磁固定層之一為多層膜。19.如權(quán)利要求18所述的磁性元件，其特征在于，至少其兩磁固定層之一還是鐵磁層與至少一層中間層交錯形成的具有反鐵磁耦合的磁多層膜。20.如權(quán)利要求16所述的磁性元件，其特征在于，所述第二非磁性隔離層為隧穿勢皇層。21.如權(quán)利要求20所述的磁性元件，其特征在于，所述第一磁固定層還包括: 具有多層膜構(gòu)造的鐵磁層；和 至少一層中間層，鐵磁層與至少一層中間層交錯形成的具有反鐵磁耦合的磁多層膜。22.如權(quán)利要求21所述的磁性元件，其特征在于，所述第一磁固定層是多層鐵磁層與至少一層或基數(shù)層中間層交錯形成的具有反鐵磁耦合的磁多層膜；所述第二磁固定層是單層的鐵磁層或是多層鐵磁層與至少二層或偶數(shù)層中間層交錯形成的具有反鐵磁耦合的磁多層膜； 在所述的磁固定層中，與磁自由層的相鄰兩鐵磁子層的磁化是處于反平行排列。23.如權(quán)利要求21所述的磁性元件，其特征在于，所述第一磁固定層是多層鐵磁層與至少二層或偶數(shù)層中間層交錯形成的具有反鐵磁耦合的磁多層膜；所述第二磁固定層是單層的鐵磁層或是多層鐵磁層與至少一層或基數(shù)層中間層交錯形成的具有反鐵磁耦合的磁多層膜； 在所述的磁固定層中，與磁自由層的相鄰兩鐵磁子層的磁化是處于平行排列。24.一種磁存儲器，包括多個磁性存儲位單元，多條字線以連接耦合多個磁存儲位單元，和多條位線以連接親合多個磁存儲位單元；每個磁性存儲位單元包括至少一個磁性元件和多個與連接半導體晶體管電路的連接部分；其特征在于，每個或至少一個磁性元件由磁固定層，磁自由層，磁固定層和自由層之間的非磁性隔離層和覆蓋層構(gòu)成，磁自由層具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，該磁性垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能，非磁性隔離層位于磁固定層和磁自由層之間，覆蓋層鄰接自由層和連接半導體晶體管電路的連接部分，當寫電流通過該磁性元件時，它的構(gòu)造使其磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩(wěn)定的磁性狀態(tài)之間切換或開關(guān)。25.如權(quán)利要求24所述的磁存儲器，其特征在于，所述每個磁存儲位單元都包括至少一個半導體晶體管，該晶體管通過電路連接到所述的磁性元件。26.如權(quán)利要求24所述的磁存儲器，其特征在于，所述構(gòu)成所述磁性元件的非磁性隔離層的隧穿勢皇層。27.如權(quán)利要求26所述的磁存儲器，其特征在于，所述構(gòu)成所述磁性元件的磁自由層和覆蓋層之間還包括非磁性中間層，并以此在磁自由層內(nèi)產(chǎn)生部分垂直磁各向異性，該磁性垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能。28.一種制備權(quán)利要求1-23任一項所述的磁性元件的方法，其特征在于，包括下述步驟: 提供磁固定層； 提供非磁性隔離層； 提供磁自由層，它具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于磁性垂直各向異性的各向異性能，該磁性垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能，非磁性隔離層位于磁固定層和磁自由層之間；和 提供覆蓋層，它用于連接所述磁自由層和連接半導體晶體管電路的連接部分； 當寫電流通過該磁性元件時，它的構(gòu)造使其磁自由層可通過自旋扭矩傳遞效應在穩(wěn)定的磁性狀態(tài)之間切換或開關(guān)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁性元件、存儲器系統(tǒng)及其寫操作方法；磁性元件包括磁固定層、非磁性隔離層、磁自由層和覆蓋層；非磁性隔離層設置于磁固定層與磁自由層之間；覆蓋層連接磁自由層與外部半導體晶體管電路。磁性自由層具有垂直于膜平面方向的退磁能和對應于垂直各向異性的各向異性能。其垂直各向異性能低于垂直于膜平面方向的退磁能。當寫電流通過該磁性元件時，通過自旋扭矩傳遞效應，其磁性自由層可實現(xiàn)在平面方向的平行及反平行磁狀態(tài)之間切換以達到磁存儲的目的。
【IPC分類】H01L43/00, G11C11/16, H01L43/08
【公開號】CN105355780
【申請?zhí)枴緾N201510737115
【發(fā)明人】刁治濤, 李占杰, 羅逍
【申請人】湖北中部慧易數(shù)據(jù)科技有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月3日