為圓形。
[0060]其中，緩沖層材料是Bi，厚度為Inm;鐵磁層材料是C02QFe6QB2()，厚度為2.5nm;氧化物勢皇層材料是MgO，厚度是Inm;保護層材料是Ta，厚度為5nm。因為Bi/CoFeB界面具有很強的界面垂直磁各向異性，所以當(dāng)CoFeB為2.5nm時，界面垂直磁各向異性仍然足以克服退磁場，從而使該結(jié)構(gòu)的易磁化軸方向為垂直于薄膜平面方向，并具有很強的垂直磁各向異性以及熱穩(wěn)定性。同時，因為鐵磁層厚度較大，該結(jié)構(gòu)的磁阻尼系數(shù)得以減小，所以有利于降低臨界翻轉(zhuǎn)電流。此外，在一定范圍內(nèi)縮小該多層膜結(jié)構(gòu)的橫截面積后，該結(jié)構(gòu)仍然能保持較高的熱穩(wěn)定性，因此能夠減小器件尺寸、增大磁存儲密度。
[0061]實施例二:
[0062]本實施例是方案二的一個具體示例。在本實施例中，采用磁控濺射方式按照從下到上的順序?qū)⒀趸飫莼蕦印㈣F磁層和覆蓋層沉積在熱氧化的硅基底上，并且在覆蓋層上沉積一層保護層，如圖5所示。最后進行光刻、刻蝕等加工，橫截面積為圓形。
[0063]其中，氧化物勢皇層材料是MgO，厚度是Inm;鐵磁層材料是C02QFe6QB2()，厚度為2.5nm;覆蓋層材料是Bi，厚度為Inm;保護層材料是Ta，厚度為5nm。因為CoFeB/Bi界面具有很強的界面垂直磁各向異性，所以當(dāng)CoFeB為2.5nm時，界面垂直磁各向異性仍然足以克服退磁場，從而使該結(jié)構(gòu)的易磁化軸方向為垂直于薄膜平面方向，并具有很強的垂直磁各向異性以及熱穩(wěn)定性。同時，因為鐵磁層厚度較大，該結(jié)構(gòu)的磁阻尼系數(shù)得以減小，所以有利于降低臨界翻轉(zhuǎn)電流。此外，在一定范圍內(nèi)縮小該多層膜結(jié)構(gòu)的橫截面積后，該結(jié)構(gòu)仍然能保持較高的熱穩(wěn)定性，因此能夠減小器件尺寸、增大磁存儲密度。
[0064]實施例三:
[0065]本實施例是方案三的一個具體示例。在本實施例中，采用磁控濺射方式按照從下到上的順序?qū)⒀趸飫莼蕦右?、鐵磁層一、中間層、鐵磁層二和氧化物勢皇層二沉積在熱氧化的硅基底上，并且在氧化物勢皇層二上沉積一層保護層，如圖6所示。最后進行光刻、刻蝕等加工，橫截面積為圓形。
[0066]其中，中間層材料是Bi，厚度為0.4nm;鐵磁層一的材料是C02QFe6QB2()，厚度為3nm;鐵磁層二的材料是Co2QFe6()B2()，厚度為lnm;氧化物勢皇層一和氧化物勢皇層二的材料都是MgO，厚度都是Inm;保護層材料是Ta，厚度為5nm。這是一個采用Bi作為中間層的雙界面結(jié)構(gòu)，其中中間層Bi的厚度很小，所以鐵磁層一和鐵磁層二具有很強的層間耦合，在數(shù)據(jù)寫入時這兩層的磁化方向能夠同時翻轉(zhuǎn)。因為該結(jié)構(gòu)有兩個Bi/CoFeB界面和兩個CoFeB/MgO界面，且Bi/CoFeB界面具有很強的界面垂直磁各向異性，所以當(dāng)鐵磁層一和鐵磁層二分別為3nm和Inm時(總共為4nm)，該結(jié)構(gòu)仍能保持很強的垂直磁各向異性和熱穩(wěn)定性。同時，因為鐵磁層厚度較大，該結(jié)構(gòu)的磁阻尼系數(shù)得以減小，所以有利于降低臨界翻轉(zhuǎn)電流。此外，在一定范圍內(nèi)縮小該多層膜結(jié)構(gòu)的橫截面積后，該結(jié)構(gòu)仍然能保持較高的熱穩(wěn)定性，因此能夠減小器件尺寸、增大磁存儲密度。
[0067]實施例四:
[0068]本實施例是方案四的一個具體示例。在本實施例中，采用磁控濺射方式按照從下到上的順序?qū)⒕彌_層、鐵磁層一、氧化物勢皇層、鐵磁層二和覆蓋層沉積在熱氧化的硅基底上，并且在覆蓋層上沉積一層保護層，如圖7所示。最后進行光刻、刻蝕等加工，橫截面積為圓形。
[0069]其中，緩沖層和覆蓋層的材料都是Bi，厚度都為Inm;鐵磁層一的材料是Co2oFe6oB2()，厚度為2.5nm;鐵磁層二的材料是Co2oFe6oB2()，厚度為3.5nm;氧化物勢皇層的材料是MgO，厚度為Inm;保護層材料是Ta，厚度為5nm。這是一個采用Bi作為緩沖層和覆蓋層的多層膜結(jié)構(gòu)。其中鐵磁層一的垂直磁各向異性較強，可以作為參考層;鐵磁層二的垂直磁各向異性較弱，可以作為自由層。因為該結(jié)構(gòu)中CoFeB/Bi界面具有非常強的界面垂直磁各向異性，所以該結(jié)構(gòu)的參考層和自由層都具有很強的垂直磁各向異性和熱穩(wěn)定性。同時，因為自由層的厚度較大(3.5nm)，所以自由層的磁阻尼系數(shù)得以減小，從而有利于降低臨界翻轉(zhuǎn)電流。此外，在一定范圍內(nèi)縮小該結(jié)構(gòu)的橫截面積后，自由層和參考層仍然能保持較高的熱穩(wěn)定性，因此能夠減小器件尺寸、增大磁存儲密度。
[0070]實施例五:
[0071]本實施例是方案四的另一個具體示例。在本實施例中，采用磁控濺射方式按照從下到上的順序?qū)⒕彌_層、鐵磁層一、氧化物勢皇層、鐵磁層二和覆蓋層沉積在熱氧化的硅基底上，并且在覆蓋層上沉積一層保護層，如圖8所示。最后進行光刻、刻蝕等加工，橫截面積為圓形。
[0072]其中，緩沖層材料是Bi，厚度為Inm;覆蓋層的材料采用除Bi以外的金屬材料，比如Mo、Hf、Ir等，厚度為lnm。鐵磁層一的材料是C02QFe6QB2()，厚度為2.5nm;鐵磁層二的材料是CO2OFe6OB2O，厚度為1.0nm;氧化物勢皇層的材料是MgO，厚度為Inm;保護層材料是Ta，厚度為5nm。這是一個采用Bi做緩沖層、另一種金屬材料做覆蓋層的多層膜結(jié)構(gòu)。其中鐵磁層一的垂直磁各向異性較強，可以作為參考層;鐵磁層二的垂直磁各向異性較弱，可以作為自由層。因為該結(jié)構(gòu)中CoFeB/Bi界面具有非常強的界面垂直磁各向異性，所以該結(jié)構(gòu)的參考層具有很強的垂直磁各向異性和熱穩(wěn)定性。因為緩沖層和覆蓋層材料會影響隧穿磁阻率大小，通過選擇合適的覆蓋層材料，可以提高隧穿磁阻率，從而降低讀取錯誤概率。
[0073]最后應(yīng)該說明的是，盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:該多層膜結(jié)構(gòu)從下到上依次是緩沖層、鐵磁層和氧化物勢皇層； 所述緩沖層的材料是Bi或者Bi合金，緩沖層的厚度為0.2-200nm; 所述鐵磁層的材料是CoFeB、鐵硼FeB、鈷鐵CoFe、鐵Fe、Heusler合金材料中的一種材料或幾種材料的組合，鐵磁層的厚度為0.2-5nm; 所述氧化物勢皇層的材料是鎂氧化物、鋁氧化物、鎂鋁氧化物、鉿氧化物、鉭氧化物材料中的一種材料或幾種材料的組合，氧化物勢皇層的厚度為0.2-5nm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:在該緩沖層的下面增加有基底，在該氧化物勢皇層的上面增加有保護層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:氧化物勢皇層的材料是氧化鎂MgO、三氧化二鋁Al2O3或偏鋁酸鎂MgAl204。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:所述的多層膜結(jié)構(gòu)是指層狀的薄膜堆疊結(jié)構(gòu)，是采用磁控濺射、分子束外延或原子層沉積方法將各層材料按照從下到上的順序生長在基底或其他多層膜上，然后選用光刻、刻蝕來制備，每一薄膜層的橫截面積相等;橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形或長方形中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:所述的鐵磁層是指鐵磁材料形成的薄膜層，在室溫下鐵磁層磁化軸方向垂直于薄膜平面方向，用來作為磁隧道結(jié)中的自由層或者參考層。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:所述CoFeB 的元素配比是 Co2oFe6oB2()、Co4()Fe4()B2()或 Co6oFe2oB2();所述 FeB 的元素配比是 Fe8oB2Q;所述CoFe的元素配比是Co5QFe5Q、CO2OFe8Q或CO8OFe2Q;這里的數(shù)字代表元素的百分比。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:所述他118161'合金是鈷鐵招&32?641或鈷猛娃&321]13；[材料。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:所述基底選用化學(xué)性能穩(wěn)定且表面平整的材料;所述的保護層選用金屬或者非金屬材料。9.根據(jù)權(quán)利要求2或8所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:所述基底為硅Si和玻璃。10.根據(jù)權(quán)利要求2或8所述的一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于:所述的保護層為Ta、釕Ru、二氧化硅S12,厚度為0.5-1000nm。
【專利摘要】本發(fā)明一種具有強垂直磁各向異性的多層膜，其特征在于采用鉍(Bi)或者Bi合金與鐵磁層界面的強界面垂直磁各向異性來獲得強垂直磁各向異性。本發(fā)明共提出四種實施方案，方案一：該多層膜結(jié)構(gòu)從下到上依次是緩沖層、鐵磁層和氧化物勢壘層；方案二：該多層膜結(jié)構(gòu)從下到上依次是氧化物勢壘層、鐵磁層和覆蓋層；方案三：該多層膜結(jié)構(gòu)從下到上依次是氧化物勢壘層一、鐵磁層一、中間層、鐵磁層二和氧化物勢壘層二。在該氧化物勢壘層一的下面還可以有基底；方案四：該多層膜結(jié)構(gòu)從下到上依次是緩沖層、鐵磁層一、氧化物勢壘層、鐵磁層二和覆蓋層，該多層膜結(jié)構(gòu)可以作為磁隧道結(jié)的核心結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】H01F10/32, G11C11/15
【公開號】CN105702416
【申請?zhí)枴緾N201610239386
【發(fā)明人】趙巍勝, 彭守仲, 張有光
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年4月18日