[發明專利]自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元、存儲陣列及存儲器

在審

• 申請號: 202010594037.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111740011A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 邢國忠;林淮;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L27/22;G11C11/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

1.一種自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元，包括：

選通器，為二維材料基選通器；

磁隧道結，其布置在所述選通器的上方或下方；所述磁隧道結包括反鐵磁層和自由層，所述自由層與所述反鐵磁層鄰接；

所述選通器開啟，所述存儲單元導通，電流產生自旋流注入所述自由層，在所述自由層和所述反鐵磁層的交換偏置效應作用下，所述自由層磁化方向翻轉。

2.根據權利要求1所述的自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元，其中，

所述磁隧道結還包括：隧穿層和參考層，所述參考層、所述隧穿層、所述自由層和所述反鐵磁層依次層疊；所述選通器與所述反鐵磁層鄰接或者與所述參考層鄰接；或者，

所述磁隧道結還包括：鐵磁層、隧穿層和參考層，所述參考層、所述隧穿層、所述自由層、所述反鐵磁層和所述鐵磁層依次層疊；所述選通器與所述鐵磁層鄰接或者與所述參考層鄰接。

3.根據權利要求1所述的自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元，其中，所述自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元還包括：

字線和位線，所述選通器和所述磁隧道結設置在所述字線和所述位線間。

4.根據權利要求1所述的自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元，其中，所述選通器包括：

疊層單元，所述疊層單元為金屬-二維半導體-金屬結構，所述金屬-二維半導體-金屬結構包括：二維半導體層，以及分別設置于所述二維半導體層上、下表面的金屬層；

其中，在所述二維材料選通器通電導通時，所述疊層單元包括兩個反向并聯的肖特基二極管結構；或者

所述選通器包括：

M個疊層單元，M≥2，每個疊層單元為金屬-二維半導體-金屬結構，所述金屬-二維半導體-金屬結構包括：二維半導體層，以及分別設置于所述二維半導體層上、下表面的金屬層；

其中，每個疊層單元中，其中一個金屬-二維半導體界面形成歐姆接觸，另一個金屬-二維半導體界面形成肖特基接觸；

所述M個疊層單元沿著第一方向排布，所述第一方向平行于所述二維半導體層所在平面，在所述M個疊層單元中相鄰的兩個疊層單元的側壁之間設置有絕緣層，在所述二維材料基選通器通電導通時所述M個疊層單元為M個反向并聯的肖特基二極管結構。

5.根據權利要求2所述的自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元，其中，所述參考層具有在面內或面外的磁化方向；所述自由層具有與所述參考層相平行或反平行的磁化方向。

6.根據權利要求1所述的自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元，其中，所述選通器材料為二維范德華材料，選自WS₂或WSe₂；所述選通器的開啟電壓為-1V或1V；所述選通器的開啟電流密度為10MA/cm²；所述選通器厚度的范圍為2nm-7nm。

7.根據權利要求2所述的自旋軌道扭矩磁隨機存儲單元，其中，所述隧穿層的材料為MgO、A1₂O₃、MaAl₂O₄和h-BN中的一種或多種或二維范德華材料h-BN中的一種或多種；所述自由層材料為二維鐵磁材料，選自Fe₃GeTe₂、FeCo、CrCoPt、CoFeB、CoFe₂Al、Mn₃Ga或者二維鐵磁材料Ni₃GeTe₂、VSe₂、CrI₃中的一種或多種；所述反鐵磁層的材料選自Fe₃GeTe₂、IrMn、FeMn、NiMn、CoMn、PtMn,、Co/Pt、FeO、CoO、NiO、MnO中的一種或多種；所述反鐵磁層為至少一層；所述鐵磁層的材料選自Fe₃GeTe₂、IrMn、FeMn、NiMn、CoMn、PtMn,、Co/Pt、FeO、CoO、NiO、MnO中的一種或多種；所述鐵磁層為至少一層。