[發明專利]無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM及陣列

在審

• 申請號: 202010846250.2
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111986717A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 邢國忠;林淮;劉宇;張培文;謝常青;李泠;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;G11C5/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

1.一種無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述SOT-MRAM自上往下依次包括：

選通器(1)，在外加電壓的作用下接通或斷開所述SOT-MRAM；

磁隧道結(2)，自上往下依次包括鐵磁參考層(201)、隧穿層(202)和鐵磁自由層(203)；

自旋軌道耦合層(3)，由重金屬、摻雜重金屬、重金屬合金、金屬氧化物、雙重金屬層、半導體材料、二維半金屬材料、反鐵磁材料中的一種及以上組成，利用層間交換耦合效應在所述鐵磁自由層(203)中產生平面內有效場，并利用自旋霍爾效應產生自旋軌道矩，以在所述磁隧道結(2)中進行數據確定性存儲。

2.根據權利要求1所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述鐵磁自由層(203)中磁性材料的磁化方向垂直于鐵磁材料所處平面。

3.根據權利要求1所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述選通器(1)為由二維范德華材料組成的金屬-半導體-金屬結構，所述外加電壓為外加正向電壓或外加反向電壓。

4.根據權利要求3所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述二維范德華材料為WS₂或WSe₂。

5.根據權利要求1所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述鐵磁參考層(201)和鐵磁自由層(203)由CoFeB、Co或NiFe組成。

6.根據權利要求1所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述隧穿層(202)由MgO組成。

7.根據權利要求1所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述自旋軌道耦合層(3)中，所述重金屬由Pt、Pd、Hf、β-Ta、β-W中的一種及以上組成；所述重金屬合金由Pt₈₀Al₂₀、Pt₈₅Hf₁₅、Pt₇₅Au₂₅中的一種及以上組成；所述金屬氧化物由W₈₈O₁₂、PtO₂中的一種及以上組成；所述反鐵磁材料由PtMn、FeMn、PdMn、IrMn中的一種及以上組成；所述半導體材料為(Ga，Mn)As；所述二維半金屬材料由WTe₂、MoTe₂、PtTe₂中的一種及以上組成。

8.根據權利要求1所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM，其特征在于，所述SOT-MRAM還包括：

位線(4)，位于所述選通器(1)的上方，用于輸出所述SOT-MRAM中存儲的數據。

9.一種如權利要求1-8任一項所述的無外磁場定向自旋翻轉的SOT-MRAM組成的陣列，其特征在于，所述陣列為由M×N×K個所述SOT-MRAM組成的M行、N列、K層的陣列結構，每行SOT-MRAM的自旋軌道耦合層(3)連接至其對應的公共字線(5)，M、N、K為正整數。

10.根據權利要求9所述的陣列，其特征在于，當K大于1時，所述陣列為三維陣列，相鄰兩層SOT-MRAM中，底層SOT-MRAM的位線(4)與頂層SOT-MRAM的公共字線(5)交叉間隔設置。