nm。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供的垂直式磁電阻元件，能夠減小阻尼系數(shù)、增大電流自旋極化率、保持垂直各向異性、減小面積，進(jìn)一步減小寫電流，得到更高的MR率。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的垂直式磁電阻元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例3的垂直式磁電阻元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]實(shí)施例1
[0030]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的垂直式磁電阻元件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例1的垂直式磁電阻元件包括:依次疊層設(shè)置的基礎(chǔ)層1、自旋極化穩(wěn)定層2、晶格優(yōu)化層3、磁記憶層4、隧道勢(shì)皇層5、磁參考層6和頂電極7。垂直自旋磁矩轉(zhuǎn)移MRAM單元可以包括本實(shí)用新型實(shí)施例1的垂直磁電阻元件，垂直磁電阻元件包括:上下兩層電極(頂電極和底電極)、能夠提供雙向極化電流的寫電路、連接垂直磁電阻元件與寫電路的選擇晶體管。
[0031]如圖1所示，磁參考層6的磁化方向不變且磁各向異性垂直于層表面，磁記憶層4的磁化方向可變且磁各向異性垂直于層表面，隧道勢(shì)皇層5位于磁記憶層4與磁參考層6之間；此外，還包括晶格優(yōu)化層3和自旋極化穩(wěn)定層2:晶格優(yōu)化層3為NaCl型晶格結(jié)構(gòu)且與所述磁記憶層4相鄰，自旋極化穩(wěn)定層2與晶格優(yōu)化層3相鄰。
[0032]圖1所示，磁參考層6為單軸磁各向異性的鐵磁性材料，其單軸磁晶取向與易磁化方向都垂直于層表面，因此磁參考層6的磁化方向是不變的，其磁各向異性垂直于層表面。磁參考層6的垂直磁性各向異性能量充分大于磁記憶層4的垂直磁性各向異性能量，這樣當(dāng)自旋極化電流通過MTJ時(shí)，只能改變能量壁皇較低的磁記憶層的磁化方向。
[0033]圖1所示，磁記憶層4為單軸磁各向異性的鐵磁性材料，其單軸磁晶取向與易磁化方向都垂直于層表面，磁記憶層4的磁化方向是可變的且所述磁記憶層的磁各向異性垂直于層表面。
[0034]圖1所示，隧道勢(shì)皇層5為非磁性的絕緣材料，如某些金屬氧化物或者氮化物，優(yōu)選為MgO、MgN, ZnO的一種或多種，隧道勢(shì)皇層5位于磁記憶層4與磁參考層6之間。
[0035]圖1所示，晶格優(yōu)化層3為NaCl晶格結(jié)構(gòu)。所述晶格優(yōu)化層3的(100)晶面平行于基面(基礎(chǔ)層水平面)，且所述晶格優(yōu)化層3的[110]晶格方向的晶格常數(shù)大于bcc (體心立方晶格，Body Center Cubic)相Co的[100]晶格方向的晶格常數(shù)。晶格優(yōu)化層3用于提供或增強(qiáng)磁記憶層4的磁各向異性。晶格優(yōu)化層3的材料選用會(huì)影響到磁記憶層4的阻尼系數(shù)，即自旋泵效應(yīng)，可以通過降低此效應(yīng)來減小磁記憶層4的阻尼系數(shù)。晶格優(yōu)化層3一般為NaCl晶格結(jié)構(gòu)的氧化物、氮化物或氯化物。在本實(shí)施例1中，晶格優(yōu)化層3具體由單層的NaCl晶格結(jié)構(gòu)的氧化物X0、氮化物XN或氯化物XCl構(gòu)成；其中，所述X元素為金屬元素 Mg、Zn、Ca、Na、L1、Cd、In、Sn、Cu、Ag 中的任意一種。
[0036]圖1所示，自旋極化穩(wěn)定層2緊挨晶格優(yōu)化層3，自旋極化穩(wěn)定層2具有較高的電子極化傳導(dǎo)率，在費(fèi)米能級(jí)上的電子自旋極化損耗率接近零，自旋極化穩(wěn)定層2起著穩(wěn)定晶格優(yōu)化層3的作用，實(shí)施例1中自旋極化穩(wěn)定層2為MnAs、CrAs、CrSb、CrO2、CoFeB、TaN、TaO、T1、TiN或其它輕原子量過度金屬元素的非晶氧化物、非晶氮化物中的一種或多種。
[0037]圖1所示，基礎(chǔ)層I位于自旋極化穩(wěn)定層2的一側(cè)，與晶格優(yōu)化層3處于相對(duì)位置。基礎(chǔ)層I可以為Ta、Cu或Ta中的一種或多種，層厚約為20nm。
[0038]作為垂直磁電阻元件還可以包括:上下兩層電極(頂電極和底電極)，在制備過程中，為保護(hù)有源層的薄膜形態(tài)避免損傷，絕大多數(shù)的器件采用倒裝結(jié)構(gòu)。其中，源、漏電極可用底接觸或頂接觸，底接觸的叫底電極，頂接觸的叫頂電極。如圖1所示的實(shí)施例1中包括頂電極7。
[0039]在垂直磁性型的自旋注入型STT-MRAM中，利用通入的電流來擦寫數(shù)據(jù)，因?yàn)閷戨娏髡扔谧枘嵯禂?shù)與記憶層面積，反比于電流自旋極化率，所以減小寫電流的關(guān)鍵即在于減小阻尼系數(shù)、增大電流自旋極化率、保持垂直各向異性、減小面積等。同時(shí)，減小寫電流，可以提高微細(xì)化程度，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的大容量化。還有一個(gè)關(guān)鍵性問題就是如何高效率地注入極化電子，在周邊介質(zhì)層中自旋電子極化損耗是導(dǎo)致自旋電子注入效率低的原因之一。在實(shí)施例1的技術(shù)方案中，由于自旋極化穩(wěn)定層2傳導(dǎo)自旋電子極化損耗率接近零，就有利于解決注入自旋電子極化損耗問題。
[0040]具體地，磁記憶層4為Co合金材料；所述Co合金材料為CoFeB或CoB。其中，B的摩爾分?jǐn)?shù)含量在5% -35%之間，20%為優(yōu)選比例。
[0041]具體地，晶格優(yōu)化層3中的NaCl晶格結(jié)構(gòu)在[110]晶格方向的晶格常數(shù)與bcc結(jié)構(gòu)的Co在[100]晶格方向的晶格參數(shù)的晶格失配在3%與18%之間。
[0042]具體地，晶格優(yōu)化層3可以由物理氣相沉積(PVD，Physical Vapor Deposit1n)、化學(xué)氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposit1n)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n)、離子束沉積法(IBD，1n BeamDeposit1n)等方法中一種沉積而成。
[0043]具體地，晶格優(yōu)化層3的與磁記憶層4相鄰的部分沉積形成后，對(duì)晶格優(yōu)化層3進(jìn)行氧化過程；所述氧化過程所用的氣體為氧與氬氣的混合氣體，其中，氧指氧分子、自由基氧或離子化氧。
[0044]具體地，本實(shí)用新型實(shí)施例的垂直式磁電阻元件在高溫中進(jìn)行退火，使所述磁記憶層4形成bcc結(jié)構(gòu)的CoFe或Co薄膜晶體；在所述NaCl晶格結(jié)構(gòu)的晶格優(yōu)化層3 —側(cè)，所述磁記憶層4的(100)晶面平行于基底并且面內(nèi)膨脹、面外收縮，可以使得磁記憶層4形成垂直各向異性以及垂直磁化取向。
[0045]具體地，本實(shí)施例中晶格優(yōu)化層3的厚度為6nm，自旋極化穩(wěn)定層2的厚度為0.5nm0
[0046]實(shí)施例2
[0047]本實(shí)用新型實(shí)施例2的垂直式磁電阻元件與本實(shí)用新型實(shí)施例1的技術(shù)方案基本相同，可參考圖1，其不同之處在于:所述晶格優(yōu)化層3由單層的NaCl晶格結(jié)構(gòu)的金屬?gòu)?fù)合氧化物ΧΥ0、金屬?gòu)?fù)合氮化物XYN或金屬?gòu)?fù)合氯化物XYCl構(gòu)成；其中，X元素為金屬元素Mg、Na、Ag、Cu中的任意一種，Y元素為金屬元素Zn、Cd、In、Sn中的任意一種。所述晶格優(yōu)化層3的厚度為0.5nm，自旋極化穩(wěn)定層2的厚度為0.5nm。
[0048]優(yōu)選地，晶格優(yōu)化層3為NaCl晶格結(jié)構(gòu)的MgZnO。MgZnO材料的晶格優(yōu)化層3的電阻比較大，可以在Mg、Zn共濺射之后，利用表面氧化處理的方法來降低它的電阻，采用的混合氣體為氧(可為氧分子、自由基氧、離子化氧)與氬氣的混合氣體。相對(duì)于直接濺射MgZnO靶材的方法，或在氧氣氬氣中共濺射Mg、Zn的方法，該方法得到的MgZnO在接近基礎(chǔ)層的部分有著更低的氧含量。
[0049]以一個(gè)MTJ元件為例，磁參考層6為層厚約1nm的TbCoFe或2nm的CoFeB ；隧道勢(shì)皇層5為層厚約Inm的MgO ;磁記憶層4為層厚約1.2nm的CoFeB ;晶格優(yōu)化層3為層厚約0.8nm的MgZnO ;基礎(chǔ)層為層厚約20nm的Ta、Cu或Ta。其中，磁記憶層4中的CoFeB的沉積態(tài)為非晶結(jié)構(gòu)。而晶格優(yōu)化層3的MgZnO沉積為NaCl晶體結(jié)構(gòu)，并且(100)晶面平行于基面。MgZnO晶體中，金屬原子與氧原子各自分別形成一套fee (Face Cent