具有幾何形狀的磁性多層膜及其制備方法和用途
專利匯可以提供具有幾何形狀的磁性多層膜及其制備方法和用途專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 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 時針 或逆時針的閉合狀態(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 隨機存取存儲器 ，計算機磁讀頭，磁敏 傳感器 ，磁邏輯器件和自旋晶體管等。，下面是具有幾何形狀的磁性多層膜及其制備方法和用途專利的具體信息內(nèi)容。
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針或逆時針的閉合狀態(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或為3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)邊邊長為10?100000nm，外邊的邊長為20? 200000nm，閉合環(huán)的寬度在10?100000nm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2?200nm; 所述的硬磁層由巨磁電阻效應(yīng)的材料組成，厚度為2?20nm; 所述的中間層由非磁性金屬層或者絕緣體勢壘層構(gòu)成，中間層的厚度為0.5?10nm; 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1?20nm;所述的覆蓋層由不易被氧化的金屬材料組成，厚度為2?20nm。
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Ta、 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， Fe， Ni， CoFe， NiFeCo， CoFeB或CoFeSiB;所述的中間層的非磁性金屬層為Ti， Zn， ZnMn， Cr， Ru， Cu， V或TiC;所述的 中間層的絕緣體勢壘層為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，該合金為NiFe， CoFeSiB 或NiFeSiB，或非晶CoIOO-x.yFexBy ，其中0
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Ta、 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， FeMn， 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Ti， Zn， ZnMn， Cr， Ru， Cu， V或TiC;所述的 中間層的絕緣體勢壘層為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，或非品CoKX)+yFexBy ， 其中，0
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Ta、 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， Fe， 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Ti， Zn， ZnMn， Cr， Ru， Cu， V或 TiC;所述的中間層的絕緣體勢壘層為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
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Ta、 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， FeMn， 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Ti， Zn， ZnMn， Cr， Ru， Cu， V或TiC;所述的中間層的絕緣體勢壘層為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Ta、 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，選擇施加磁場強度50?5000 Oe的平面誘導(dǎo)磁場；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 膜生長手段，沉積-層100?1000nm絕緣層，將各多邊形閉合環(huán)狀多層膜進行掩埋并且 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絕緣層 進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， 每個閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)引出四個電極，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2?200nm;所述的常規(guī)的薄膜生長工藝，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)過涂膠、前烘，再在在紫外、深紫外曝光或電子束曝光機上，根據(jù)所需的閉合狀圖形對片基進行曝光，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為5? 50000nm。
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) 選擇一個襯底，經(jīng)過常規(guī)方法清洗之后，在常規(guī)的薄膜生長設(shè)備上沉積緩沖導(dǎo) 電層，該緩沖導(dǎo)電層在后續(xù)加工時成為導(dǎo)電電極；2) 利用常規(guī)的薄膜生長手段，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，選擇施加磁場強度為50?5000Oe的平面誘導(dǎo)磁場；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 膜生長手段，沉積一層100?1000nm絕緣層將各閉合環(huán)狀多層膜進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絕緣層進行刻 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)過涂膠、斬烘，再在在紫外、深紫外曝光 或電子束曝光機上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)狀圖形對片基進行曝光，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存取存儲器，包括：晶體管單元和磁性多層膜單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫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單元的過渡金屬層；以及字線、位線和 地線，所述的字線同時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)邊邊長為10?100000誰，外邊的邊長為20?200000nm，閉合環(huán)的寬度在10? 100000nm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存取存儲器，包括：晶體管單元和磁性多層膜單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；存儲單元及其陣列；特征在于，所述存儲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 長為10?100000nm，外邊的邊長為20?200000nm，閉合環(huán)的寬度在10?100000nm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單元的過渡金屬層；以及字線和兩條位線，所述的字線同時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 隨機存取存儲器，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)成的存儲器讀寫控制單元陣歹ij，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；第一晶體管開關(guān)控制讀操作，第二晶體 管開關(guān)控制寫操作；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；存儲單元及其陣列；其特征在于：所述存儲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 邊長為10?100000nm，外邊的邊長為20?200000nm，閉合環(huán)的寬度在10?100000nm 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 過渡金屬層各自連接；第一接觸孔之上的過渡金屬層也同時構(gòu)成所設(shè)置的地線；第四導(dǎo) 電接觸孔和第二過渡金屬層相連；該第二過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存取存儲器的存取存儲 的方法，其為通過流經(jīng)存儲單元中的電流的大小和方向來實現(xiàn)MRAM的讀操作和寫操 作，具體如下：通過控制流經(jīng)閉合狀磁性多層膜存儲單元中的電流，當小于低臨界值/c/ ,其比特 層磁化狀態(tài)不會受到改變，實現(xiàn)MRAM的讀操作，所述比特層為軟磁層；通過控制流經(jīng)閉合狀磁性多層膜存儲單元中的電流，當大于低臨界值/c/并且小于高臨界值/?時，電流的方向?qū)淖冮]合狀磁性多層膜存儲單元比特層的磁化狀態(tài)， 通過正向和負向自旋極化隧穿電流的驅(qū)動作用和自旋轉(zhuǎn)力矩的聯(lián)合作用，實現(xiàn)其比特層 的磁化狀態(tài)沿順時針或逆時針方向取向，使得比特層與被釘扎磁性層或硬磁層的磁化狀 態(tài)分別沿順時針或逆時針方向相同或相反，獲得高輸出電壓和低輸出電壓兩種狀態(tài)，實現(xiàn)MRAM寫操作；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/=10? 102A/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=io2?106A/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存取存儲器的 存取存儲的方法，其為通過對存儲單元中的金屬芯施加的電流來實現(xiàn)MRAM的寫操作， 通過對存儲單元RML中的閉合狀磁性多層膜施加的隧穿電流來實現(xiàn)MRAM的讀操作， 具體如下-通過控制流經(jīng)閉合狀含金屬芯的磁性多層膜存儲單元的電流小于低臨界值/c/時， 其比特層的磁化狀態(tài)不會受到改變，實現(xiàn)MRAM的讀操作；通過控制流經(jīng)閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲單元中的金屬芯中的電流，由于電流 產(chǎn)生的磁場呈環(huán)狀分布，控制閉合狀磁性多層膜的磁化狀態(tài)，實現(xiàn)MRAM的寫操作，具體方法為：當閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲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，電流的方向?qū)淖冮]合狀磁性多層膜存儲單元比特層的磁化狀態(tài)，通過正向和負向的驅(qū)動電流產(chǎn)生順時針或逆時針方向的磁場，實現(xiàn)其比特 層的磁化狀態(tài)沿順時針或逆時針方向取向，獲得低電阻和高電阻兩種狀態(tài)，實現(xiàn)MRAM 的寫操作。
具有幾何形狀的磁性多層膜及其制備方法和用途技術(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存取存儲器(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)(Giant Magneto Resistance, GMR)以來，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，還可以帶來抗輻射、非易失性信息存儲等許多新 特性。特別是將GMR效應(yīng)用于磁記錄讀出磁頭則給整個信息記錄領(lǐng)域帶來了一場深刻 的革命，并對相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了直接而深遠的影響。1994年IBM公司利用GMR效應(yīng)成 功研制出硬磁盤讀出磁頭，將磁盤存儲系統(tǒng)的記錄密度提高了近20倍，使計算機產(chǎn)業(yè) 取得了突破性進展；基于GMR效應(yīng)制成的各類傳感器件則由于輸出信號增強而使得器 件設(shè)計大為簡化，這直接導(dǎo)致了器件的小型化與廉價化。繼巨磁電阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn)之后，1995年日本科學(xué)家T. Miyazaki和美國科學(xué)家J. S. Moodera在磁性隧道結(jié)(MTJ)中分別獨立獲得了室溫下18%和10%的隧道磁電阻 (Tunneling Magneto Resistance, 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)計了一種新型磁性隨機存取存儲器(Magnetic Random Access Memory, MRAM)的器件模型，這種器件由于采用了全新的設(shè)計而具有 許多激動人心的新特性，諸如抗輻射、非易失性信息存儲等。典型的MRAM器件設(shè)計 其核心部分結(jié)構(gòu)由四部分構(gòu)成：位線(BitLine)、寫字線(Word Line),讀字線(Read Line) 和存儲單元。位線和寫字線，讀字線分別位于存儲單元的上方和下方，呈縱橫交叉排列， 存儲單元則位于位線和字線的交叉處。MRAM存儲單元的寫操作過程則是通過流經(jīng)字 線和位線的兩個脈沖電流共同產(chǎn)生的合成磁場驅(qū)動比特層磁矩反轉(zhuǎn)來完成，因此這種工 作方式明顯依賴于字線和位線兩個脈沖電流所產(chǎn)生的磁場這樣一個中間環(huán)節(jié)來操控存 儲單元的磁化狀態(tài)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和工藝制備過程十分復(fù)雜，給MRAM器件的加工和集 成帶來了極大的不便和較高成本。1996年，美國科學(xué)家J. Slonczewski從理論上預(yù)言了一種新的物理機制一自旋轉(zhuǎn)矩 (Spin Torque， ST)效應(yīng)，這種物理機制可以利用電流自身實現(xiàn)對存儲單元磁化狀態(tài)的操 控，當存儲單元中流過的電流小于某個特定的臨界值/c時，存儲單元磁化狀態(tài)不會被存 儲單元中流過的電流所改變，從而可以實現(xiàn)讀操作；而當存儲單元中流過的電流大于這 個臨界值/c時，存儲單元磁化狀態(tài)將由存儲單元中流過的電流的方向所決定，從而可以 實現(xiàn)寫操作。在隨后的十幾年中，科學(xué)家們對這種新效應(yīng)進行了大量廣泛而深入的研究。如果將這種新機制應(yīng)用到磁性多層膜系統(tǒng)以及MRAM等器件中，則能夠極大地簡化器 件結(jié)構(gòu)和加工工藝，這將為信息存儲領(lǐng)域帶來又一次革命性的突破。在現(xiàn)有技術(shù)中使用的存儲單元如比特層(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單 元下將會帶來較大的退磁場和形狀各向異性，這種缺陷無疑會增大比特層（軟磁層）的 反轉(zhuǎn)場（矯頑力）和功耗，同時在高密度狀態(tài)下磁存儲單元之間的磁耦合和相互干擾不 可避免，對存儲單元的磁電性能的均勻性和一致性也帶來許多不利的影響和磁噪聲，并 且給存儲單元的設(shè)計和制備帶來諸多結(jié)構(gòu)上和工藝過程中的復(fù)雜性。目前為減小退磁 場，作為存儲單元的磁性隧道結(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 和功耗仍然沒有降低到一個理想和期望的最低值。為了克服這些問題，必須采用新的幾 何結(jié)構(gòu)和器件設(shè)計原理來減小存儲單元比特層的形狀各向異性，并進一歩消除磁性多層 膜經(jīng)過微加工和納米加工小尺寸圖型化后存儲單元自身產(chǎn)生的退磁場。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，通過改變多層膜 系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，提供一種無退磁場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，通過改變多 層膜系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，提供一種無退磁場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)有的磁性隨機存取存儲器使用非閉合結(jié)構(gòu)的磁性多 層膜作為存儲單元時，由于非閉合結(jié)構(gòu)存儲單元的退磁場和形狀各向異性的影響以及在 高密度狀態(tài)下磁存儲單元之間存在磁耦合和相互干擾，使得MRAM在寫和讀操作方法 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、可以消除存儲單元的退磁場、減弱其形狀各向異性以及磁 相互作用和干擾的磁隨機存取存儲器，及其控制方法。本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(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針或逆時針的閉合狀態(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)邊邊長為10?100000nm，外邊的邊長為20?200000nm,閉合環(huán)的寬度在 10?100000nm之間。在上述的技術(shù)方案中，還包括一個金屬芯，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為5?50000nm。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 過電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場操控磁性多層膜圖型化后的存儲單元的磁化狀態(tài)，從而可以更方 便的進行磁性多層膜存儲單元的讀寫操作，同時可以避免較大的脈沖寫電流反復(fù)寫操作 時對勢壘層可能產(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，包括無釘扎型、釘扎型和雙中間層型。對于無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。對于無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0.3?lmm;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2?200nm;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， Fe, Ni, CoFe， NiFeCo， CoFeB， CoFeSiB等組成，厚度為2?20nm;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 體勢壘層的材料如A1203， MgO， TiO， ZnO， （ZnMn)O， CrO， VO，或TiCO，厚度為 0.5?10nrn;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， Fe， Ni或它們的金屬合金NiFe， CoFeSiB， NiFeSiB，或非晶Co咖.x.yFexBy (0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2?20mn，用于保護材料不被氧化。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， FeMn, PtMn， CrMn或Pt (Cr，Mn)合金，厚度為 3?30 nm;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2?20nm;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，可以選擇施加磁場強度為50?5000 Oe的平面誘導(dǎo)磁場；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)過涂膠、前烘，再在在紫外、深紫外曝光或電子束曝光機上，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))對片基進行曝光，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行去膠； 必要時還可以利用反應(yīng)離子刻蝕機進行輔助去膠；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，對絕緣層 進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金屬芯， 該金屬芯的橫截面為多邊形：對步驟4)得到的進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絕緣層進行刻蝕，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為5?50000nm，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，每個閉合 環(huán)狀結(jié)構(gòu)引出四個電極，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2?200nm。在上述的技術(shù)方案中，所述的常規(guī)的薄膜生長工藝，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)過涂膠、前烘，再在紫外、 深紫外曝光機或電子束曝光機上，利用帶有待加工圖案的光刻版進行曝光，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或有機分子材料(如聚氯乙烯PVC，聚乙烯PE，聚丙烯PP等)， 厚度為50?1000nm。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，磁性隨機存取存儲器，計算機磁讀頭，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存取存儲器，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存取存儲器包括以下幾種 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存取存儲器，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)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫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單元構(gòu)成的存儲單元65及其陣列，其中存儲單元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單元65的過渡金屬層(4a、 4b); 以及字線62、位線4c、地線4a，所述的字線同時也是所述的晶體管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)置第一過渡 金屬層4b;第一過渡金屬層4b與磁性多層膜存儲單元65的下端連接；所述的字線62 同時也是所述的晶體管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)多邊形各邊的長度為10?100000nm、外多邊形的各邊 長度為20?200000nm;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)中介紹過的自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)和電流產(chǎn)生的閉合狀磁場效應(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存取存儲器的控制方法，其為通過 流經(jīng)存儲單元65中的電流的大小和方向來實現(xiàn)MRAM的讀操作和寫操作，具體如下-當多邊形閉合狀磁性多層膜存儲單元65中的電流小于一個特定的低臨界值/c/ (相 應(yīng)電流密度Jc尸10?l(^A/cm2，電流=電流密度乂閉合狀磁性多層膜截面積)時，其比特 層（軟磁層）的磁化狀態(tài)不會受到改變，從而實現(xiàn)MRAM的讀操作：當多邊形閉合狀磁性多層膜存儲單元中的電流大于這個低臨界值/c/并且小于高臨 界值/cX相應(yīng)電流密度Jc產(chǎn)10S?l(^A/cm2，電流=電流密度乂閉合狀磁性多層膜截面積)時，電流的方向?qū)淖冮]合狀磁性多層膜存儲單元比特層（軟磁層）的磁化狀態(tài)，通 過正向和負向自旋極化隧穿電流（即通過極化隧穿電流誘導(dǎo)的環(huán)行磁場的驅(qū)動作用和自 旋轉(zhuǎn)力矩的聯(lián)合作用），實現(xiàn)其比特層（軟磁層）的磁化狀態(tài)沿順時針或逆時針方向取 向，使得比特層(軟磁層)與被釘扎磁性層(或硬磁層)的磁化狀態(tài)分別沿順時針或逆時針 方向相同或相反（即磁化強度平行或反平行）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)），也就是通過控制電流的大小和方向 就可以實現(xiàn)MRAM的寫操作；如果寫電流超過高臨界電流值(即大于該臨界電流后），被釘扎磁性層(或硬磁 層)的原來沿順時針或逆時針取向的磁化狀態(tài)將被反轉(zhuǎn)，即會導(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)生相同的磁化強度取向，所以寫電流必須小 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存取存 儲器，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)成的存儲器讀寫 控制單元陣列，該讀寫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單元構(gòu)成的存儲單元65及其陣列，其中 存儲單元的幾何結(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單元65的過渡 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存取存儲器 的存取存儲方法，其為通過對存儲單元中的金屬芯施加的電流來實現(xiàn)MRAM的寫操作， 通過對存儲單元中的閉合狀磁性多層膜施加的隧穿電流來實現(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單元的磁性多層膜中的施加的電流小于一個 特定的低臨界值/c/(相應(yīng)電流密度Jc尸10?l(^A/cm2，電流-電流密度X閉合狀磁性多 層膜截面積)時，其比特層（軟磁層）的磁化狀態(tài)不會受到改變，從而實現(xiàn)MRAM的讀 操作；在多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲單元中的金屬芯中施加電流，由于電流產(chǎn) 生的磁場呈環(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： 當多邊形閉合狀含金屬芯磁性多層膜存儲單元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Jcf 102?106A/cm2，電流^電流密度X金屬芯截 面積)時，電流的方向?qū)淖冮]合狀磁性多層膜存儲單元65比特層（軟磁層）的磁化 狀態(tài)，通過正向和負向的驅(qū)動電流產(chǎn)生順時針或逆時針方向的磁場，實現(xiàn)其比特層（軟 磁層）的磁化狀態(tài)沿順時針或逆時針方向取向，使得比特層(軟磁層)與被釘扎磁性層(或硬磁層)的磁化狀態(tài)分別沿順時針或逆時針方向相同或相反（即磁化強度平行或反平 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)）， 也就是通過控制電流的方向就可以實現(xiàn)MRAM的寫操作。如果寫電流超過高臨界電流值fo (即大于該臨界電流后），被釘扎磁性層(或硬磁 層)原來沿順時針或逆時針取向的磁化狀態(tài)將被反轉(zhuǎn)，即會導(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)生相同的磁化強度取向，所以寫電流必須小于 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過程分別各用一個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存取存儲器，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)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；第一晶體管開關(guān)控制讀操作，第二晶體管開關(guān)控制寫操作。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 及其上的第一過渡金屬層4a和4b連接；第一接觸孔3a之上的過渡金屬層4a也同時 構(gòu)成所設(shè)置的地線4a;第四導(dǎo)電接觸孔3d和第二過渡金屬層4f相連；該第二過渡金屬 層4f作為底部傳導(dǎo)電極與所述的多邊形環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65的下端相連，該多 邊形環(huán)狀的磁性多層膜存儲單元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單元構(gòu)成的存儲單元65及其陣列，其中存儲單元的幾何結(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，由于常規(guī)結(jié)構(gòu)帶來的退磁場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或者由較大脈沖電流產(chǎn)生的 合成磁場來操控其磁化狀態(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)和散熱問題等，并且對器 件的性能產(chǎn)生不良的影響。而本發(fā)明通過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 無退磁場和最小磁各向異性，磁化狀態(tài)易于改變并且可由電流直接操控等優(yōu)點，避免了 使用外磁場或者由較大脈沖電流產(chǎn)生的合成磁場來操控磁化狀態(tài)所帶來的結(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存取存儲器、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)寫操作是依靠寫字線和位線所產(chǎn)生的磁場的共同作用 來操控存儲單元比特層的磁化狀態(tài)，因此在工藝結(jié)構(gòu)上需要有兩個金屬布線層分別布置寫字線和位線。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 隨機存取存儲器，通過采用新的多邊形環(huán)狀的磁性多層膜幾何結(jié)構(gòu)作為存儲單元，利用 正負兩個方向的極化隧穿電流自身產(chǎn)生的環(huán)行磁場或者金屬芯中正負兩個方向的驅(qū)動 電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場，并結(jié)合自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)，進行數(shù)據(jù)的讀寫操作，使得MRAM的 控制更加簡便：利用自選轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)使得數(shù)據(jù)的讀、寫操作山一條位線來完成；利用金 屬芯中電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場驅(qū)動多邊形閉合狀磁性多層膜的比特層磁化狀態(tài)，驅(qū)動磁場 空間分布與存儲單元的幾何形狀匹配較好，因此使得器件的驅(qū)動更加容易。這些特點使 得本發(fā)明的基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機存取存儲器避免了由于磁場空間 分布不均勻而帶來的不利影響，有利于器件工作性能的穩(wěn)定和器件壽命的延長；同時由于本發(fā)明的基于多邊形閉合狀磁性多層膜的磁性隨機存取存儲器去除了現(xiàn)有技術(shù)中專門用于寫操作的一條寫字線，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，提高了MRAM的應(yīng)用價值。附圖說明圖1-1是本發(fā)明的一種無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)圖圖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)圖圖3-1是本發(fā)明的一種無釘扎型、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)圖圖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)圖圖5-1是本發(fā)明的一種無釘扎型、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的剖面圖圖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圖 圖6-2為圖6-l的剖面圖圖7-l是本發(fā)明的一種無釘扎型、含金屬芯的、多邊形閉合環(huán)狀的雙中間層磁性多 層膜的頂視圖圖7-2為圖7-l剖面結(jié)構(gòu)圖圖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圖圖8-2為圖8-l剖面結(jié)構(gòu)圖圖1-1 —圖8-2中：l-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存取存儲器的的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、利用一個晶體管控制一個存儲單元讀和 寫過程的、同時利用金屬芯中電流產(chǎn)生的磁場驅(qū)動方式工作的磁性隨機存取存儲器的 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、利用兩個晶體管分別控制一個存儲單元讀和寫過 程的、同時利用金屬芯中電流產(chǎn)生的磁場驅(qū)動方式工作的磁性隨機存取存儲器的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為第一過渡金屬層、4e為第一位線、4d為第二位線、4f為第二過 度金屬層、65為閉合狀磁性多層膜存儲單元。具體實施方式下面結(jié)合附圖和制備方法對本發(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存儲器的結(jié)構(gòu)進行詳細地說明 實施例1利用微加工方法制備無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;生長溫度： 室溫；生長速率：0.3?1.1埃/秒；生長時間：薄膜厚度/生長速率：并且在沉積硬磁層2 和軟磁層4時，施加1500e平面誘導(dǎo)磁場。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)過涂膠、前烘，再在電子束曝光機上，根據(jù)所需的多邊形環(huán)狀圖形對 片基進行曝光，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) 正六邊形邊長為500nm，外正六邊形的邊長為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)狀多層膜進行掩埋并且相互隔離，再進行聚焦離子刻蝕，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Si02絕 緣層進行刻蝕，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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機上，利用 帶有待加工圖案的光刻版進行曝光，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)電層刻成四個電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進行去膠，即得到本發(fā)明 的無釘扎型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。實施例2?7、按照實施例1相同的方法，利用微加工方法制備無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釘扎型IH五邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜的結(jié)構(gòu)table see original document page 19table see original document page 20實施例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;生長溫度：室 溫；生長速率：0.3?1.1埃/秒；生長時間：薄膜厚度/生長速率；在沉積被釘扎磁性層 9和軟磁層4時，施加1500e的平面誘導(dǎo)磁場。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)過涂膠、前烘，再在電子束曝光機上，根據(jù)所需的環(huán)狀圖形對片 基進行曝光，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) 正六邊形邊長為300nm,外iH六邊形的邊長為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Si02絕緣層進行刻蝕，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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機上， 利用帶有待加工圖案的光刻版進行曝光，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)電層刻成四個電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進行去膠，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。實施例9?14按照實施例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 see original document page 21實施例15、利用微加工方法制備無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;生長溫度： 室溫；生長速率：0.3?1.1埃/秒；生長時間：薄膜厚度/生長速率；在沉積硬磁層2和 軟磁層4時，要加上誘導(dǎo)磁場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)過涂膠、前烘，再在電子束曝光機上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)狀圖形對 片基進行曝光，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) 正六邊形邊長為500nm,外正六邊形的邊長為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Si02絕緣層進行刻蝕，形成邊長為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，形成一個邊長為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Si02 絕緣層進行刻蝕，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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機上，利用帶有待 加工圖案的光刻版進行曝光，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)電層刻成四個電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進行去膠，即得到本發(fā)明的無釘 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。實施例16?21按照實施例15相同的方法，利用微加工方法制備無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 see original document page 22table see original document page 23實施例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;生長溫度：室溫；生長速率：0.3?1.1埃/秒；生長時間：薄膜厚度/生長速率；在沉積被釘扎磁性層9和軟磁層4時，要加上誘導(dǎo)磁場150Oe。沉積好的磁性多層膜經(jīng)過背景技術(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)過涂膠、前烘，再在電子束曝光 機上，根據(jù)所需的環(huán)狀圖形對片基進行曝光，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)正六邊形邊長為300nm，外TF.六邊形的邊長為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Si02絕緣層進行刻蝕，形成邊長為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，形成一個邊長為 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Si02絕緣層進行刻蝕，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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機 上，利用帶有待加工圖案的光刻版進行曝光，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)電層刻成四個電極的形狀，用去膠劑浸泡進行去膠，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。實施例23?28按照實施例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 see original document page 24實施例29、制備無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;生長溫度：室溫；生長速率：0.3?1.1埃/秒；生長時間：薄膜厚度/生長速率；在沉積鐵磁層時，施加150Oe的平面誘導(dǎo)磁場。 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)過涂膠、前烘，再在電子 束曝光機上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)對片基進行曝光，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)正八邊形邊長為300nm,外正八邊形 的邊長為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Si02絕緣層進行刻蝕，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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機上，利用帶有待加工圖案的光刻 版進行曝光，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 成四個電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進行去膠，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;生長溫度：室溫；生長速率： 0.3?1.1埃/秒；生長時間：薄膜厚度/生長速率；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，施加150Oe 的平面誘導(dǎo)磁場。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)過涂膠、 前烘，再在電子束曝光機上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)對片基進行曝光，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.八邊形邊長為400nm,外正六十邊形的邊長為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Si02絕緣層進行 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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機上，利用帶有待加工圖案的 光刻版進行曝光，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 層刻成四個電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進行去膠，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。實施例31、制備無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;生長溫度：室溫；生長速率：0.3?1.1埃/ 秒；生長時間：薄膜厚度/生長速率；在沉積鐵磁層時，施加150Oe平面誘導(dǎo)磁場。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)過涂膠、前烘，再在電子束 曝光機上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)對片基進行曝光，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)正八邊形邊長為500nm，外正八邊形的邊 長為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Si02絕緣層進行刻蝕，形成橫截面為多邊 形的孔洞，其中多邊形孔洞邊長為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Si02絕緣層進 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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機上，利用帶有待加 工圖案的光刻版進行曝光，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)電層刻成四個電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進行去膠，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;生長溫度：室溫；生長速率：0.3? 1.1埃/秒：生長時間：薄膜厚度/生長速率；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，施加150Oe 平面誘導(dǎo)磁場。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)過涂膠、 前烘，再在電子束曝光機上，根據(jù)所需的多邊形閉合環(huán)對片基進行曝光，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)正八邊形邊長為500nm， 外正八邊形的邊長為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Si02絕緣層進行刻 蝕，形成橫截面為正八邊形的孔洞，其中邊長為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 Si02絕緣層進行刻蝕，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)過涂膠、前烘，再在紫外、深紫外曝光機上， 利用帶有待加工圖案的光刻版進行曝光，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)電層刻成四個電極的形狀，最后用去膠劑浸泡進行去膠，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。實施例33、按實施例1所述的方法制備無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)三邊形邊長分別為250nm、 350rnn、 450nm，外三邊形的邊長相 應(yīng)分別為300nm、 420nm、 540nm。實施例34如圖9A—C所示，磁性隨機存取存儲器存儲單元陣列由大量的MRAM單元組合而 成，在一個MRAM單元中，包括一個多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65、晶體管 0、第一過渡金屬層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)狀磁性多層膜存儲單元65中的磁性多層膜的結(jié)構(gòu)為生長在第一過 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 形邊長為50nm，外正六邊形的邊長為100nm，環(huán)寬度為43.3nm。該正六邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65和晶體管0通過第一過渡金屬層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)狀磁性多層膜存儲單元65 的上方并且與正六邊形閉合狀磁性多層膜存儲單元65直接相連。如圖9B所示，整個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與第一過渡金屬層4b，閉合狀磁性多層膜存儲單元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單元65的下部電極通 過過渡金屬層4b、接觸孔3b與晶體管0的漏極0b相連接。在MRAM的讀寫操作中，根據(jù)背景技術(shù)中介紹過的自旋轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)，當位線4c中 的電流小于一個低臨界值/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，位線4c中的電流不會改變閉合狀磁性多層膜存儲單元65的磁化狀態(tài)， 從而實現(xiàn)MRAM的讀操作；而當位線4c中的電流大于這個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，位 線4c中的電流的方向?qū)Q定閉合狀磁性多層膜存儲單元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)分別沿順時針 或逆時針方向相同或相反（即磁化強度平行或反平行），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)），也就是通過控制電流的方向就可以 實現(xiàn)MRAM的寫操作。這就是本實施例的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給出一個適當?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 膜存儲單元65、第一過渡金屬層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而到達地線4a，從而獲得閉合狀磁性多層膜存儲單元65比特層（或 軟磁層）當前的磁化狀態(tài)，即MRAM單元中存儲的數(shù)據(jù)；在MRAM的尋址寫入操作 中，首先由被選擇的字線62給出一個適當?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--個量值大于低臨界值/c廠而小于高臨界值fo的寫入電流，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單元65的磁化狀態(tài)將由寫入電 流的方向所決定，因此當寫入電流由位線4c經(jīng)由閉合狀磁性多層膜存儲單元65、第一 過渡金屬層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 地線4a后，多邊形閉合狀磁性多層膜存儲單元65的比特層（軟磁層）的磁化狀態(tài)也隨 即由寫入電流所寫入，于是完成了 MRAM單元中數(shù)據(jù)的寫入。實施例35如圖IOA—C所示，磁性隨機存取存儲器存儲單元陣列由大量的MRAM單元組合 而成，在一個MRAM單元中，包括一個多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65、布置 在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65的幾何中心的金屬芯6、晶體管0、第一過渡 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)狀磁性多層膜存儲單元65和晶體管0通過第一過渡金屬層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 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)狀磁性多層膜存儲單元65中的磁性多層膜的結(jié)構(gòu)為生長在第一過 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)正八邊形邊長為500nm，外正八邊形的邊長為600nm。布置在正八邊形閉 合狀磁性多層膜存儲單元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 長為300nm。如圖10B所示，整個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與第一過渡金屬層4b，閉合狀磁性多層膜存儲 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 多層膜存儲單元65的下部電極通過第一過渡金屬層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給出一個適當?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 存儲單元65、第一過渡金屬層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而到達地線4a，從而獲得閉合狀磁性多層膜存儲單元65比特層（或軟 磁層）當前的磁化狀態(tài)，即MRAM單元中存儲的數(shù)據(jù)；在MRAM的尋址寫入操作中， 首先由被選擇的字線62給出一個適當?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 一個量值大于低臨界值/cv而小于高臨界值fo的寫入電流(相應(yīng)電 流密度Jcfl(^A/cm2，電流-電流密度X金屬芯截面積)，由于寫入電流產(chǎn)生的磁場也呈 環(huán)狀分布，因而可以操控閉合狀磁性多層膜存儲單元65的比特層（軟磁層）的磁化狀 態(tài)沿順時針或逆時針方向取向，使得比特層(軟磁層)與被釘扎磁性層9的磁化狀態(tài)分別 沿順時針或逆時針方向相同或相反（即磁化強度平行或反平行），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)），也就是通過控制電流的方 向就可以實現(xiàn)MRAM的寫操作。當寫入電流由第一位線4e經(jīng)由金屬芯6、第一過渡金 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到達地線4a 后，閉合狀磁性多層膜存儲單元65的比特層（軟磁層）的磁化狀態(tài)也隨即由寫入電流 所寫入，于是完成了MRAM單元中數(shù)據(jù)的寫入。實施例36如圖IIA—C所示，磁性隨機存取存儲器存儲單元陣列由大量的MRAM單元組合 而成，在一個MRAM單元中，包括一個多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65、布置 在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65的幾何中心的金屬芯6、晶體管0、第一過渡 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)狀磁性多層膜存儲單元65和晶體管0通過第一過渡 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 膜存儲單元65的上方并且與多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65直接相連。該多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65中的磁性多層膜的結(jié)構(gòu)為在第二過渡金 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)正十邊形邊長為400nm，外正十邊形的邊長為700nm。 布置在多邊形閉合環(huán)狀磁性多層膜存儲單元65的幾何中心的金屬芯6為截面為正十邊 形的Au，邊長為200nm。如圖11B所示，整個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、第二過渡金屬層4f、第一過渡金屬層4b，多邊形閉合狀磁性多層膜存儲單 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 膜存儲單元65的下部電極通過第一過渡金屬層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和底部的第二過渡金屬層4f直接連接；晶體管0由兩個工作區(qū) 組成，兩個工作區(qū)共用同一個漏極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給出一個適當?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單元65、第二過渡金屬層4f、接觸孔3b、第一過渡金屬層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而到達地線 4a，從而獲得閉合狀磁性多層膜存儲單兀65比特層（軟磁層）當前的磁化狀態(tài)，即 MRAM單元中存儲的數(shù)據(jù)；在MRAM的尋址寫入操作中，首先由被選擇的第二字線 63給出一個適當?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)出一個量值大于低臨界值/c/而小于高臨界值的寫入電流(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)，由于寫入電流產(chǎn)生的磁場也呈環(huán)狀分 布，因而可以操控閉合狀磁性多層膜存儲單元65的比特層（軟磁層）的磁化狀態(tài)沿順 時針或逆時針方向取向，使得比特層(軟磁層)與被釘扎磁性層9的磁化狀態(tài)分別沿順時 針或逆時針方向相同或相反（即磁化強度平行或反平行），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)），也就是通過控制電流的方向就可 以實現(xiàn)MRAM的寫操作。當寫入電流由位線4c經(jīng)由金屬芯6、第一過渡金屬層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到達地線4a 后，閉合狀磁性多層膜存儲單元65的比特層（軟磁層）的磁化狀態(tài)也隨即由寫入電流 所寫入，于是完成了MRAM單元中數(shù)據(jù)的寫入。在上述實施例中利用常規(guī)的薄膜生長手段，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。
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