电场控制纳米磁铁及包含其的随机存取存储器制造技术

本发明专利技术公开了一种电场控制纳米磁铁及包含其的随机存取存储器(SOT‑MRAM)。其中，电场控制纳米磁铁包括：一第一自旋霍尔材料层，包括一第一自旋霍尔材料；一第二自旋霍尔材料层，包括一第二自旋霍尔材料；以及一第一磁性材料层，设置在第一自旋霍尔材料层及第二自旋霍尔材料间；其中，第一自旋霍尔材料及第二自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。

【技术实现步骤摘要】
电场控制纳米磁铁及包含其的随机存取存储器
本专利技术关于一种电场控制纳米磁铁及包含其的自旋轨道耦合力矩磁阻式随机存取存储器。
技术介绍
自旋转移力矩(Spin-transfer-torque,STT)式磁阻式随机存取存储器(Magnetoresistiverandomaccessmemory,MRAM)为一非易失性、快速且高耐久性的存储器。然而，有限的电子自旋转换效率使其难以将临界电流缩小至纳秒超快转换。另一方面，自旋轨道矩式(spin-orbittorque,SOT)转换可克服前述缺点。SOT或自旋霍尔(spin-Hall,SH)自旋-矩式产生的效率，特征在于有效的自旋霍尔角度，其是由输入电流密度Jc及所引起的自旋电流密度间的比例来定义。在磁性元件的SOT及/或SH翻转中，电子自旋转换效率造成于自旋霍尔角度上的额外增强，一倍增因子l/t，其中l为磁性元件的线性尺寸，l为自旋轨道材料的厚度。对于强的Rashba自旋轨道耦合材料，电子电流至自旋电流的转换效率可超过100％，而传统的STT转换效率为～50％。即便效率增加，一般的垂直式磁铁的SOT转换需一破坏对称性磁场来达到有效翻转(deterministicswitching)。其中，可通过外加一水平分量的磁场，或产生磁性物质接口上的交换场，来达到此目的。此外，一般自旋轨道自旋力矩的方向与垂直磁化方向垂直。因此，需克服整个异相场(anisotropyfield)才能翻转磁矩，而此为抗翻转(anti-damping)STT翻转所需的～20X以上。为了解决这些问题，近来实验发现在低对称性的材料(WTe2)中可造成垂直分量自旋轨道力矩(perpendicularspin-orbittorque,p-SOT)。然而，在目前的材料系统中，面外的自旋轨道力矩仍远小于水平分量力矩。因此，仍无法与目前的STT翻转相匹配。因此，目前亟需提供一种新颖的结构，其可提升p-SOT，以用于翻转垂直异向性(perpendicularmagneticanisotropy,PMA)的MRAM上。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种电场控制纳米磁铁，其具有增强的垂直分量自旋轨道力(p-SOT)。本专利技术的另一目的在于提供一种自旋轨道耦合力矩磁阻式随机存取存储器(SOT-MRAM)，其具有较低的垂直异向性(PMA)元件的临界电流，以用于磁阻式随机存取存储器(magnetoresistiverandomaccessmemory,MRAM)上。为达成上述目的，本专利技术的电场控制纳米磁铁，包括：一第一自旋霍尔材料层，包括一第一自旋霍尔材料；一第二自旋霍尔材料层，包括一第二自旋霍尔材料；以及一第一磁性材料层，设置在第一自旋霍尔材料层及第二自旋霍尔材料间；其中，第一自旋霍尔材料及第二自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。本专利技术提供的SOT-MRAM包括：一第一自旋霍尔材料层，包括一第一自旋霍尔材料；一第二自旋霍尔材料层，设置于第一自旋霍尔材料层上，其中第二自旋霍尔材料层包括一第二自旋霍尔材料；一第一磁性材料层，设置在第一自旋霍尔材料层及第二自旋霍尔材料间；一第三磁性材料层，设置在第二自旋霍尔材料层上；以及一绝缘层，设置在第二自旋霍尔材料层与第三磁性材料层间；其中，第一自旋霍尔材料及第二自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。本专利技术的其他特征将通过详细说明并参考附图而更加清楚。附图说明图1为本专利技术实施例1的电场控制纳米磁铁的示意图。图2为本专利技术实施例2的电场控制纳米磁铁的示意图。图3为本专利技术实施例3的电场控制纳米磁铁的示意图。图4为本专利技术实施例4的SOT-MRAM的示意图。图5为本专利技术实施例5的SOT-MRAM的示意图。图6为本专利技术实施例6的SOT-MRAM的示意图。图7为本专利技术实施例7的SOT-MRAM的示意图。图8为本专利技术实施例8的SOT-MRAM的示意图。图9为本专利技术实施例9的电场控制纳米磁铁的示意图。【符号说明】11第一自旋霍尔材料层12第二自旋霍尔材料层13第一磁性材料层131镜面14第三自旋霍尔材料层15第四自旋霍尔材料层21第三磁性材料层22绝缘层23第四磁性材料层24惰性材料层31第五自旋霍尔材料层32第六自旋霍尔材料层33第二磁性材料层1,3纳米磁铁A,B自旋霍尔Ic水平方向电流Is1,Is2自旋电流X,Y,Z坐标轴+x,-x,+y,-y,+z自旋极化方向具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。以下是通过具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。应注意的是，在本文中，除了特别指明者之外，具备「一」元件不限于具备单一的该元件，而可具备一或更多的该元件。再者，说明书与权利要求书中所使用的序数例如”第一”、”第二”等的用词，以修饰权利要求书的元件，其本身并不意含及代表该请求元件有任何的前的序数，也不代表某一请求元件与另一请求元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求元件得以和另一具有相同命名的请求元件能作出清楚区分。此外，本说明书和权利要求书所提及的位置，例如”之上”、”上”、”上方”、”之下”、”下”或”下方”，可指所述两元件直接接触，或可指所述两元件非直接接触。再者，本专利技术不同实施例的特征可重新组合而形成另一实施例。实施例1图1为本实施例的电场控制纳米磁铁的示意图。本实施例的电场控制纳米磁铁包括：一第一自旋霍尔材料层11，包括一第一自旋霍尔材料；一第二自旋霍尔材料层12，包括一第二自旋霍尔材料；以及一第一磁性材料层13，设置在第一自旋霍尔材料层11及第二自旋霍尔材料层12间；其中，第一自旋霍尔材料及第二自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。于本实施例中，第一自旋霍尔材料及第二自旋霍尔材料分别为一可产生垂直分量自旋轨道耦合力矩(p-SOT)的自旋霍尔材料。如图1所示，本实施例的纳米磁铁具有一包含自旋霍尔/磁性/自旋霍尔材料的三明治结构。增强p-SOT并抑制水平分量SOT的关键因素在于，上下层的自旋霍尔材料(即第一自旋霍尔材料层11的第一自旋霍尔材料及第二自旋霍尔材料层12的第二自旋霍尔材料)彼此为镜像对称。当施加一水平方向电流Ic于此三明治结构时，第二自旋霍尔材料层12的第二自旋霍尔材料可造成一往-z方向流动的自旋电流Is2，并具有+z自旋极化方向；而第一自旋霍尔材料层11的第一自旋霍尔材料则会造成一往+z方向流动的自旋电流Is1，并具有+z自旋极化方向。由于第一自旋霍尔材料层11及第二自旋霍尔材料层12所产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电场控制纳米磁铁，包括：/n一第一自旋霍尔材料层，包括一第一自旋霍尔材料；/n一第二自旋霍尔材料层，包括一第二自旋霍尔材料；以及/n一第一磁性材料层，设置在该第一自旋霍尔材料层及该第二自旋霍尔材料间；/n其中，该第一自旋霍尔材料及该第二自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。/n

【技术特征摘要】
20181227 US 62/785,2991.一种电场控制纳米磁铁，包括：
一第一自旋霍尔材料层，包括一第一自旋霍尔材料；
一第二自旋霍尔材料层，包括一第二自旋霍尔材料；以及
一第一磁性材料层，设置在该第一自旋霍尔材料层及该第二自旋霍尔材料间；
其中，该第一自旋霍尔材料及该第二自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。


2.根据权利要求1所述的电场控制纳米磁铁，其中该第一自旋霍尔材料及该第二自旋霍尔材料分别为一可产生垂直分量自旋轨道耦合力矩的自旋霍尔材料。


3.根据权利要求1所述的电场控制纳米磁铁，还包括一第三自旋霍尔材料层，其中该第一自旋霍尔材料层位于该第一磁性材料层及该第三自旋霍尔材料间，且该第三自旋霍尔材料层包括一第三自旋霍尔材料。


4.根据权利要求3所述的电场控制纳米磁铁，还包括一第四自旋霍尔材料层，其中该第二自旋霍尔材料层位于该第一磁性材料层及该第四自旋霍尔材料层间，该第四自旋霍尔材料层包括一第四自旋霍尔材料，且该第三自旋霍尔材料及该第四自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。


5.根据权利要求3所述的电场控制纳米磁铁，其中该第三自旋霍尔材料为一可产生垂直分量自旋轨道耦合力矩的自旋霍尔材料。


6.根据权利要求4所述的电场控制纳米磁铁，其中该第三自旋霍尔材料及该第四自旋霍尔材料分别为一可产生垂直分量自旋轨道耦合力矩的自旋霍尔材料。


7.根据权利要求1所述的电场控制纳米磁铁，还包括：
一第五自旋霍尔材料层，包括一第五自旋霍尔材料；
一第六自旋霍尔材料层，包括一第六自旋霍尔材料；以及
一第二磁性材料层，设置在该第五自旋霍尔材料层及该第六自旋霍尔材料层间；
其中，该第二自旋霍尔材料层设置在该第一磁性材料层及该第五自旋霍尔材料层间，且该第五自旋霍尔材料及该第六自旋霍尔材料实质上彼此镜像对称。


8.根据权利要求7所述的电场控制纳米磁铁，其中该第五自旋霍尔材料及该第六自旋霍尔材料分别为一可产生垂直分量自旋轨道耦合力矩的自旋霍尔材料。


9.一种随机存取存储器，包括：
一第一自旋霍尔材料层，包括一第一自旋霍尔材料；
一第二自旋霍尔材料层，设置于该第一自旋霍尔材料层上，其中该第二自旋霍尔材料层包括一第二自...

【专利技术属性】
技术研发人员：林新，吴世钰，徐创涵，
申请(专利权)人：中央研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71