[发明专利]自旋轨道转矩驱动器件

说明书

本公开涉及一种自旋轨道转矩驱动器件，包括顺序堆叠的第一磁性层、重金属层和第二磁性层的堆叠结构，其中，所述第一磁性层具有面内各向异性，所述第二磁性层具有垂直各向异性。

技术领域

本公开涉及一种磁存储器器件，尤其涉及一种自旋轨道转矩驱动器件。

背景技术

磁存储器和磁逻辑器件利用其磁体的状态来确定了其存储的是逻辑零还是逻辑一。磁存储器的示例是自旋转移矩(STT)磁随机存取存储器(MRAM)和自旋轨道转矩(SOT)随机存取存储器(MRAM)。自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)利用自旋极化的自旋流，在自旋转移力矩的作用下实现数据存储单元的读写。但是SST-MRAM受到若干限制。自旋轨道转矩(Spin-Orbit Torque，SOT)是指基于自旋轨道耦合(Spin-Orbit Coupling，SOC)，利用电荷流诱导的自旋流来产生自旋轨道矩，进而达到调控磁性存储单元的目的。基于SOT的MRAM(SOT-MRAM)克服了STT-MRAM的缺点，特别是SOT-MRAM将读写路径分开，因此有着比STT-MRAM更快的读写速度和更低的功耗。

图1是示出了现有技术的具有单层磁性层的自旋轨道转矩驱动器件的透视图。其中，由重金属层(HM)1001和层叠在其上的磁性层(FM)1002构成一种用作自旋轨道转矩驱动器件的HM/FM结构。重金属层1001一般由铂(Pt)、钽(Ta)或钨(W)中的任意一种材料制成，例如，重金属层1001由铂(Pt)制成。磁性层1001例如可以被面内磁化或垂直磁化，优选地，如图1所示，磁性层1001被垂直磁化，即，是垂直各向异性的。垂直磁化层在自旋轨道转矩器件中是优选的，因为相应的器件是能量高效的且可按比例缩放的。其中，当重金属层中的接通电流密度达到反转电流密度时，垂直磁性层中的磁化方向发生反转。一般情况下，反转电流密度是高的。也就是说，在对磁性层进行磁体状态切换时需要高临界自旋电流密度。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种具有改进性能和降低功耗的自旋轨道转矩驱动器件以及包括这种自旋轨道转矩驱动器件的存储器件。

本公开的一个方面公开了一种自旋轨道转矩驱动器件，包括顺序堆叠的第一磁性层、重金属层和第二磁性层的堆叠结构，其中，所述第一磁性层具有面内各向异性，所述第二磁性层具有垂直各向异性。

其中，所述重金属层包括铂、钽或钨。

其中，当在重金属层中接通电流密度大于反转电流密度时，所述第一磁性层内的磁化方向和所述第二磁性层的磁化方向均反向。

其中，所述电流方向与第一磁性层的面内各向异性方向各自所在的平面彼此大致平行，且这两个方向彼此垂直。

其中，所述第一磁性层与所述第二磁性层交换相互作用，所述交换相互作用是铁磁的或反铁磁的。

其中，所述交换相互作用的强度通过改变重金属层的厚度来调节。

自旋轨道转矩驱动器件还包括叠置在第二磁性层上的交换偏置结构，所述交换偏置结构用于形成对称破坏场。

其中，所述第一磁性层的初始磁化方向由第二磁性层的初始磁化方向和对称破坏场决定。

其中，所述交换偏置结构包括顺序堆叠的金属层和第三磁性层。

其中，所述第一磁性层包括面内各向异性的磁性材料，所述第二磁性层包括垂直各向异性的磁性材料。

其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层包括铁磁材料。

其中，根据需要调整所述第一磁性层和所述第二磁性层的饱和磁化强度和各向异性常数。

本公开的另一个方面还公开了一种存储器件，其包括上述的自旋轨道转矩驱动器件。

附图说明