[发明专利]磁装置和用于设置磁装置的方法

说明书

提供了磁装置及用于设置磁装置的方法。描述了一种包括多个磁性结和至少一个自旋轨道相互作用(SO)活性层的磁存储器。每个磁性结包括被钉扎层、自由层和位于参考层与自由层之间的非磁性间隔层。自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种。倾斜的易磁化轴与垂直于平面方向成非零度锐角。高阻尼常数至少为0.02。所述至少一个SO活性层与自由层相邻并且输运平面内电流。所述至少一个SO活性层由于电流而对自由层施加SO力矩。利用SO力矩使自由层是可切换的。

本申请要求在2017年2月1日提交的发明名称为SOT MRAM WITH TILTED AXIS ANDENHANCED DAMPING(有倾斜轴和增强阻尼的SOT MRAM)的第62/453,104号临时专利申请的权益，所述专利申请分配给本申请的受让人，并且通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及一种包括具有倾斜的易磁化轴和增强的阻尼且利用自旋轨道力矩可编程的磁性结的磁装置及一种设置该磁装置的方法。

背景技术

磁存储器(特别是磁随机存取存储器(MRAM))由于它们的高读/写速度、优异的耐用性、非易失性和在操作期间功耗低的潜能，已经受到越来越多的关注。MRAM可以利用磁材料作为信息记录介质来存储信息。一些磁存储器利用电流来向磁材料进行写入。一种这样的磁存储器利用自旋轨道相互作用(spin-orbit interaction，SO)力矩来对磁性结进行编程。

SO力矩类存储器(诸如SO力矩磁随机存取存储器(SOT-MRAM))利用与具有高自旋轨道相互作用的线(下文中被称作SO线)结合的传统的磁隧道结(MTJ)。传统的MTJ包括被钉扎(或参考)层、自由层和位于被钉扎层与自由层之间的隧道势垒层。MTJ通常位于基底上并且可以包括种子层和覆盖层以及反铁磁(AFM)层。被钉扎层和自由层是磁性的。被钉扎层的磁化在特定方向上被固定或被钉扎。自由层具有可变的磁化。被钉扎层和自由层可以具有垂直于层的平面(垂直于平面)或在层的平面内(平面内)而取向的它们的磁化。SO线与传统的MTJ的自由层相邻。高自旋轨道相互作用可以是由于由界面相互作用(Rashba效应)、一些其它效应和/或一些它们的结合引起的材料自身的体效应(自旋霍尔效应)。

在利用具有垂直于平面的磁矩的自由层的传统SO存储器中，通过经由SO线驱动的平面内电流(CIP)来执行写入。为了利用平面内电流来可靠地切换磁矩，施加适度的外部磁场或外部磁偏置(magnetic bias)。平面内电流产生可以用来使自由层磁矩切换的SO力矩。利用外部磁偏置来完成向期望方向的切换。例如，外部磁场、附加AFM层或偏置结构可以使自由层磁性地偏置以完成向期望状态的切换。在缺少这种外部磁场的情况下，所述切换用在磁存储器中是不够可靠的。

虽然传统的磁性结可以利用自旋转移来写入并且用于自旋转移力矩随机存取存储器(STT-RAM)中，但是存在缺点。通常，对于磁性结尺寸较小且面密度较高的存储器而言，外部场的使用是不可取的。AFM或偏置结构的使用会导致SO力矩的效率受到限制。因此，仍然期望对磁存储器中的切换进行改善的机制。

发明内容

描述了一种包括多个磁性结和至少一个自旋轨道相互作用(SO)活性层的磁存储器。每个磁性结包括被钉扎层、自由层和位于参考层与自由层之间的非磁性间隔层。所述自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种。倾斜的易磁化轴与垂直于平面的方向成非零度锐角。高阻尼常数至少为0.02。所述至少一个SO活性层与自由层相邻并且输运平面内电流。所述至少一个SO活性层由于电流而对自由层施加SO力矩。利用SO力矩使自由层是可切换的。