一种钉扎铁磁层结构及其制造方法、电磁器件

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种钉扎铁磁层结构及其制造方法、电磁器件。

背景技术

磁随机存储器(MRAM)是新型存储器中最有应用前景的存储技术之一，它有望替代动态随机存储器(DRAM)和静态随机存储器(SRAM)。MRAM的核心结构是磁性隧道结(MTJ)结构，它由两层铁磁层和一层隧穿层构成的三明治结构组成。两层铁磁层中，其中一层的磁化强度可以通过电流或磁场进行翻转，称为自由层；另一层的磁化强度则一直保持不变，称为参考层(固定层)。当自由层和参考层磁化方向平行时，MTJ处于低阻态；当它们反平行时，MTJ则处于高阻态。高低阻态可用于存储数据“0”和“1”。为了提高数据的保持能力和稳定性，参考层的磁化强度需要能够抵抗外磁场、电磁波以及热效应的干扰。

为了提高参考层磁化强度的稳定性，技术上通常利用与参考层相邻的反铁磁层来提供一个钉扎场或采用合成反铁磁结构来提高其稳定性。具体结构是由反铁磁层/参考层构成的多层膜结构来实现。这种多层膜结构的钉扎模式只能作为底部钉扎(Bottom Pin)才能取得更好的钉扎效果，即反铁磁层/参考层需要直接生长在基片上作为MTJ的底电极，然后再生长MTJ的绝缘层和自由层。而在SOT-MRAM中，只能采用顶部钉扎(Top Pin)的模式，器件上才能实现SOT驱动自由层的磁翻转。如果采用顶部钉扎的模式，由于无法生长缓冲层以及晶格失配和界面处材料混合(Intermixing)的影响，钉扎效果较弱。但是在诸如SOT-MRAM等基于自旋的逻辑和忆阻器件中，需要钉扎层来提高数据运算和数据存储的可靠性，钉扎层的钉扎效果直接影响到数据运算和数据存储的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种钉扎铁磁层结构及其制造方法、电磁器件，以提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。

第一方面，本发明提供了一种钉扎铁磁层结构，该钉扎铁磁层结构包括一个基片，在基片上形成有待钉扎铁磁层、以及环绕包裹在待钉扎铁磁层周围的反铁磁层，且反铁磁层的磁矩方向与待钉扎铁磁层需要的钉扎磁场的方向平行。

在上述的方案中，通过在待钉扎铁磁层的侧面形成反铁磁层，且还使反铁磁层的磁矩方向与待钉扎铁磁层需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层与反铁磁层层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层位于待钉扎铁磁层的侧面，在待钉扎铁磁层的上方和下方都无需再设置反铁磁层，从而既能够在待钉扎铁磁层的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层的钉扎效果，进而提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。且由于反铁磁层环绕包裹待钉扎铁磁层的侧面，能够保护待钉扎铁磁层不被周围环境影响。

在一个具体的实施方式中，待钉扎铁磁层中包含有至少一层铁磁层，反铁磁层至少环绕包裹至少一层铁磁层中的一层铁磁层的侧面，以提高对目标铁磁层进行磁场钉扎的钉扎效果。

在一个具体的实施方式中，待钉扎铁磁层为由依次层叠的自由层、绝缘层和参考层形成的磁性隧道结，其中，自由层与参考层通过绝缘层隔开。自由层和参考层均为铁磁层，且反铁磁层至少环绕包裹自由层或/和参考层的侧面。不仅能够提高对自由层或参考层进行磁场钉扎的钉扎效果，而且还不影响在自由层或参考层表面设置诸如缓冲层等的其他附加层。

在一个具体的实施方式中，铁磁层的材料为CoFeB、Co、Ni、Fe、CoFe、NiFe、CoGd、CoTb、La1-xSrxMnO3、MnSb、MnAs、MnGa、Gd、Tb、Dy、EuO、Y3Fe5O12中的任意一种材料或者任意几种组成的合金材料；反铁磁层的材料为CoOx、FeOx、NiOx、CrOx、MnOx、Cr、IrMn、CoFeOx、PtMn、MnSe、MnS、MnTe、Mn2Au、CuMnAs中的任意一种材料。

在一个具体的实施方式中，待钉扎铁磁层的形状为圆盘状，反铁磁层的形状为圆环状，且反铁磁层环绕包裹在圆盘状的待钉扎铁磁层的侧面。或，待钉扎铁磁层的形状为立方体状，反铁磁层的形状为矩形环状，且反铁磁层环绕包裹在立方体状的待钉扎铁磁层的侧面。

在一个具体的实施方式中，环绕包裹待钉扎铁磁层的反铁磁层的厚度为0.5纳米至500微米，以进一步提高钉扎效果，同时更好的保护待钉扎铁磁层不被周围环境影响。

第二方面，本发明还提供了一种钉扎铁磁层结构的制造方法，该制造方法包括：提供一基片；在基片上形成待钉扎铁磁层；形成环绕包裹在待钉扎铁磁层周围的反铁磁层；调节反铁磁层的磁矩方向，使反铁磁层的磁矩方向与待钉扎铁磁层需要的钉扎磁场的方向平行。

在上述的方案中，通过在待钉扎铁磁层的侧面形成反铁磁层，且还使反铁磁层的磁矩方向与待钉扎铁磁层需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层与反铁磁层层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层位于待钉扎铁磁层的侧面，在待钉扎铁磁层的上方和下方都无需再设置反铁磁层，从而既能够在待钉扎铁磁层的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层的钉扎效果，进而提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。且由于反铁磁层环绕包裹待钉扎铁磁层的侧面，能够保护待钉扎铁磁层不被周围环境影响。

在一个具体的实施方式中，在所述基片上形成待钉扎铁磁层包括：在基片上生长至少一层铁磁材料层；通过电子束曝光和离子刻蚀，将至少一层铁磁材料层图形化为包含有至少一层铁磁层的待钉扎铁磁层。形成环绕包裹在所述待钉扎铁磁层周围的反铁磁层包括：在待钉扎铁磁层周围生长反铁磁材料，形成至少环绕包裹至少一层铁磁层中的一层铁磁层侧面的待钉扎铁磁层，以提高对目标铁磁层进行磁场钉扎的钉扎效果。

在一个具体的实施方式中，形成环绕包裹在待钉扎铁磁层周围的反铁磁层包括：通过溅射工艺，且使溅射离子和基片表面之间的入射角在大于0度且小于90度的范围内，在待钉扎铁磁层的周围环绕生长反铁磁材料，形成反铁磁层。以便于在待钉扎铁磁层周围生成反铁磁材料，提高反铁磁层与待钉扎铁磁层侧面的粘接力度，防止反铁磁层脱落。

在一个具体的实施方式中，调节反铁磁层的磁矩方向，使反铁磁层的磁矩方向与待钉扎铁磁层需要的钉扎磁场的方向平行包括：在施加外磁场的情况下，对基片和反铁磁层进行真空退火；其中，真空退火的退火温度高于反铁磁层的聂耳温度，且外磁场的方向与待钉扎铁磁层需要的钉扎磁场的方向平行。以便于调节反铁磁层的磁矩方向，使其内的磁矩方向均平行于待钉扎铁磁层所需要的钉扎磁场的方向。

第三方面，本发明还提供了一种电磁器件，该电磁器件包括上述任意一种钉扎铁磁层结构。通过在待钉扎铁磁层的侧面形成反铁磁层，且还使反铁磁层的磁矩方向与待钉扎铁磁层需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层与反铁磁层层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层位于待钉扎铁磁层的侧面，在待钉扎铁磁层的上方和下方都无需再设置反铁磁层，从而既能够在待钉扎铁磁层的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层的钉扎效果，进而提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。且由于反铁磁层环绕包裹待钉扎铁磁层的侧面，能够保护待钉扎铁磁层不被周围环境影响。

在一个具体的实施方式中，该电磁器件为磁存储器或磁传感器，以提高磁存储器或磁传感器中对待钉扎铁磁层进行磁场钉扎的效果，同时保护待钉扎铁磁层不被周围环境影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种钉扎铁磁层结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种制造钉扎铁磁层结构过程中其中一个步骤的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种在待钉扎铁磁层周围溅射反铁磁层的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种钉扎铁磁层结构的制造方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种钉扎铁磁层结构的测试结构图；

图6为本发明实施例提供的一种基于侧面钉扎的垂直各向异性样品的磁化曲线图；

图7为本发明实施例提供的一种基于侧面钉扎的面内各向异性样品的磁化曲线图。

附图标记：

10-基片20-待钉扎铁磁层

30-反铁磁层40-导电层

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

为了方便理解本发明实施例提供的钉扎铁磁层结构，下面首先说明一下本发明实施例提供的钉扎铁磁层结构的应用场景，该钉扎铁磁层结构应用于诸如磁存储器、磁传感器等的电磁器件中。下面结合附图对该钉扎铁磁层结构进行详细的叙述。

参考图1，本发明实施例提供的钉扎铁磁层结构包括一个基片10，在基片10上形成有待钉扎铁磁层20、以及环绕包裹在待钉扎铁磁层20周围的反铁磁层30，且反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行。

在上述的方案中，通过在待钉扎铁磁层20的侧面形成反铁磁层30，且还使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层20的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层20与反铁磁层30层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层30位于待钉扎铁磁层20的侧面，在待钉扎铁磁层20的上方和下方都无需再设置反铁磁层30，从而既能够在待钉扎铁磁层20的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层20的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层30的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层30的钉扎效果，进而提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。且由于反铁磁层30环绕包裹待钉扎铁磁层20的侧面，能够保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。下面结合附图对上述各个结构进行详细的介绍。

在设置基片10时，如图1所示出的一种基片10，该基片10作为承载待钉扎铁磁层20及返铁磁层的结构，其主要材料可以为由硅制成的硅片结构。在基片10上可以设置诸如但不限于字线结构、位线结构、电极结构等的电学结构，以能够与待钉扎铁磁层20电连接，实现诸如存储、读取、测试、运算等的功能。

在具体设置待钉扎铁磁层20时，待钉扎铁磁层20中包含有至少一层铁磁层，具体的，待钉扎铁磁层20可以由一层铁磁层组成，还可以由两层铁磁层、三层铁磁层、四层铁磁层等至少两层铁磁层组成。在铁磁层的上方或下方、甚至在不同的铁磁层之间可以设置诸如但不限于绝缘层、介质层等其他的层结构。其中的铁磁层的材料可以为CoFeB、Co、Ni、Fe、CoFe、NiFe、CoGd、CoTb、La1-xSrxMnO3、MnSb、MnAs、MnGa、Gd、Tb、Dy、EuO、Y3Fe5O12中的任意一种材料或者任意几种组成的合金材料，待钉扎铁磁层20的厚度可以为0.2纳米、2纳米、20纳米、200纳米、2微米、20微米、200微米、500微米等介于0.2纳米至500微米之间的任意值，待钉扎铁磁层20可以具有垂直各向异性或面内各向异性，以使待钉扎铁磁层20中的铁磁层具有良好的铁磁性能。

在设置反铁磁层30时，参考图1，需要保证反铁磁层30至少环绕包裹至少一层铁磁层中的一层铁磁层的侧面，即在待钉扎铁磁层20中至少存在一层铁磁层，其侧面被反铁磁层30环绕包裹，以能够给该铁磁层提供一个钉扎磁场，以提高对目标铁磁层进行磁场钉扎的钉扎效果。当然，如果待钉扎铁磁层20中存在多层铁磁层，且需要使多层铁磁层被钉扎时，可以使每个需要被钉扎的铁磁层的侧面均被反铁磁层30环绕包裹。在一个实施方式中，可以将待钉扎铁磁层20的整个侧面都使用返铁磁层环绕包裹，即反铁磁层30不仅包裹待钉扎铁磁层20中的铁磁层的侧面，而且在待钉扎铁磁层20中存在非铁磁层时，还环绕包裹待钉扎铁磁层20中的非铁磁层的侧面，以增大反铁磁层30的高度，提高反铁磁层30与待钉扎铁磁层20之间的粘接面积，从而提高反铁磁层30与待钉扎铁磁层20之间的粘连力度。同时，通过反铁磁层30将整个待钉扎铁磁层20的侧面都进行环绕包裹，使环绕包裹的空间更大，从而能够更好的保护待钉扎铁磁层20不受外部影响。

且还需要调整反铁磁层30的磁矩方向，使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行。具体的，可以使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向同向平行，还可以使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向反向平行。以能够通过反铁磁层30给待钉扎铁磁层20提供一个稳定的钉扎磁场，实现对待钉扎铁磁层20的钉扎，同时提高钉扎效果。

例如，其中的待钉扎铁磁层20可以为由依次层叠的自由层、绝缘层和参考层形成的磁性隧道结，其中，自由层与参考层通过绝缘层隔开，自由层和参考层均为铁磁层。具体设置时，可以将自由层层叠在基片10上，之后依次在自由层上层叠绝缘层，在绝缘层上层叠参考层；还可以将参考层层叠在基片10上，之后依次在参考层上层叠绝缘层，在绝缘层上层叠自由层。其具体层叠方式可以根据待钉扎铁磁层20在整个电磁器件中的功能、以及整个电磁器件的结构布置进行选择。此时，在设置反铁磁层30时，可以使反铁磁层30至少环绕包裹自由层或/和参考层的侧面。即反铁磁层30可以仅环绕包裹在自由层的侧面；还可以仅环绕包裹在参考层的侧面；还可以既环绕包裹在自由层的侧面，还环绕包裹在参考层的侧面；还可以进一步在自由层、绝缘层及参考层的所有侧面均环绕包裹反铁磁层30。采用上述的设置方式，不仅能够提高对自由层或参考层进行磁场钉扎的钉扎效果，而且还不影响在自由层或参考层表面设置诸如缓冲层等的其他附加层。

在确定反铁磁层30的材料使，反铁磁层30的材料可以为CoOx、FeOx、NiOx、CrOx、MnOx、Cr、IrMn、CoFeOx、PtMn、MnSe、MnS、MnTe、Mn2Au、CuMnAs中的任意一种材料，以使反铁磁层30具有良好的反铁磁性能。在确定反铁磁层30的厚度时，环绕包裹待钉扎铁磁层20的反铁磁层30的厚度可以为0.5纳米至500微米，需要注意的是，此处的厚度是指反铁磁层30包裹待钉扎铁磁层20的厚度。而非反铁磁层30的高度，反铁磁层30的高度与待钉扎铁磁层20中需要被环绕包裹的层结构的厚度有关。具体的，可以将环绕包裹待钉扎铁磁层20的反铁磁层30的厚度设置为0.5纳米、5纳米、50纳米、500纳米、5微米、50微米、500微米等介于0.5纳米至500微米之间的任意值，以进一步提高钉扎效果，同时更好的保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。

在确定待钉扎铁磁层20及反铁磁层30的形状时，参考图1，可以将待钉扎铁磁层20的形状设置为圆盘状，即待钉扎铁磁层20为一个“纳米点”结构。此时，可以将反铁磁层30的形状为圆环状，使圆环状的反铁磁层30正好环绕包裹在圆盘状的待钉扎铁磁层20的侧面。当然，还可以将待钉扎铁磁层20的形状设置为立方体状，即待钉扎铁磁层20为一个线条状结构，类似“纳米线”结构。此时，可以将反铁磁层30的形状设置为矩形环状，使矩形环状的反铁磁层30正好环绕包裹在立方体状的待钉扎铁磁层20的侧面。应当理解的是，待钉扎铁磁层20及反铁磁层30的形状并不限于上述示出的设置方式，除此之外，还可以采用其他形状的待钉扎铁磁层20及反铁磁层30。即只要能够保证反铁磁层30环绕包裹在待钉扎铁磁层20的侧面的设置方式，都在本发明的保护范围之内。

通过在待钉扎铁磁层20的侧面形成反铁磁层30，且还使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层20的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层20与反铁磁层30层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层30位于待钉扎铁磁层20的侧面，在待钉扎铁磁层20的上方和下方都无需再设置反铁磁层30，从而既能够在待钉扎铁磁层20的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层20的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层30的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层30的钉扎效果，进而提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。且由于反铁磁层30环绕包裹待钉扎铁磁层20的侧面，能够保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。

另外，本发明实施例还提供了一种钉扎铁磁层结构的制造方法，参考图1、图2及图4，该制造方法包括：

S10：提供一基片10；

S20：在基片10上形成待钉扎铁磁层20；

S30：形成环绕包裹在待钉扎铁磁层20周围的反铁磁层30；

S40：调节反铁磁层30的磁矩方向，使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行。

在上述的方案中，通过在待钉扎铁磁层20的侧面形成反铁磁层30，且还使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层20的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层20与反铁磁层30层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层30位于待钉扎铁磁层20的侧面，在待钉扎铁磁层20的上方和下方都无需再设置反铁磁层30，从而既能够在待钉扎铁磁层20的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层20的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层30的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层30的钉扎效果，进而提高钉扎效果。且由于反铁磁层30环绕包裹待钉扎铁磁层20的侧面，能够保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。下面结合附图对上述各个步骤进行详细的介绍。

首先，参考图1、图2及图4，提供一基片10。如图1所示出的一种基片10，该基片10作为承载待钉扎铁磁层20及返铁磁层的结构，其主要材料可以为由硅制成的硅片结构。在基片10上可以设置诸如但不限于字线结构、位线结构、电极结构等的电学结构，以能够与待钉扎铁磁层20电连接，实现诸如存储、读取、测试、运算等的功能。

接下来，参考图2及图4，在基片10上形成待钉扎铁磁层20。可以采用半导体制造工艺中的多种方式在基片10上加工出待钉扎铁磁层20。例如，可以先在基片10上生长至少一层铁磁材料层；之后通过电子束曝光和离子刻蚀，将至少一层铁磁材料层图形化为包含有至少一层铁磁层的待钉扎铁磁层20。即待钉扎铁磁层20中包含有至少一层铁磁层，具体的，待钉扎铁磁层20可以由一层铁磁层组成，还可以由两层铁磁层、三层铁磁层、四层铁磁层等至少两层铁磁层组成。在铁磁层的上方或下方、甚至在不同的铁磁层之间可以设置诸如但不限于绝缘层、介质层等其他的层结构。具体加工出诸如但不限于前述结构部分示出的磁性隧道结等包含有多层铁磁层的待钉扎铁磁层20，可以采用半导体制造工艺中的常规方式，在此不再赘述。

其中的铁磁层的材料可以为CoFeB、Co、Ni、Fe、CoFe、NiFe、CoGd、CoTb、La1-xSrxMnO3、MnSb、MnAs、MnGa、Gd、Tb、Dy、EuO、Y3Fe5O12中的任意一种材料或者任意几种组成的合金材料，待钉扎铁磁层20的厚度可以为0.2纳米、2纳米、20纳米、200纳米、2微米、20微米、200微米、500微米等介于0.2纳米至500微米之间的任意值，待钉扎铁磁层20可以具有垂直各向异性或面内各向异性，以使待钉扎铁磁层20中的铁磁层具有良好的铁磁性能。在确定待钉扎铁磁层20的形状时，参考图1，可以将待钉扎铁磁层20的形状设置为圆盘状，即待钉扎铁磁层20为一个“纳米点”结构。还可以将待钉扎铁磁层20的形状设置为立方体状，即待钉扎铁磁层20为一个线条状结构，类似“纳米线”结构。应当理解的是，待钉扎铁磁层20层的形状并不限于上述示出的设置方式，除此之外，还可以采用其他形状的待钉扎铁磁层20。

接下来，参考图1、图3及图4，形成环绕包裹在待钉扎铁磁层20周围的反铁磁层30。具体可以采用半导体制造工艺中的多种方式，在待钉扎铁磁层20周围周围加工出环绕包裹在待钉扎铁磁层20侧面的反铁磁层30。

例如，在具体形成环绕包裹在所述待钉扎铁磁层20周围的反铁磁层30时，可以在待钉扎铁磁层20周围生长反铁磁材料，形成至少环绕包裹至少一层铁磁层中的一层铁磁层侧面的待钉扎铁磁层20。即反铁磁层30至少环绕包裹至少一层铁磁层中的一层铁磁层的侧面，在待钉扎铁磁层20中至少存在一层铁磁层，其侧面被反铁磁层30环绕包裹，以能够给该铁磁层提供一个钉扎磁场，以提高对目标铁磁层进行磁场钉扎的钉扎效果。当然，如果待钉扎铁磁层20中存在多层铁磁层，且需要使多层铁磁层被钉扎时，可以使每个需要被钉扎的铁磁层的侧面均被反铁磁层30环绕包裹。在一个实施方式中，可以将待钉扎铁磁层20的整个侧面都使用返铁磁层环绕包裹，即反铁磁层30不仅包裹待钉扎铁磁层20中的铁磁层的侧面，而且在待钉扎铁磁层20中存在非铁磁层时，还环绕包裹待钉扎铁磁层20中的非铁磁层的侧面，以增大反铁磁层30的高度，提高反铁磁层30与待钉扎铁磁层20之间的粘接面积，从而提高反铁磁层30与待钉扎铁磁层20之间的粘连力度。同时，通过反铁磁层30将整个待钉扎铁磁层20的侧面都进行环绕包裹，使环绕包裹的空间更大，从而能够更好的保护待钉扎铁磁层20不受外部影响。

可以通过溅射工艺在待钉扎铁磁层20的周围形成反铁磁层30，具体的，参考图3，通过溅射工艺，且在溅射过程中，还需要调整溅射离子的溅射方向，使溅射离子和基片10表面之间的入射角在大于0度且小于90度的范围内，在待钉扎铁磁层20的周围环绕生长反铁磁材料，形成反铁磁层30。具体的，可以调整溅射离子和基片10表面之间的入射角在1度、5度、10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度、89度等大于0度且小于90度的范围内，以便于在待钉扎铁磁层20周围生成反铁磁材料，提高反铁磁层30与待钉扎铁磁层20侧面的粘接力度，防止反铁磁层30脱落。

另外，在反铁磁层30环绕包裹待钉扎铁磁层20中的至少一层铁磁层时，但没有环绕包裹待钉扎铁磁层20的所有侧面时，可以采用半导体制造工艺中的方式进行步骤、工序的调整，以仅包裹待钉扎铁磁层20中需要被环绕包裹的铁磁层的侧面，而不包裹待钉扎铁磁层20中无需被环绕包裹的铁磁层的侧面，具体不再赘述。

在确定反铁磁层30的材料使，反铁磁层30的材料可以为CoOx、FeOx、NiOx、CrOx、MnOx、Cr、IrMn、CoFeOx、PtMn、MnSe、MnS、MnTe、Mn2Au、CuMnAs中的任意一种材料，以使反铁磁层30具有良好的反铁磁性能。在确定反铁磁层30的厚度时，环绕包裹待钉扎铁磁层20的反铁磁层30的厚度可以为0.5纳米至500微米，需要注意的是，此处的厚度是指反铁磁层30包裹待钉扎铁磁层20的厚度。而非反铁磁层30的高度，反铁磁层30的高度与待钉扎铁磁层20中需要被环绕包裹的层结构的厚度有关。具体的，可以将环绕包裹待钉扎铁磁层20的反铁磁层30的厚度设置为0.5纳米、5纳米、50纳米、500纳米、5微米、50微米、500微米等介于0.5纳米至500微米之间的任意值，以进一步提高钉扎效果，同时更好的保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。

在待钉扎铁磁层20的形状为如图1所示出的圆盘状时，即待钉扎铁磁层20为一个“纳米点”结构，可以将反铁磁层30的形状为圆环状，使圆环状的反铁磁层30正好环绕包裹在圆盘状的待钉扎铁磁层20的侧面。在待钉扎铁磁层20的形状为立方体状时，即待钉扎铁磁层20为一个线条状结构，类似“纳米线”结构，可以将反铁磁层30的形状设置为矩形环状，使矩形环状的反铁磁层30正好环绕包裹在立方体状的待钉扎铁磁层20的侧面。应当理解的是，待钉扎铁磁层20及反铁磁层30的形状并不限于上述示出的设置方式，除此之外，还可以采用其他形状的待钉扎铁磁层20及反铁磁层30。即只要能够保证反铁磁层30环绕包裹在待钉扎铁磁层20的侧面的设置方式，都在本发明的保护范围之内。

接下来，如图4所示，调节反铁磁层30的磁矩方向，使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行。具体的，可以使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向同向平行，还可以使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向反向平行。以能够通过反铁磁层30给待钉扎铁磁层20提供一个稳定的钉扎磁场，实现对待钉扎铁磁层20的钉扎，同时提高钉扎效果。

在具体调节反铁磁层30的磁矩方向时，可以在施加外磁场的情况下，对基片10和反铁磁层30进行真空退火。并通过调节退火温度及外磁场的方向，调节反铁磁层30的磁矩方向。具体的，需要调节退火温度高于反铁磁层30材料的聂耳温度，以将反磁材料变成顺磁材料。同时还使外磁场的方向平行于待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向，具体的，外磁场的方向可以与待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向相同，也可以与待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向相反，从而将反铁磁层30内的磁矩方向引导到同一平行于待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向，以能够给待钉扎铁磁层20提供一个钉扎磁场。且外磁场在整个退火过程中一直施加直至反铁磁层30冷却到常温，以便于调节反铁磁层30的磁矩方向，使其内的磁矩方向均平行于待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向。当然，除了上述示出的调节反铁磁层30的磁矩方向的方式之外，还可以采用其他的方式来调节反铁磁层30的磁矩方向，使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20所需要的钉扎磁场的方向平行。

之后，还可以撤去外磁场，测量待钉扎铁磁层20的磁化方向是否被反铁磁层30钉扎住、以及估算钉扎磁场的大小等，进行检测。

参考图5～图7示出的一种验证侧面钉扎效应的测试结构及测试结果。首先，参考图5，在基片10上溅射形成了Ta 8nm/CoFeBt/MgO 2nm/Ta 2nm的多层膜结构，即由Ta形成的导电层40的厚度为8nm。由CoFeB形成的待钉扎铁磁层20的厚度为t。当t＝0.8nm时，待钉扎铁磁层20具有垂直各向异性；当t＝2.5nm时，待钉扎铁磁层20具有面内各向异性。所溅射的样品通过电子束曝光和离子刻蚀，制备成直径约为50纳米的纳米点(即圆盘状的待钉扎铁磁层20)，如图5所示。之后，在待钉扎铁磁层20上端面的光刻胶尚未去除的情况下，沿侧面溅射约50纳米厚的NiO

之后，可以通过测量反常霍尔效应和非线性面内霍尔效应来估算侧面钉扎效果。对于t＝0.8nm的待钉扎铁磁层20，参考图5，可以施加一个50微安的电流，测量垂直于电流方向的霍尔电压。图6显示了测量的霍尔电压随着垂直方向磁场的示意图，这个曲线并未以零场对称，而是沿着正场方向偏移了约15Oe，证明了此侧面钉扎场约为15Oe。而对于t＝2.5nm的待钉扎铁磁层20，参考图5，可以首先施加一个+2mA的电流，然后再施加一个-2mA的电流，分别测出正负电流下的霍尔电阻值(R

通过在待钉扎铁磁层20的侧面形成反铁磁层30，且还使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层20的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层20与反铁磁层30层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层30位于待钉扎铁磁层20的侧面，在待钉扎铁磁层20的上方和下方都无需再设置反铁磁层30，从而既能够在待钉扎铁磁层20的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层20的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层30的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层30的钉扎效果，进而提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。且由于反铁磁层30环绕包裹待钉扎铁磁层20的侧面，能够保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。

再者，本发明实施例还提供了一种电磁器件，参考图1，该电磁器件包括上述任意一种钉扎铁磁层结构。通过在待钉扎铁磁层20的侧面形成反铁磁层30，且还使反铁磁层30的磁矩方向与待钉扎铁磁层20需要的钉扎磁场的方向平行，以实现对待钉扎铁磁层20的钉扎。与现有技术中采用待钉扎铁磁层20与反铁磁层30层叠设置的多层膜钉扎方式相比，本申请中由于反铁磁层30位于待钉扎铁磁层20的侧面，在待钉扎铁磁层20的上方和下方都无需再设置反铁磁层30，从而既能够在待钉扎铁磁层20的上方设置诸如缓冲层等的其他附加层，又能够在待钉扎铁磁层20的下方设置诸如缓冲层等的其他附加层，而不受反铁磁层30的影响，防止出现由于晶格失配和界面处材料混合而削弱反铁磁层30的钉扎效果，进而提高钉扎效果，解决现有技术钉扎结构复杂、钉扎效果不明显的问题。且由于反铁磁层30环绕包裹待钉扎铁磁层20的侧面，能够保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。

在设置电磁器件时，该电磁器件可以为磁存储器或磁传感器，以提高磁存储器或磁传感器中对待钉扎铁磁层20进行磁场钉扎的效果，同时保护待钉扎铁磁层20不被周围环境影响。当然，需要注意的是，电磁器件并不限于上述示出的磁存储器或磁传感器，在其他需要使用待钉扎铁磁层20的应用场景下，都可以使用本申请示出的钉扎铁磁层结构，对应的，应用于该场景下的器件都属于本发明实施例提供的电磁器件。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。