[发明专利]一种垂直磁化的磁电阻随机存储器

说明书

本发明涉及磁电阻随机存储器(MRAM)，尤其涉及一种利用电场辅助及磁畴漏磁场实现写操作的垂直磁化的磁电阻随机存储器，包括：磁性隧道结、非磁性的隔离层、磁纳米线，磁性隧道结和磁纳米线之间由非磁性的隔离层隔开，磁纳米线内含有磁畴，磁性隧道结包含有铁磁性的固定层、铁磁性的自由层以及两者之间非磁性的势垒层，且固定层、自由层和磁纳米线的磁化方向垂直于膜层，磁畴通过电流产生的扭矩发生平移使自由层的磁化方向发生反转。本发明的有益效果在于：利用与MTJ相邻的磁纳米线中的磁畴产生的漏磁场作为反转时所需的外磁场，降低MRAM写操作功耗，提高MRAM容量。

技术领域

本发明涉及磁电阻随机存储器(MRAM)，尤其涉及一种利用电场辅助及磁畴漏磁场实现写操作的垂直磁化的磁电阻随机存储器。

背景技术

磁电阻随机存储器(MRAM)是一种非易失型的存储器，由依靠电路相互连接的磁性隧道结(MTJ)阵列组成。每个MTJ含有铁磁性的自由层和固定层。自由层和固定层之间由非磁性的势垒层分开。在MTJ正常工作时自由层的磁化方向可以改变，而固定层的磁化方向保持不变。MTJ的电阻与自由层和固定层的相对磁化方向有关。当自由层的磁化方向相对于固定层的磁化方向发生改变时，MTJ的电阻值相应改变，对应于不同的存储信息(如“0”或“1”)。电阻值发生变化的幅度称为磁电阻。

在MRAM写操作中，自由层的反转可以通过自旋转移扭矩(STT)效应实现。当垂直于MTJ膜层的写电流通过自由层时，如果电流的大小超过STT效应的阈值，电流产生的STT可以导致自由层的磁化方向发生反转。反转后自由层的磁化方向由写电流的流动方向决定。MRAM的容量及功耗均与其工作时所需的写电流大小有关，因此降低MRAM的写电流可以有效地提高MARM的性能。

MRAM中MTJ固定层和自由层的磁化方向可以是在膜层面内，或是垂直于膜层表面。当磁化方向垂直于膜层表面时，自由层的垂直各向异性能可以通过外加电场来改变。在具有一定大小和极性的电压作用下，自由层的磁化方向可以从垂直于膜层变为在膜层面内。这时如果同时施加外磁场，就可导致自由层发生反转。这种写操作的方式所需的电流密度可以远小于STT写操作方式，有助于提高MRAM的容量和功耗性能。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种垂直磁化的磁电阻随机存储器，利用与MTJ相邻的磁纳米线中的磁畴产生的漏磁场作为反转时所需的外磁场，降低MRAM写操作功耗，提高MRAM容量。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种垂直磁化的磁电阻随机存储器，包括：磁性隧道结、非磁性的隔离层、磁纳米线，磁性隧道结和磁纳米线之间由非磁性的隔离层隔开，磁纳米线内含有磁畴，磁性隧道结包含有铁磁性的固定层、铁磁性的自由层以及两者之间非磁性的势垒层，且固定层、自由层和磁纳米线的磁化方向垂直于膜层，磁畴通过电流产生的扭矩发生平移使自由层的磁化方向发生反转。

作为优选，铁磁性的固定层在非磁性的势垒层上方、铁磁性的自由层在非磁性的势垒层下方。

作为优选，铁磁性的固定层在非磁性的势垒层下方、铁磁性的自由层在非磁性的势垒层上方。

作为优选，铁磁性的固定层或铁磁性的自由层或磁纳米线含有SAF结构。

作为优选，非磁性的隔离层形成连续的纳米线，隔离层由具有自旋霍尔效应的材料组成。

作为优选，磁纳米线相对于隔离层的另一侧与自旋霍尔纳米线连接，自旋霍尔纳米线由具有自旋霍尔效应的材料组成。

作为优选，非磁性的隔离层形成连续的纳米线，隔离层由具有自旋霍尔效应的材料组成；磁纳米线相对于隔离层的另一侧与自旋霍尔纳米线连接，自旋霍尔纳米线由具有自旋霍尔效应的材料组成。

作为优选，SAF中的反铁磁耦合层由以下材料中的一种或几种组成：钌、铑、铼、铱、铜、银、金及包含上述材料的合金。