專利名稱：：具有幾何形狀的磁性多層膜及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種磁性多層膜的制備方法和用途，特別是涉及一種具有三角形、五邊形、六邊形、八邊形、十邊形、十六邊形等多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜、和含金屬芯的三角形、五邊形、六邊形、八邊形、十邊形、十六邊形等多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜及它們的制備方法，和基于這些閉合環(huán)狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)及其控制方法。
背景技術(shù)：
：由于磁電阻效應(yīng)可以廣泛應(yīng)用到磁電阻型傳感器、磁記錄讀出磁頭等領(lǐng)域，因此自20世紀(jì)80年代末期Baibich等人在磁性多層膜系統(tǒng)中首次觀察到巨磁電阻效應(yīng)(GiantMagnetoResistance,GMR)以來(lái)，磁性多層膜體系的研究一直是科研人員普遍關(guān)注的一個(gè)課題。由于GMR效應(yīng)具有很高的磁電阻比值，因此用GMR制成的器件不僅具有靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)良特點(diǎn)，還可以帶來(lái)抗輻射、非易失性信息存儲(chǔ)等許多新特性。特別是將GMR效應(yīng)用于磁記錄讀出磁頭則給整個(gè)信息記錄領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)深刻的革命，并對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了直接而深遠(yuǎn)的影響。1994年IBM公司利用GMR效應(yīng)成功研制出硬磁盤(pán)讀出磁頭，將磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)的記錄密度提高了近20倍，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)取得了突破性進(jìn)展；基于GMR效應(yīng)制成的各類傳感器件則由于輸出信號(hào)增強(qiáng)而使得器件設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化，這直接導(dǎo)致了器件的小型化與廉價(jià)化。繼巨磁電阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn)之后，1995年日本科學(xué)家T.Miyazaki和美國(guó)科學(xué)家J.S.Moodera在磁性隧道結(jié)(MTJ)中分別獨(dú)立獲得了室溫下18%和10%的隧道磁電阻(TunnelingMagnetoResistance,TMR)比值，從而掀起了磁性隧道結(jié)的研究高潮。研究人員基于GMR效應(yīng)以及磁性隧道結(jié)而設(shè)計(jì)了一種新型磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MagneticRandomAccessMemory,MRAM)的器件模型，這種器件由于采用了全新的設(shè)計(jì)而具有許多激動(dòng)人心的新特性，諸如抗輻射、非易失性信息存儲(chǔ)等。典型的MRAM器件設(shè)計(jì)其核心部分結(jié)構(gòu)由四部分構(gòu)成位線(BitLine)、寫(xiě)字線(WordLine),讀字線(ReadLine)和存儲(chǔ)單元。位線和寫(xiě)字線，讀字線分別位于存儲(chǔ)單元的上方和下方，呈縱橫交叉排列，存儲(chǔ)單元?jiǎng)t位于位線和字線的交叉處。MRAM存儲(chǔ)單元的寫(xiě)操作過(guò)程則是通過(guò)流經(jīng)字線和位線的兩個(gè)脈沖電流共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)比特層磁矩反轉(zhuǎn)來(lái)完成，因此這種工作方式明顯依賴于字線和位線兩個(gè)脈沖電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)這樣一個(gè)中間環(huán)節(jié)來(lái)操控存儲(chǔ)單元的磁化狀態(tài)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和工藝制備過(guò)程十分復(fù)雜，給MRAM器件的加工和集成帶來(lái)了極大的不便和較高成本。1996年，美國(guó)科學(xué)家J.Slonczewski從理論上預(yù)言了一種新的物理機(jī)制一自旋轉(zhuǎn)矩(SpinTorque，ST)效應(yīng)，這種物理機(jī)制可以利用電流自身實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)單元磁化狀態(tài)的操控，當(dāng)存儲(chǔ)單元中流過(guò)的電流小于某個(gè)特定的臨界值/c時(shí)，存儲(chǔ)單元磁化狀態(tài)不會(huì)被存儲(chǔ)單元中流過(guò)的電流所改變，從而可以實(shí)現(xiàn)讀操作；而當(dāng)存儲(chǔ)單元中流過(guò)的電流大于這個(gè)臨界值/c時(shí)，存儲(chǔ)單元磁化狀態(tài)將由存儲(chǔ)單元中流過(guò)的電流的方向所決定，從而可以實(shí)現(xiàn)寫(xiě)操作。在隨后的十幾年中，科學(xué)家們對(duì)這種新效應(yīng)進(jìn)行了大量廣泛而深入的研究。如果將這種新機(jī)制應(yīng)用到磁性多層膜系統(tǒng)以及MRAM等器件中，則能夠極大地簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)和加工工藝，這將為信息存儲(chǔ)領(lǐng)域帶來(lái)又一次革命性的突破。在現(xiàn)有技術(shù)中使用的存儲(chǔ)單元如比特層(軟磁層)和其它被釘扎磁性層(或硬磁層)一的幾何結(jié)構(gòu)均采用非閉合結(jié)構(gòu)，如矩形、橢圓形等，這種結(jié)構(gòu)在高密度小尺寸存儲(chǔ)單元下將會(huì)帶來(lái)較大的退磁場(chǎng)和形狀各向異性，這種缺陷無(wú)疑會(huì)增大比特層(軟磁層)的反轉(zhuǎn)場(chǎng)(矯頑力)和功耗，同時(shí)在高密度狀態(tài)下磁存儲(chǔ)單元之間的磁耦合和相互干擾不可避免，對(duì)存儲(chǔ)單元的磁電性能的均勻性和一致性也帶來(lái)許多不利的影響和磁噪聲，并且給存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)和制備帶來(lái)諸多結(jié)構(gòu)上和工藝過(guò)程中的復(fù)雜性。目前為減小退磁場(chǎng)，作為存儲(chǔ)單元的磁性隧道結(jié)其上下磁電極一般大都采用三明治式人工釘扎復(fù)合型的比特層和底部釘扎層(如Co-Fe/Ru/Co-Fe-B和Py/Ru/Co-Fe-B)。但其比特層的反轉(zhuǎn)場(chǎng)和功耗仍然沒(méi)有降低到一個(gè)理想和期望的最低值。為了克服這些問(wèn)題，必須采用新的幾何結(jié)構(gòu)和器件設(shè)計(jì)原理來(lái)減小存儲(chǔ)單元比特層的形狀各向異性，并進(jìn)一歩消除磁性多層膜經(jīng)過(guò)微加工和納米加工小尺寸圖型化后存儲(chǔ)單元自身產(chǎn)生的退磁場(chǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的磁性多層膜系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)上的缺陷，通過(guò)改變多層膜系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，提供一種無(wú)退磁場(chǎng)和弱形狀各向異性的閉合形狀的磁性多層膜。本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有的磁性多層膜系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)上的缺陷，通過(guò)改變多層膜系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，提供一種無(wú)退磁場(chǎng)和弱形狀各向異性的含金屬芯的閉合形狀的磁性多層膜。本發(fā)明的再一目的在于提供上述閉合形狀的磁性多層膜和含金屬芯的閉合形狀的磁性多層膜的制備方法。本發(fā)明的還一目的在于克服現(xiàn)有的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器使用非閉合結(jié)構(gòu)的磁性多層膜作為存儲(chǔ)單元時(shí)，由于非閉合結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)單元的退磁場(chǎng)和形狀各向異性的影響以及在高密度狀態(tài)下磁存儲(chǔ)單元之間存在磁耦合和相互干擾，使得MRAM在寫(xiě)和讀操作方法上產(chǎn)生的一些技術(shù)困難和缺陷，從而提供一種基于上述閉合形狀的磁性多層膜和含金屬芯的閉合形狀的磁性多層膜、可以消除存儲(chǔ)單元的退磁場(chǎng)、減弱其形狀各向異性以及磁相互作用和干擾的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，及其控制方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的具有幾何形狀的磁性多層膜，包括沉積在襯底上的磁性多層膜單元的各層；其特征在于，所述的磁性多層膜單元呈多邊形閉合環(huán)狀，該多邊形閉合環(huán)狀包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形、十邊形、十六邊形等N邊形(N為大于等于3的整數(shù))閉合環(huán)；其中所述的磁性多層膜單元中的每一具有鐵磁性的薄膜層的磁矩或磁通量可以形成順時(shí)針或逆時(shí)針的閉合狀態(tài)。優(yōu)選的，所述的磁性多層膜單元的多邊形閉合環(huán)的內(nèi)邊邊長(zhǎng)為10100000nm，外邊的邊長(zhǎng)為20200000nm,閉合環(huán)的寬度在10100000nm之間。在上述的技術(shù)方案中，還包括一個(gè)金屬芯，該金屬芯設(shè)置在所述的磁性多層膜單元的多邊形閉合環(huán)的幾何中心位置，組成含有金屬芯的閉合形狀的磁性多層膜。該金屬芯的形狀與閉合環(huán)狀多邊形磁性多層膜的形狀相匹配；該金屬芯的橫截面相應(yīng)地為多邊形，包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形、十邊形、十六邊形等N邊形(N為大于等于3的整數(shù))，其中多邊形金屬芯的各邊長(zhǎng)為550000nm。在上述的技術(shù)方案中，所述的金屬芯的材料為電阻率較小的金屬材料，優(yōu)選Au、Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Ai合金等；該金屬芯的作用是從外部施加電流，通過(guò)電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)操控磁性多層膜圖型化后的存儲(chǔ)單元的磁化狀態(tài)，從而可以更方便的進(jìn)行磁性多層膜存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作，同時(shí)可以避免較大的脈沖寫(xiě)電流反復(fù)寫(xiě)操作時(shí)對(duì)勢(shì)壘層可能產(chǎn)生的損傷(電流遷移原子效應(yīng))。在上述的技術(shù)方案中，所述的多邊形閉合狀的磁性多層膜和含金屬芯的多邊形閉合狀的磁性多層膜，按照形成的材料分類，包括無(wú)釘扎型、釘扎型和雙中間層型。對(duì)于無(wú)釘扎型多邊形閉合狀的磁性多層膜，如圖1和圖3所示，其依次為緩沖導(dǎo)電層l、硬磁層2、中間層3、軟磁層4及覆蓋層5。對(duì)于釘扎型多邊形閉合狀的磁性多層膜，如圖2和圖4所示，其依次為緩沖導(dǎo)電層1、反鐵磁釘扎層8、被釘扎磁性層9、中間層3、軟磁層4及覆蓋層5。對(duì)于無(wú)釘扎型多邊形閉合狀的雙中間層磁性多層膜，如圖5和圖7所示，其依次為緩沖導(dǎo)電層l、第一硬磁層21、第一中間層31、軟磁層4、第二中間層32、第二硬磁層22、及覆蓋層5。對(duì)于釘扎型多邊形閉合環(huán)狀的雙中間層磁性多層膜，如圖6和圖8所示，其依次為緩沖導(dǎo)電層1、第一反鐵磁釘扎層81、第一被釘扎磁性層91、第一中間層3K軟磁層4、第二中間層32、第二被釘扎磁性層92、第二反鐵磁釘扎層82及覆蓋層5。在上述的技術(shù)方案中，所述的襯底為常規(guī)襯底，如Si、Si/Si02、SiC、SiN或GaAs襯底等，厚度為0.3lmm;所述的下部緩沖導(dǎo)電層l由金屬材料組成，優(yōu)選Ta、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Al合金等，厚度為2200nm;所述的硬磁層2、第一硬磁層21和第二硬磁層22由巨磁電阻效應(yīng)大的材料，如Co，F(xiàn)e,Ni,CoFe，NiFeCo，CoFeB，CoFeSiB等組成，厚度為220nm;所述的中間層3、第一中間層31和第二中間層32均由非磁性金屬層或者絕緣體勢(shì)壘層構(gòu)成，其中非磁性金屬層的材料如Ti，Zn，ZnMn，Cr，Ru，Cu，V或TiC，絕緣體勢(shì)壘層的材料如A1203，MgO，TiO，ZnO，(ZnMn)O，CrO，VO，或TiCO，厚度為0.510nrn;所述的軟磁層4的組成材料為自旋極化率高，矯頑力較小的鐵磁材料，包括Co，F(xiàn)e，Ni或它們的金屬合金NiFe，CoFeSiB，NiFeSiB，或非晶Co咖.x.yFexBy(0<x<100，0<yS20)，或Heusler合金，如Co2MnSi，Co2Cro.6Feo.4Al;軟磁層的組成材料優(yōu)選Co9。Fe10，Co75Fe25,Co4oFe40B2o,或NiwFe2r,所述的軟磁層的厚度為l20nm;所述的覆蓋層5由不易被氧化的且具有較大電阻的金屬材料組成，優(yōu)選Ta、Cu、Ru、Pt、Ag、Au、Cr等或其合金，厚度為220mn，用于保護(hù)材料不被氧化。所述的反鐵磁釘扎層8、第一反鐵磁釘扎層81和第二反鐵磁釘扎層82均由具有反鐵磁性的合金組成，優(yōu)選IrMn，F(xiàn)eMn,PtMn，CrMn或Pt(Cr，Mn)合金，厚度為330nm;所述的被釘扎磁性層9、第一被釘扎磁性層91和第二被釘扎磁性層92的組成材料為具有較高自旋極化率的鐵磁性金屬，如Fe、Co、Ni及其合金，優(yōu)選CoFe合金，NiFe合金，非晶CoFeB合金，CoFeSiB合金等，厚度為220nm;本發(fā)明提供的利用微加工方法制備所述的閉合形狀的磁性多層膜的方法，包括如下的步驟-1)選擇一個(gè)襯底，采用常規(guī)的清洗工藝清洗該襯底；2)然后在襯底上依次沉積所述的磁性多W膜的各W;在沉積rt有鐵磁性的薄膜層時(shí)，可以選擇施加磁場(chǎng)強(qiáng)度為505000Oe的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)；3)采用微加工工藝將步驟2)中沉積了磁性多層膜的襯底加工成閉合的多邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述的微加工工藝的具體步驟為首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在在紫外、深紫外曝光或電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的閉合狀圖形(包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形、十邊形、十六邊形等多邊形環(huán))對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成閉合形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠；必要時(shí)還可以利用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)進(jìn)行輔助去膠；4)將步驟3)得到的刻蝕成形的多邊形閉合狀的磁性多層膜上，再沉積一層絕緣層，將所述的多邊形閉合環(huán)狀多層膜單元進(jìn)行掩埋并且相互隔離不同的單元；5)利用微加工工藝，例如紫外、深紫外曝光或電子束曝光方法，以及聚焦離子束刻蝕或者化學(xué)反應(yīng)干刻或化學(xué)反應(yīng)濕刻，在沉積有閉合環(huán)狀多層膜的位置上，對(duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩埋的磁性多層膜暴露，得到本發(fā)明的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜單元；對(duì)于含金屬芯的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜的制備方法，在上述閉合形狀的磁性多層膜的制備方法的步驟4)和步驟5)之間，包括步驟4'):4')利用微加工工藝，在多邊形閉合環(huán)狀多層膜的幾何中心位置制備一個(gè)金屬芯，該金屬芯的橫截面為多邊形對(duì)步驟4)得到的進(jìn)行了絕緣層掩埋的多邊形閉合環(huán)狀多層膜單元的幾何中心位置定位，接著利用聚焦離子束刻蝕、紫外、深紫外曝光、電子束曝光、化學(xué)反應(yīng)刻蝕等微加工方法對(duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成水平橫截面為多邊形的柱狀孔洞，之后利用電化學(xué)沉積方法、磁控濺射、聚焦離子束輔助沉積等方法在孔洞位置沉積金屬材料，形成金屬芯；其中，所述的多邊形金屬芯的各邊長(zhǎng)為550000nm，金屬芯的形狀與多邊形閉合狀的磁性多層膜的形狀相匹配，該金屬芯的橫截面相應(yīng)地為多邊形，包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形等N邊形(N為大于等于3的整數(shù))。在上述的技術(shù)方案中，還包括步驟6)制作上電極，具體歩驟如下-6)利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，在步驟5)得到的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再利用常規(guī)的半導(dǎo)體微加工工藝，將導(dǎo)電層加工成電極，每個(gè)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)引出四個(gè)電極，即得到含有本發(fā)明的磁性多層膜的元器件，該導(dǎo)電層為電阻率較小的金屬，優(yōu)選Au、Ag、Pt、Cu、Al、SiAl等或其金屬合金，厚度為2200nm。在上述的技術(shù)方案中，所述的常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)工藝，包括磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等工藝。在上述的技術(shù)方案中，所述的微加工工藝包括首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)或電子束曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成所要制作的形狀，最后用去膠劑等浸泡進(jìn)行去膠的工藝。在上述的技術(shù)方案中，在步驟4)中所述的絕緣層為常規(guī)的絕緣體材料，優(yōu)選Si02，A1203，ZnO，TiO，SnO或有機(jī)分子材料(如聚氯乙烯PVC，聚乙烯PE，聚丙烯PP等)，厚度為501000nm。在上述的技術(shù)方案中，所述的金屬芯的材料為電阻率較小的金屬材料，優(yōu)選Au、Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Al合金等。本發(fā)明的多邊形閉合的含(或不含)金屬芯形狀的磁性多層膜能夠廣泛應(yīng)用于以磁性多層膜為核心的各種器件，例如，磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)磁讀頭，磁敏傳感器，磁邏輯器件和自旋晶體管等。本發(fā)明提供一種基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其使用上述閉合形狀的磁性多層膜和含金屬芯的多邊形閉合狀的磁性多層膜作為存儲(chǔ)單元。本發(fā)明提供的基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器包括以下幾種類型-1.本發(fā)明提供一種基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，如圖9A、9B和圖9C所示，包括晶體管單元O(包括晶體管的源極Ob、漏極Oa和輕摻雜區(qū)域Oc)構(gòu)成的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制單元陣列，該讀寫(xiě)控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元構(gòu)成的存儲(chǔ)單元65及其陣列，其中存儲(chǔ)單元65的幾何結(jié)構(gòu)為多邊形閉合狀磁性多層膜；所述的多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜包括非釘扎型和釘扎型兩類，其特征如前所述。連接上述晶體管單元0和閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的過(guò)渡金屬層(4a、4b);以及字線62、位線4c、地線4a，所述的字線同時(shí)也是所述的晶體管0的柵極，所述的位線4c布置在所述的閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的上方，并與所述的字線62相互垂直，而且與所述的閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65直接連接。其中所述晶體管單元0的源極和第一漏極上分別設(shè)置第一接觸導(dǎo)電孔3a、第二接觸導(dǎo)電孔3b，第一接觸導(dǎo)電孔3a上設(shè)置地線4a，第二接觸導(dǎo)電孔3b上設(shè)置第一過(guò)渡金屬層4b;第一過(guò)渡金屬層4b與磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的下端連接；所述的字線62同時(shí)也是所述的晶體管0的柵極；所述的位線4c布置在所述的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的上方，與所述的字線62相互垂直，并且與所述的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65直接連接；la、lb和lc是絕緣隔離材料。并且在所述的位線4c上覆蓋一層絕緣鈍化層lf。在此技術(shù)方案中，所述的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的形狀為中間空心的帶有寬度的多邊形環(huán)；所述的多邊形環(huán)的內(nèi)多邊形各邊的長(zhǎng)度為10100000nm、外多邊形的各邊長(zhǎng)度為20200000nm;所述的閉合狀含金屬芯磁性多層膜包括非釘扎型和釘扎型兩類，其特征如前所述。根據(jù)
背景技術(shù)：
中介紹過(guò)的自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)和電流產(chǎn)生的閉合狀磁場(chǎng)效應(yīng)，本發(fā)明提供一種上述基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的控制方法，其為通過(guò)流經(jīng)存儲(chǔ)單元65中的電流的大小和方向來(lái)實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作和寫(xiě)操作，具體如下-當(dāng)多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65中的電流小于一個(gè)特定的低臨界值/c/(相應(yīng)電流密度Jc尸10l(^A/cm2，電流=電流密度乂閉合狀磁性多層膜截面積)時(shí)，其比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)不會(huì)受到改變，從而實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作當(dāng)多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元中的電流大于這個(gè)低臨界值/c/并且小于高臨界值/cX相應(yīng)電流密度Jc產(chǎn)10Sl(^A/cm2，電流=電流密度乂閉合狀磁性多層膜截面積)時(shí)，電流的方向?qū)?huì)改變閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)，通過(guò)正向和負(fù)向自旋極化隧穿電流(即通過(guò)極化隧穿電流誘導(dǎo)的環(huán)行磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)作用和自旋轉(zhuǎn)力矩的聯(lián)合作用)，實(shí)現(xiàn)其比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛉∠?，使得比特?軟磁層)與被釘扎磁性層(或硬磁層)的磁化狀態(tài)分別沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛳嗤蛳喾?即磁化強(qiáng)度平行或反平行)反轉(zhuǎn)取向，從而獲得低電阻和高電阻兩種狀態(tài)(即獲得高輸出電壓和低輸出電壓兩種狀態(tài))，也就是通過(guò)控制電流的大小和方向就可以實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作；如果寫(xiě)電流超過(guò)高臨界電流值(即大于該臨界電流后)，被釘扎磁性層(或硬磁層)的原來(lái)沿順時(shí)針或逆時(shí)針取向的磁化狀態(tài)將被反轉(zhuǎn)，即會(huì)導(dǎo)致比特層(軟磁層)和被釘扎磁性層(或硬磁層)一起被反轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生相同的磁化強(qiáng)度取向，所以寫(xiě)電流必須小于高臨界電流值/c2。即讀電流要小于低臨界電流值/c/，寫(xiě)電流必須大于低臨界電流fo而小于高臨界電流/c》2.本發(fā)明提供另一種基于多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，如圖10A、IOB和IOC所示，包括晶體管單元O(包括晶體管的源極Ob、漏極0a和輕摻雜區(qū)域Oc)構(gòu)成的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制單元陣列，該讀寫(xiě)控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元構(gòu)成的存儲(chǔ)單元65及其陣列，其中存儲(chǔ)單元的幾何結(jié)構(gòu)為多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜；所述的多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜包括非釘扎型和釘扎型兩類，其特征如前所述。連接上述晶體管單元0和多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的過(guò)渡金屬層4b;以及字線62、第一位線4e和第二位線4d，所述的字線同時(shí)也是所述的晶體管0的柵極，所述的兩條位線4e和4d布置在所述的多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元的上方，第一位線4e與所述的字線62相互垂直，并且與所述的多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65直接連接，第二位線4d與所述的閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65中的金屬芯直接相連，并且由一層絕緣層與第一位線4e相互隔離。la、lb、lc、le和lf是絕緣隔離材料。本發(fā)明提供上述基于多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存取存儲(chǔ)方法，其為通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)單元中的金屬芯施加的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作，通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)單元中的閉合狀磁性多層膜施加的隧穿電流來(lái)實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作，具體如下在閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元的磁性多層膜中的施加的電流小于一個(gè)特定的低臨界值/c/(相應(yīng)電流密度Jc尸10l(^A/cm2，電流-電流密度X閉合狀磁性多層膜截面積)時(shí)，其比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)不會(huì)受到改變，從而實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作；在多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲(chǔ)單元中的金屬芯中施加電流，由于電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈環(huán)狀分布，因此可以方便的控制閉合狀磁性多層膜的磁化狀態(tài)，具體方法為當(dāng)多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲(chǔ)單元65中的金屬芯中施加電流大于低臨界值/c/并且小于高臨界值/a(相應(yīng)電流密度Jcf102106A/cm2，電流^電流密度X金屬芯截面積)時(shí)，電流的方向?qū)?huì)改變閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)，通過(guò)正向和負(fù)向的驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较虻拇艌?chǎng)，實(shí)現(xiàn)其比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛉∠?，使得比特?軟磁層)與被釘扎磁性層(或硬磁層)的磁化狀態(tài)分別沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛳嗤蛳喾?即磁化強(qiáng)度平行或反平行)，從而獲得低電阻和高電阻兩種狀態(tài)(即獲得高輸出電壓和低輸出電壓兩種狀態(tài))，也就是通過(guò)控制電流的方向就可以實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作。如果寫(xiě)電流超過(guò)高臨界電流值fo(即大于該臨界電流后)，被釘扎磁性層(或硬磁層)原來(lái)沿順時(shí)針或逆時(shí)針取向的磁化狀態(tài)將被反轉(zhuǎn)，即會(huì)導(dǎo)致比特層(軟磁層)和被釘扎磁性層(或硬磁層)一起被反轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生相同的磁化強(qiáng)度取向，所以寫(xiě)電流必須小于高臨界電流值/c2。即讀電流要小于低臨界電流/n,寫(xiě)電流必須大子低臨界電流/c,而小于高臨界電流/。3.本發(fā)明提供另一種讀和寫(xiě)過(guò)程分別各用一個(gè)晶體管控制的基于多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，如圖iiA、iiB禾niic所示，包括所述的第一和第二晶體管單元O(包括第一和第二晶體管的源極0bl和0b2、共用的漏極0al、輕摻雜區(qū)域Oc)構(gòu)成的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制單元陣列，該讀寫(xiě)控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；第一晶體管開(kāi)關(guān)控制讀操作，第二晶體管開(kāi)關(guān)控制寫(xiě)操作。第一晶體管的柵極67也作為第一字線67(共用)，第二品體管的柵極63也作為第二字線63(共用)；所述的晶體管共用漏極Oal、第一晶體管的源極OM、第二晶體管的源極0b2之上分別設(shè)置第一導(dǎo)電接觸孔3a、第二導(dǎo)電接觸孔3b、第三導(dǎo)電接觸孔3b2，并且分別與及其上的第一過(guò)渡金屬層4a和4b連接；第一接觸孔3a之上的過(guò)渡金屬層4a也同時(shí)構(gòu)成所設(shè)置的地線4a;第四導(dǎo)電接觸孔3d和第二過(guò)渡金屬層4f相連；該第二過(guò)渡金屬層4f作為底部傳導(dǎo)電極與所述的多邊形環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的下端相連，該多邊形環(huán)狀的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的上端設(shè)置位線4c并與之相連；所述的設(shè)置在多邊形環(huán)狀的磁性多層膜存儲(chǔ)單元65中心處的多邊形形金屬芯上端與位線4c接觸，下端與第一過(guò)渡金屬層4b連接；第五絕緣鈍化層lf覆蓋在位線4c上。所述的多邊形閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元構(gòu)成的存儲(chǔ)單元65及其陣列，其中存儲(chǔ)單元的幾何結(jié)構(gòu)為多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜；所述的多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜包括非釘扎式和釘扎式兩類，其特征如前所述。本發(fā)明提供的多邊形閉合含(或不含)金屬芯形狀的磁性多層膜，使用微加工方法制備的多邊形閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，來(lái)代替常規(guī)的磁性多層膜。在現(xiàn)有技術(shù)使用常規(guī)的非閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，由于常規(guī)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的退磁場(chǎng)和形狀各向異性的影響，使磁性多層膜的磁化狀態(tài)不易改變，在器件應(yīng)用上必須依賴外部施加的較大磁場(chǎng)或者由較大脈沖電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)來(lái)操控其磁化狀態(tài)，功耗大、成本高，并給器件的加工、集成和使用帶來(lái)許多不利因素，如噪聲和近鄰單元間的磁耦合和磁干擾以及熱效應(yīng)和散熱問(wèn)題等，并且對(duì)器件的性能產(chǎn)生不良的影響。而本發(fā)明通過(guò)改變磁性多層膜的幾何結(jié)構(gòu)，可以克服上述缺陷，提高磁性多層膜的性能，使其在保持磁性多層膜原有特征和性能的情況下，還具有無(wú)退磁場(chǎng)和最小磁各向異性，磁化狀態(tài)易于改變并且可由電流直接操控等優(yōu)點(diǎn)，避免了使用外磁場(chǎng)或者由較大脈沖電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)來(lái)操控磁化狀態(tài)所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)和工藝上的復(fù)雜性，能夠滿足大規(guī)模產(chǎn)品化的要求，即本發(fā)明的多邊形閉合含(或不含)金屬芯形狀的磁性多層膜更適合于器件化的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、新型磁性多層膜傳感器的制備。在現(xiàn)有技術(shù)中MRAM的數(shù)據(jù)寫(xiě)操作是依靠寫(xiě)字線和位線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的共同作用來(lái)操控存儲(chǔ)單元比特層的磁化狀態(tài)，因此在工藝結(jié)構(gòu)上需要有兩個(gè)金屬布線層分別布置寫(xiě)字線和位線。而與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，通過(guò)采用新的多邊形環(huán)狀的磁性多層膜幾何結(jié)構(gòu)作為存儲(chǔ)單元，利用正負(fù)兩個(gè)方向的極化隧穿電流自身產(chǎn)生的環(huán)行磁場(chǎng)或者金屬芯中正負(fù)兩個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)，并結(jié)合自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作，使得MRAM的控制更加簡(jiǎn)便利用自選轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)使得數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)操作山一條位線來(lái)完成；利用金屬芯中電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)多邊形閉合狀磁性多層膜的比特層磁化狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)空間分布與存儲(chǔ)單元的幾何形狀匹配較好，因此使得器件的驅(qū)動(dòng)更加容易。這些特點(diǎn)使得本發(fā)明的基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器避免了由于磁場(chǎng)空間分布不均勻而帶來(lái)的不利影響，有利于器件工作性能的穩(wěn)定和器件壽命的延長(zhǎng)；同時(shí)由于本發(fā)明的基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器去除了現(xiàn)有技術(shù)中專門(mén)用于寫(xiě)操作的一條寫(xiě)字線，大大降低了傳統(tǒng)MRAM結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、制造工藝的難度及成本，并克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提高了MRAM的應(yīng)用價(jià)值。圖1-1是本發(fā)明的一種無(wú)釘扎型的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜的頂視圖圖1-2為圖1-1的剖面結(jié)構(gòu)2-1是本發(fā)明的一種釘扎型的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜的頂視圖圖2-2為圖2-l的剖面結(jié)構(gòu)3-1是本發(fā)明的一種無(wú)釘扎型、含金屬芯的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜的頂視圖圖3-2為圖3-l的剖面結(jié)構(gòu)4-l是本發(fā)明的一種釘扎型、含金屬芯的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜頂視圖圖4-2為圖4-l的剖面結(jié)構(gòu)5-1是本發(fā)明的一種無(wú)釘扎型、多邊形閉合環(huán)狀的雙中間層磁性多層膜的頂視圖圖5-2為圖5-l的剖面6-1是本發(fā)明的一種釘扎型、多邊形閉合環(huán)狀的雙中間層磁性多層膜的頂視圖6-2為圖6-l的剖面7-l是本發(fā)明的一種無(wú)釘扎型、含金屬芯的、多邊形閉合環(huán)狀的雙中間層磁性多層膜的頂視7-2為圖7-l剖面結(jié)構(gòu)8-l是本發(fā)明的一種釘扎型、含金屬芯的、多邊形閉合環(huán)狀的雙中間層磁性多層膜的頂視8-2為圖8-l剖面結(jié)構(gòu)1-1—圖8-2中l(wèi)-緩沖導(dǎo)電層；2-硬磁層；3-中間層；4-軟磁層；5-覆蓋層；6-金屬芯；8-反鐵磁釘扎層；9-被釘扎磁性層；21-第一硬磁層；22-第二硬磁層31-第一中間層；32-第二中間層；81-第一反鐵磁釘扎層；82-第二反鐵磁釘扎層；91第一被釘扎磁性層；92-第二被釘扎磁性層；31-第一中間層32-第二中間層；圖9A是實(shí)施例34中基于多邊形閉合狀(包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形等多邊形環(huán)狀)磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的的MRAM單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖9B是圖9A的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖9C是圖9A的立體結(jié)構(gòu)圖；圖10A是實(shí)施例35中基于多邊形閉合狀(包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形等多邊形環(huán)狀)含金屬芯磁性多層膜的、利用一個(gè)晶體管控制一個(gè)存儲(chǔ)單元讀和寫(xiě)過(guò)程的、同時(shí)利用金屬芯中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)方式工作的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的MRAM單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖IOB是圖IOA的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖IOC是圖IOA的立體結(jié)構(gòu)圖；圖11A是實(shí)施例36中基于多邊形閉合狀(包括三角形、五邊形、六邊形、八邊形等多邊形環(huán)狀)含金屬芯磁性多層膜的、利用兩個(gè)晶體管分別控制一個(gè)存儲(chǔ)單元讀和寫(xiě)過(guò)程的、同時(shí)利用金屬芯中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)方式工作的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的MRAM單元剖面結(jié)構(gòu)圖；圖11B是圖11A的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖IIC是圖IIA的立體結(jié)構(gòu)圖；圖9A—圖11C中，0是晶體管、Oa是晶體管的漏極、Ob是品體管的源極、Obl和0b2分別是第一晶體管和第二晶體管的源極、0al是第'品體管和第二品體管的共用漏極、0c晶體管輕摻雜區(qū)、62是晶體管0的柵極、63和67分別是第二晶體管和第一晶體管的柵極、la、lb、lc、ld、le為MRAM單元中的各絕緣層、lf為第五絕緣鈍化層、3a為第一導(dǎo)電接觸孔、3b為第二導(dǎo)電接觸孔、3b2為第三導(dǎo)電接觸孔、3d為第四導(dǎo)電接觸孔、4a地線、4b為第一過(guò)渡金屬層、4e為第一位線、4d為第二位線、4f為第二過(guò)度金屬層、65為閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和制備方法對(duì)本發(fā)明的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜，以及利用該多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜制作的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明實(shí)施例1利用微加工方法制備無(wú)釘扎型正六邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜。在高真空磁控濺射設(shè)備上，經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗后的lmm厚的Si02/Si襯底上，采用常規(guī)鍍膜方法依次沉積厚度為2nm的Au作為下部緩沖導(dǎo)電層1，厚度為3nm的Co作為硬磁層2，厚度為lnm的Cu作為中間層3，厚度為lnm的Co作為軟磁層4和厚度為4nm的Ru作為覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5xl(^帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07巾白；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒；生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率并且在沉積硬磁層2和軟磁層4時(shí)，施加1500e平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)。沉積好的磁性多層膜采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的多邊形環(huán)狀圖形對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成多邊形閉合環(huán)，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即形成正六邊形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該正六邊形環(huán)的內(nèi)正六邊形邊長(zhǎng)為500nm，外正六邊形的邊長(zhǎng)為800nm。然后在此刻蝕成形的多邊形環(huán)狀磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，沉積一層100nm厚的SiO2絕緣層，將各多邊形環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離，再進(jìn)行聚焦離子刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有多邊形環(huán)狀多層膜的位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的環(huán)狀磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為2nm的Au導(dǎo)電層，生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先在Au導(dǎo)電層上經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到本發(fā)明的無(wú)釘扎型iH五邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1一圖1-2所示。實(shí)施例27、按照實(shí)施例1相同的方法，利用微加工方法制備無(wú)釘扎型正五邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜，其磁性多層膜的各層材料和厚度列于表1中。表1、本發(fā)明的利用微加工方法制備無(wú)釘扎型IH五邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜的結(jié)構(gòu)<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>實(shí)施例8、利用微加工方法制備釘扎型正六邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗的0.8mm厚的Si/SK)2襯底上依次沉積厚度為2nm的Au下部緩沖導(dǎo)電層l，厚度為10nm的IrMn反鐵磁釘扎層8，厚度為3nm的Co9oFeu)被釘扎磁性層9;然后沉積lmn厚的Al，經(jīng)等離子體氧化50秒形成的絕緣層作為中間層3;在該中間層3上依次沉積厚度為3nm的C09QFe1()軟磁層4和厚度為2nm的Au覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5><10—7帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07帕；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒；生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率；在沉積被釘扎磁性層9和軟磁層4時(shí)，施加1500e的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)。沉積好的磁性多層膜采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的環(huán)狀圖形對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成多邊形閉合環(huán)，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即形成正六邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，正六邊形的內(nèi)正六邊形邊長(zhǎng)為300nm,外iH六邊形的邊長(zhǎng)為600nm。然后在此刻蝕成形的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，例如磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等，沉積一層50nm厚的SiO2絕緣層，將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離，采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)進(jìn)行刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有多邊形環(huán)狀多層膜的位賈，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的多邊形環(huán)狀磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為5nm的導(dǎo)電層Cu，生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到本發(fā)明的釘扎型正六邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-l—圖2-2所示。實(shí)施例914按照實(shí)施例8相同的方法，利用微加工方法制備釘扎型正十邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜，其磁性多層膜的各層材料和厚度列于表2中。表2、本發(fā)明的利用微加工方法制備釘扎型正十邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜的結(jié)構(gòu)<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>實(shí)施例15、利用微加工方法制備無(wú)釘扎型正六邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜在高真空磁控濺射設(shè)備中，將經(jīng)過(guò)清洗干凈的lmm厚的Si02/Si襯底上，采用通常的鍍膜方法依次沉積厚度為5nm的Ru作為下部緩沖導(dǎo)電層1，厚度為3nm的Co作為硬磁層2，厚度為lnm的Cu作為中間層3，厚度為lnm的Co作為軟磁層4和厚度為4nm的Ru作為覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5xl0—"fi;濺射用高純度氬氣氣壓0.07帕；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒；生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率；在沉積硬磁層2和軟磁層4時(shí)，要加上誘導(dǎo)磁場(chǎng)150Oe。沉積好的磁性多層膜采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)狀圖形對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成多邊形環(huán)，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即形成正六邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，正六邊形環(huán)的內(nèi)正六邊形邊長(zhǎng)為500nm,外正六邊形的邊長(zhǎng)為1000nm。然后在此刻蝕成形的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，再沉積一層100nm厚的SiO2絕緣層,將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離。采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到多邊形閉合環(huán)狀多層膜的幾何中心位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成邊長(zhǎng)為200nrn的多邊形孔洞，之后利用聚焦離子束輔助沉積方法在孔洞位置沉積金屬材料Au，形成一個(gè)邊長(zhǎng)為200nm的正六邊形Au金屬芯6。然后采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)進(jìn)行刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有多邊形環(huán)狀多層膜的位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的多邊形環(huán)狀磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為2nm的導(dǎo)電層Au，生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到本發(fā)明的無(wú)釘扎型正六邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-l—圖3-2所示。實(shí)施例1621按照實(shí)施例15相同的方法，利用微加工方法制備無(wú)釘扎型正十二邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜，其磁性多層膜的各層材料和厚度列于表3中。表3、本發(fā)明的利用微加工方法制備無(wú)釘扎型正十二邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜的結(jié)構(gòu)<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>實(shí)施例22、利用微加工方法制備釘扎型正六邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗的0.8mm厚的Si02/Si襯底上依次沉積厚度為25rnn的Cr作為下部緩沖導(dǎo)電層1，厚度為10nm的IrMn作為反鐵磁釘扎層8，厚度為3nm的Co9oFe1()被釘扎磁性層9;然后沉積lnm的Al,經(jīng)等離子體氧化50秒形成的絕緣層作為中間層3;在該中間層上依次沉積厚度為lnm的Co9oFe,o軟磁層4和厚度為2nm的Cu覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5><1()-7帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07帕；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒；生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率；在沉積被釘扎磁性層9和軟磁層4時(shí)，要加上誘導(dǎo)磁場(chǎng)150Oe。沉積好的磁性多層膜經(jīng)過(guò)
背景技術(shù)：
中介紹的微加工采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的環(huán)狀圖形對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成多邊形閉合環(huán)形，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即形成多邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，正六邊形環(huán)的內(nèi)正六邊形邊長(zhǎng)為300nm，外TF.六邊形的邊長(zhǎng)為600nm。然后在此刻蝕成形的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，例如磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等，沉積一層50nm厚的Si02絕緣層，將各多邊形環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離。采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到多邊形閉合環(huán)狀多層膜的幾何中心位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成邊長(zhǎng)為100nm的多邊形孔洞，之后利用聚焦離子束輔助沉積方法在孔洞位置沉積金屬材料Cu，形成一個(gè)邊長(zhǎng)為100nm的正二十邊形Cu金屬芯6。然后采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)進(jìn)行刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有多邊形環(huán)狀多層膜的位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的多邊形環(huán)狀磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為5nm的導(dǎo)電層Cu，生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到本發(fā)明的釘扎型正六邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)如圖4-l一圖4-2所示。實(shí)施例2328按照實(shí)施例22相同的方法，利用微加工方法制備釘扎型正十六邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜，其磁性多層膜的各層材料和厚度列于表4中。表4、本發(fā)明的利用微加工方法制備釘扎型iT.十六邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的磁性多層膜<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>實(shí)施例29、制備無(wú)釘扎型正八邊形閉合環(huán)狀的雙中間層型磁性多層膜利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗的1mm厚的Si02/Si襯底上依次沉積厚度為2nm的Ta作為下部緩沖導(dǎo)電層1，厚度為3nm的Co作為第一硬磁層21，厚度為lnm的八1203第一中間層31，厚度為lnm的NiFe軟磁層4，厚度為lnm的八1203第二中間層32，厚度為3nm的Co9oFe,o第二硬磁層22和厚度為4nm的Ru覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5^0—7帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07帕；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒；生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率；在沉積鐵磁層時(shí)，施加150Oe的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)。沉積好的磁性多層膜釆用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方注把磁性多層膜刻成多邊形閉合環(huán)狀，是后用去膠劑漫泡進(jìn)行去膠，即形成正八邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，正八邊形的內(nèi)正八邊形邊長(zhǎng)為300nm,外正八邊形的邊長(zhǎng)為500nm。然后在此刻蝕成形的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，例如磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等，沉積一層50nm厚的Si02絕緣層，將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離，采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)進(jìn)行刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有多邊形閉合環(huán)狀多層膜的位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的多邊形閉合狀的磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為5nm的導(dǎo)電層Cu,生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到本發(fā)明的正八邊形閉合環(huán)狀的雙中間層型磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-l—圖5-2所示。實(shí)施例30、制備釘扎型正八邊形閉合環(huán)狀的雙中間層型磁性多層膜利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗的lmm厚的Si02/Si襯底上依次沉積厚度為2nm的Ta作為下部緩沖導(dǎo)電層1，厚度為10nm的IrMn作為第一反鐵磁釘扎層81，厚度為5nm的CoFeB第一被釘扎磁性層91，厚度為l腿的A1203第一中間層31，厚度為Iran的Co軟磁層4，厚度為lnm的A1203第二中間層32，厚度為5nm的CoFeB第二被釘扎磁性層92，厚度為10nm的IrMn第二反鐵磁釘扎層82和厚度為4nm的Ru覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5"0—7帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07帕；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒；生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率；在沉積第一反鐵磁釘扎層81、第二反鐵磁釘扎層82、第一被釘扎磁性層91、第二被釘扎磁性層92和軟磁層4時(shí)，施加150Oe的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)。沉積好的磁性多層膜采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成多邊形閉合環(huán)狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即形成正八邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，iF:八邊形環(huán)的內(nèi)iF.八邊形邊長(zhǎng)為400nm,外正六十邊形的邊長(zhǎng)為800nm。然后在此刻蝕成形的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，例如磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等，沉積一層50nm厚的SiO2絕緣層，將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離，采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)進(jìn)行刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有閉合環(huán)狀多層膜的位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的閉合形狀的磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為5nm的導(dǎo)電層Cu，生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到本發(fā)明的正八邊形閉合環(huán)狀的雙中間層型磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-l—圖6-2所示。實(shí)施例31、制備無(wú)釘扎型正八邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的雙中間層型磁性多層膜利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗的lmm厚的Si02/Si襯底上依次沉積厚度為2nm的Ta作為下部緩沖導(dǎo)電層l，厚度為3nm的Co作為第一硬磁層21，厚度為lnm的八1203第一中間層31，厚度為lnm的NiFe軟磁層4，厚度為lnm的八1203第二中間層32，厚度為3nm的Co9oFe1()第二硬磁層22和厚度為4nm的Ru覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5><10—7帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07帕；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒；生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率；在沉積鐵磁層時(shí)，施加150Oe平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)。沉積好的磁性多層膜采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成多邊形閉合環(huán)狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即形成正八邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，正八邊形環(huán)的內(nèi)正八邊形邊長(zhǎng)為500nm，外正八邊形的邊長(zhǎng)為800nm。然后在此刻蝕成形的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，例如磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等，沉積一層50nm厚的SiO2絕緣層，將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離。釆用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到閉合環(huán)狀多層膜的幾何中心位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成橫截面為多邊形的孔洞，其中多邊形孔洞邊長(zhǎng)為200nm，之后利用聚焦離子束輔助沉積方法在孔洞位置沉積金屬材料Au，形成一個(gè)橫截面為正八邊形的柱狀的Au金屬芯6，截面形狀如前所述。然后采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)進(jìn)行刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有多邊形閉合環(huán)狀多層膜的位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的多邊形閉合形狀的磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為5nm的導(dǎo)電層Cu，生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到本發(fā)明的正八邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的雙中間層型磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-l—圖7-2所示。實(shí)施例32、制備釘扎型正八邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的雙中間層型磁性多層膜利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗的lmm厚的Si02/Si襯底上依次沉積厚度為2nm的Ta作為緩沖導(dǎo)電層l，厚度為10nm的IrMn第一反鐵磁釘扎層81，厚度為5nm的CoFeB第一被釘扎磁性層91，厚度為lnm的八1203第一中間層31，厚度為lnm的Co軟磁層4，厚度為lnm的八1203第二中間層32，厚度為5nm的CoFeB第二被釘扎磁性層92，厚度為10nm的IrMn第二反鐵磁釘扎層82和厚度為4nm的Ru覆蓋層5。上述磁性多層膜的生長(zhǎng)條件備底真空5xl0^帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07帕；濺射功率120瓦；樣品架旋轉(zhuǎn)速率20rmp;生長(zhǎng)溫度室溫；生長(zhǎng)速率0.31.1埃/秒生長(zhǎng)時(shí)間薄膜厚度/生長(zhǎng)速率；在沉積第一反鐵磁釘扎層81、第二反鐵磁釘扎層82、第一被釘扎磁性層91、第二被釘扎磁性層92和軟磁層4時(shí)，施加150Oe平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)。沉積好的磁性多層膜采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成多邊形閉合形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即形成」下八邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，正八邊形環(huán)的內(nèi)正八邊形邊長(zhǎng)為500nm，外正八邊形的邊長(zhǎng)為800nm。然后在此刻蝕成形的多邊形閉合形狀的磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，例如磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等，沉積一層50nm厚的SiO2絕緣層，將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離。采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到多邊形閉合環(huán)狀多層膜的幾何中心位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成橫截面為正八邊形的孔洞，其中邊長(zhǎng)為200nm，之后利用聚焦離子束輔助沉積方法在孔洞位置沉積金屬材料Au，形成一個(gè)橫截面為正八邊形的柱狀的Au金屬芯6,截面形狀如前所述。然后采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)進(jìn)行刻蝕，即首先在聚焦離子束設(shè)備上定位到沉積有多邊形閉合環(huán)狀多層膜的位置，接著利用聚焦離子束刻蝕方法對(duì)Si02絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得絕緣層下掩埋的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜暴露。最后利用高真空磁控濺射設(shè)備沉積一層厚度為5nm的導(dǎo)電層Cu，生長(zhǎng)條件如前所述，用常規(guī)半導(dǎo)體微加工工藝加工出電極，即首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電層刻成四個(gè)電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠，即得到正八邊形閉合環(huán)狀含金屬芯的雙中間層型磁性多層膜，其結(jié)構(gòu)如圖8-l—圖8-2所示。實(shí)施例33、按實(shí)施例1所述的方法制備無(wú)釘扎型斜三邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜，其各層依次為厚度為20nrn的Cr做為緩沖導(dǎo)電層1，厚度為3nm的Co75Fe25作為硬磁層2，厚度為3nm的Cu作為中間層3，厚度為5nm的NiFe作為軟磁層4和厚度為4nm的Ta作為覆蓋層5。，該三邊形環(huán)狀的內(nèi)三邊形邊長(zhǎng)分別為250nm、350rnn、450nm，外三邊形的邊長(zhǎng)相應(yīng)分別為300nm、420nm、540nm。實(shí)施例34如圖9A—C所示，磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元陣列由大量的MRAM單元組合而成，在一個(gè)MRAM單元中，包括一個(gè)多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65、晶體管0、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔(3a、3b)和一組布線，即位線4c、字線62以及地線4a。該多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65中的磁性多層膜的結(jié)構(gòu)為生長(zhǎng)在第一過(guò)渡金屬層4b上厚度為2nm的Au作為緩沖導(dǎo)電層1，厚度為5nm的CoFe作為硬磁層2，厚度為lnm的Cu中間層3，厚度為lnm的MFe軟磁層4和厚度為4nm的Ru覆蓋層5、厚度為10nm的導(dǎo)電層Au。所述的多邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)中，iT.六邊形環(huán)的內(nèi)正六邊形邊長(zhǎng)為50nm，外正六邊形的邊長(zhǎng)為100nm，環(huán)寬度為43.3nm。該正六邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65和晶體管0通過(guò)第一過(guò)渡金屬層4b及接觸孔3b相互連接。在布局上將位線4c布置在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的上方并且與正六邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65直接相連。如圖9B所示，整個(gè)MRAM單元由若千層a、lb、lc、lf構(gòu)成，這些層中的非功能區(qū)域由絕緣掩埋介質(zhì)如Si02等所掩埋。在MRAM單元中金屬布線層僅有兩層，即位線4c和地線4a與第一過(guò)渡金屬層4b，閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65布置在位線4c下方并且其上部電極與位線4c直接連接；閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的下部電極通過(guò)過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b與晶體管0的漏極0b相連接。在MRAM的讀寫(xiě)操作中，根據(jù)
背景技術(shù)：
中介紹過(guò)的自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)，當(dāng)位線4c中的電流小于一個(gè)低臨界值/c/(相應(yīng)電流密度Jc產(chǎn)l(^A/cm2，電流-電流密度X閉合狀磁性多層膜截面積)時(shí)，位線4c中的電流不會(huì)改變閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的磁化狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作；而當(dāng)位線4c中的電流大于這個(gè)低臨界值而小于高臨界值b(相應(yīng)電流密度Afl05A/Cm2，電流^電流密度X閉合狀磁性多層膜截面積)時(shí)，位線4c中的電流的方向?qū)?huì)決定閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的比特層(或軟磁層)的磁化狀態(tài)，使得比特層(或軟磁層)與被釘扎磁性層(或硬磁層)的磁化狀態(tài)分別沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛳嗤蛳喾?即磁化強(qiáng)度平行或反平行)，從而獲得低電阻和高電阻兩種狀態(tài)(即獲得高輸出電壓和低輸出電壓兩種狀態(tài))，也就是通過(guò)控制電流的方向就可以實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作。這就是本實(shí)施例的MRAM利用自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)方式的工作原理。由此，以圖9A、9B所示的單元為例，在MRAM的尋址讀出操作中，首先由被選擇的字線62給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管0工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的位線4c導(dǎo)出一個(gè)量值小于低臨界值/c;的讀出電流，則讀出電流由位線4c經(jīng)由閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b、晶體管0的漏極0b、晶體管0的源極0a、接觸孔3a而到達(dá)地線4a，從而獲得閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65比特層(或軟磁層)當(dāng)前的磁化狀態(tài)，即MRAM單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；在MRAM的尋址寫(xiě)入操作中，首先由被選擇的字線62給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管0工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的位線4c導(dǎo)出--個(gè)量值大于低臨界值/c廠而小于高臨界值fo的寫(xiě)入電流，由于自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)的作用，多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的磁化狀態(tài)將由寫(xiě)入電流的方向所決定，因此當(dāng)寫(xiě)入電流由位線4c經(jīng)由閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b、晶體管0的漏極0b、晶體管0的源極0a、接觸孔3a到達(dá)地線4a后，多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)也隨即由寫(xiě)入電流所寫(xiě)入，于是完成了MRAM單元中數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。實(shí)施例35如圖IOA—C所示，磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元陣列由大量的MRAM單元組合而成，在一個(gè)MRAM單元中，包括一個(gè)多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65、布置在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的幾何中心的金屬芯6、晶體管0、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3a、3b和一組布線，即第一位線4e、第二位線4d、字線62以及地線4a。多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65和晶體管0通過(guò)第一過(guò)渡金屬層4b及接觸孔3b相互連接。在布局上將位線第二位線4d布置在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的上方并且與該多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元直接相連，第一位線4e布置在第二位線4d的上方，且與第二位線4d平行，兩者之間由絕緣層le隔離。該多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65中的磁性多層膜的結(jié)構(gòu)為生長(zhǎng)在第一過(guò)渡金屬層4b上厚度為10nm的Cr緩沖導(dǎo)電層1，厚度為10nm的PtMn反鐵磁釘扎層8,厚度為2nm的Ni79Fe2!被釘扎磁性層9，厚度為0.8nm的TiO中間層3，厚度為lnm的Ni79Fe21軟磁層4和厚度為2mn的Pt覆蓋層5。所述的多邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)中，正八邊形環(huán)的內(nèi)正八邊形邊長(zhǎng)為500nm，外正八邊形的邊長(zhǎng)為600nm。布置在正八邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的幾何中心的金屬芯6為截面為正八邊形的Au金屬芯，邊長(zhǎng)為300nm。如圖10B所示，整個(gè)MRAM單元由若干層la、lb、lc、le、lf構(gòu)成，這些層中的非功能區(qū)域由絕緣掩埋介質(zhì)如Si02等所掩埋。在MRAM單元中金屬布線層僅有三層，即第一位線4e、第二位線4d和地線4a與第一過(guò)渡金屬層4b，閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65布置在第二位線4d上方并且其上部電極與第一位線4e直接連接閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的下部電極通過(guò)第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b與晶體管0的漏極0b相連接；布置在閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的幾何中心的金屬芯6與頂部的第一位線4e和底部的第一過(guò)渡金屬層4b直接連接。由此，以圖IOA、IOB所示的單元為例，在MRAM的尋址讀出操作中，首先由被選擇的字線62給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管0工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的第二位線4d導(dǎo)出一個(gè)量值小于低臨界值/r,的讀出電流(相應(yīng)電流密度1產(chǎn)102八/咖2，電流=電流密度X閉合狀磁性多層膜截面積)，則讀出電流山第二位線經(jīng)由閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b、晶體管0的源極0b、晶體管0的漏極0a、接觸孔3a而到達(dá)地線4a，從而獲得閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65比特層(或軟磁層)當(dāng)前的磁化狀態(tài)，即MRAM單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；在MRAM的尋址寫(xiě)入操作中，首先由被選擇的字線62給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管0工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的第一位線4e導(dǎo)出一個(gè)量值大于低臨界值/cv而小于高臨界值fo的寫(xiě)入電流(相應(yīng)電流密度Jcfl(^A/cm2，電流-電流密度X金屬芯截面積)，由于寫(xiě)入電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也呈環(huán)狀分布，因而可以操控閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛉∠颍沟帽忍貙?軟磁層)與被釘扎磁性層9的磁化狀態(tài)分別沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛳嗤蛳喾?即磁化強(qiáng)度平行或反平行)，從而獲得低電阻和高電阻兩種狀態(tài)(即獲得高輸出電壓和低輸出電壓兩種狀態(tài))，也就是通過(guò)控制電流的方向就可以實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作。當(dāng)寫(xiě)入電流由第一位線4e經(jīng)由金屬芯6、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b、晶體管0的源極0b、晶體管0的漏極0a、接觸孔3a到達(dá)地線4a后，閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)也隨即由寫(xiě)入電流所寫(xiě)入，于是完成了MRAM單元中數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。實(shí)施例36如圖IIA—C所示，磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元陣列由大量的MRAM單元組合而成，在一個(gè)MRAM單元中，包括一個(gè)多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65、布置在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的幾何中心的金屬芯6、晶體管0、第一過(guò)渡金屬層4b、地線4a、接觸孔(3a、3b、3b2)和一組布線，即位線4c、第二字線63、第一字線67以及地線4a。多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65和晶體管0通過(guò)第一過(guò)渡金屬層4b及接觸孔3b相互連接。在布局上將位線4c布置在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的上方并且與多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65直接相連。該多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65中的磁性多層膜的結(jié)構(gòu)為在第二過(guò)渡金屬層4f上依次沉積的厚度為2nm的Ta緩沖導(dǎo)電層1，厚度為5nm的IrMn反鐵磁釘扎磁性層8，厚度為2nm的CoFeB被釘扎磁性層9，厚度為0.8nm的Al203中間層3，厚度為lnm的CoFeB軟磁層4和厚度為2nm的Ta覆蓋層5。所述的多邊形為正十邊形閉合環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)，正十邊形環(huán)的內(nèi)正十邊形邊長(zhǎng)為400nm，外正十邊形的邊長(zhǎng)為700nm。布置在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的幾何中心的金屬芯6為截面為正十邊形的Au，邊長(zhǎng)為200nm。如圖11B所示，整個(gè)MRAM單元由若干層la、lb、lc、ld、lf構(gòu)成，這些層中的非功能區(qū)域由絕緣掩埋介質(zhì)如Si02等所掩埋。在MRAM單元中金屬布線層僅有三層，即位線4c、第二過(guò)渡金屬層4f、第一過(guò)渡金屬層4b，多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65布置在位線4c下方并且其上部電極與位線4c直接連接；多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的下部電極通過(guò)第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b、接觸孔3d與晶體管0的第一漏極0bl相連接；布置在多邊形閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的幾何中心的金屬芯6與頂部的位線4c和底部的第二過(guò)渡金屬層4f直接連接；晶體管0由兩個(gè)工作區(qū)組成，兩個(gè)工作區(qū)共用同一個(gè)漏極Oal，第一晶體管和第二晶體管的源極分別為0bl和0b2，兩個(gè)晶體管各自的工作狀態(tài)分別由布置在柵極上方的第一字線67和第二字線63所給出的電平來(lái)控制。由此，以圖IIA、IIB所示的單元為例，在MRAM的尋址讀出操作中，首先由被選擇的第一字線67給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管0的第一晶體管工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的位線4c導(dǎo)出一個(gè)量值小于低臨界值/o的讀出電流(相應(yīng)電流密度Jo=102A/cm2，電流-電流密度X閉合狀磁性多層膜截面積)，則讀出電流由位線4c經(jīng)由閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65、第二過(guò)渡金屬層4f、接觸孔3b、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b、晶體管0的第一源極0bl、晶體管0的公共漏極0al、接觸孔3a而到達(dá)地線4a，從而獲得閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單兀65比特層(軟磁層)當(dāng)前的磁化狀態(tài)，即MRAM單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；在MRAM的尋址寫(xiě)入操作中，首先由被選擇的第二字線63給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管0的第二晶體管工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的位線4c導(dǎo)出一個(gè)量值大于低臨界值/c/而小于高臨界值的寫(xiě)入電流(相應(yīng)電流密度/c產(chǎn)l(^A/cm2，電流-電流密度X金屬芯截面積)，由于寫(xiě)入電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也呈環(huán)狀分布，因而可以操控閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛉∠?，使得比特?軟磁層)與被釘扎磁性層9的磁化狀態(tài)分別沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛳嗤蛳喾?即磁化強(qiáng)度平行或反平行)，從而獲得低電阻和高電阻兩種狀態(tài)(即獲得高輸出電壓和低輸出電壓兩種狀態(tài))，也就是通過(guò)控制電流的方向就可以實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作。當(dāng)寫(xiě)入電流由位線4c經(jīng)由金屬芯6、第一過(guò)渡金屬層4b、接觸孔3b2、晶體管0的第二源極0b2、晶體管0的公共漏極0a、接觸孔3a到達(dá)地線4a后，閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元65的比特層(軟磁層)的磁化狀態(tài)也隨即由寫(xiě)入電流所寫(xiě)入，于是完成了MRAM單元中數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。在上述實(shí)施例中利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，例如磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等均可以。權(quán)利要求1.一種具有幾何形狀的磁性多層膜，包括沉積在襯底上的磁性多層膜單元的各層；其特征在于，所述的磁性多層膜單元的橫截面呈閉合環(huán)狀，該磁性多層膜單元中的具有鐵磁性的薄膜層的磁矩或磁通量形成順時(shí)針或逆時(shí)針的閉合狀態(tài)。2.按權(quán)利要求1所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于，所述磁性多層膜單元的橫截面呈N邊形閉合環(huán)狀；其中N為3或?yàn)?以上的正整數(shù)。3.按權(quán)利要求1或2所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于，所述的磁性多層膜單元的多邊形閉合環(huán)的內(nèi)邊邊長(zhǎng)為10100000nm，外邊的邊長(zhǎng)為20200000nm，閉合環(huán)的寬度在10100000nm之間。4.按權(quán)利要求1所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于所述的橫截面呈多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜為無(wú)釘扎型的磁性多層膜，包括緩沖導(dǎo)電層、硬磁層、中間層、軟磁層及覆蓋層；所述的緩沖導(dǎo)電層由金屬材料組成，厚度為2200nm;所述的硬磁層由巨磁電阻效應(yīng)的材料組成，厚度為220nm;所述的中間層由非磁性金屬層或者絕緣體勢(shì)壘層構(gòu)成，中間層的厚度為0.510nm;所述的軟磁層的組成材料為自旋極化率高，嬌頑力小的鐵磁材料，所述的軟磁層的厚度為120nm;所述的覆蓋層由不易被氧化的金屬材料組成，厚度為220nm。5.按權(quán)利要求4述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于所述的緩沖導(dǎo)電層的組成材料為T(mén)a、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Al合金；所述的硬磁層的組成材料為Co，F(xiàn)e，Ni，CoFe，NiFeCo，CoFeB或CoFeSiB;所述的中間層的非磁性金屬層為T(mén)i，Zn，ZnMn，Cr，Ru，Cu，V或TiC;所述的中間層的絕緣體勢(shì)壘層為A1203，MgO，TiO，ZnO，(ZnMn)O，CrO，VO，或TiCO;所述的軟磁層的組成材料為Co，F(xiàn)e，Ni或它們的金屬合金，該合金為NiFe，CoFeSiB或NiFeSiB，或非晶CoIOO-x.yFexBy，其中0<x<100，0<yS20，或Co2MnSi，Co2Cr0.6Fe04Al;所述的覆蓋層的組成材料為T(mén)a、Cu、Ru、Pt、Ag、Au、Cr或其合金。6.按權(quán)利要求1所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于所述的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜為釘扎型的磁性多層膜，包括緩沖導(dǎo)電層、反鐵磁釘扎層、被釘扎磁性層、中間層、軟磁層及覆蓋層；所述的緩沖導(dǎo)電層由金屬材料組成，該緩沖導(dǎo)電層厚度為2200nrn;所述的反鐵磁釘扎層由具有反鐵磁性的合金組成，其厚度為330nrn;所述的被釘扎磁性層的組成材料為鐵磁性金屬，其厚度為220nrn;所述的中間層由非磁性金屬層或者絕緣體勢(shì)壘層構(gòu)成，其厚度為0.510nm;所述的軟磁層的組成材料為自旋極化率高、矯頑力小的鐵磁材料，厚度為120nm;所述的覆蓋層由不易被氧化的金屬材料組成，厚度為220nm。7、按權(quán)利要求6所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于所述的緩沖導(dǎo)電層的組成材料為T(mén)a、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Al合金；所述的反鐵磁釘扎層的組成材料為IrMn，F(xiàn)eMn，PtMn，CrMn或Pt(Cr,Mn)合金；所述的被釘扎磁性層的組成材料為Fe、Co、Ni或其合金；所述的中間層的非磁性金屬層為T(mén)i，Zn，ZnMn，Cr，Ru，Cu，V或TiC;所述的中間層的絕緣體勢(shì)壘層為A1203，MgO，TiO，ZnO，(ZnMn)O，CrO，VO，或TiCO;所述的軟磁層的組成材料為Co，F(xiàn)e，Ni或它們的金屬合金，或非品CoKX)+yFexBy，其中，0<x<100，0<y<20，或NiFeS舊，或Heusler合金;所述的覆蓋層的組成材料為T(mén)a、Cu、Ru、Pt、Ag、Au、Cr或其合金。8、按權(quán)利要求1所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于所述的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜為無(wú)釘扎雙中間層磁性多層膜，依次為緩沖導(dǎo)電層、第一硬磁層、第一中間層、軟磁層、第二中間層、第二硬磁層及覆蓋層；所述的緩沖導(dǎo)電層由金屬材料組成，厚度為2200nm;所述的第一和第二硬磁層由巨磁電阻效應(yīng)大的材料組成，厚度為220nm;所述的第一和第二中間層由非磁性金屬層或者絕緣體勢(shì)壘層構(gòu)成，中間層的厚度為0.510nm;所述的軟磁層的組成材料為自旋極化率高，矯頑力小的鐵磁材料，所述的軟磁層的厚度為120nrn;所述的覆蓋層由不易被氧化的金屬材料組成，厚度為220nm。9、按權(quán)利要求8所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于-所述的緩沖導(dǎo)電層的組成材料為T(mén)a、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Al合金；所述的第一和第二硬磁層的組成材料為Co，F(xiàn)e，Ni，CoFe，NiFeCo，CoFeB或CoFeSiB;所述的第一和第二中間層的非磁性金屬層為T(mén)i，Zn，ZnMn，Cr，Ru，Cu，V或TiC;所述的中間層的絕緣體勢(shì)壘層為A1203,MgO，TiO，ZnO，(ZnMn)O，CrO，VO，或TiCO;所述的軟磁層的組成材料為Co，F(xiàn)e，Ni或它們的金屬合金NiFe，CoFeS氾,NiFeSiB,或非晶Coi00.x.yFexBy，其中(Kx〈100，0<y^20，或C02MnSi，Co2Cr0.6Fe04Al;所述的覆蓋層的組成材料為T(mén)a、Cu、Ru、Pt、Ag、Au、Cr或其合金。10、按權(quán)利要求1所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于所述的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜為釘扎型閉合環(huán)狀的雙中間層磁性多層膜，包括緩沖導(dǎo)電層、第一反鐵磁釘扎層、第一被釘扎磁性層、第一中間層、軟磁層、第二中間層、第二被釘扎磁性層、第二反鐵磁釘扎層及覆蓋層；所述的緩沖導(dǎo)電層由金屬材料組成，厚度為2200nm;所述的第一和第二反鐵磁釘扎層由具有反鐵磁性的合金組成，厚度為330nm;所述的第一和第二被釘扎磁性層的組成材料為具有高自旋極化率的鐵磁性金屬，厚度為220nm;所述的第一和第二中間層由非磁性金屬層或者絕緣體勢(shì)壘層構(gòu)成，中間層的厚度為0.510戰(zhàn)所述的軟磁層的組成材料為自旋極化率高、矯頑力小的鐵磁材料，厚度為120nm;所述的覆蓋層由不易被氧化的金屬材料組成，厚度為220nm。11、按權(quán)利要求10所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于所述的緩沖導(dǎo)電層的組成材料為T(mén)a、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Al合金；所述的第一和第二反鐵磁釘扎層的組成材料為IrMn，F(xiàn)eMn，PtMn，CrMn或Pt(Cr，Mn)合金；所述的第一和第二被釘扎磁性層的組成材料為Fe、Co、Ni或其合金；所述的第一和第二中間層的非磁性金屬層為T(mén)i，Zn，ZnMn，Cr，Ru，Cu，V或TiC;所述的中間層的絕緣體勢(shì)壘層為A1203，MgO，TiO，ZnO，(ZnMn)O，CrO，VO，或TiCO;所述的軟磁層的組成材料為Co,Fe，Ni或它們的金屬合金，或非晶C0lQ。.x-yFexBy，其中，0〈x〈100'0<"20，或NiFeSiB，或Heusler合金；所述的覆蓋層的組成材料為T(mén)a、Cu、Ru、Pt、Ag、Au、Cr或其合金。12、一種制備權(quán)利要求4、6、8、IO所述的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜的方法，包括如下的步驟1)選擇一個(gè)襯底，采用常規(guī)微加工工藝的清洗方法清洗該襯底；2)利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，在上述襯底上依次沉積磁性多層膜的各層；在沉積具有鐵磁性的薄膜層時(shí)，選擇施加磁場(chǎng)強(qiáng)度505000Oe的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)；3)采用微加工工藝，將歩驟2)得到的襯底上沉積了磁性多層膜的片基，進(jìn)行微加工工藝加工成多邊形閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)；4)在歩驟3)得到的刻蝕成形的多邊形閉合形狀的磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，沉積-層1001000nm絕緣層，將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離不同的單元；5)利用微加工工藝的紫外、深紫外曝光或電子束曝光方法，以及聚焦離子束刻蝕或者化學(xué)反應(yīng)干刻或化學(xué)反應(yīng)濕刻，在沉積有多邊形閉合環(huán)狀多層膜的位置上對(duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩埋的磁性多層膜暴露，得到多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜；6)利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段制作上電極，在歩驟5)得到的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再利用常規(guī)的半導(dǎo)體微加工工藝，將導(dǎo)電層加工成電極，每個(gè)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)引出四個(gè)電極，該導(dǎo)電層為Au、Ag、Pt、Cu、Al、SiAl金屬或其它們的合金，其厚度為2200nm;所述的常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)工藝，包括磁控濺射、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等工藝。所述的微加工工藝的具體歩驟為首先經(jīng)過(guò)涂膠、前烘，再在在紫外、深紫外曝光或電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的閉合狀圖形對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成閉合形狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠。13.按權(quán)利要求l、4、6、8、IO所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于，還包括一個(gè)金屬芯，該金屬芯設(shè)置在所述的磁性多層膜單元的多邊形閉合環(huán)的幾何中心位置，該金屬芯的形狀與閉合環(huán)狀多邊形磁性多層膜的形狀相匹配，該金屬芯的橫截面相應(yīng)地為N邊形，其中N為大于等于三的整數(shù)；所述的N邊形金屬芯的各邊長(zhǎng)為550000nm。14.按權(quán)利要求13所述的具有幾何形狀的磁性多層膜，其特征在于，所述的金屬芯的材料包括Ag、Pt、Ta、W、Ti、Cu、Al或Si-Al合金。15.一種制備權(quán)利要求13所述的包含金屬芯的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜的方法，包括如下的步驟1)選擇一個(gè)襯底，經(jīng)過(guò)常規(guī)方法清洗之后，在常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)設(shè)備上沉積緩沖導(dǎo)電層，該緩沖導(dǎo)電層在后續(xù)加工時(shí)成為導(dǎo)電電極；2)利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，在緩沖導(dǎo)電層上依次沉積磁性多層膜的各層；在沉積磁性層時(shí)，選擇施加磁場(chǎng)強(qiáng)度為505000Oe的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)；3)采用微加工工藝和方法將步驟2)中沉積了磁性多層膜的襯底加工成多邊形閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)；4)在步驟3)得到的刻蝕成形的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長(zhǎng)手段，沉積一層1001000nm絕緣層將各閉合環(huán)狀多層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離不同的單元；5)利用微加工工藝，在多邊形閉合環(huán)狀多層膜的幾何中心位置制備一個(gè)金屬芯，該金屬芯的形狀與多邊形閉合狀的磁性多層膜的形狀相匹配，其橫截面為多邊形；6)利用微加工工藝的紫外、深紫外曝光或電子束曝光方法，以及聚焦離子束刻蝕或者化學(xué)反應(yīng)干刻或化學(xué)反應(yīng)濕刻，在沉積有閉合環(huán)狀多層膜的位置上對(duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩埋的磁性多層膜暴露，得到本發(fā)明的包含金屬芯的多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜；所述的微加工工藝的具體&驟為首先經(jīng)過(guò)涂膠、斬烘，再在在紫外、深紫外曝光或電子束曝光機(jī)上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)狀圖形對(duì)片基進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成閉合環(huán)狀，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠；16、一種權(quán)利要求l、4、6、8、IO所述的磁性多層膜制作的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括晶體管單元和磁性多層膜單元構(gòu)成的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制單元陣列，該讀寫(xiě)控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；連接所述晶體管單元和所述磁性多層膜存儲(chǔ)單元的過(guò)渡金屬層；以及字線、位線和地線，所述的字線同時(shí)也是所述的晶體管的柵極，所述的位線布置在所述的磁性多層膜存儲(chǔ)單元的上方，并與所述的字線相互垂直，而且與所述的磁性多層膜存儲(chǔ)單元直接連接；其特征在于，所述的磁性多層膜單元的橫截面呈多邊形閉合環(huán)狀，該多邊形閉合環(huán)的內(nèi)邊邊長(zhǎng)為10100000誰(shuí)，外邊的邊長(zhǎng)為20200000nm，閉合環(huán)的寬度在10100000nm之間。17、一種應(yīng)用權(quán)利要求13所述的磁性多層膜制作的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括晶體管單元和磁性多層膜單元構(gòu)成的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制單元陣列，該讀寫(xiě)控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；存儲(chǔ)單元及其陣列；特征在于，所述存儲(chǔ)單元的磁性多層膜單元的橫截面呈多邊形閉合環(huán)狀，并在所述存儲(chǔ)單元的磁性多層膜的幾何中心位置設(shè)置一金屬芯，該金屬芯具有與所述存儲(chǔ)單元的磁性多層膜單元相應(yīng)的橫截面形狀；所述的多邊形閉合環(huán)的內(nèi)邊邊長(zhǎng)為10100000nm，外邊的邊長(zhǎng)為20200000nm，閉合環(huán)的寬度在10100000nm之間；連接晶體管單元和含金屬芯的閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元的過(guò)渡金屬層；以及字線和兩條位線，所述的字線同時(shí)也是所述的晶體管的柵極，所述的兩條位線布置在所述的含金屬芯的閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元的上方，其中第--條位線與所述的字線相互垂直，并且與所述的含金屬芯的閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元直接連接，第二條位線與所述的含金屬芯的閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元中的金屬芯直接相連，并且由一層絕緣層與第一條位線相互隔離。18、一種應(yīng)用權(quán)利要求13所述的包含金屬芯的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括第一晶體管單元、第二晶體管單元和磁性多層膜單元構(gòu)成的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制單元陣歹ij，該讀寫(xiě)控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；第一晶體管開(kāi)關(guān)控制讀操作，第二晶體管開(kāi)關(guān)控制寫(xiě)操作；第一晶體管的柵極也作為第一字線，第二品體管的柵極也作為第二字線；存儲(chǔ)單元及其陣列；其特征在于所述存儲(chǔ)單元的磁性多層膜單元的橫截面呈多邊形閉合環(huán)狀，并在所述存儲(chǔ)單元的磁性多層膜的幾何中心位置設(shè)置一金屬芯，該金屬芯具有與所述存儲(chǔ)單元的磁性多層膜單元相應(yīng)的橫截面形狀；所述的多邊形閉合環(huán)的內(nèi)邊邊長(zhǎng)為10100000nm，外邊的邊長(zhǎng)為20200000nm，閉合環(huán)的寬度在10100000nm之間；在第一晶體管和第二晶體管的共用漏極、第一品體管的源極、第二品體管的源極之上分別設(shè)置第一導(dǎo)電接觸孔、第二導(dǎo)電接觸孔、第三導(dǎo)電接觸孔，并且分別與及其上的過(guò)渡金屬層各自連接；第一接觸孔之上的過(guò)渡金屬層也同時(shí)構(gòu)成所設(shè)置的地線；第四導(dǎo)電接觸孔和第二過(guò)渡金屬層相連；該第二過(guò)渡金屬層作為底部傳導(dǎo)電極與所述的閉合狀含金屬芯的磁性多層膜的下端相連，該閉合狀含金屬芯的磁性多層膜的上端設(shè)置位線并與之相連；所述的設(shè)置在閉合狀含金屬芯的磁性多層膜中心處的金屬芯上端與位線接觸，下端與第一過(guò)渡金屬層連接；由絕緣層覆蓋在位線上。19、一種權(quán)利要求16所述的閉合狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存取存儲(chǔ)的方法，其為通過(guò)流經(jīng)存儲(chǔ)單元中的電流的大小和方向來(lái)實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作和寫(xiě)操作，具體如下通過(guò)控制流經(jīng)閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元中的電流，當(dāng)小于低臨界值/c/,其比特層磁化狀態(tài)不會(huì)受到改變，實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作，所述比特層為軟磁層；通過(guò)控制流經(jīng)閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元中的電流，當(dāng)大于低臨界值/c/并且小于高臨界值/時(shí)，電流的方向?qū)?huì)改變閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元比特層的磁化狀態(tài)，通過(guò)正向和負(fù)向自旋極化隧穿電流的驅(qū)動(dòng)作用和自旋轉(zhuǎn)力矩的聯(lián)合作用，實(shí)現(xiàn)其比特層的磁化狀態(tài)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛉∠?，使得比特層與被釘扎磁性層或硬磁層的磁化狀態(tài)分別沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛳嗤蛳喾?，獲得高輸出電壓和低輸出電壓兩種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)MRAM寫(xiě)操作；所述的低臨界值/c/=電流密度Jc/X閉合狀磁性多層膜截面積，電流密度Jc/=10102A/cm2;所述的高臨界值=電流密度閉合狀磁性多層膜截面積，電流密度々2=io2106A/cm2。20、一種權(quán)利要求17所述的多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存取存儲(chǔ)的方法，其為通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)單元中的金屬芯施加的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作，通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)單元RML中的閉合狀磁性多層膜施加的隧穿電流來(lái)實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作，具體如下-通過(guò)控制流經(jīng)閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲(chǔ)單元的電流小于低臨界值/c/時(shí)，其比特層的磁化狀態(tài)不會(huì)受到改變，實(shí)現(xiàn)MRAM的讀操作；通過(guò)控制流經(jīng)閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲(chǔ)單元中的金屬芯中的電流，由于電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈環(huán)狀分布，控制閉合狀磁性多層膜的磁化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作，具體方法為當(dāng)閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲(chǔ)單元中的金屬芯中施加電流大于低臨界值/(，/并且小于高臨界值時(shí)，電流的方向?qū)?huì)改變閉合狀磁性多層膜存儲(chǔ)單元比特層的磁化狀態(tài)，通過(guò)正向和負(fù)向的驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较虻拇艌?chǎng)，實(shí)現(xiàn)其比特層的磁化狀態(tài)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛉∠?，獲得低電阻和高電阻兩種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)MRAM的寫(xiě)操作。全文摘要本發(fā)明涉及一種具有幾何形狀的磁性多層膜，包括沉積在襯底上的磁性多層膜單元的各層；所述的磁性多層膜單元的橫截面呈多邊形閉合環(huán)狀，該磁性多層膜單元中的具有鐵磁性的薄膜層的磁矩或磁通量形成順時(shí)針或逆時(shí)針的閉合狀態(tài)。還包括在上述多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜的幾何中心位置設(shè)置金屬芯，該金屬芯的橫截面為相應(yīng)的多邊形。還涉及用閉合的含(或不含)金屬芯的磁性多層膜制作的磁性存儲(chǔ)器。本發(fā)明利用微加工方法制備所述的閉合形狀的磁性多層膜。本發(fā)明的閉合含(或不含)金屬芯多邊形閉合環(huán)狀的磁性多層膜能夠廣泛應(yīng)用于以磁性多層膜為核心的各種器件，例如，磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)磁讀頭，磁敏傳感器，磁邏輯器件和自旋晶體管等。文檔編號(hào)H01F10/08GK101221849SQ20071006335公開(kāi)日2008年7月16日申請(qǐng)日期2007年1月9日優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日發(fā)明者劉東屏,杜關(guān)祥,溫振超,靜趙,韓宇男,韓秀峰申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所