[发明专利]一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器，其特征在于，包括：

衬底和在所述衬底上依次层叠的非共线反铁磁层和磁阻隧道结；

其中，所述磁阻隧道结包括由下至上依次层叠的遂穿层和铁磁层。

2.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述磁阻隧道结还包括在所述铁磁层上依次层叠的保护层和连接层；

所述遂穿层与所述铁磁层之间或所述铁磁层与所述保护层之间设置钉扎层；

所述非共线反铁磁层的厚度为10～100nm；

所述遂穿层的厚度为0.5～1.5nm；

所述铁磁层的厚度为5～10nm；

所述钉扎层的厚度为10～20nm；

所述保护层的厚度为1～3nm；

所述连接层的厚度为4～6nm。

3.根据权利要求1或2所述的存储器，其特征在于，所述非共线反铁磁层和所述铁磁性层具有垂直各向异性；

其中，所述衬底对所述非共线反铁磁层产生结构应力，写入电流通入所述非共线反铁磁层对自身的磁矩进行写入。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的存储器，其特征在于，所述衬底的单晶材料选自Si、Ge、MgO、SrTiO₃和Al₂O₃中至少一种；

制成所述非共线反铁磁层的材料选自Mn₃Ge、Mn₃Sn和Mn₃Ga中的至少一种。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的存储器，其特征在于，所述铁磁层采用具有垂直各向异性的铁磁材料制成；

所述隧穿层采用非磁金属和/或绝缘材料制成；

制成所述钉扎层的材料选自CoPt多层膜人工反铁磁；

制成所述钉扎层的材料选自CoPt多层膜人工反铁磁；

所述保护层采用金属材料制成。

6.根据权利要求5所述的存储器，其特征在于，制成所述铁磁层的材料选自单质铁磁材料、合金铁磁材料和具有磁性的金属氧化物中的至少一种；

制成所述铁磁层的材料具体选自Co、Fe、CoFeB和FePt中的至少一种。

所述非磁金属选自Cu和/或Ag，所述绝缘材料选自氧化铝、氧化镁和氧化铪中的至少一种；

所述金属材料选自Ta和/或Ru。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的存储器，其特征在于，所述非共线反铁磁层为通道结构；

所述磁阻隧道结沿所述非共线反铁磁层的通道中电流源方向呈轴对称分布；

所述磁阻隧道结为条形结构。

8.权利要求1-7中任一项所述的自旋轨道矩磁阻式随机存储器的制备方法，包括如下步骤：

1)在单晶衬底上采用磁控溅射的方法形成非共线反铁磁层的材料层；

2)在所述非共线反铁磁层的材料层上采用磁控溅射的方法依次生长所述磁阻隧道结的各材料层；

3)对所述非共线反铁磁层和所述磁阻隧道结的各材料层采用光刻技术和电子束曝光技术进行图案化，形成所述非共线反铁磁层以及所述磁阻隧道结，即得到所述自旋轨道矩磁阻式随机存储器。

9.一种SOT-MRAM的存储阵列，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述自旋轨道矩磁阻式随机存储器以阵列形式排布制得。

10.权利要求9所述SOT-MRAM的存储阵列独立或集成在使用SOT-MRAM存储阵列的设备中的应用；

所述设备具体包括处理器、专用集成电路和片上系统中的至少一种。