[发明专利]光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件

说明书

本发明公开了一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件；其中，光刻胶辅助局域加热的磁存储单元包括：衬底；自旋轨道耦合层，位于衬底上，通过在自旋轨道耦合层施加电流产生垂直于自旋轨道耦合层表面方向的自旋流；磁性自由层，位于自旋轨道耦合层上，磁性自由层包括遮挡区域和加热区域，遮挡区域上覆盖有光刻胶，通过对磁性自由层的加热区域进行加热产生磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，并联合自旋流使磁性自由层的磁矩发生定向翻转。本发明可以仅使需要局域加热的位置暴露，而其它位置被光刻胶覆盖，利用光刻工艺(包括浸入式光刻工艺和极紫外光刻工艺等)，其图形可以做到纳米级别，可以实现器件的小型化、提高器件的集成度。

技术领域

本发明涉及信息技术及微电子领域，尤其涉及一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件。

背景技术

当今信息社会，利用电子自旋进行信息的处理和存储受到全世界广泛关注和研究，包括磁纳米逻辑、全自旋逻辑、磁隧道结作为逻辑运算和存储等。当前商业上大力发展的自旋转移矩-磁随机存储器(STT-MARM)和还处于实验室研究的自旋轨道矩-磁随机存储器(SOT-MRAM)，都是基于存储单元中磁自由层磁化的翻转，导致磁电阻的改变，从而实现信息的存储功能，具有速度快和非易失等优点。

基于自旋转移矩-磁随机存储器中磁自由层的磁化翻转靠电流实现，通常需要非常高的电流密度(10^b-10⁷A/cm²)，由于大电流通过存储单元结区，不仅导致能耗过大，而且热效应也会极大地降低存储单元的使用寿命。

为了降低整个器件的能耗，提高器件的工作寿命，通常有两个途径来实现：第一是利用电压实现隧穿结中磁自由层的磁化翻转；第二是利用自旋轨道矩效应使存储单元中磁自由层发生磁化翻转实现磁性信息的电学写入。由于信息的写和读在不同的通道上，大电流不通过存储单元结区，因此存储单元的能耗大大降低，使用寿命也大大延长。但通常基于自旋轨道矩效应磁性存储需要外加磁场的辅助，不利于存储器件的微型化，会制约信息技术的进一步发展，因此如何利用自旋轨道矩效应在无外磁场下调控磁化的翻转，实现信息存储和处理是信息领域迫切需要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出了一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，包括：

衬底；

自旋轨道耦合层，位于所述衬底上，通过在所述自旋轨道耦合层施加电流产生垂直于所述自旋轨道耦合层表面方向的自旋流；

磁性自由层，位于所述自旋轨道耦合层上，所述磁性自由层包括遮挡区域和加热区域，所述遮挡区域上覆盖有光刻胶，通过对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，并联合所述自旋流使所述磁性自由层的磁矩发生定向翻转。

在一些实施例中，利用光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化。

在一些实施例中，在-50℃-200℃零磁场下，利用光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，所述光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的照射加热的轨迹与所述自旋轨道耦合层中施加电流的方向相同或相反。

在一些实施例中，还包括导电保护层，位于所述磁性自由层之上。

在一些实施例中，所述自旋轨道耦合层在所述衬底上的投影为一字型或十字型，所述自旋轨道耦合层的所述一字型的相对两端或十字型的其中一对相对端用于施加电流。