本申請屬于半導體，尤其涉及一種磁隧道結和磁存儲器。

背景技術：

1、磁性隨機存取存儲器(mram)作為高性能新型非易失性存儲器之一，具有高速高、高穩定性、高耐久等優勢。磁性隨機存取存儲器內包括磁隧道結(mtj)，但磁隧道結隧穿磁電阻率(tmr)較低，一般僅100％-150％，嚴重影響了磁存儲器的性能。

技術實現思路

1、本申請的目的是至少解決磁隧道結隧穿磁電阻率較低的問題。該目的是通過以下技術方案實現的：

2、本申請的第一方面提出了一種磁隧道結，該磁隧道結包括依次層疊設置的自旋軌道耦合層、自由層、勢壘層、參考層和釘扎層；還包括至少一層磁性層，至少一層磁性層包括：

3、第一自旋極化增強層，位于自旋軌道耦合層與自由層之間，第一自旋極化增強層的磁化方向與自由層的磁化方向相同；和/或，

4、第二自旋極化增強層，位于參考層與釘扎層之間，第二自旋極化增強層的磁化方向與參考層的磁化方向相同。

5、本申請提供的磁隧道結中，包括依次層疊設置的自旋軌道耦合層、自由層、勢壘層、參考層和釘扎層，還包括至少一層磁性層，至少一層磁性層包括第一自旋極化增強層和/或第二自旋極化增強層，鐵磁層可用于進一步提升磁隧道結的性能。具體地，當磁隧道結包括第二自旋極化增強層時，第二自旋極化增強層位于參考層與釘扎層之間，當電子由參考層向自由層方向流動時，由于第二自旋極化增強層與參考層磁化方向相同，從而實現了強鐵磁耦合。電子首先被第二自旋極化增強層極化，隨后注入參考層得到進一步極化，從而使得絕大部分電子被自旋極化，可提升磁隧道結的隧穿磁電阻率。當磁隧道結包括第一自旋極化增強層時，第一自旋極化增強層與自由層磁化方向相同，從而實現了強鐵磁耦合。當電流流經自旋軌道耦合層時，由于自旋軌道耦合層的自旋霍爾效應或界面的rashba效應會產生垂直方向的自旋流，使第一自旋極化增強層翻轉，并帶動自由層翻轉。本申請提供的磁隧道結中通過設置第一自旋極化增強層和/或第二自旋極化增強層提高了讀取電流的有效極化率，從而提高了磁隧道結隧穿磁電阻率。

6、本申請第二方面還提供了一種磁存儲器，包括至少一個本申請第一方面提供的任意一種磁隧道結。

技術特征：

1.一種磁隧道結，其特征在于，包括依次層疊設置的自旋軌道耦合層、自由層、勢壘層、參考層和釘扎層；還包括至少一層磁性層，至少一層所述磁性層包括：

2.根據權利要求1所述的磁隧道結，其特征在于，所述第一自旋極化增強層、所述第二自旋極化增強層的自旋極化率范圍為0.8-1；

3.根據權利要求2所述的磁隧道結，其特征在于，所述第一自旋極化增強層、所述第二自旋極化增強層的材質包括鈷鐵硅合金、鈷鐵硅鋁合金、鎳鈷氧化物、鎳錳銻合金、鉑錳銻合金、鎳鉻硅合金、鈀鉻硅合金、二氧化鉻、鑭錳氧化物、砷錳氧化物、砷化鉻中的至少一者。

4.根據權利要求1所述的磁隧道結，其特征在于，至少一層所述磁性層還包括：

5.根據權利要求4所述的磁隧道結，其特征在于，所述高數據保持層的材料包括鈷鐵硼合金、鈷鐵合金、鈷鐵鋁合金、多層交替設置的鈷層和鉑層、多層交替設置的鈷層和鈀層中的至少一者。

6.根據權利要求4所述的磁隧道結，其特征在于，至少一層所述磁性層包括所述第一自旋極化增強層，所述高數據保持層位于所述第一自旋極化增強層與所述自旋軌道耦合層之間，所述高數據保持層的磁化方向與所述第一自旋極化增強層的磁化方向相反。

7.根據權利要求1所述的磁隧道結，其特征在于，至少一層所述磁性層還包括：

8.根據權利要求7所述的磁隧道結，其特征在于，所述快速翻轉鐵磁層的材質包括鈷鐵硼合金、鈷鐵合金、鈷鐵鋁合金中的至少一者。

9.根據權利要求8所述的磁隧道結，其特征在于，至少一層所述磁性層包括高數據保持層，所述高數據保持層位于所述自由層與所述自旋軌道耦合層之間，所述高數據保持層與所述自由層的磁化方向相反，所述快速翻轉鐵磁層位于所述高數據保持層與所述自旋軌道耦合層之間。

10.根據權利要求9所述的磁隧道結，其特征在于，至少一層所述磁性層包括所述第一自旋極化增強層，所述第一自旋極化增強層位于所述自由層與所述高數據保持層之間。

11.根據權利要求1所述的磁隧道結，其特征在于，所述自由層與所述參考層沿第一方向層疊設置，所述自由層、所述參考層、所述釘扎層以及各所述磁性層的磁化方向均垂直于所述第一方向或者平行于所述第一方向。

12.根據權利要求1所述的磁隧道結，其特征在于，還包括與所述磁性層相鄰設置的間隔層，所述間隔層的材質包括金屬單質材料。

13.根據權利要求12所述的磁隧道結，其特征在于，所述間隔層的材質包括釕、鎢、銅、鉭、鉑、鉻、鉬、銥、釩中的至少一者。

14.根據權利要求12所述的磁隧道結，其特征在于，還包括種子層和封頂層，所述種子層和所述封頂層中的一者位于所述自旋軌道耦合層背離所述釘扎層的一側，所述種子層和所述封頂層中的另一者位于所述釘扎層背離所述自旋軌道耦合層的一側。

15.一種磁存儲器，其特征在于，包括至少一個如權利要求1-14任一項所述的磁隧道結。

16.根據權利要求15所述的磁存儲器，其特征在于，包括襯底和位于所述襯底一側的所述磁隧道結，所述磁隧道結中包括種子層，所述種子層與所述襯底接觸。

技術總結
本申請公開了一種磁隧道結和磁存儲器，該磁隧道結包括依次層疊設置的自旋軌道耦合層、自由層、勢壘層、參考層和釘扎層；還包括至少一層磁性層，至少一層磁性層包括第一自旋極化增強層和/或第二自旋極化增強層，第一自旋極化增強層位于自旋軌道耦合層與自由層之間，第一自旋極化增強層的磁化方向與自由層的磁化方向相同；第二自旋極化增強層位于參考層與釘扎層之間，第二自旋極化增強層的磁化方向與參考層的磁化方向相同。本申請提供的磁隧道結隧穿磁電阻率得以提高。

技術研發人員：邢國忠,王迪,劉龍,張一帆,李愚,趙之昊,羅慶,李泠
受保護的技術使用者：中國科學院微電子研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28