[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

说明书

本发明公开了一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制备方法与应用。本发明自旋轨道矩磁阻式随机存储器，包括：衬底和在衬底上依次层叠的非共线反铁磁层和磁阻隧道结；其中，磁阻隧道结包括由下至上依次层叠的遂穿层和铁磁性层。本发明制备方法中，采用磁控溅射方法依次形成非共线反铁磁层的材料层、磁阻隧道结的各材料层，对各材料层采用光刻技术和电子束曝光技术进行图案化，形成非共线反铁磁层以及磁阻隧道结，即得到自旋轨道矩磁阻式随机存储器。本发明当电流通入具有应力梯度的非共线反铁磁层中，将产生自旋轨道耦合，从而改变非共线反铁磁层的的磁矩方向，实现隧道结的无外场写入功能。

技术领域

本发明属于半导体器件及其制造领域，涉及一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制备方法与应用。

背景技术

随着存储技术以及电子技术的不断发展，随机存取存储器得到了广泛的应用，可以独立或集成于使用随机存取存储器的设备中，如处理器、专用集成电路或片上系统等。

自旋轨道矩磁阻式随机存储器(SOT-MRAM，Spin-Orbit TorqueMagnetoresistive Random Access Memory)，是利用磁矩翻转进行随机存储的磁性随机存取存储器，其具有高速读写能力、高集成度以及无限次重复写入的优点。在该器件中，利用自旋轨道耦合产生自旋流，进而诱导磁体的磁矩翻转，然而，磁矩在电流作用下的翻转方向是随机的，而有效的数据存取需要磁矩的定向翻转，如何实现磁矩的定向翻转是SOT-MRAM的研究重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器，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性层。

上述的存储器中，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可为10～100nm，具体可为10nm、10～30nm、10～50 nm或10～80nm；

所述遂穿层的厚度可为0.5～1.5nm，具体可为0.8nm、0.5～0.8nm、0.8～1.5nm 或0.5～1.0nm；

所述铁磁层的厚度可为5～10nm，具体可为7.5nm、5～7.5nm、7.5～10nm、5.5～8.5nm；

所述钉扎层的厚度可为10～20nm，具体可为15nm、10～15nm、15～20nm；

所述保护层的厚度可为1～3nm，具体可为2nm；

所述连接层的厚度可为4～6nm，具体可为5nm。

上述的存储器中，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。

上述的存储器中，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。

上述的存储器中，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；