[实用新型]一种人工合成反铁磁结构、磁性存储单元及存储器

说明书

本实用新型提供一种反铁磁结构，反铁磁结构包括依次层叠设置的第一磁性层、非磁性金属层和第二磁性层，非磁性金属层位于第一磁性层和第二磁性层之间，第一磁性层和第二磁性层处于反铁磁耦合状态。本实用新型提供的反铁磁结构可以在不施加外磁场的情况下仅通过正负电流组合的方式即可实现磁畴完全翻转，相对于现有技术减少了施加磁场的装置，大大降低了器件的尺寸，提高了器件的集成度。

技术领域

本实用新型涉及磁性存储器件技术领域，具体涉及一种用电流完全翻转人工合成反铁磁结构、磁性存储器及其存储单元。

背景技术

自旋轨道扭矩磁随机存储器(spin orbital torque MRAM，SOT-MRAM)和自旋迁移扭矩磁随机存储器(spin transfer torque MRAM，STT-MRAM)都是用电流来翻转磁性隧道结中的磁性层，从而实现信息的写入操作。两者对比，自旋轨道扭矩磁随机存储器更具优势，写入操作时电流不流经隧穿层，显著降低了热效应导致的器件击穿等问题。自旋轨道扭矩磁随机存储器是利用重金属如Pt或者Ta的自旋轨道耦合性质，将电流转换为自旋流，利用自旋流来翻转磁性层的。然而要实现磁性层的翻转必须打破磁矩在面内的对称性，需要额外加一个面内磁场，这导致器件无法实现高集成度。后来研究人员提出了多种打破磁矩对称性的办法如利用交换偏置或者是加一个面内磁性层等，也可以将磁性层或者重金属层长成楔形膜产生不均匀的自旋流来打破磁矩在面内的对称性。

目前提出的几种机制都需要额外的引入打破对称性破缺的影响，这些影响在微米尺度被验证是有效的，然而要实现器件的高集成度需要到纳米尺度，器件尺寸通常是40nm左右，这时候热扰动就会破坏额外引入的影响如交换偏置等，楔形膜的工艺在纳米尺度也不再适用。目前SOT-MRAM仍需要额外的面内磁场源，严重制约了器件集成度的提升，也导致能耗无法降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种无需施加外磁场即可实现磁矩翻转的方法及据此制备的磁性器件，以解决现有技术需要提供额外的面内磁场源的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种人工合成反铁磁结构，所述反铁磁结构包括依次层叠设置的第一磁性层、非磁性金属层和第二磁性层，所述非磁性金属层位于所述第一磁性层和第二磁性层之间，所述第一磁性层和第二磁性层处于反铁磁耦合状态。

作为优选的技术方案，所述非磁性金属层的厚度范围为1.25-1.75nm。

作为优选的技术方案，所述第一磁性层和第二磁性层均为垂直磁化层，即所述第一磁性层和第二磁性层的净磁矩方向垂直于所述第一磁性层和第二磁性层。

本实用新型还提供一种磁性存储单元，所述磁性存储单元包括上述任一种的反铁磁结构。

本实用新型还提供一种磁性存储器，所述磁性存储器包括上述的磁性存储单元；

优选的是，所述磁性存储器包括自旋轨道扭矩磁随机存储器SOT-MRAM。

本实用新型提供的反铁磁器件可以在正(或负)电流的作用下首先形成倾斜的磁畴壁，器件处于两种磁畴共存的状态，然后再施加负(或正)电流可以使得倾斜的磁畴反向运动，从而实现磁畴的完全翻转。本实用新型提供的方法可以在不施加外磁场的情况下仅通过正、负两种电流即可达到磁畴翻转，大大降低了功耗；并且由于相对于现有技术减少了施加磁场的磁性层的设置，大大降低了器件的尺寸，提高了器件的集成度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1显示为本实用新型的薄膜结构图(侧视图)(a)、器件的磁滞回线(b)、器件磁畴随外磁场变化情况示意图(c)。

图2显示为本实用新型霍尔巴器件形状(俯视图)，A和B电极接电流源用于提供电流，C 和D电极接纳伏表用于检测霍尔电压。