CN104993046A - 一种磁隧道结单元及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁隧道结单元及其制备方法，具体为，通过在磁隧道结的磁性层薄膜中***一层极薄的金属层，形成磁性层/金属层/磁性层的结构，该金属插层的厚度为0.5nm～2nm，通过人为地增加磁性层中的界面数，大大强化了界面垂直磁各向异性，客观上提高了整个膜层结构垂直磁各向异性。本发明通过特定种类和厚度的金属层的扩散作用以及磁性层/金属层之间的界面作用有效地提高了磁性层薄膜的垂直各向异性，同时也增加了垂直取向较好的磁性层薄膜的厚度，为工业界垂直各向异性MTJ单元及器件的制备提供了新的突破。

Description

一种磁隧道结单元及其制备方法

技术领域

本发明属于自旋电子学领域，更具体地，涉及一种磁隧道结单元及制备方法。

背景技术

随着新型计算机、信息和通信等电子信息技术的飞速发展，对作为其核心部件的存储器提出了高密度、高速度、高写入效率、高可靠性等高性能要求。各种半导体存储器，如静态随机存储器(SRAM：Static RandomAccess Memory)、动态随机存储器(DRAM：Static Random Access Memory)以及闪速存储器(flash)等存储器因具备各自的优点已经得到了深入研究和广泛的应用。然而，随着器件尺寸的缩小，上述存储器的发展遇到了各自的瓶颈，在一定程度上限制了其发展和应用。近年来，基于磁隧道结(MTJ，Magnetic Tunnelling Junction)的磁随机存储器由于具有非易失性、存储密度大、读写速度快等特性，极大的激发了世界范围内产业界和学术界的研究兴趣。

典型的磁隧道结有三层结构：自由层(free layer)，势垒层(barrier layer)和参考层(reference layer)，如图1所示。通过改变存储单元自由层的磁化方向，就能在存储单元中产生高、低两个阻态。MTJ结的势垒层材料的不同影响了MTJ的TMR值，因为势垒层材料会直接影响电子的隧穿行为，决定了MTJ的隧穿磁阻，目前主流的势垒层材料是MgO。而用于磁隧道结自由层(free layer)和参考层(reference layer)的材料主要是铁磁性材料(FM)。自由层特点是易磁化，即磁化方向可改变，所以一般采用矫顽力较小的软磁性材料。参考层要求磁化方向固定，通常由钉扎层和被钉扎层组成。被钉扎层材料和自由层一样，采用软磁性材料。钉扎层一般采用矫顽力较大的硬磁材料，利用反铁磁耦合作用固定被钉扎层的磁化方向。目前用于MTJ的软磁性材料主要是CoFeB，其具有低矫顽力、高自旋极化率的特性。也有报道，可用其他Co基软磁材料或新型高自旋极化率半金属材料作为MTJ的软磁层材料。目前可用于MTJ的硬磁材料有FePt、TbFeCo、Co(Fe)/Pt(Pd)多层膜等。

MTJ要求低功耗、小操作电流、高密度、高速度的性能要求。尽管目前MTJ已有很好的电学特性，然而对电路性能的优化不会停歇，而且在商业化的道路上还存在相关问题：

(1)由于在超高存储密度情形下，面内磁各向异性薄膜尺寸的急剧缩小会产生磁化卷缩或涡旋磁畴结构，从而导致存储的信息丢失。而垂直磁各向异性薄膜材料能非常有效地克服磁化卷缩或涡旋磁畴，有利于提高信息存储的稳定性，并且理论计算也预言垂直磁各向异性的MTJ的临界电流密度将低于面内磁各向异性存储单元。为了提高存储密度并降低其写入电流，提高MTJ的垂直各向异性是必要的。

(2)由于MTJ膜层结构的各层厚度都很薄(最薄层不到1nm，一般膜层厚度为1-10nm)，因此制备工艺的难度大。另外，要得到垂直磁各向异性，CoFeB层的厚度必须很小(小于1.2nm)，这使得工艺制备的难度进一步增大。因此，为了降低工艺难度，提高MTJ制备可行性，增大具有垂直各向异性的磁性层的厚度是必要的。

现阶段人们主要是通过改变MTJ磁性层的厚度、退火温度、以及覆盖层的种类、厚度等来优化MTJ的性能。文献中常见的覆盖层有Ta，Ti，NiFe等，覆盖层的不同以及厚度会对CoFeB的晶化以及B的扩散有影响。而Ta是被提到最多的覆盖层，Ta除了有着极好的抗氧化能力之外，Ta层以及Ta/CoFeB界面对Ta/CoFeB/MgO-based MTJs获得垂直各向异性(PMA)也起到关键作用。因此，通过在磁性层薄膜中增加界面来提高磁性层材料的垂直各向异性正是本发明的出发点。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种磁隧道结单元及其制备方法，旨在解决现有磁隧道结热稳定性低，存储密度低的问题。

本发明提供了一种磁隧道结单元，包括衬底，附着于所述衬底上的参考层，附着于参考层上的势垒层以及附着于势垒层上的自由层；所述参考层包括第一磁性层、金属层和第二磁性层；通过所述金属层强化第一磁性层和第二磁性层中的界面垂直各向异性，提高整个参考层的垂直磁各向异性。本发明通过在磁隧道结的磁性层薄膜中***一层极薄的金属层，形成磁性层(FM)/金属层(M)/磁性层(FM)的结构来强化磁性层中的界面垂直各向异性，从而达到提高整个膜层结构垂直磁各向异性的目的。同时由于***了金属层提高了整体膜层的厚度，降低了工艺难度。

更进一步地，第一磁性层的厚度与第二磁性层的厚度相等，金属层的厚度为0.5nm～2nm。

更进一步地，金属层的材料为非磁性金属材料。

更进一步地，金属层的材料为Ag、Ta、Ti、Al、Cu或Au等。由于***了一层Ta金属层的磁性薄膜材料，0.5nm～2nm厚度范围内的Ta***层由于其扩散作用和与磁性层的界面作用，可以优化相同厚度的磁性层的垂直取向。

更进一步地，金属层的材料为Ag，且厚度为1nm。由于***了一层Ag金属层的磁性薄膜材料，1nm的Ag***层由于其扩散作用和与磁性层的界面作用，可以优化相同厚度的CoFeB磁性层的垂直取向。

更进一步地，磁隧道结单元还包括附着于所述自由层上的保护层。

更进一步地，保护层的材料可以为Ta，厚度可以为5nm。

本发明还提供了一种制备上述磁隧道结单元的方法，包括下述步骤：

(1)通过磁控溅射的方法在衬底上制备第一磁性层，在所述第一磁性层上制备金属层，并在所述金属层上制备第二磁性层；

其中，所述第一磁性层的厚度与所述第二磁性层的厚度相等，所述金属层的厚度为0.5nm～2nm；

(2)通过磁控溅射的方法在所述第二磁性层上制备势垒层；

(3)在所述势垒层上制备自由层；其中自由层的结构与上述参考层的结构相同，都为磁性层，自由层包括第一磁性层，附着于第一磁性层上的金属层，附着于金属层上的第二磁性层；

其中，所述第一磁性层的厚度与所述第二磁性层的厚度相等，所述金属层的厚度为0.5nm～2nm；

(4)在所述自由层上制备保护层，从而获得磁隧道结单元。

其中，金属层的材料可以为Ag、Ta、Ti、Al、Cu或Au。

进一步优选的，金属层的材料为Ag，且厚度为1nm。

其中，在步骤(1)中所述磁控溅射的方法中，溅射功率为直流20W；采用低的溅射功率可以降低溅射速率，提高成膜质量。在步骤(2)中所述磁控溅射的方法中，溅射功率为射频100W。

具体地，制备上述磁隧道结单元的方法包括：

(1)在MgO衬底上制备参考层，具体方法为先用CoFeB靶材通过磁控溅射在20W的小功率下溅射1.2nm的CoFeB薄膜，再用所需要的金属靶材(Ag或者Ta等)制备厚度为t的金属插层，然后再溅射1.2nm的CoFeB薄膜，这样形成了在CoFeB磁性层中***了一层极薄的金属插层的改进的磁性层结构；

(2)在已经制备好的参考层上用MgO靶材通过磁控溅射制备1nm的MgO的势垒层；

(3)在已经制备好的势垒层上制备改进的自由层，方法同步骤一中的参考层一致；

(4)为了保护所制备的磁隧道结不被氧化，我们在顶层加了一层5nm的Ta保护层。

其中，所有的溅射制备的薄膜样品均是以单晶MgO(001)为基底制备。

其中，薄膜样品的制备环境的Ar气压均为0.5Pa。

其中，CoFeB的溅射功率为20W，Ag的溅射功率为20W，Ta的溅射功率为40W。

本发明通过在磁性层薄膜中***一层极薄的金属层，增加了磁性层中的界面数，大大强化了界面垂直磁各向异性，客观上提高了整个膜层结构垂直磁各向异性，从而使得磁隧道结热稳定性高，存储密度高。

附图说明

图1为典型的磁隧道结结构。

图2(a)为传统的磁性层结构示意图，图2(b)为本发明改进的磁性层结构示意图。

图3本发明实施例提供的磁隧道结单元的结构示意图。

图4本发明实施例中没有***金属层的参照CoFeB薄膜经过400℃，1h退火处理之后的X射线衍射图。

图5本发明实施例中单层的CoFeB薄膜的水平方向和垂直方向上的磁滞回线。

图6本发明实施例中***了1nm和0.5nm Ag的CoFeB薄膜的水平方向和垂直方向上的磁滞回线；其中，(a)为***1nm Ag，(b)为***0.5nm Ag。

图7本发明实施例中单层CoFeB薄膜以及***了Ag金属层的薄膜的VASP计算的MAE和实验值的对比。

图8本发明实施例中***了1nm和0.5nm Ta的CoFeB薄膜的水平方向和垂直方向上的磁滞回线，其中，(a)为***1nm Ta，(b)为***0.5nm Ta。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明通过利用并强化磁隧道结中磁性层界面垂直磁各向异性的方法来提高MTJ的垂直磁各向异性，提供了一种磁隧道结单元及其制备方法，来强化磁性层中的界面垂直各向异性。

本发明通过在磁性层薄膜中***一层极薄的金属(Ag、Ta等)层，如图2所示，形成磁性层(FM)/金属层(M)/磁性层(FM)的结构，该金属插层的厚度为0.5nm～2nm，来强化磁性层中的界面垂直各向异性，从而达到提高整个膜层结构垂直磁各向异性的目的。在MTJ结构中，由于各磁性层都很薄(厚度多在几纳米范围之内，甚至不到1nm，硬磁性钉扎层的厚度一般也不超过100nm)，随着磁性层厚度的减小，磁性层中磁性晶粒的垂直磁各向异性对整个膜层结构的垂直磁各向异性贡献减小，而磁性层与邻近膜层之间的界面垂直磁各向异性对整个膜层结构的垂直磁各向异性的贡献却增大。因此，本发明通过在磁性层薄膜中***一层极薄的金属层，人为地增加了磁性层中的界面数，大大强化了界面垂直磁各向异性，客观上提高了整个膜层结构垂直磁各向异性。

本发明与现有的磁性层单层薄膜相比，本发明利用在单层磁性层薄膜中***一层极薄的金属层，通过特定种类和厚度的金属层的扩散作用以及FM/M之间的界面作用有效地提高了磁性层薄膜的垂直各向异性，同时也增加了垂直取向较好的磁性层薄膜的厚度，为工业界垂直各向异性MTJ单元及器件的制备提供了新的突破。由于***金属层的种类以及厚度对扩散作用与界面作用有很大的影响，在本发明中，我们研究的不同金属以及不同厚度对磁性层的垂直各向异性(PMA)的影响也不一样。其中，***了1nmAg以及1nm Ta的CoFeB薄膜的PMA相比于相同厚度单层的磁性层得到了较大的提高。我们通过磁控溅射，磁滞回线，原子力显微镜的测试以及VASP理论计算等研究了***不同种类以及不同厚度的金属层对磁性层薄膜的垂直各向异性的影响。

下面通过具体实施例的阐述，以进一步说明本发明实质性特点和显著的进步，但本发明绝非仅局限于实施例。

以下具体实施例中的磁性层均以MTJ结构中的软磁性层CoFeB薄膜为例，介绍含有不同种类及厚度的金属插层的CoFeB薄膜的膜层结构、制备方法、磁性能及其技术效果。本发明中涉及的磁性层界面垂直磁各向异性强化方法亦适用于MTJ结构中的其他磁性层材料，并不仅限于CoFeB薄膜材料。

具体而言，制备改进的磁隧道结的膜层结构及制备方法如下：

薄膜结构为MgO sub/FM(1.2nm)/M(t nm)/FM(1.2nm)/Ta(5nm)，其中FM为磁性层，M为不同的金属(Ta、Ag等)，t为金属层的厚度，t＝0.5nm～2nm。

制备磁隧道结单元的方法，具体为：

(1)在MgO衬底上制备改进的参考层，具体方法为先用CoFeB靶材通过磁控溅射在20W的小功率下溅射1.2nm的CoFeB薄膜，再用所需要的金属靶材(Ag或者Ta等)制备厚度为t的金属插层，然后再溅射1.2nm的CoFeB薄膜，这样形成了在CoFeB磁性层中***了一层极薄的金属插层的改进的磁性层结构；

(2)在已经制备好的参考层上用MgO靶材通过磁控溅射制备1nm的MgO的势垒层；

(3)在已经制备好的势垒层上制备改进的自由层，方法同步骤一中的参考层一致；

(4)最后为了保护所制备的磁隧道结不被氧化，我们在顶层加了一层5nm的Ta保护层。

进一步地，所有的溅射制备的薄膜样品均是以单晶MgO(001)为基底制备；薄膜样品的制备环境的Ar气压均为0.5Pa；CoFeB的溅射功率为20W，Ta的溅射功率为40W，Ti的溅射功率为60W，Al的溅射功率为20W，Ag的溅射功率为20W。

实施例一：

本实施例通过制备单层磁性层CoFeB薄膜以及***不同厚度的金属层Ag的CoFeB薄膜并测试其磁性能，来得到***Ag层及Ag层厚度对其垂直各向异性的影响。

本实施例所述的磁性层薄膜材料的制备方法可采用化学气相沉积(CVD)，如液相沉积、电解沉积和金属有机物化学气相沉积等；物理气相沉积(PVD)，如蒸发沉积、激光分子束外延(laser molecular beam epitaxy，LMBE)，脉冲激光沉积(pulsed laser deposition，PLD)和磁控溅射(magnetronsputtering)等。它们的共性是把靶材以原子或离子的形式沉积到基片上，而区别主要在于原子或离子的所携带的能量不同。利用溅射方法沉积的薄膜均匀、致密、应用靶材广，生长速度快，可进行反应溅射以及制备成分多样的合金膜，还可以一次使用多个靶枪，便于制备成分不同的多层膜，因此被实验室和工业界广泛使用。本发明选用的是磁控溅射法。

本文实施例选用磁控溅射方法制备磁性层薄膜。首先制备好直径为100mm、厚度为2.5mm的CoFeB(其中原子比Co：Fe：B＝40:40:20)靶材，靶材的纯度为99.99％(原子百分比)以及所需要的金属靶材，金属靶材的纯度为99.95％(原子百分比)。然后用磁控溅射的方法，溅射时通入纯度为99.999％的Ar气。

制备所述的***了金属层Ag的磁性层CoFeB薄膜的方法，具体为：

(1)在MgO衬底上先用CoFeB靶材通过磁控溅射在20W的小功率下溅射1.2nm的CoFeB薄膜，再用所需要的Ag金属靶材制备厚度为t的金属插层，然后再溅射1.2nm的CoFeB薄膜，这样形成了在CoFeB磁性层中***了一层极薄的金属插层的改进的磁性层结构；

(2)为了防止制备的薄膜被氧化，在薄膜顶部溅射了一层5nm厚的Ta覆盖层。

具体的工艺参数如下：

CoFeB靶采用直流功率电源，功率为20W；溅射气压为0.5Pa；靶基距为120mm，每次溅射前预溅射1h以保证靶材表面杂质被去除干净。

Ag靶采用直流功率电源，功率为10～20W；溅射气压为0.5Pa；靶基距为120mm，每次溅射前预溅射1h以保证靶材表面杂质被去除干净。

Ta靶采用直流功率电源，功率为40W；溅射气压为0.5Pa；靶基距为120mm，每次溅射前预溅射1h以保证靶材表面杂质被去除干净。

本实施例所述的磁性层材料如图3所示，其薄膜结构为MgO sub/CoFeB(1.2nm)/Ag(t nm)/CoFeB(1.2nm)/Ta(5nm)，同时，单层的CoFeB(2.4nm)薄膜也被制备出来用作参考。

图4没有***金属层的参照CoFeB薄膜经过400℃，1h退火处理之后的X射线衍射图。由XRD图谱可知，我们所制备的CoFeB薄膜在400℃，1h退火处理之后出现了CoFe(110)的峰，说明了400℃，1h的退火条件可以使得CoFeB薄膜晶化，并呈现CoFe(110)的织构。

图5为单层的CoFeB薄膜的水平方向和垂直方向上的磁滞回线。从图表的结果可以看出没有***任何金属层的CoFeB薄膜(包含1.2nm和2.4nm)的垂直方向与水平方向的矫顽力之比不超过2。

图6为***了1nm和0.5nm Ag的CoFeB薄膜的水平方向和垂直方向上的磁滞回线。而表1是单层CoFeB(1.2nm)以及(2.4nm)的薄膜以及***了不同的金属层的CoFeB薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力的值以及他们之比。当薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力之比越大时，表明薄膜的垂直取向越好。由此，从图6结合表1的数据可以看出，***了0.5nm金属Ag的薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力之比小于2，原因在于***的金属层太薄以致于并没有与CoFeB层形成良好的界面，界面作用没有形成，导致垂直各向异性没能得到显著提高。由此说明CoFeB层垂直各向异性的改善与否跟所***的金属的厚度有很大的关系。而***了1nm Ag的CoFeB薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力之比为4.32，远远超过了单层CoFeB薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力之比值。由此说明向CoFeB薄膜中***1nm Ag可以显著提高CoFeB薄膜的垂直各向异性。原因是Ag的扩散作用以及与CoFeB层形成了金属/CoFeB的界面，提高了CoFeB的垂直各向异性。

表1

为了进一步验证实验结果，使用VASP第一性原理计算并比较了单层CoFeB(2.4nm)薄膜和***了0.5nm Ag以及1nm Ag的薄膜的单位横截面积上的磁性各向异性能(MAE)。计算结果如表2所示。当计算得出的MAE的值是正值时，说明薄膜具有垂直各向异性，并且MAE越大，则薄膜的垂直各向异性越大。当MAE的值为负值时，则说明薄膜具有面内的各向异性。我们计算的结果如图7所示。结果显示***了1nm Ag的薄膜的单位横截面积上的MAE最大，而***了0.5nm Ag的薄膜的单位横截面积上的MAE最小，同样也表明向CoFeB薄膜中***1nm Ag可以提高CoFeB薄膜的垂直各向异性，与实验结果相吻合。

表2

同时，我们还比较了***2nm的Ag金属层的CoFeB层的MAE，从表2可以看出，***了2nm厚度的Ag的CoFeB的单位面积的MAE要小于单层CoFeB的值，由此说明2nm的厚度对于Ag金属层来说太厚，不利于提高CoFeB的垂直各向异性。

本实施例说明***1nm的Ag金属层可以很好的提高CoFeB磁性层的垂直各向异性。

实施例二：

本实施例通过制备单层磁性层CoFeB薄膜以及***不同厚度的金属层Ta的CoFeB薄膜并测试其性能比较其垂直各向异性。

制备所述的***了金属层Ta的磁性层CoFeB薄膜的方法，具体为：

(1)在MgO衬底上先用CoFeB靶材通过磁控溅射在20W的小功率下溅射1.2nm的CoFeB薄膜，再用所需要的Ta金属靶材制备厚度为t的金属插层，然后再溅射1.2nm的CoFeB薄膜，这样形成了在CoFeB磁性层中***了一层极薄的金属插层的改进的磁性层结构；

(2)为了防止制备的薄膜被氧化，在薄膜顶部溅射了一层5nm厚的Ta覆盖层。

具体的工艺参数如下：

CoFeB靶采用直流功率电源，功率为20W；溅射气压为0.5Pa；靶基距为120mm，每次溅射前预溅射1h以保证靶材表面杂质被去除干净。

Ta靶采用直流功率电源，功率为40W；溅射气压为0.5Pa；靶基距为120mm，每次溅射前预溅射1h以保证靶材表面杂质被去除干净。

本实施例所述的磁性层材料，其薄膜结构为MgO sub/CoFeB(1.2nm)/Ta(t nm)/CoFeB(1.2nm)/Ta(5nm)，其中t为0.5nm以及1nm。

图8为***了1nm和0.5nm Ta的CoFeB薄膜的水平方向和垂直方向上的磁滞回线。结合表1的数据可以看出，***了0.5nm金属Ta的薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力之比也大于单层CoFeB(1.2nm)的值。而***了1nm Ta的CoFeB薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力之比为2.38，也超过了单层CoFeB薄膜的垂直方向与水平方向的矫顽力之比值。由此说明向CoFeB薄膜中***1nm Ta也可以提高CoFeB薄膜的垂直各向异性。原因可能是Ta的扩散作用以及与CoFeB层形成了金属/CoFeB的界面，提高了CoFeB的垂直各向异性。

同样通过第一性原理计算了在CoFeB薄膜中***0.5nm、1nm和2nm的金属层Ta的的MAE，计算结果如表3所示。从表中可以明显看出***了不同厚度的金属Ta层的CoFeB薄膜的MAE都要高于单层CoFeB的MAE，由此说明在***0.5nm～2nm厚度范围内的Ta层都可以提高CoFeB层的磁性各向异性。

表3

本实施例说明***0.5nm～2nm厚度范围内的Ta金属层可以很好的提高CoFeB磁性层的垂直各向异性。通过本实施例与实施例一中在CoFeB薄膜***Ag金属层的测试结果相比较，虽然***一定厚度的Ta层和Ag层都能够提高CoFeB薄膜的垂直各向异性，但是***1nm Ag金属层的CoFeB薄膜的垂直各向异性明显要比***Ta层的CoFeB薄膜的垂直各向异性要大。这可能是因为Ag与CoFeB的晶格常数的失配率(1％)要比Ta与CoFeB的晶格常数的失配率(4％)小。

实施例三：

本实施例通过第一性原理计算单层磁性层CoFeB薄膜以及***不同厚度的金属层Ti的CoFeB薄膜的各向异性能并比较他们的大小。

计算结果如表4所示。从表中可以明显看出***了0.5nm的金属Ti层的CoFeB薄膜的MAE与单层CoFeB薄膜的MAE略低，而***了1nm的金属Ti层的CoFeB薄膜的MAE却要大大的大于单层的CoFeB薄膜，几乎是2倍的关系。而当金属层Ti的厚度增加到2nm的时候，MAE的值突然变成了负值，意味着***了2nm的金属Ti的磁性层失去了垂直各向异性。

由此说明在***1nm的Ti层都可以提高CoFeB层的磁性各向异性。

表4

实施例四：

本实施例通过第一性原理计算单层磁性层CoFeB薄膜以及***不同厚度的金属层Al的CoFeB薄膜的各向异性能并比较他们的大小。

计算结果如表5所示。从表中可以明显看出***了0.5nm和1nm的金属Al层的CoFeB薄膜的MAE都要高于单层CoFeB的MAE，由此说明在***0.5nm～1nm厚度范围内的Al层都可以提高CoFeB层的磁性各向异性。而当Al金属层太厚(达到2nm)的时候反而会降低磁性层的垂直各向异性。

表5

本发明提供的***了特定种类与厚度的金属层的磁性薄膜和单层磁性薄膜相比，***金属薄层能有效提高磁性薄膜的垂直各向异性，有利于制备高密度，低功耗的磁隧道结单元及器件。本发明在磁性层中***金属薄层以提高其垂直磁各向异性，该金属薄层材料并不仅限于实施例中提到的Ag、Ta、Ti和Al，还可以是Cu、Au等其它非磁性金属材料。该金属层的厚度范围为0.5nm～2nm。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁隧道结单元，包括衬底，附着于所述衬底上的参考层，附着于所述参考层上的势垒层以及附着于所述势垒层上的自由层；其特征在于，所述参考层和所述自由层的结构相同，均包括第一磁性层、金属层和第二磁性层；通过所述金属层强化第一磁性层和第二磁性层中的界面垂直各向异性，提高磁隧道结单元的垂直磁各向异性。

2.如权利要求1所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述第一磁性层的厚度与所述第二磁性层的厚度相等，所述金属层的厚度为0.5nm～2nm。

3.如权利要求1所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述金属层的材料为非磁性金属材料。

4.如权利要求3所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述金属层的材料为Ag、Ta、Ti、Al、Cu或Au。

5.如权利要求4所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述金属层的材料为Ag，且厚度为1nm。

6.如权利要求1所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述磁隧道结单元还包括附着于所述自由层上的保护层。

7.如权利要求6所述的磁隧道结单元，其特征在于，所述保护层的材料为Ta。

8.一种磁隧道结单元的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)通过磁控溅射的方法在衬底上制备第一磁性层，在所述第一磁性层上制备金属层，并在所述金属层上制备第二磁性层；

(2)通过磁控溅射的方法在所述第二磁性层上制备势垒层；

(3)在所述势垒层上制备自由层；所述自由层包括第一磁性层、附着于所述第一磁性层上的金属层和附着于所述金属层上的第二磁性层；

(4)在所述自由层上制备保护层，从而获得磁隧道结单元；

其中，所述第一磁性层的厚度与所述第二磁性层的厚度相等，所述金属层的厚度为0.5nm～2nm。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料为Ag、Ta、Ti、Al、Cu或Au。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料为Ag，且厚度为1nm。