电流驱动型磁随机存取存储器和自旋逻辑器件制造技术

本发明专利技术涉及电流驱动型磁随机存取存储器和自旋逻辑器件。一种电流驱动型磁随机存取存储器包括多个存储单元，每个存储单元包括：磁隧道结，具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，所述参考磁层耦接到第一端子；以及与所述自由磁层相邻并且接触的自旋霍尔效应SHE层，所述SHE层在其周边耦接到第二、第三、第四和第五端子，连接所述第二和第四端子的假想线与连接所述第三和第五端子的假想线彼此交叉。本发明专利技术还提供包括电流驱动型磁随机存取存储器和自旋逻辑器件中的至少一种的电子设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及自旋电子学，更特别地，涉及一种电流驱动型磁随机存取存储器和自旋逻辑器件，其能够在没有外磁场辅助的情况下，用纯电流来翻转其中的磁性隧道结(MTJ)的自由磁层的磁化方向，并且还涉及包括这种电流驱动型磁随机存取存储器和/或自旋逻辑器件的电子设备。
技术介绍
磁性隧道结(MTJ)具有广泛的用途，例如用于磁传感器、磁存储器、自旋逻辑器件等等。主要由磁性隧道结构成的磁随机存取存储器(MRAM)是下一代非挥发存储器的强有力竞争者。磁随机存取存储器的存储单元一般包括作为核心元件的磁性隧道结以及其他辅助功能元件。磁性隧道结一般包括自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的隧穿势垒层，自由磁层的磁矩可以自由翻转，而参考磁层的磁矩被固定。隧穿势垒层由诸如金属氧化物之类绝缘材料形成。磁性隧道结的电阻与自由磁层的磁矩和参考磁层的磁矩之间的夹角θ的余弦值cos(θ)成比例。当自由磁层的磁矩与参考磁层的磁矩彼此平行排列时，磁性隧道结的电阻最低，处于低电阻态；当自由磁层的磁矩与参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流驱动型磁随机存取存储器，包括多个存储单元，每个存储单元包括：磁隧道结，具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，所述参考磁层耦接到第一端子；以及与所述自由磁层相邻并且接触的自旋霍尔效应SHE层，所述SHE层在其周边耦接到第二、第三、第四和第五端子，连接所述第二和第四端子的假想线与连接所述第三和第五端子的假想线彼此交叉。

【技术特征摘要】
1.一种电流驱动型磁随机存取存储器，包括多个存储单元，每个存储单
元包括：
磁隧道结，具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，所述
参考磁层耦接到第一端子；以及
与所述自由磁层相邻并且接触的自旋霍尔效应SHE层，所述SHE层在
其周边耦接到第二、第三、第四和第五端子，连接所述第二和第四端子的假
想线与连接所述第三和第五端子的假想线彼此交叉。
2.如权利要求1所述的磁随机存取存储器，其中，连接所述第二和第四
端子的假想线与连接所述第三和第五端子的假想线的交叉角度在60度至
120度的范围。
3.如权利要求2所述的磁随机存取存储器，其中，连接所述第二和第四
端子的假想线与连接所述第三和第五端子的假想线彼此垂直。
4.如权利要求1所述的磁随机存取存储器，其中，所述自由磁层具有沿
垂直方向的易磁化轴，并且所述自由磁层的磁矩能在所述垂直方向上翻转，
所述参考磁层具有沿所述垂直方向的易磁化轴，并且所述参考磁层具有固定
磁矩。
5.如权利要求1所述的磁随机存取存储器，还包括：
钉扎层，其形成在所述参考磁层的与所述势垒层相反的一侧以固定所述
参考磁层的磁矩。
6.如权利要求1所述的磁随机存取存储器，其中，所述SHE层由选自
包括以下材料的组的材料形成：Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、IrMn、
PtMn、AuMn、Bi2Se3、Bi2Te3、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Te、Dy、Ho、Er
和Tm，以及它们的任意组合。
7.如权利要求1所述的磁随机存取存储器，其中，所述SHE层的厚度
在0.5nm至30nm的范围。
8.如权利要求1所述的磁随机存取存储器，其中，所述第一端子连接到
位线，所述SHE层经所述第二和第四端子连接到第一字线并且用作所述第
一字线的一部分，所述SHE层还经所述第三和第五端子连接到第二字线并
且用作所述第二字线的一部分。
9.如权利要求8所述的磁随机存取存储器，其中，所述第二、第三、第
四和第五端子中的一个还经选择晶体管连接到源级线，所述选择晶体管的控
制端子连接到选择线。
10.一种电流驱动型磁随机存取存储器，包括多个存储单元，每个存储
单元包括：
磁隧道结，具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，所述
自由磁层具有从垂直方向偏移预定角度的易磁化轴，所述参考磁层耦接到第
一端子；以及
与所述自由磁层相邻并且接触的自旋霍尔效应SHE层，所述SHE层在
其周边耦接到第二和第三端子，所述第二和第三端子关于所述SHE层彼此
相对，并且连接所述第二和第三端子的假想线垂直于由所述参考磁层的易磁
化轴和所述自由磁层的易磁化轴限定的平面。
11.如权利要求10所述的磁随机存取存储器，其中，所述自由磁层的易
磁化轴从所述垂直方向的偏移角度在5度至80度的范围。
12.如权利要求10所述的磁随机存取存储器，其中，所述参考磁层具有
沿所述垂直方向的易磁化轴。
13.如权利要求10所述的磁随机存取存储器，其中，所述第一端子连接
到位线，所述SHE层经所述第二和第三端子连接到字线并且用作所述字线
的一部分。
14.如权利要求13所述的磁随机存取存储器，其中，所述第二和第三端
子中的一个还经选择晶体管连接到源级线，所述选择晶体管的控制端子连接
到选择线。
15.一种电流驱动型磁随机存取存储器，包括多个存储单元，每个存储
单元包括：
磁隧道结，具有自由磁层、参考磁层以及位于二者之间的势垒层，所述
参考磁层耦接到第一端子；
与所述自由磁层相邻并且接触的自旋霍尔效应SHE层，所述SHE层在
其周边耦接到第二和第三端子，所述第二和第三端子关于所述SHE层彼此
相对；以及
偏置磁层，其设置在所述SHE层的与所述自由磁层相反的一侧，并且
通过所述SHE层与所述自由磁层铁磁或反铁磁耦合。
16.如权利要求15所述的磁随机存取存储器，其中，所述偏置磁层具有
固定的面内磁矩。
17.如权利要求16所述的磁随机存取存储器，还包括：
钉扎层，设置在所述偏置磁层的与所述SHE层相反的一侧以固定所述
偏置磁层的磁矩。
18.如权利要求16所述的磁随机存取存储器，其中，连接所述第二和第
三端子的假想线平行于所述偏置磁层的面内磁矩方向。
19.如权利要求15所述的磁随机存取存储器，其中，所述自由磁层和所
述参考磁层具有沿垂直方向的易磁化轴。
20.如权利要求15所述的磁随机存取存储器，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：万蔡华，张轩，韩秀峰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11