[发明专利]磁性随机存储器

说明书

本发明提供了一种磁性随机存储器，所述磁性随机存储器包括：反铁磁层；磁隧道结，设于所述反铁磁层上，包括与所述反铁磁层对应设置的铁磁层；其中，所述磁隧道结的铁磁层具备面内磁各向异性，所述反铁磁层与所述铁磁层间通过退火工艺形成交换偏置场。所述交换偏置场的方向通过自旋轨道矩改变，从而改变所述铁磁层磁矩的方向，实现数据写入。本发明可提高i‑MTJ的热稳定性，减小i‑MTJ的横向尺寸，从而提高磁存储器的存储密度。

技术领域

本发明涉及磁性随机存储技术领域，尤其涉及一种磁性随机存储器。

背景技术

自旋轨道矩磁存储器(Spin-Orbit Torque Magnetic Random Access Memory:SOT-MRAM)具有非易失性、高速低功耗数据写入(写入速度1ns，写入功耗～0.1pJ/bit)和高器件耐久性等优点，是有望突破后摩尔时代集成电路功耗瓶颈的关键技术。SOT-MRAM包括用于存储数据的磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction:MTJ)和用于提供自旋轨道矩(Spin Orbit Torque:SOT)对数据进行写入的SOT底电极层(简称为底电极层)。

MTJ中铁磁层可以是垂直磁各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy:PMA)或面内磁各向异性(In-plane Magnetic Anisotropy:IMA)。对于面内磁各向异性MTJ(IMA-MTJ:i-MTJ)，铁磁层磁矩在面内方向切换。为了使铁磁层具备足够的热稳定性，需要将MTJ制备成椭圆柱或者长方体，当器件尺寸缩小，i-MTJ会产生严重的边际效应从而影响存储的稳定性，这些因素使得i-MTJ的横向尺寸难以做到50nm以下。另外，i-MTJ的器件制备工艺要求也高于圆柱状的垂直磁各向异性MTJ(PMA-MTJ:p-MTJ)，导致i-MTJ器件制备工艺复杂，成本高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种磁性随机存储器，提高i-MTJ的热稳定性，减小i-MTJ的横向尺寸，从而提高磁存储器的存储密度。

为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种磁性随机存储器，包括：

反铁磁层；

磁隧道结，设于所述反铁磁层上，包括与所述反铁磁层对应设置的铁磁层；

其中，所述磁隧道结的铁磁层具备面内磁各向异性，所述反铁磁层与所述铁磁层间通过退火工艺形成交换偏置场。

优选的，所述反铁磁层的厚度大于等于与所述铁磁层形成交换偏置场所需的最小厚度。

优选的，所述反铁磁层为底电极层；

当所述底电极层输入不同方向的电流，进而产生不同极化方向的自旋流时，所述反铁磁层与所述铁磁层间形成对应方向的交换偏置场。

优选的，进一步包括底电极层；

所述底电极层设于所述反铁磁层背离所述磁隧道结的一侧；

当所述底电极层输入电流，进而产生不同极化方向的自旋流时，所述反铁磁层与所述铁磁层间形成对应方向的交换偏置场。

优选的，进一步包括设于所述反铁磁层和所述铁磁层间的插入层。

优选的，所述插入层的材料为W、Ta、Hf、Mo和Cr的其中之一。

优选的，所述磁隧道结包括自上而下依次设置的参考层、势垒层和自由层，所述自由层为所述铁磁层。

优选的，所述磁隧道结为圆柱、椭圆柱、正方体或长方体。