[發明專利]垂直自旋軌道扭矩磁阻式隨機存取存儲器的存儲器單元

在審

• 申請號: 201810219002.8
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN109036485A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: G.米哈伊洛維奇;J.S.里爾
• 申請（專利權）人: 桑迪士克科技有限責任公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邱軍

一種四端子磁阻式存儲器單元，其包括磁隧道結堆疊體、鐵電層以及在磁隧道結堆疊體和鐵電層之間的非鐵磁自旋極化層。磁隧道結包括具有固定磁化方向的第一層、能夠改變磁化方向的自由層、以及在第一層和自由層之間的絕緣層。非鐵磁自旋極化層配置為響應于通過非鐵磁自旋極化層的電流和鐵電層處接收的電壓產生垂直自旋極化。垂直自旋極化在自由層上施加扭矩以改變自由層的磁化方向。

背景技術

存儲器廣泛地應用于各種電子裝置中，例如移動電話、數碼相機、個人數碼助理、醫用電子裝置、移動計算裝置、非移動計算裝置和數據服務器。存儲器可包括非易失性存儲器或易失性存儲器。即使在非易失性存儲器不連接到電源(例如，電池)時，非易失性存儲器也允許信息儲存和保留。

非易失性存儲器的一個示例是磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)，其利用磁化表示儲存的數據，與使用電荷儲存數據的其它存儲器技術不同。通常，MRAM包含形成在半導體基板上的大量磁存儲器單元，其中每個存儲器單元表示一個數據位。數據位通過改變存儲器單元內的磁性元件的磁化方向而寫入到存儲器單元，并且通過測量存儲器單元的電阻而讀取位(例如，低電阻典型地表示“0”位，并且高電阻典型地表示“1”位)。

盡管MRAM是富有前途的技術，但是現有的MRAM存儲器是不可靠的，運行效率低下，和/或不能確切地轉換。

發明內容

一個實施例包括裝置，包括磁隧道結堆疊體、鐵電層、以及在磁隧道結堆疊體和鐵電層之間的非鐵磁自旋極化層。

附圖說明

不同的附圖中類似的附圖標記表示共同的部件。

圖1是MRAM存儲器單元的框圖。

圖2是MRAM存儲器單元在寫入操作期間的框圖。

圖3是MRAM存儲器單元在寫入操作期間的框圖。

圖4是MRAM存儲器單元在讀取操作期間的框圖。

圖5示出了在寫入操作期間交叉點陣列的部分。

圖6示出了在讀取操作期間交叉點陣列的部分。

圖7是包含很多MRAM存儲器單元的存儲器系統的框圖。

圖8是描述制造圖1的MRAM存儲器單元的工藝的一個實施例的流程圖。

圖9A-9D示出了正根據圖8的工藝制造的MRAM存儲器單元的各階段。

圖10A-10D示出了正在制造的MRAM存儲器單元的各階段。

具體實施方式

提出了磁阻式隨機存取存儲器單元，包括磁隧道結堆疊體、鐵電層、以及在磁隧道結堆疊體和鐵電層之間的非鐵磁自旋極化層。磁隧道結的一個實施例包含具有固定磁化方向的第一層、能夠改變磁化方向的自由層、以及在第一層和自由層之間的絕緣層。非鐵磁自旋極化層配置為響應于通過非鐵磁自旋極化層的電流和鐵電層處接收的電壓而產生垂直自旋極化。垂直自旋極化在自由層上施加扭矩以改變自由層的磁化方向。

圖1是所提出的利用自旋軌道扭矩(SOT)以轉換的MRAM存儲器單元100的一個實施例的示意性透視圖。為了本申請文件的目的，存儲器單元是存儲器系統中的儲存的單位。存儲器單元100包括四個端子A、B、C和D；磁隧道結(MTJ)堆疊體101；非鐵磁自旋極化層120(也稱為金屬層)、鐵電層122以及柵電極124。