[發(fā)明專利]一種鐵電輔助調(diào)控人工反鐵磁固定層的SOT-MRAM

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011585087.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN112701215B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閔泰;周雪;郭志新;李桃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H10B61/00
• 分類號(hào): H10B61/00;G11C11/16
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發(fā)明公開了一種鐵電輔助電場(chǎng)調(diào)控人工反鐵磁固定層的自旋軌道矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器，涉及磁性/鐵磁/鐵電材料或結(jié)構(gòu)的電路和器件及其應(yīng)用領(lǐng)域，包括一個(gè)鐵電層，一個(gè)電場(chǎng)調(diào)控的基于人工反鐵磁固定層的磁性隧道結(jié)及一個(gè)自旋軌道矩材料層。本發(fā)明還提供了基于自旋軌道矩?磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫入方法。其中鐵電層產(chǎn)生極化電場(chǎng)和電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)使人工反鐵磁固定層反鐵磁耦合增強(qiáng)。本發(fā)明可以在電場(chǎng)和電流的共同作用下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定寫入，具有密度高、功耗低、速度快、抗輻射性能好、非易失性等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有磁性/鐵磁/鐵電材料或結(jié)構(gòu)的電路和器件及其應(yīng)用，更具體的說涉及一種自旋軌道矩-磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(Spin-Orbit Torque Magnetic Random AccessMemory，簡(jiǎn)稱SOT-MRAM)和基于自旋軌道矩-磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫入方法。

背景技術(shù)

以磁性隧道結(jié)(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)為基本結(jié)構(gòu)的新型磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的發(fā)展有望解決傳統(tǒng)互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)功耗高、易失性等技術(shù)瓶頸；其具有非易失性、高速讀寫、工藝兼容良好、無(wú)限次擦寫等優(yōu)點(diǎn)成為新型存儲(chǔ)器研究領(lǐng)域熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的MRAM是以自旋轉(zhuǎn)移矩(Spin Transfer Torque，STT)作為MTJ最普遍的寫入方式，最新發(fā)展的以電流產(chǎn)生的自旋軌道矩(Spin Orbit Torque，SOT)而不是電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來切換固定層與自由層的相對(duì)磁化取向，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入的SOT-MRAM裝置。與當(dāng)前普遍采用的STT寫入方式相比，SOT技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更快的速度與更低的功耗。同時(shí)，器件結(jié)構(gòu)也不易在高電流密度下受到破壞。但這種SOT-MRAM的寫入電流密度還是很高，限制了存儲(chǔ)單元陣列的排列密度。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種鐵電輔助電場(chǎng)調(diào)控的基于人工反鐵磁固定層的SOT-MRAM，即利用電場(chǎng)調(diào)控一種人工反鐵磁結(jié)構(gòu)在反鐵磁耦合態(tài)保持不變，使其作為磁性隧道結(jié)的固定層，結(jié)合電流直接切換自由層與固定層磁化的相對(duì)取向，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入，能夠減小寫入電流密度，降低功耗。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提出一種鐵電輔助電場(chǎng)調(diào)控的基于人工反鐵磁固定層的SOT-MRAM，增強(qiáng)了固定層的穩(wěn)定性，減小寫入電流密度，降低功耗。

本發(fā)明提供了一種鐵電輔助電場(chǎng)調(diào)控人工反鐵磁固定層的自旋軌道矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器包括：

自旋軌道矩材料層；

形成在所述自旋軌道矩材料層上的磁性隧道結(jié)，其中，所述磁性隧道結(jié)包括：

形成在所述自旋軌道矩材料層上的自由層；

形成在所述自由層上的間隔層；

形成在所述間隔層上的基于人工反鐵磁結(jié)構(gòu)的固定層，所述固定層包括：

形成在所述間隔層上的第二磁性層；

形成在所述第二磁性層上的非磁性耦合層；

形成在所述非磁性耦合層上的第一磁性層；

形成在所述固定層上的鐵電層。

優(yōu)選的，所述鐵電層在外加電場(chǎng)下鐵電極化產(chǎn)生極化電場(chǎng)；

優(yōu)選的，所述鐵電層與所述固定層中間可添加絕緣層削弱極化電場(chǎng)；