CN117279477A - 反铁磁磁性存储器器件及其制造方法 - Google Patents

反铁磁磁性存储器器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种反铁磁磁性存储器器件及其制备方法，该器件包括铁磁薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体以及夹设于所述铁磁薄膜结构体和反铁磁薄膜结构体之间的隧道绝缘薄膜结构体。该器件制备方法为：在基板上自下而上依次制备第一电极、制备第一铁磁薄膜结构体并对其施加外界磁场、制备第一隧道绝缘薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体、制备第二隧道绝缘薄膜结构体、制备第二铁磁薄膜结构体并对其施加与第一铁磁薄膜结构体相反的外界磁场、制备第二电极。本发明可实现器件尺寸减小的信息写入与读取方式，实现高密度存储，而且还拥有反铁磁体具有的太赫兹级高速信息写入以及抗外界磁干扰等特性。

Description

反铁磁磁性存储器器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及集成电路中存储器芯片领域，具体涉及一种反铁磁磁性存储器器件及其制造方法。
背景技术
磁性存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)已经在集成电路中有部分应用，但目前的MRAM主要基于铁磁性体进行存储读取。反铁磁体具有太赫兹级的超高信息写入速度以及抗外界磁干扰等铁磁体没有的优异特性，被认为是下一代MRAM的最主要的自旋电子器件。
当前，基于反铁磁体的自旋电子器件被作为MRAM的候补器件广泛研究。通常该器件都会采用自旋轨道矩(Spin orbit toque，SOT)对反铁磁体的自旋电子进行操控以实现信息写入，采用霍尔结(Hall bar)探测反铁磁体的反常霍尔效应(Anomalous HallEffect，AHE)进行信息的读取。然而，SOT写入需要较大的SOT沟道，而AHE读取通常都需要较大的霍尔结，因此器件的尺寸难以缩小到100纳米以下，意味难以实现高密度的存储，也即难以在集成电路中大规模应用。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种反铁磁磁性存储器器件及其制造方法，可实现可以减小器件尺寸的信息写入与读取方式；该方案不仅能够完全拥有反铁磁体具有太赫兹级的超高信息写入速度以及抗外界磁干扰等特性，还可以减小器件的尺寸至10纳米左右，即可以实现高密度存储。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种反铁磁磁性存储器器件，包括铁磁薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体以及夹设于所述铁磁薄膜结构体和反铁磁薄膜结构体之间的隧道绝缘薄膜结构体。
所述反铁磁磁性存储器器件，其中：所述铁磁薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体和隧道绝缘薄膜结构体均可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
所述反铁磁磁性存储器器件，其中：所述存储器器件包括第一铁磁薄膜结构体、设于所述第一铁磁薄膜结构体上部的第一隧道绝缘薄膜结构体、设于所述第一隧道绝缘薄膜结构体上部的反铁磁薄膜结构体、设于所述反铁磁薄膜结构体上部的第二隧道绝缘薄膜结构体以及设于所述第二隧道绝缘薄膜结构体上部的第二铁磁薄膜结构体；所述第一铁磁薄膜结构体和第二铁磁薄膜结构体的自旋电子被固定为相反的方向；所述第一铁磁薄膜结构体、第一隧道绝缘薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体、第二隧道绝缘薄膜结构体和第二铁磁薄膜结构体均可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
所述反铁磁磁性存储器器件，其中：所述反铁磁薄膜结构体的侧面四周设有可对其施加电压控制磁各向异性的VCMA电极；所述VCMA电极可采用不同材料组成的多层异质结构和同一材料组成的单一结构中的任意一种。
所述反铁磁磁性存储器器件，其中：所述反铁磁薄膜结构体的侧面四周设有绝缘层薄膜；所述VCMA电极可采用全部环绕于所述绝缘层薄膜的外表面、部分环绕于所述绝缘层薄膜的外表面以及与所述绝缘层薄膜的外表面部分接触中的任意一种连接方式，与所述绝缘层薄膜的外表面实现连接。
所述反铁磁磁性存储器器件，其中：所述反铁磁薄膜结构体可更换为亚铁磁薄膜结构体；所述亚铁磁薄膜结构体可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
一种反铁磁磁性存储器器件的制造方法，包含以下主要步骤：
在基板上制备第一电极，然后在制备好的第一电极上制备第一铁磁薄膜结构体，接着施加外界磁场使第一铁磁薄膜结构体的自旋电子沿任一方向排列，接着在制备好的第一铁磁薄膜结构体上制备第一隧道绝缘薄膜结构体，接着在第一隧道绝缘薄膜结构体上制备反铁磁薄膜结构体，接着在反铁磁薄膜结构体上制备第二隧道绝缘薄膜结构体，接着在第二隧道绝缘薄膜结构体之上制备第二铁磁薄膜结构体，接着施加外界磁场使第二铁磁薄膜结构体的自旋电子的方向与第一铁磁薄膜结构体的自旋电子的方向相反排列，最后在第二铁磁薄膜结构体上制备第二电极。
所述反铁磁磁性存储器器件的制造方法，其中，包含以下主要步骤：
(1.1)先制备第一电极及由铁磁薄膜结构体、隧道绝缘薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体组成的多层薄膜结构后，再用半导体蚀刻技术将其形成反铁磁器件，然后在该反铁磁器件的外表面制备绝缘层薄膜；
(1.2)再在反铁磁器件的反铁磁薄膜结构体不需要施加电压的部分沉积绝缘物隔离层；
(1.3)再在反铁磁器件需要施加电压的位置沉积与步骤(1.2)中的绝缘物隔离层具有不同的蚀刻选择比且可被选择蚀刻掉的牺牲层；所述牺牲层可采用直接沉积到所需厚度和先沉积到超过反铁磁薄膜结构体厚度后再回蚀刻到所需厚度，这种两种沉积方式中的任一种，使蚀刻后的牺牲层的厚度≤反铁磁薄膜结构体的厚度；
(1.4)再在步骤(1.3)得到的牺牲层的上方和侧面沉积一层绝缘物隔离层；
(1.5)再在需要施加电压的铁磁薄膜结构体的一端沉积第二电极材料，对第二电极进行蚀刻处理，使制备的第二电极与步骤(1.3)中的牺牲层在俯视角度上具有非重叠的部分，再用绝缘物隔离层覆盖并磨平；
(1.6)再在与步骤(1.5)中的与第二电极不重叠的牺牲层的上方蚀刻打孔至接触牺牲层，并蚀刻掉牺牲层；
(1.7)在步骤(1.6)中蚀刻掉牺牲层的位置沉积VCMA电极；
(1.8)再蚀刻掉位于步骤(1.6)中孔的位置处多余的VCMA电极材料并沉积外界与VCMA电极材料连接的导线，最终形成可对反铁磁薄膜结构体施加电压的VCMA电极。
所述反铁磁磁性存储器器件的制造方法，其中，所述VCMA电极还可按以下主要步骤进行制备：
(2.1)在反铁磁器件的表面沉积绝缘层薄膜；
(2.2)在反铁磁器件不需要施加电压的部分沉积绝缘物隔离层；
(2.3)再在与反铁磁器件的反铁磁薄膜结构体侧面对应的绝缘层薄膜的外侧面沉积VCMA电极；所述VCMA电极可采用直接沉积至所需厚度和沉积超过反铁磁薄膜结构体的厚度后回蚀刻至所需厚度，这两种方式中的任一种方式实现沉积，使沉积后的VCMA电极的厚度≤反铁磁薄膜结构体的厚度；
(2.4)对(2.3)中沉积的VCMA电极进行蚀刻处理形成所需图案；
(2.5)再在步骤(2.4)得到的VCMA电极上方外表面和露出VCMA电极上方的绝缘层薄膜的外表面沉积另一绝缘物隔离层。
所述反铁磁磁性存储器器件的制造方法，其中：所述反铁磁薄膜结构体可更换为亚铁磁薄膜结构体；所述亚铁磁薄膜结构体可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明反铁磁磁性存储器器件及其制备方法，可实现减小器件尺寸的信息写入与读取方式，不仅能够完全拥有反铁磁体具有太赫兹级的超高信息写入速度以及抗外界磁干扰等特性，还可以减小器件的尺寸至10纳米左右，即可以实现高密度存储。
由于在纳米级的薄膜中，反铁磁薄膜结构体的上下界面具有未配对的自旋电子，且表现微弱的磁性，故可以认为是铁磁化很小且矫顽力很大的铁磁体；另外，亚铁磁薄膜结构体具有类似反铁磁薄膜结构体的性质，同时又表现较弱的铁磁性，故本发明基于反铁磁薄膜结构体的存储读写，亦可适用于亚铁磁体。
其中，反铁磁薄膜结构体的自旋电子方向用于信息的存储，其信息的读取可通过反铁磁薄膜结构体在不同自旋电子方向时垂直膜面的电阻不同(亦即磁阻效应)，以及反铁磁薄膜结构体、隧道绝缘薄膜结构体、与铁磁薄膜结构体组成的器件在不同自旋电子方向时电阻不同，这两点的协同效果来实现；其信息的写入可通过反铁磁薄膜结构体上下的两个自旋电子方向相反的铁磁体通过隧道绝缘薄膜结构体进行自旋传输矩(Spin transfertorque,STT)对反铁磁薄膜结构体的自旋电子产生作用来实现。不同于使用STT对磁隧道结(Magnetic tunnel junction,MTJ)信息写入方式的写入原理，本发明从哪一端的铁磁薄膜结构体通电流，则可以从按该端铁磁薄膜结构体的自旋电子方向去对反铁磁薄膜结构体进行STT自旋传输，进行信息写入。因为反铁磁薄膜结构体两端设置的铁磁薄膜结构体的自旋电子方向相反，故从两端通入写入电流时会使反铁磁薄膜结构体的自旋电子方向改变。本发明具有类似STT-MTJ的结构，故其器件大小有望达到10纳米以下。
本发明不仅能够拥有反铁磁薄膜结构体的具有太赫兹级的超高信息写入速度以及抗外界磁干扰等特性，还解决了当前用于MRAM的基于反铁磁薄膜结构体的自旋电子器件由于读写使用传统的方式(比如使用自旋轨道矩SOT进行写入、使用反常霍尔效应AHE进行读取等)而器件太大以至于不能大规模应用于集成电路的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的反铁磁磁性存储器器件的结构示意图；
图2为本发明实施例2的反铁磁体磁性存储器件的结构示意图；
图3-7为本发明反铁磁磁性存储器器件的制备方法的制备流程图；
其中，图3中，图(A)为第一电极与第一铁磁薄膜结构体的制备示意图；图3(B)为对图3(A)制备的第一铁磁薄膜结构体施加磁场，使第一铁磁薄膜结构体的使自旋电子方向固定的示意图；图3(C)为第一隧道绝缘薄膜结构体的制备示意图；图3(D)为反铁磁薄膜结构体或者亚铁磁薄结构体的制备示意图；图3(E)为第二隧道绝缘薄膜结构体的制备示意图；图3(F)为第一铁磁薄膜结构体的制备示意图；
图4中，图(A)为对图3(F)制备的结构体施加与图3(B)相反的外磁场的示意图；图4(B)为第二铁磁薄膜结构体的自旋电子方向固定且与图3(B)的第一铁磁薄膜结构体的自旋电子方向相反的示意图；图4(C)为通过半导体蚀刻相关技术加工后得到的反铁磁器件的示意图；
图5中，图5(A)为绝缘层薄膜的沉积示意图；图5(B)为第一绝缘隔离层的沉积示意图；图5(C)为牺牲层的沉积示意图；图5(D)为回蚀刻使牺牲层的厚度至所需厚度的示意图；图5(E)为用半导体蚀刻相关技术使牺牲层至所需形状的示意图；
图6中，图6(A)为填充第二绝缘物隔离层并磨平的示意图；图6(B)为研磨第二绝缘物隔离层至第二铁磁薄膜结构体的顶部裸露的示意图；图6(C)为沉积第二电极的示意图；图6(D)为第二电极蚀刻至所需形状的示意图；图6(E)为用第三绝缘物隔离层填充并磨平的示意图；图6(F)为打孔示意图；
图7中，图7(A)为蚀刻掉牺牲层的示意图；图7(B)为沉积VCMA电极的示意图；图7(C)为图6(F)的孔位置的VCMA电极蚀刻掉，沉积导线的示意图；
图8为本发明反铁磁磁性存储器器件的制备方法中VCMA电极制备工艺的另外一种实施例；其中，图8(A)为在反铁磁器件的外表面沉积绝缘层薄膜之后，在反铁磁器件的底部不需要VCMA电极的位置沉积第四绝缘物隔离层的示意图；图8(B)为沉积VCMA电极至厚度超过反铁磁器件的示意图；图8(C)为回蚀刻使VCMA电极厚度不大于反铁磁薄膜结构体厚度的示意图；图8(D)为沉积第五绝缘物隔离层的示意图；
图9为本发明反铁磁磁性存储器器件的制备方法中VCMA电极制备工艺的另外一种实施例；其中，图9(A)为在反铁磁器件的外表面沉积绝缘层薄膜之后，在反铁磁器件的底部不需要VCMA电极的位置沉积第六绝缘物隔离层的示意图；图9(B)为在图9(A)形成的结构体的外表面沉积VCMA电极的示意图；图9(C)为蚀刻掉超过反铁磁薄膜结构体厚度的VCMA电极；图9(D)为沉积第七绝缘物隔离层的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供的反铁磁磁性存储器器件，包括第一铁磁薄膜结构体1、设在第一铁磁薄膜结构体1上部的第一隧道绝缘薄膜结构体2、设在第一隧道绝缘薄膜结构体2上部的反铁磁薄膜结构体3、设在反铁磁薄膜结构体3上部的第二隧道绝缘薄膜结构体4和设在第二隧道绝缘薄膜结构体4上部的第二铁磁薄膜结构体5。
该第一铁磁薄膜结构体1和第二铁磁薄膜结构体5均可由一层铁磁薄膜层构成，或者由多层铁磁薄膜层构成，或者由一层铁磁薄膜层与一层非铁磁薄膜层构成，或者由多层铁磁薄膜层与非铁磁薄膜层构成；其中,该铁磁薄膜层通常为CoFeB合金等。该第一铁磁薄膜结构体1和第二铁磁薄膜结构体5的自旋电子被固定为相反的方向。
该第一隧道绝缘薄膜结构体2和第二隧道绝缘薄膜结构体4均为非磁性薄膜结构体，可为不同材料组成的多层异质结构和同一材料组成的单一结构中的任意一种；该非磁性薄膜结构体为磁性以外的物质；其中，隧道绝缘膜通常为MgO等。
该第一铁磁薄膜结构体1的底部设有第一电极9，该第二铁磁薄膜结构体5的顶部设有第二电极10。
该反铁磁薄膜结构体3可由一层反铁磁薄膜层构成，或者由多层反铁磁薄膜层构成，或者由一层反铁磁薄膜层与一层非磁性薄膜层构成，或者由多层反铁磁薄膜层与非磁性薄膜层构成；其中，该反铁磁薄膜结构体3通常为Mn3X系列合金(比如Mn3Sn等)，CuMnAs系列化合物，以及反铁磁氧化物(比如Cr2O3、NiO等)等。
该反铁磁薄膜结构体3亦可为亚铁磁薄膜结构体，其可由一层亚铁磁薄膜层构成，或者由多层亚铁磁薄膜层构成，或者由一层亚铁磁薄膜层与一层非磁性薄膜层构成，或者由多层亚铁磁薄膜层与非磁性薄膜层构成。
实施例2
如图2所示，本发明实施例2的结构与实施例1的区别在于：该反铁磁薄膜结构体3的侧面四周还设有绝缘层薄膜6，该绝缘层薄膜6的外表面环绕有可对反铁磁薄膜结构体3施加电压控制磁各向异性的VCMA电极7。该VCMA电极7的一端环绕于绝缘层薄膜6外表面，另一端向绝缘层薄膜6外侧延伸且延伸部设有与外界连接的导线8。
其中，该VCMA电极7可采用不同材料组成的多层异质结构和同一材料组成的单一结构中的任意一种。该VCMA电极7可采用全部环绕于绝缘层薄膜6的外表面、部分环绕于绝缘层薄膜6的外表面以及与绝缘层薄膜6的外表面部分接触中的任意一种连接方式，与绝缘层薄膜6的外表面实现连接。在反铁磁薄膜结构体3侧面增加可对其施加电压控制磁各向异性的VCMA电极7以协助第一铁磁薄膜结构体1或第二铁磁薄膜结构体5对反铁磁薄膜结构体3进行STT写入方式，能减低所需信息写入耗能。
其中，该第一铁磁薄膜结构体1、第一隧道绝缘薄膜结构体2、反铁磁薄膜结构体3、第二隧道绝缘薄膜结构体4、第二铁磁薄膜结构体5、绝缘层薄膜6和VCMA电极7的材料均可通过材料掺杂来提高相关性能。
本发明反铁磁磁性存储器器件的制备方法，主要步骤如下：
在基板01上制备第一电极9，然后在制备好的第一电极9上制备第一铁磁薄膜结构体1，接着施加外界磁场使第一铁磁薄膜结构体1的自旋电子沿任一方向排列，接着在制备好的第一铁磁薄膜结构体1上制备第一隧道绝缘薄膜结构体2，接着在第一隧道绝缘薄膜结构体2上制备反铁磁薄膜结构体3和亚铁磁薄膜结构体中的任意一种，接着反铁磁薄膜结构体3和亚铁磁薄膜结构体中的任意一种结构体上面制备第二隧道绝缘薄膜结构体4，接着在第二隧道绝缘薄膜结构体4之上制备第二铁磁薄膜结构体5，接着施加外界磁场使第二铁磁薄膜结构体5的自旋电子的方向与第一铁磁薄膜结构体1的自旋电子的方向相反排列，最后在第二铁磁薄膜结构体5上制备第二电极10。
本发明反铁磁磁性存储器器件的制备方法，具体包括以下主要步骤：
(1.1)如图3(A)所示先在基板01上制备第一电极9，如图3(B)所示在第一电极9上制备第一铁磁薄膜结构体1并对第一铁磁薄膜结构体1施加向下方向的磁场，如图3(C)所示接着在第一铁磁薄膜结构体1上部制备第一隧道绝缘薄膜结构体2，如图3(D)所示在第一隧道绝缘薄膜结构体2上制备反铁磁薄膜结构体3(或者亚铁磁薄膜结构体)，如图3(E)所示再在反铁磁薄膜结构体3上部制备第二隧道绝缘薄膜结构体4，如图3(F)所示在第二隧道绝缘薄膜结构体4上部制备第二铁磁薄膜结构体5，如图4(A)和图4(B)所示对第二铁磁薄膜结构体5施加向上方向的磁场，如图4(C)所示接着将第一铁磁薄膜结构体1、第一隧道绝缘薄膜结构体2、反铁磁薄膜结构体3、第二隧道绝缘薄膜结构体4和第二铁磁薄膜结构体5用半导体蚀刻技术形成反铁磁器件(该反铁磁器件的形状最理想为圆柱形，但实际通常为圆台形)，如图5(A)所示在该反铁磁器件的外表面制备绝缘层薄膜6；其中，对第一铁磁薄膜结构体1和第二铁磁薄膜结构体5施加的磁场方向，只要保证第一铁磁薄膜结构体1和第二铁磁薄膜结构体5的自旋方向相反就行。
(1.2)如图5(B)所示再在反铁磁器件不需要施加电压的部分沉积第一绝缘物隔离层11；
(1.3)如图5(C)所示再在反铁磁器件需要施加电压的位置沉积与步骤(1.2)中的第一绝缘物隔离层11具有不同的蚀刻选择比且可被选择蚀刻掉的牺牲层12；其中，如图5(D)所示该牺牲层12可直接沉积到所需厚度，也可沉积到超过反铁磁薄膜结构体3厚度后再回蚀刻到所需厚度，使蚀刻后的牺牲层的厚度≤反铁磁薄膜结构体3的厚度；
(1.4)如图5(E)所示对步骤(1.3)得到的牺牲层12进行蚀刻处理形成所需图案；其中,如图5(E)所示对步骤(1.3)得到的牺牲层12也可以不用蚀刻。
(1.5)如图6(A)所示再在步骤(1.4)得到的牺牲层12的上方和侧面沉积第二绝缘物隔离层13；如图6(B)所示再将第二绝缘物隔离层13上部磨平至露出第二铁磁薄膜结构体5的顶部；
(1.6)如图6(C)所示再在需要施加电压的第二铁磁薄膜结构体5上部沉积第二电极10，如图6(D)所示对第二电极10进行蚀刻处理之后，使其与步骤(1.4)中的牺牲层12在俯视角度上具有非重叠的部分，如图6(E)所示再用第三绝缘物隔离层14覆盖并磨平；
(1.7)如图6(F)所示再在与步骤(1.6)中的第二电极10不重叠的第三绝缘物隔离层14的上方蚀刻打孔15至接触牺牲层12，如图7(A)所示并蚀刻掉牺牲层12；
(1.8)如图7(B)所示在步骤(1.7)中蚀刻掉牺牲层12的位置处沉积VCMA电极7；
(1.9)如图7(C)所示，再蚀刻掉位于步骤(1.7)中孔15位置处多余的VCMA电极7并沉积VCMA电极7与外界连接的导线8，最终形成可对反铁磁薄膜结构体施加电压的VCMA电极7。
如图8所示，本发明反铁磁磁性存储器器件的制备方法，还可按照以下步骤实现：
(2.1)在如图5(A)所示的反铁磁器件的表面沉积绝缘层薄膜6；
(2.2)如图8(A)所示在反铁磁器件不需要施加电压的部分沉积第四绝缘物隔离层21；
(2.3)如图8(B)所示再在与反铁磁器件的反铁磁薄膜结构体3侧面对应的绝缘层薄膜6的外侧面沉积VCMA电极；其中，如图8(C)所示VCMA电极7可直接沉积至所需厚度，如图8(B)所示也可沉积超过反铁磁器件的厚度后回蚀刻至所需厚度，使沉积后的VCMA电极的厚度≤反铁磁薄膜结构体的厚度；
(2.4)如图8(C)所示对步骤(2.3)中沉积的VCMA电极7进行蚀刻处理形成所需图案；
(2.5)如图8(D)所示再在步骤(2.4)得到的VCMA电极7上方的绝缘层薄膜6外表面沉积第五绝缘物隔离层22。
其中，可将反铁磁薄膜结构体的更换为亚铁磁薄膜结构体，且亚铁磁薄膜结构体的外侧面设有可对其施加电压控制磁各向异性的VCMA电极。亚铁磁薄膜结构体可以是单一材料组成的单层薄膜，也可以多种材料组成的多层叠加膜。
本发明反铁磁磁性存储器器件的制备方法，也可按照以下步骤实现：
(3.1)在如图5(A)所示的反铁磁器件的表面沉积绝缘层薄膜6；
(3.2)如图9(A)所示在反铁磁器件不需要施加电压的部分沉积第六绝缘物隔离层31；
(3.3)如图9(B)所示在反铁磁器件的反铁磁薄膜结构体3侧面对应的绝缘层薄膜6外侧面沉积VCMA电极7；其中，如图9(C)所示VCMA电极7可直接沉积至所需厚度，也可沉积超过反铁磁器件的厚度后回蚀刻至所需厚度，使沉积后的VCMA电极最厚处的厚度≤反铁磁薄膜结构体的厚度；
(3.4)如图9(C)所示对步骤(3.3)中沉积的VCMA电极7进行蚀刻处理形成所需图案；
(3.5)如图9(D)所示再在步骤(3.4)得到的VCMA电极7上方外表面和露出VCMA电极7上方的绝缘层薄膜6外表面沉积第七绝缘物隔离层32。
本发明可实现减小器件尺寸的信息写入与读取方式，不仅能够完全拥有反铁磁体具有太赫兹级的超高信息写入速度以及抗外界磁干扰等特性，还可以减小器件的尺寸至10纳米左右，即可以实现高密度存储。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种反铁磁磁性存储器器件，其特征在于：所述存储器器件包括铁磁薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体以及夹设于所述铁磁薄膜结构体和反铁磁薄膜结构体之间的隧道绝缘薄膜结构体。
2.如权利要求1反铁磁磁性存储器器件，其特征在于：所述铁磁薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体和隧道绝缘薄膜结构体均可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
3.如权利要求1所述的反铁磁磁性存储器器件，其特征在于：所述存储器器件包括第一铁磁薄膜结构体、设于所述第一铁磁薄膜结构体上部的第一隧道绝缘薄膜结构体、设于所述第一隧道绝缘薄膜结构体上部的反铁磁薄膜结构体、设于所述反铁磁薄膜结构体上部的第二隧道绝缘薄膜结构体以及设于所述第二隧道绝缘薄膜结构体上部的第二铁磁薄膜结构体；所述第一铁磁薄膜结构体和第二铁磁薄膜结构体的自旋电子被固定为相反的方向；所述第一铁磁薄膜结构体、第一隧道绝缘薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体、第二隧道绝缘薄膜结构体和第二铁磁薄膜结构体均可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
4.如权利要求1-3所述的反铁磁磁性存储器器件，其特征在于：所述反铁磁薄膜结构体的侧面四周设有可对其施加电压控制磁各向异性的VCMA电极；所述VCMA电极可采用不同材料组成的多层异质结构和同一材料组成的单一结构中的任意一种。
5.如权利要求4所述的反铁磁磁性存储器器件，其特征在于：所述反铁磁薄膜结构体的侧面四周设有绝缘层薄膜；所述VCMA电极可采用全部环绕于所述绝缘层薄膜的外表面、部分环绕于所述绝缘层薄膜的外表面以及与所述绝缘层薄膜的外表面部分接触中的任意一种连接方式，与所述绝缘层薄膜的外表面实现连接。
6.如权利要求1、2、3、5所述的反铁磁磁性存储器器件，其特征在于：所述反铁磁薄膜结构体可更换为亚铁磁薄膜结构体；所述亚铁磁薄膜结构体可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
7.一种如权利要求1至6任一所述的反铁磁磁性存储器器件的制造方法，其特征在于，包含以下主要步骤：
在基板上制备第一电极，然后在制备好的第一电极上制备第一铁磁薄膜结构体，接着施加外界磁场使第一铁磁薄膜结构体的自旋电子沿任一方向排列，接着在制备好的第一铁磁薄膜结构体上制备第一隧道绝缘薄膜结构体，接着在第一隧道绝缘薄膜结构体上制备反铁磁薄膜结构体，接着在反铁磁薄膜结构体上制备第二隧道绝缘薄膜结构体，接着在第二隧道绝缘薄膜结构体之上制备第二铁磁薄膜结构体，接着施加外界磁场使第二铁磁薄膜结构体的自旋电子的方向与第一铁磁薄膜结构体的自旋电子的方向相反排列，最后在第二铁磁薄膜结构体上制备第二电极。
8.如权利要求7所述的反铁磁磁性存储器器件的制造方法，其特征在于，包含以下主要步骤：
(1.1)先制备第一电极及由铁磁薄膜结构体、隧道绝缘薄膜结构体、反铁磁薄膜结构体组成的多层薄膜结构后，再用半导体蚀刻技术将其形成反铁磁器件，然后在该反铁磁器件的外表面制备绝缘层薄膜；
(1.2)再在反铁磁器件的反铁磁薄膜结构体不需要施加电压的部分沉积绝缘物隔离层；
(1.3)再在反铁磁器件需要施加电压的位置沉积与步骤(1.2)中的绝缘物隔离层具有不同的蚀刻选择比且可被选择蚀刻掉的牺牲层；所述牺牲层可采用直接沉积到所需厚度和先沉积到超过反铁磁薄膜结构体厚度后再回蚀刻到所需厚度，这种两种沉积方式中的任一种，使蚀刻后的牺牲层的厚度≤反铁磁薄膜结构体的厚度；
(1.4)再在步骤(1.3)得到的牺牲层的上方和侧面沉积一层绝缘物隔离层；
(1.5)再在需要施加电压的铁磁薄膜结构体的一端沉积第二电极材料，对第二电极进行蚀刻处理，使制备的第二电极与步骤(1.3)中的牺牲层在俯视角度上具有非重叠的部分，再用绝缘物隔离层覆盖并磨平；
(1.6)再在与步骤(1.5)中的与第二电极不重叠的牺牲层的上方蚀刻打孔至接触牺牲层，并蚀刻掉牺牲层；
(1.7)在步骤(1.6)中蚀刻掉牺牲层的位置沉积VCMA电极；
(1.8)再蚀刻掉位于步骤(1.6)中孔的位置处多余的VCMA电极材料并沉积外界与VCMA电极材料连接的导线，最终形成可对反铁磁薄膜结构体施加电压的VCMA电极。
9.如权利要求8所述的反铁磁磁性存储器器件的制造方法，其特征在于，所述VCMA电极还可按以下主要步骤进行制备：
(2.1)在反铁磁器件的表面沉积绝缘层薄膜；
(2.2)在反铁磁器件不需要施加电压的部分沉积绝缘物隔离层；
(2.3)再在与反铁磁器件的反铁磁薄膜结构体侧面对应的绝缘层薄膜的外侧面沉积VCMA电极；所述VCMA电极可采用直接沉积至所需厚度和沉积超过反铁磁薄膜结构体的厚度后回蚀刻至所需厚度，这两种方式中的任一种方式实现沉积，使沉积后VCMA电极的厚度≤反铁磁薄膜结构体的厚度；
(2.4)对(2.3)中沉积的VCMA电极进行蚀刻处理形成所需图案；
(2.5)再在步骤(2.4)得到的VCMA电极上方外表面和露出VCMA电极上方的绝缘层薄膜的外表面沉积另一绝缘物隔离层。
10.如权利要求7至9任一所述的反铁磁磁性存储器器件的制造方法，其特征在于：所述反铁磁薄膜结构体可更换为亚铁磁薄膜结构体；所述亚铁磁薄膜结构体可采用单一材料组成的单层薄膜和多种材料组成的多层叠加膜中的任意一种结构。
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