[發明專利]一種磁存儲器件及其寫入方法、邏輯器件

有效

• 申請號: 202010583721.5
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111682105B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 石以諾;遲克群;李州;孟皓
• 申請（專利權）人: 浙江馳拓科技有限公司
• 主分類號: H10B61/00
• 分類號: H10B61/00;H10N52/00;H10N52/01
• 代理公司: 北京蘭亭信通知識產權代理有限公司 11667
• 代理人: 趙永剛

本發明提供了一種磁存儲器件及其寫入方法、邏輯器件，該磁存儲器件包括重金屬層以及磁隧道結，磁隧道結包括層疊在重金屬層上的自由層、層疊在自由層上的磁道阻擋層、以及層疊在磁道阻擋層上的參考層，且自由層與參考層通過磁道阻擋層相隔開。磁隧道結上與重金屬層平行的截面為非圓截面，重金屬層與自由層的相互作用為SOT效應及DMI耦合效應。通過使重金屬層與自由層之間的界面的相互作用為SOT效應及DMI耦合效應，在應用時，向重金屬層通電流值為設定范圍內的電流時，由于截面為非圓截面的磁隧道結的形狀各向異性，其破壞了電流和磁化的對稱性，激勵自由層進行磁極性翻轉，實現磁隧道結的極性翻轉。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種磁存儲器件及其寫入方法、邏輯器件。

背景技術

自旋電子器件是一種使用電子電荷和自旋共同作為信息載體的器件，相較于傳統半導體電子器件具有非揮發性、低能耗和高集成度的優點。自旋電子器件通常采用磁性隧道結?(Magnetic?Tunnel?Junction，MTJ)作為信息的載體，使用MTJ的自由層和參考層相對磁化狀態記錄信息。

自旋軌道矩(Spin?Orbit?Torque，SOT)是自旋電子器件中的重要現象，通過SOT可以翻轉MTJ中自由層的磁化，實現信息存儲、邏輯運算等操作。對于面外各向異性的SOT器件，如何在無外磁場下實現確定磁化翻轉是其實用化的一個難點。常見的方法包括主要有通過楔形結構引入具有梯度的垂直各向異性，但是楔形結構難以加工。還存在利用反鐵磁層引入交換偏置等效場，但引入等效場會降低器件熱穩定性。

另一種思路是利用鐵磁/重金屬表面存在的Dzyaloshinskii-Moriyainteraction(DMI)效應，這種DMI效應在基于SOT的自旋電子器件中顯著存在。通過DMI的反對稱交互作用可以破壞原有磁結構的對稱性，使基于SOT的面外各向異性MTJ能夠在無磁場下實現磁化翻轉。但是這種方法引起的翻轉是無極性的，難以直接應用于存儲、邏輯器件。

發明內容

本發明提供了一種磁存儲器件，用以實現在無需外部磁場的情況下磁隧道結的磁極性翻轉，簡化磁存儲器件結構，便于加工，提高穩定性。

第一方面，本發明提供了一種磁存儲器件，該磁存儲器件包括重金屬層以及磁隧道結，其中，磁隧道結包括層疊在重金屬層上的自由層、層疊在自由層上的磁道阻擋層、以及層疊在磁道阻擋層上的參考層，且自由層與參考層通過磁道阻擋層相隔開。磁隧道結上與重金屬層平行的截面為非圓截面，重金屬層與自由層之間的相互作用為SOT效應及DMI耦合效應。

在上述的方案中，通過使重金屬層與自由層之間的界面的相互作用為SOT效應及DMI?耦合效應，在應用時，向重金屬層通電流值為設定范圍內的電流時，由于截面為非圓截面的磁隧道結的形狀各向異性，其破壞了電流和磁化的對稱性，從而激勵自由層進行磁極性翻轉，以實現磁隧道結的極性翻轉。

在一個具體的實施方式中，磁隧道結的磁各向異性為垂直磁各向異性，以便于實現具有垂直磁各向異性的磁隧道結中自由層的磁極性翻轉。

在一個具體的實施方式中，非圓截面為由圓弧、以及連接該圓弧兩個端點的直線或折線圍成的封閉面，以提高激勵自由層進行磁極性翻轉的效果。

在一個具體的實施方式中，非圓截面為矩形截面，以提高激勵自由層進行磁極性翻轉的效果。

在一個具體的實施方式中，重金屬層具有一對用于通電流的端口，該對端口中的兩個端口位置相對且分別位于磁隧道結的兩側。以簡化重金屬層的設置。

在一個具體的實施方式中，重金屬層具有至少兩對用于通電流的端口，且每對端口中的兩個端口位置相對且分別位于磁隧道結的兩側。通過在重金屬層上設置至少兩對端口，以便于選擇不同的端口進行通電流，從而實現多種翻轉操作、以及多種邏輯計算功能。