[發明專利]自旋軌道矩磁性存儲單元

在審

• 申請號: 202011257364.X
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN114497353A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 石以諾;孟皓;遲克群;李州
• 申請（專利權）人: 浙江馳拓科技有限公司
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/08;H01L43/10;H01L27/22
• 代理公司: 北京蘭亭信通知識產權代理有限公司 11667
• 代理人: 孫峰芳

本發明提供一種自旋軌道矩磁性存儲單元，包括：重金屬層、位于重金屬層一側的磁性隧道結以及位于重金屬層另一側的分流電極，重金屬層的材料具有自旋軌道矩效應，且重金屬層沿著第一方向或者第二方向為非中心對稱結構，其中第一方向為重金屬層中從一端流向相對的另一端的電流方向，第二方向為第一方向的反方向；磁性隧道結的自由層和參考層均具有垂直于重金屬層表面的磁各向異性；分流電極與磁性隧道結存在正對的重疊區域。本發明的自旋軌道矩磁性存儲單元，可實現磁性隧道結自由層的確定性翻轉。

技術領域

本發明涉及磁性存儲器技術領域，尤其涉及一種自旋軌道矩磁性存儲單元。

背景技術

基于自旋軌道矩(Spin Orbit Torque，SOT)的磁存儲器(SOT-MRAM)相對于自旋轉移矩磁存儲器(STT-MRAM)，具有較高的寫入速度和較低的功耗，應用前景較好，被認為是是下一代MRAM的主要寫入方式。

SOT-MRAM存儲單元的核心是磁性隧道結，其原理是利用自旋霍爾效應(Spin Halleffect,SHE)和Rashba(拉什巴)效應，實現自由層磁矩的翻轉，從而改變磁性隧道結電阻實現數據存儲。但對于垂直磁化的磁性隧道結，僅使用自旋軌道矩不能夠使自由層磁矩發生準確翻轉。常見的解決方法是引入外磁場，但是實現起來比較復雜，因此有必要提出一種無需外部磁場即可實現自由層確定性翻轉的磁性單元結構。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種自旋軌道矩磁性存儲單元，自由層在無需外部磁場輔助的情況下可以確定性地翻轉。

第一方面，本發明提供一種自旋軌道矩磁性存儲單元，包括：

重金屬層，所述重金屬層的材料具有自旋軌道矩效應，且所述重金屬層沿著第一方向或者第二方向為非中心對稱結構，其中所述第一方向為所述重金屬層中從一端流向相對的另一端的電流方向，所述第二方向為所述第一方向的反方向；

位于所述重金屬層一側的至少包括自由層、勢壘層和參考層的磁性隧道結，其中所述自由層臨近所述重金屬層，所述自由層和所述參考層均具有垂直于所述重金屬層表面的磁各向異性；

位于所述重金屬層另一側的分流電極，且所述分流電極與所述磁性隧道結存在正對的重疊區域。

可選地，所述分流電極與所述第一方向或者第二方向之間具有夾角θ，45°≤θ≤90°。

可選地，所述重金屬層的橫截面為梯形、矩形組成的非中心對稱截面。

可選地，所述磁性隧道結的橫截面形狀為圓形，所述分流電極的橫截面形狀為矩形，且所述分流電極的寬度小于所述磁性隧道結的直徑。

可選地，所述分流電極的材料為TaN、Cu、Ti/TiN組合、Ta/TaN組合和Al中的任一種。

可選地，所述重金屬層的材料為Ta、Pt、Pd和W中的任一種。

可選地，所述自由層為鐵磁材料，采用Co、CoFe和CoFeB中的任一種。

可選地，所述勢壘層為氧化鎂薄膜。

可選地，所述參考層為鐵磁材料，采用Co、CoFe和CoFeB中的任一種。

第二方面，本發明提供一種磁性存儲器，包括由第一方面所提供的自旋軌道矩磁性存儲單元組成的存儲陣列。

第三方面，本發明提供一種集成電路，包括由第二方面所提供的磁性存儲器。