一种新型存储器件—磁电存储器

容性。例如磁隧道结和自旋电子管的加工需要采用氩离子干蚀工艺或者反应离子刻蚀工艺，这些工艺都会对半导体的结构造成损伤。同时为了消除离子刻蚀所引起的损伤，都要经过高温退火，而这会引起不同物质在界面处的相互扩散，从而使电阻阻值增大。如果磁性元件在３０℃以上的温度下暴露５分钟，ＭＲ就会大幅度下降，当温度达到４００℃时，ＭＲ大约会降低３０％

。近来有研究表明，如果磁隧道结的硬磁层采用Ｃｏ／Ｃｕ结构，而软磁层采用Ｃｏ／Ｆｅ结构，则ＴＭＲ在室温下高达２２％，并且经过４８０Ｋ的高温退火后，ＴＭＲ略有增加，直到５３０Ｋ时才开始下降，同时，研究还发现，为了获得高温环境下更为稳定的磁隧道结，势垒层必须采用Ａｌ２Ｏ３。

其次，为了获得高密度的存储器，磁隧道结或自旋电子管的尺寸必须减小为微米到亚微米量级，这就使存储器的性能受到尺寸、形状以及其它结构参数和内在参数的影响。Ｅ． Ｙ． Ｃｈｅｎ发现，在自旋电子管结构中，自由转换层的转换磁场与固定层的转换磁场分别随着存储单元宽度的减小而增大和减小。当宽度减小为０．５μｍ到０．２５μｍ时，存储单元边缘被腐蚀和氧化的影响越来越显著，从而引起固定层的磁化方向与自由转换层的磁化方向一起改变，ＧＭＲ急剧下降。所以，随着电子管尺寸的进一步减小，必须提高固定层的转换磁场，同时消除工艺所带来的负面影响。目前，Ｗ． Ｊ． Ｇａｌｌａｇｈｅｒ采用自对准工艺生产出性能优良的亚微米量级的磁隧道结，该技术不仅获得了无外场情况下稳定的两个磁状态，而且在室温下获得了较高的ＭＲ（１５％－２０％）。

最后，衬底的不平整度以及磁性元件参数的一致性都会对存储器的性能产生直接影响。一般情况下，未经刻蚀的衬底不平整度低于０．４ｎｍ，此时集成的磁隧道结ＭＲ和电阻分别为２５％和７１１ｋΩμｍ２。但是，当衬底经过刻蚀之后，不平整度会升高到２．５ｎｍ～３．７ｎｍ，磁隧道结的电阻降为１４．５～１６ｋΩμｍ２，这是由于衬底的不平整引起绝缘势垒层出现针孔缺陷所致，由于该缺陷同时也会使磁性元件的ＭＲ降为２％～５％，从而导致存储器性能退化。此外，磁隧道结存储器的可靠性与绝缘势垒层也有一定的关系，为了获得合适的电阻，亚微米量级磁隧道结的势垒层厚度约为０．７ｎｍ（６０Ωμｍ２）、０．９ｎｍ（１６０Ωμｍ２）或０．１１ｎｍ（８００Ωμｍ２）。这些数据都表明：势垒层厚度的起伏会引起输出信号的变化，甚至造成数据读取错误。另一方面，为了实现ＭＲＡＭ数据的可靠存储和读取，需要适当地附加冗余存储单元，但它们必须具有完全相同的转换特性。这就要求同一晶片上的磁隧道结特性必须一致，同时铁磁转换层的特性和亚微米尺寸元件的形状也都需要加以严格控制。

４　结论

非挥发性、高密度的磁电存储器不仅存取速度快、功耗小，而且集动态ＲＡＭ、磁盘存储和高速缓冲存储器的功能于一身，因此是动态存储器研究领域的一个热点。目前，其主要工作集中于下列工艺和技术的探索上：

（１）将存储单元的尺寸缩小至微米量级并与现有生产工艺相兼容；

（２）因为ＭＲＡＭ主要应用于电池供电的便携式电话，因此要尽可能降低存储器的功耗；

（３）提高磁电存储器的速度。

尽管目前磁电存储器距离实用化尚需时日，但是如果能在磁电存储器的加工方面取得突破性进展，磁电存储器将很好地取代浮栅技术。

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