自旋轨道矩磁性存储单元制造技术

本发明专利技术提供一种自旋轨道矩磁性存储单元，包括：重金属层、位于重金属层一侧的磁性隧道结以及位于重金属层另一侧的分流电极，重金属层的材料具有自旋轨道矩效应，且重金属层沿着第一方向或者第二方向为非中心对称结构，其中第一方向为重金属层中从一端流向相对的另一端的电流方向，第二方向为第一方向的反方向；磁性隧道结的自由层和参考层均具有垂直于重金属层表面的磁各向异性；分流电极与磁性隧道结存在正对的重叠区域。本发明专利技术的自旋轨道矩磁性存储单元，可实现磁性隧道结自由层的确定性翻转。翻转。翻转。

【技术实现步骤摘要】
自旋轨道矩磁性存储单元


[0001]本专利技术涉及磁性存储器
，尤其涉及一种自旋轨道矩磁性存储单元。

技术介绍

[0002]基于自旋轨道矩(Spin Orbit Torque，SOT)的磁存储器(SOT-MRAM)相对于自旋转移矩磁存储器(STT-MRAM)，具有较高的写入速度和较低的功耗，应用前景较好，被认为是是下一代MRAM的主要写入方式。
[0003]SOT-MRAM存储单元的核心是磁性隧道结，其原理是利用自旋霍尔效应(Spin Hall effect,SHE)和Rashba(拉什巴)效应，实现自由层磁矩的翻转，从而改变磁性隧道结电阻实现数据存储。但对于垂直磁化的磁性隧道结，仅使用自旋轨道矩不能够使自由层磁矩发生准确翻转。常见的解决方法是引入外磁场，但是实现起来比较复杂，因此有必要提出一种无需外部磁场即可实现自由层确定性翻转的磁性单元结构。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种自旋轨道矩磁性存储单元，自由层在无需外部磁场辅助的情况下可以确定性地翻转。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种自旋轨道矩磁性存储单元，包括：
[0006]重金属层，所述重金属层的材料具有自旋轨道矩效应，且所述重金属层沿着第一方向或者第二方向为非中心对称结构，其中所述第一方向为所述重金属层中从一端流向相对的另一端的电流方向，所述第二方向为所述第一方向的反方向；
[0007]位于所述重金属层一侧的至少包括自由层、势垒层和参考层的磁性隧道结，其中所述自由层临近所述重金属层，所述自由层和所述参考层均具有垂直于所述重金属层表面的磁各向异性；
[0008]位于所述重金属层另一侧的分流电极，且所述分流电极与所述磁性隧道结存在正对的重叠区域。
[0009]可选地，所述分流电极与所述第一方向或者第二方向之间具有夹角θ，45
°
≤θ≤90
°
。
[0010]可选地，所述重金属层的横截面为梯形、矩形组成的非中心对称截面。
[0011]可选地，所述磁性隧道结的横截面形状为圆形，所述分流电极的横截面形状为矩形，且所述分流电极的宽度小于所述磁性隧道结的直径。
[0012]可选地，所述分流电极的材料为TaN、Cu、Ti/TiN组合、Ta/TaN组合和Al中的任一种。
[0013]可选地，所述重金属层的材料为Ta、Pt、Pd和W中的任一种。
[0014]可选地，所述自由层为铁磁材料，采用Co、CoFe和CoFeB中的任一种。
[0015]可选地，所述势垒层为氧化镁薄膜。
[0016]可选地，所述参考层为铁磁材料，采用Co、CoFe和CoFeB中的任一种。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种磁性存储器，包括由第一方面所提供的自旋轨道矩磁性存储单元组成的存储阵列。
[0018]第三方面，本专利技术提供一种集成电路，包括由第二方面所提供的磁性存储器。
[0019]本专利技术提供的自旋轨道矩磁性存储单元，当重金属层从一侧通入电流后，电流从分流电极流出，不经过重金属层的另一侧，由于重金属层为非中心对称结构，能够诱导出非均匀自旋流。这种非对称自旋流下，自旋霍尔效应和Rashba效应对于不同初始磁化方向具有不同属性，诱导出关于初始磁化方向的非对称性。此外重金属层只从单侧流入电流，还诱导出电流的非对称性。基于电流和磁化的两种非对称可以实现自由层的确定性翻转。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一实施例提供的自旋轨道矩磁性存储单元的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术一实施例提供的自旋轨道矩磁性存储单元的结构俯视图；
[0022]图3为本专利技术一实施例提供的自旋轨道矩磁性存储单元的结构俯视图；
[0023]图4为本专利技术一实施例提供的自旋轨道矩磁性存储单元的结构俯视图；
[0024]图5为本专利技术一实施例提供的自旋轨道矩磁性存储单元的结构俯视图；
[0025]图6为基于图1所示的自旋轨道矩磁性存储单元左侧通入电流j1的电流路径示意图；
[0026]图7为基于图1所示的自旋轨道矩磁性存储单元右侧通入电流j2的电流路径示意图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0028]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0029]在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
[0030]图1示出了本专利技术实施例提供的一种自旋轨道矩磁性存储单元的结构示意图，其中图1(a)为俯视图，图1(b)为侧视图。如图1所示，本专利技术实施例提供一种自旋轨道矩磁性存储单元，包括：重金属层101，形成重金属层101的材料具有自旋轨道矩效应(包括自旋霍尔效应和Rashba效应)，例如，重金属层101可以是Ta、Pt、Pd和W中的任一种。通过调整重金
属层的材料可以控制Rashba效应产生的磁矩与自旋霍尔效应产生的磁矩之间的比值大于0.5。例如，当重金属层使用Ta时，Rashba效应较大。且重金属层101沿着第一方向或者第二方向为非中心对称结构，即重金属层101的横截面为非中心对称截面，其中第一方向为重金属层中从一端流向相对的另一端的电流方向，第二方向为第一方向的反方向。在图1(a)中，可以定义从左至右电流流过的方向为第一方向，从右至左电流流过的方向为第二方向。从图1(a)可以看出，重金属层101的横截面为梯形。当然，重金属层101也可以是其他的横截面形状，在后续的实施例中会具体介绍。
[0031]在重金属层101的一侧(本实施例中为重金属层101上方)设置磁性隧道结102，磁性隧道结102至少包括自由层1021、势垒层1022和参考层1023，其中自由层1021临近重金属层101设置，自由层1021和参考层1023均具有垂直于重金属层101表面的磁各向异性。材料选择上，自由层1021的材料与重金属层101的材料组合应具有较强的Rashba效应，如Co/Ta组合、CoFe/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自旋轨道矩磁性存储单元，其特征在于，包括：重金属层，所述重金属层的材料具有自旋轨道矩效应，且所述重金属层沿着第一方向或者第二方向为非中心对称结构，其中所述第一方向为所述重金属层中从一端流向相对的另一端的电流方向，所述第二方向为所述第一方向的反方向；位于所述重金属层一侧的至少包括自由层、势垒层和参考层的磁性隧道结，其中所述自由层临近所述重金属层，所述自由层和所述参考层均具有垂直于所述重金属层表面的磁各向异性；位于所述重金属层另一侧的分流电极，且所述分流电极与所述磁性隧道结存在正对的重叠区域。2.根据权利要求1所述的自旋轨道矩磁性存储单元，其特征在于，所述分流电极与所述第一方向或者第二方向之间具有夹角θ，45
°
≤θ≤90
°
。3.根据权利要求1所述的自旋轨道矩磁性存储单元，其特征在于，所述重金属层的横截面为梯形、矩形组成的非中心对称截面。4.根据权利要求1所述的自旋轨道矩磁性存储单元，其特征在于，所述磁性隧道结的横截面形状为...

【专利技术属性】
技术研发人员：石以诺，孟皓，迟克群，李州，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：