專利名稱：磁電隨機存儲單元及具有該磁電隨機存儲單元的存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造及設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種磁電隨機存儲單元以及 具有該磁電隨機存儲單元的隨機存儲器。
背景技術(shù)：
磁性隨機存取存儲器(MRAM)是一種非易失性存儲器，它利用磁阻效應(yīng)實現(xiàn)數(shù)據(jù) 存儲。磁阻效應(yīng)是在磁場作用下材料的電阻發(fā)生改變的效應(yīng)。由鐵磁層、隧道阻擋層、鐵磁 層所構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)是一種典型的具有磁阻效應(yīng)的結(jié)構(gòu)。當位于隧道阻擋層上下方的鐵磁 層磁化方向一致的時候，該結(jié)構(gòu)的電阻最小。而在磁場作用下，鐵磁層中的磁化方向會趨向 外加磁場方向而取向，當上下方的鐵磁層磁化方向產(chǎn)生大于0度的夾角時，該結(jié)構(gòu)的電阻 就發(fā)生了改變，當兩層磁化方向為反平行方向(夾角為180度)時，電阻最大。為了使兩層 鐵磁層在磁場作用下產(chǎn)生更大的夾角，通常在其中一個鐵磁層上制備一個反鐵磁層，利用 界面處的釘扎作用，使該鐵磁層的磁化方向在外磁場作用下難于偏轉(zhuǎn)。目前這個技術(shù)目前 被廣泛地應(yīng)用于硬盤的讀取磁頭以及磁性隨機存儲器(MRAM)上。通常一個典型的隨機存儲單元至少由四部分構(gòu)成，它包含一層由反鐵磁材料構(gòu)成 的釘扎層、一層由鐵磁材料構(gòu)成的被釘扎層、一層由絕緣材料構(gòu)成的隧道阻擋層和一層由 鐵磁材料構(gòu)成的自由層。由于反鐵磁層的釘扎作用，被釘扎層的磁化方向不會被位線和數(shù) 據(jù)線產(chǎn)生的磁場反轉(zhuǎn)；而自由層的磁化方向能夠被位線和數(shù)據(jù)線產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)動。實際上， 位線和數(shù)據(jù)線產(chǎn)生的磁場對自由層磁化方向的反轉(zhuǎn)就是MRAM的數(shù)據(jù)寫入操作。現(xiàn)有技術(shù)的缺點是由于自由層存在磁缺陷，在實際操作過程中，需要很強的磁 場才能使自由層的磁化方向反轉(zhuǎn)，因此這意味著需要增加位線和信號線上的電流來增強磁 場，從而會造成寫入數(shù)據(jù)的功耗增加，而且容易對鄰近存儲單元的存儲狀態(tài)產(chǎn)生影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題之一，特別是解決現(xiàn)有磁性隨機 存儲器利用電流產(chǎn)生磁場進行寫入操作而導(dǎo)致的過度功耗和對鄰近單元產(chǎn)生影響的問題。為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種磁電隨機存儲單 元，包括鐵電氧化物層；形成在所述鐵電氧化物層之上的鐵磁自由層；形成在所述鐵磁自 由層之上的隧道阻擋層；形成在所述隧道阻擋層之上的鐵磁固定層；和形成在所述鐵電氧 化物層兩側(cè)的第一電極和第二電極，其中，在所述第一和第二電極可對所述鐵電氧化物層 施加的電場作用下，通過磁電耦合作用控制所述鐵磁自由層中的磁化方向。在本發(fā)明的一個實施例中，還包括形成在所述鐵磁固定層之上的反鐵磁釘扎層。在本發(fā)明的一個實施例中，所述磁電隨機存儲單元的至少一個電極與訪問晶體管 相連接。在本發(fā)明的一個實施例中，其中，所述鐵電氧化物層包括鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鐵酸 鉍、鈧酸鉍_鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛或者鈮鋅酸鉛_鈦酸鉛。
在本發(fā)明的一個實施例中，其中，所述鐵磁固定層和/或鐵磁自由層包括Fe、Ni、 Co、NiFe、CoFe、NiFeCo 或含有 Fe、CO、Ni 的合金材料。 在本發(fā)明的一個實施例中，其中，所述隧道阻擋層包括氧化鋁或氧化鎂。在本發(fā)明的一個實施例中，其中，所述反鐵磁釘扎層由錳合金材料形成。具體地， 所述錳合金材料包括鐵錳合金、鎳錳合金或鉬錳合金。
本發(fā)明另一方面還提出了一種包括上述磁電隨機存儲單元的存儲器，至少包括 多個磁電隨機存儲單元；多個分別與所述磁電隨機存儲單元中的第一電極相連的訪問晶體 管；多個控制所述訪問晶體管的字線；多個分別與所述磁電隨機存儲單元中的第二電極相 連的第一板線；多個分別與訪問晶體管相連的第一位線；多個分別與所述磁電隨機存儲單 元中的鐵磁固定層相連的第二位線；和多個分別與所述磁電隨機存儲單元中的鐵磁自由層 相連的第二板線。
在本發(fā)明的一個實施例中，當進行寫操作時，所述字線控制相應(yīng)訪問晶體管開啟， 并在相應(yīng)的第一位線和第一板線之間施加電壓以在所述第一電極和第二電極之間形成電 場，并通過磁電耦合控制所述鐵磁自由層的磁化方向。在本發(fā)明的一個實施例中，當進行讀操作時，通過所述第二板線和第二位線讀取 所述磁電隨機存儲單元的存儲信息。在本發(fā)明的一個實施例中，還包括與所述多個字線相連的選擇控制電路，用于選 定所述存儲器中的磁電隨機存儲單元。與現(xiàn)有技術(shù)中相比，本發(fā)明實施例采用多鐵性磁電復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)作為磁電隨機存 儲元器件的主要部分，利用鐵電氧化層與鐵磁自由層之間的磁電耦合效應(yīng)，通過電場對鐵 磁自由層中磁化方向進行調(diào)制，實現(xiàn)了用電場寫入信息數(shù)據(jù)，與磁性隨機存儲器相比，降低 了寫入功耗，同時由于沒有寫入電流磁場的空間作用對鄰近存儲單元的干擾，可以縮小存 儲單元之間的距離，提高存儲密度。本發(fā)明實施例提出的磁電隨機存儲器具有非易失性、寫 入功耗抵、存儲單元相互之間干擾小的特點，并且還可以提高存儲密度。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的磁電隨機存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的含有反鐵磁釘扎層的磁電隨機存儲單元的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的磁電隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的磁電隨機存儲器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，其中圖4a示 出主視狀態(tài)下的剖面結(jié)構(gòu)，圖4b示出左視狀態(tài)下的剖面結(jié)構(gòu)；圖5為顯示作用在鐵電氧化物層上的電場改變鐵電氧化物層中磁場方向的磁電 耦合示意圖，其中圖5a顯示寫入數(shù)據(jù)為“1”時的狀態(tài)，圖5b顯示寫入數(shù)據(jù)為“0”時的狀 態(tài)；
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圖6為顯示實施例1中磁電隨機存儲單元隨電壓作用下電阻阻值的變化曲線圖；圖7為顯示實施例2中磁電隨機存儲單元隨電壓作用下電阻阻值的變化曲線圖；圖8為顯示實施例3中磁電隨機存儲單元隨電壓作用下電阻阻值的變化曲線圖。附圖標記說明1-磁電隨機存儲單元3-第二電極5-鐵磁自由層7-鐵磁固定層9-反鐵磁釘扎層11-源極13-柵極15-第一板線17-第一位線19-互聯(lián)線
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于 附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方 位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。下面將參照附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)和方法。本發(fā)明主要在于通過磁電效應(yīng)原理控制復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)單元的電阻變化，從而克服 現(xiàn)有磁性隨機存儲器利用電流產(chǎn)生磁場進行寫入操作而引起的過度功耗和對鄰近單元產(chǎn) 生影響的問題。為了能夠更清楚的理解本發(fā)明，以下對磁電效應(yīng)進行簡單介紹。磁電效應(yīng)指 的是在施加外電場作用下引起材料磁矩發(fā)生變化的多場耦合效應(yīng)。多鐵性磁電復(fù)合材料指 的是一類將具有鐵電性的材料和鐵磁性的材料按照一定的復(fù)合結(jié)構(gòu)組合在一起的新材料， 這類新材料具有磁電效應(yīng)。對于多鐵性磁電復(fù)合薄膜而言，可以采用諸如脈沖激光沉積、 磁控濺射等多種物理制備方法以及溶膠_凝膠法等化學(xué)制備方法進行制備，在合適的工藝 條件下可以使其具有磁電效應(yīng)。2008年，美國加州大學(xué)伯克利分校的Y. H. Chu等人在鈦酸 鍶(ST0)基片上用脈沖激光沉積的方法制備了釕酸鍶(SR0)電極層和鐵酸鉍(BF0)單相多 鐵氧化物層，并用真空濺射的方法在鐵酸鉍層上方制備了 CoFe合金薄膜，同時在制備過程 中利用磁場誘導(dǎo)磁化取向。他們通過強磁體圓二色性光電子顯微鏡(XMCD-PEEM)技術(shù)發(fā) 現(xiàn)在不同的電極化場作用下，CoFe合金薄膜中的磁化方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。2009年，清華大學(xué) J. M. Hu等人利用熱力學(xué)計算的方式證實了在下層為鐵電氧化物、上層為鐵磁合金薄膜的磁 電雙層復(fù)合薄膜中，通過對鐵電氧化物施加電場，也可以致使鐵磁合金層的磁化方向在薄 膜平面內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象為典型的磁電耦合效應(yīng)所致。如圖1所示，為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的磁電隨機存儲單元1的結(jié)構(gòu)示意。該磁
2_第一電極 4_鐵電氧化物層 6-隧道阻擋層 8-夾層結(jié)構(gòu) 10-晶體管 12-漏極 14-字線 16-第二板線 18-第二位線電隨機存儲單元1采用多層復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)型式，在本實施例中，所述多層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu) 包括鐵電氧化物層4、鐵磁自由層5、隧道阻擋層6和鐵磁固定層7。其中，所述鐵電氧化物 層4形成在鐵磁自由層5的下表面，所述鐵磁自由層5形成在隧道阻擋層6的下表面，所述 隧道阻擋層6形成在鐵磁固定層7的下表面。所述鐵磁自由層5、隧道阻擋層6、鐵磁固定層7共同構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)8，夾層結(jié)構(gòu)8 具有隧道磁阻效應(yīng)，在鐵磁自由層5中的磁化方向與鐵磁固定層7中的磁化方向二者之間 具有不同的夾角時，夾層結(jié)構(gòu)8所對應(yīng)的電阻也各不相同。另外，還包括分別位于鐵電氧化物層4的左右兩端的第一電極2和第二電極3。 第一電極2和第二電極3可在外界作用下對鐵電氧化物層4施加平行于薄膜表面方向的寫 入電場。由于鐵電氧化物層4可以在電場作用下通過磁電耦合作用控制鐵磁自由層5中磁 化方向的偏轉(zhuǎn)，故此，在所述寫入電場的作用下，通過磁電耦合作用可使鐵磁自由層5中的 磁化方向形成與所述寫入電場的信息對應(yīng)的不同偏轉(zhuǎn)。由于隧道磁阻效應(yīng)的存在，夾層結(jié) 構(gòu)8的電阻也就形成與所述電場信息對應(yīng)的變化進而實現(xiàn)信息的存儲。本發(fā)明采用多鐵性磁電復(fù)合薄膜作為磁電隨機存儲單元1的主要部分，利用鐵電 氧化層4與鐵磁自由層5之間的磁電耦合效應(yīng)，通過電場對鐵磁自由層5中的磁化方向進 行調(diào)制，實現(xiàn)了用電場寫入信息數(shù)據(jù)，與現(xiàn)有技術(shù)中的磁性隨機存儲元器件相比，降低了寫 入功耗，同時由于沒有寫入電流磁場的空間作用對鄰近存儲單元的干擾，可以縮小存儲單 元之間的距離，提高存儲密度。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如圖2所示，在磁電隨機存儲單元1中，可在鐵磁固定 層7的上方形成一層用于固定鐵磁固定層7中的磁化方向的反鐵磁釘扎層9。由于反鐵磁 釘扎層9的釘扎作用，可以確保被釘扎的鐵磁固定層7中的磁化方向不會被周圍的位線和 數(shù)據(jù)線等產(chǎn)生的磁場所反轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述鐵電氧化物層4優(yōu)選但不僅限于采用鈦酸鋇、鋯 鈦酸鉛、鐵酸鉍、鈧酸鉍_鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛、鈮鋅酸鉛_鈦酸鉛等材料中的一種材 料來形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述鐵磁固定層7和/或鐵磁自由層5優(yōu)選但不僅 限于采用金屬鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鎳鐵合金(NiFe)、鈷鐵合金(CoFe)、鎳鐵鈷合金 (NiFeCo)或其他含有Fe、Co、Ni的合金材料中的一種材料來形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述隧道阻擋層6優(yōu)選但不僅限于采用氧化鋁 (A1203)或氧化鎂(MgO)材料來形成。根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，所述反鐵磁釘扎層9優(yōu)選但不僅限于采用鐵錳合金 (FeMn)、鎳錳合金(NiMn)、鉬錳合金(PtMn)或其他含有Mn的合金材料來形成。此外，所述第一電極2、第二電極3可使用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知的金屬或金屬氧化物 電極材料來形成。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明還提供一種包括上述磁電隨機存儲單元1的磁 電隨機存儲器。如圖3所示，該磁電隨機存儲器包括磁電隨機存儲單元1，以及多根字線14、 多根與所述字線14平行的第一板線15、多根與所述字線14平行的第二板線16、多根與所 述字線14、第一板線15和第二板線16垂直的第一位線17和第二位線18、多個訪問晶體管10以及多根互聯(lián)線19。更具體地，可參見圖3和圖4(圖4a、圖4b)所示，字線14與晶體管10的柵極13 相連，用于控制晶體管10的源極11和漏極12之間的通斷；第一位線17與晶體管10的源 極11相連；互聯(lián)線19的一端與晶體管10的漏極12相連，另一端與磁電隨機存儲單元1的 第一電極2相連；第一板線15與磁電隨機存儲單元1的第二電極3相連；在字線14上通有 高電平信號時，第一位線17與第一板線15之間的電壓信號可以直接作用在磁電隨機存儲 單元1的鐵電氧化物層4上；其中，字線14上通有的高電平信號指的是超過可以使訪問晶 體管10的源極11與漏極12之間相互導(dǎo)通所需閾值電壓的信號。磁電隨機存儲器的第二 板線16與磁電隨機存儲單元1的鐵磁自由層5相連，該磁電隨機存儲的第二位線18與磁 電隨機存儲單元1的鐵磁固定層7相連，第二位線18與第二板線16之間所包含的磁電隨 機存儲單元1的鐵磁自由層5、隧道阻擋層6、鐵磁固定層7所構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)8具有隧道 磁阻效應(yīng)，可以通過第二位線18與第二板線16探測該夾層結(jié)構(gòu)8的電阻變化。寫入該磁電隨機存儲單元1的電壓信號通過第一位線17和第一板線15進行施 加；讀取存儲器電阻變化信號的電路連接到第二位線18和第二板線16上；對磁電隨機存 儲器中不同磁電隨機存儲單元1進行選擇的電路連接到字線14上。本發(fā)明實施例所提及的磁電隨機存儲器可以通過本領(lǐng)域所公知的與半導(dǎo)體工業(yè) 相適應(yīng)的工藝及方法進行沉積制備，例如物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、光刻 等薄膜制備、刻蝕及布線等。當然，該磁電隨機存儲器件也可以通過其他的物理或者化學(xué)的 薄膜制備方法進行沉積制備。存儲單元的寫入操作時，首先在所述字線14上施加高電平電壓，使訪問晶體管10 的源極11和漏極12之間相互導(dǎo)通。按照寫入數(shù)據(jù)不同，在第一位線17和第一板線15上 施加寫入電壓，寫入電壓應(yīng)當大于磁電隨機存儲單元1中鐵電氧化物層4的臨界開關(guān)電壓 UCT，該電壓數(shù)據(jù)與鐵電氧化物層4、鐵磁自由層5所選擇的不同材料及尺寸有關(guān)，可以通過 制備好的存儲單元結(jié)構(gòu)實際測量獲得。例如，如果寫入數(shù)據(jù)為“1”，則在第一位線17上施加 寫入電壓，在第一板線15上維持0V電壓。鐵電氧化物層4在該寫入電壓作用下與鐵磁自 由層5之間發(fā)生磁電耦合，使得鐵磁自由層5的磁化方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖5所示。如果寫入 數(shù)據(jù)為“0”，則在第一板線15上施加寫入電壓，在第一位線17上維持0V電壓。鐵磁自由層 5的磁化方向回復(fù)原有與鐵磁固定層7磁化方向相平行的狀態(tài)。存儲單元的讀取操作則是直接在第二位線18和第二板線16之間測量電阻，電阻 阻值高的狀態(tài)為狀態(tài)“ 1 ”，反之則為“0”。在本發(fā)明的一個實施例中，還包括與字線相連的選擇控制電路，用于選定存儲器 中的磁電隨機存儲單元。下面通過實施例的方式對本發(fā)明的磁電隨機存儲單元結(jié)構(gòu)做進一步的說明。第一實施例制備鐵電氧化物層4為250nm厚度的鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)，并沉積5nm厚 的具有(001)取向的FeQ.7C0(1.3合金的鐵磁自由層5，1. 5nm厚的氧化鎂(MgO)隧道阻擋層6， 和25nm厚的CoFeB合金的鐵磁固定層7，利用刻蝕技術(shù)獲得的鐵磁自由層5、隧道阻擋層6、 鐵磁固定層7的多層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的長度為1 P m，寬度為0. 5 y m。在鐵電氧化物層4中施 加平行于薄膜長度方向的電壓，圖6為該體系中夾層結(jié)構(gòu)8的電阻值隨鐵電氧化物層4所受電壓的變化規(guī)律，在該體系中正向的臨界開關(guān)電壓Ucr為O. 72V，負向的臨界開關(guān)電壓Ucr 為 0. 51V。如上圖所示，當首先對實施例樣品進行正向施加電壓，且當超過臨界開關(guān)電壓 0. 72V后，樣品電阻發(fā)生了從低阻態(tài)的1. 6歐姆向高阻態(tài)的2. 56歐姆的突變；繼續(xù)沿該方 向增大電壓，電阻狀態(tài)不變。當電壓減小到零后樣品仍然保持在高阻態(tài)狀態(tài)，當沿相反方向 施加電壓，超過臨界開關(guān)電壓0. 51V后，電阻狀態(tài)由原來的高阻態(tài)的2. 56歐姆突變?yōu)榈妥?態(tài)的1. 6歐姆，繼續(xù)增加電壓則保持該低電阻狀態(tài)；當電壓減小到零后，樣品仍然保持在低 阻態(tài)狀態(tài)，由于無論在正向還是反向電壓作用下，撤銷電壓后實施例樣品的電阻狀態(tài)都可 以得到保持，這表明了該隨機存儲單元1具有存儲的非易失性。第二實施例制備鐵電氧化物層4為250nm厚度的鈦酸鋇(BTO)，沉積5nm厚的具有(001)取 向的Fea7Coa3合金的鐵磁自由層5，1. 5nm厚的氧化鎂(MgO)隧道阻擋層6，和25nm厚的 CoFeB合金的鐵磁固定層7，利用刻蝕技術(shù)獲得的鐵磁自由層5、隧道阻擋層6、鐵磁固定層 7多層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的長度為1 μ m，寬度為0. 5 μ m。在鐵電氧化物層4中施加平行于薄膜 長度方向的電壓，圖7為該體系中復(fù)合結(jié)構(gòu)電阻隨鐵電氧化物層所受電壓的變化規(guī)律，在 該體系中正向的臨界開關(guān)電壓Ucr為9. 7V，負向的臨界開關(guān)電壓Ucr為6. 8V。如圖所示，由 于與實施例1相同的原理，表明了該隨機存儲單元1具有存儲的非易失性。第三實施例制備鐵電氧化物層為250nm厚度的鋯鈦酸鉛(PZT)，沉積5nm厚的具有(001)取 向的Fea7Coa3合金的鐵磁自由層，1. 5nm厚的氧化鎂(MgO)隧道阻擋層，和25nm厚的CoFeB 合金的鐵磁固定層，利用刻蝕技術(shù)獲得的鐵磁自由層、隧道阻擋層、鐵磁固定層復(fù)合結(jié)構(gòu)的 長度為1 μ m,寬度為0. 5 μ m。在鐵電氧化物層中施加平行于長度方向的電壓，圖8為該體 系中復(fù)合結(jié)構(gòu)電阻隨鐵電氧化物層所受電壓的變化規(guī)律，在該體系中正向的臨界開關(guān)電壓 Ucr為4. 5V，負向的臨界開關(guān)電壓Ucr為3. 2V。如圖所示，由于與實施例1相同的原理，表明 了該隨機存儲單元具有存儲的非易失性。本發(fā)明實施例采用多鐵性磁電復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)作為磁電隨機存儲元器件的主要部 分，利用鐵電氧化層與鐵磁自由層之間的磁電耦合效應(yīng)，通過電場對鐵磁自由層中磁化方 向進行調(diào)制，實現(xiàn)了用電場寫入信息數(shù)據(jù)，與磁性隨機存儲器相比，降低了寫入功耗，同時 由于沒有寫入電流磁場的空間作用對鄰近存儲單元的干擾，可以縮小存儲單元之間的距 離，提高存儲密度。本發(fā)明實施例提出的磁電隨機存儲器具有非易失性、寫入功耗抵、存儲 單元相互之間干擾小的特點，并且還可以提高存儲密度。盡管參照本發(fā)明的多個示意性實施例對本發(fā)明的具體實施方式
進行了詳細的描 述，但是必須理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出多種其他的改進和實施例，這些改進和實施 例將落在本發(fā)明原理的精神和范圍之內(nèi)。具體而言，在前述公開、附圖以及權(quán)利要求的范圍 之內(nèi)，可以在零部件和/或者從屬組合布局的布置方面做出合理的變型和改進，而不會脫 離本發(fā)明的精神。除了零部件和/或布局方面的變型和改進，其范圍由所附權(quán)利要求及其 等同物限定。
權(quán)利要求
一種磁電隨機存儲單元，其特征在于，包括鐵電氧化物層；形成在所述鐵電氧化物層之上的鐵磁自由層；形成在所述鐵磁自由層之上的隧道阻擋層；形成在所述隧道阻擋層之上的鐵磁固定層；和形成在所述鐵電氧化物層兩側(cè)的第一電極和第二電極，其中，在所述第一和第二電極可對所述鐵電氧化物層施加的電場作用下，通過磁電耦合作用控制所述鐵磁自由層中的磁化方向。
2.如權(quán)利要求1所述的磁電隨機存儲單元，其特征在于，還包括 形成在所述鐵磁固定層之上的反鐵磁釘扎層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁電隨機存儲單元，其特征在于，所述磁電隨機存儲單元的 至少一個電極與訪問晶體管相連接。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磁電隨機存儲單元，其特征在于，其中，所述鐵電氧化物層 包括鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鐵酸鉍、鈧酸鉍_鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛或者鈮鋅酸鉛_鈦酸 鉛。
5.如權(quán)利要求1或2所述的磁電隨機存儲單元，其特征在于，其中，所述鐵磁固定層和 /或鐵磁自由層包括Fe、Ni、Co、NiFe、CoFe、NiFeCo或含有Fe、CO、Ni的合金材料。
6.如權(quán)利要求1或2所述的磁電隨機存儲單元，其特征在于，其中，所述隧道阻擋層包 括氧化鋁或氧化鎂。
7.如權(quán)利要求2所述的磁電隨機存儲單元，其特征在于，其中，所述反鐵磁釘扎層由錳 合金材料形成。
8.如權(quán)利要求7所述的磁電隨機存儲單元，其特征在于，其中，所述錳合金材料包括鐵 錳合金、鎳錳合金或鉬錳合金。
9.一種具有權(quán)利要求1-8任一項所述磁電隨機存儲單元的存儲器，其特征在于，至少 包括多個磁電隨機存儲單元；多個分別與所述磁電隨機存儲單元中的第一電極相連的訪問晶體管； 多個控制所述訪問晶體管的字線；多個分別與所述磁電隨機存儲單元中的第二電極相連的第一板線； 多個分別與訪問晶體管相連的第一位線；多個分別與所述磁電隨機存儲單元中的鐵磁固定層相連的第二位線；和 多個分別與所述磁電隨機存儲單元中的鐵磁自由層相連的第二板線。
10.如權(quán)利要求9所述的存儲器，其特征在于，當進行寫操作時，所述字線控制相應(yīng)訪 問晶體管開啟，并在相應(yīng)的第一位線和第一板線之間施加電壓以在所述第一電極和第二電 極之間形成電場，并通過磁電耦合控制所述鐵磁自由層的磁化方向。
11.如權(quán)利要求9所述的存儲器，其特征在于，當進行讀操作時，通過所述第二板線和 第二位線讀取所述磁電隨機存儲單元的存儲信息。
12.如權(quán)利要求9-11任一項所述的存儲器，其特征在于，還包括與所述多個字線相連的選擇控制電路，用于選定所述存儲器中的磁電隨機存儲單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁電隨機存儲單元，包括鐵電氧化物層；形成在所述鐵電氧化物層之上的鐵磁自由層；形成在所述鐵磁自由層之上的隧道阻擋層；形成在所述隧道阻擋層之上的鐵磁固定層；和形成在所述鐵電氧化物層兩側(cè)的第一電極和第二電極，其中，在所述第一和第二電極可對所述鐵電氧化物層施加的電場作用下，通過磁電耦合作用控制所述鐵磁自由層中的磁化方向。本發(fā)明還提供一種具有所述磁電隨機存儲單元的存儲器。本發(fā)明實施例能夠?qū)崿F(xiàn)用電場寫入信息數(shù)據(jù)，具有諸如非易失性、寫入功耗低，存儲密度高等優(yōu)點。
文檔編號H01L27/22GK101834271SQ20101011695
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者南策文, 李崢, 林元華, 王婧, 胡嘉冕, 舒立, 馬靜 申請人:清華大學(xué)