[發(fā)明專利]磁裝置和用于設(shè)置磁裝置的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810099861.8
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108376736A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭洪植;羅曼·凱普斯肯;唐學(xué)體;德米特羅·埃帕爾科夫
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 劉燦強;尹淑梅

提供了磁裝置及用于設(shè)置磁裝置的方法。描述了一種包括多個磁性結(jié)和至少一個自旋軌道相互作用(SO)活性層的磁存儲器。每個磁性結(jié)包括被釘扎層、自由層和位于參考層與自由層之間的非磁性間隔層。自由層具有傾斜的易磁化軸和高阻尼常數(shù)中的至少一種。傾斜的易磁化軸與垂直于平面方向成非零度銳角。高阻尼常數(shù)至少為0.02。所述至少一個SO活性層與自由層相鄰并且輸運平面內(nèi)電流。所述至少一個SO活性層由于電流而對自由層施加SO力矩。利用SO力矩使自由層是可切換的。

本申請要求在2017年2月1日提交的發(fā)明名稱為SOT MRAM WITH TILTED AXIS ANDENHANCED DAMPING(有傾斜軸和增強阻尼的SOT MRAM)的第62/453,104號臨時專利申請的權(quán)益，所述專利申請分配給本申請的受讓人，并且通過引用包含于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包括具有傾斜的易磁化軸和增強的阻尼且利用自旋軌道力矩可編程的磁性結(jié)的磁裝置及一種設(shè)置該磁裝置的方法。

背景技術(shù)

磁存儲器(特別是磁隨機存取存儲器(MRAM))由于它們的高讀/寫速度、優(yōu)異的耐用性、非易失性和在操作期間功耗低的潛能，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。MRAM可以利用磁材料作為信息記錄介質(zhì)來存儲信息。一些磁存儲器利用電流來向磁材料進行寫入。一種這樣的磁存儲器利用自旋軌道相互作用(spin-orbit interaction，SO)力矩來對磁性結(jié)進行編程。

SO力矩類存儲器(諸如SO力矩磁隨機存取存儲器(SOT-MRAM))利用與具有高自旋軌道相互作用的線(下文中被稱作SO線)結(jié)合的傳統(tǒng)的磁隧道結(jié)(MTJ)。傳統(tǒng)的MTJ包括被釘扎(或參考)層、自由層和位于被釘扎層與自由層之間的隧道勢壘層。MTJ通常位于基底上并且可以包括種子層和覆蓋層以及反鐵磁(AFM)層。被釘扎層和自由層是磁性的。被釘扎層的磁化在特定方向上被固定或被釘扎。自由層具有可變的磁化。被釘扎層和自由層可以具有垂直于層的平面(垂直于平面)或在層的平面內(nèi)(平面內(nèi))而取向的它們的磁化。SO線與傳統(tǒng)的MTJ的自由層相鄰。高自旋軌道相互作用可以是由于由界面相互作用(Rashba效應(yīng))、一些其它效應(yīng)和/或一些它們的結(jié)合引起的材料自身的體效應(yīng)(自旋霍爾效應(yīng))。

在利用具有垂直于平面的磁矩的自由層的傳統(tǒng)SO存儲器中，通過經(jīng)由SO線驅(qū)動的平面內(nèi)電流(CIP)來執(zhí)行寫入。為了利用平面內(nèi)電流來可靠地切換磁矩，施加適度的外部磁場或外部磁偏置(magnetic bias)。平面內(nèi)電流產(chǎn)生可以用來使自由層磁矩切換的SO力矩。利用外部磁偏置來完成向期望方向的切換。例如，外部磁場、附加AFM層或偏置結(jié)構(gòu)可以使自由層磁性地偏置以完成向期望狀態(tài)的切換。在缺少這種外部磁場的情況下，所述切換用在磁存儲器中是不夠可靠的。

雖然傳統(tǒng)的磁性結(jié)可以利用自旋轉(zhuǎn)移來寫入并且用于自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機存取存儲器(STT-RAM)中，但是存在缺點。通常，對于磁性結(jié)尺寸較小且面密度較高的存儲器而言，外部場的使用是不可取的。AFM或偏置結(jié)構(gòu)的使用會導(dǎo)致SO力矩的效率受到限制。因此，仍然期望對磁存儲器中的切換進行改善的機制。

發(fā)明內(nèi)容

描述了一種包括多個磁性結(jié)和至少一個自旋軌道相互作用(SO)活性層的磁存儲器。每個磁性結(jié)包括被釘扎層、自由層和位于參考層與自由層之間的非磁性間隔層。所述自由層具有傾斜的易磁化軸和高阻尼常數(shù)中的至少一種。傾斜的易磁化軸與垂直于平面的方向成非零度銳角。高阻尼常數(shù)至少為0.02。所述至少一個SO活性層與自由層相鄰并且輸運平面內(nèi)電流。所述至少一個SO活性層由于電流而對自由層施加SO力矩。利用SO力矩使自由層是可切換的。