自旋轨道力矩自旋霍尔器件、磁随机存储器和逻辑器件制造技术

本发明专利技术涉及自旋轨道力矩自旋霍尔器件、磁随机存储器和逻辑器件。一实施例提供一种自旋霍尔器件，包括自旋霍尔层和形成在所述自旋霍尔层上并且与所述自旋霍尔层接触的第一磁性多层膜结构，包括多个第一磁性层和位于相邻的第一磁性层之间的第一非磁中间层。所述自旋霍尔层可用于接收面内电流，以翻转所述第一磁性多层膜结构的磁矩。另一些实施例还提供自旋轨道力矩磁随机存储器和逻辑器件，其中自旋霍尔层用于翻转包括在自由磁层中的磁性多层膜结构的磁矩。本发明专利技术能够在不需要等效磁层的情况下翻转磁性多层膜结构的磁矩，从而提高了磁器件的结构简洁性和性能可靠性。件的结构简洁性和性能可靠性。件的结构简洁性和性能可靠性。

【技术实现步骤摘要】
自旋轨道力矩自旋霍尔器件、磁随机存储器和逻辑器件


[0001]本专利技术总体上涉及自旋电子学领域，更特别地，涉及一种自旋轨道力矩磁器件，其不需要等效磁场就能够实现可靠的磁矩翻转，所述磁器件可包括磁随机存取存储器、自旋逻辑器件和自旋霍尔器件等。

技术介绍

[0002]与自旋转移力矩(STT)效应相比，自旋轨道力矩(SOT)效应不需要施加流经器件的垂直电流，而仅施加流经自旋霍尔层的面内电流，即可翻转与自旋霍尔层接触的自由磁层的磁矩，因此为研制高速度、常寿命的磁器件带来希望。现阶段，当利用SOT效应来翻转自由磁层的磁矩时，通常还需要借助一个辅助磁场，其可以是外加磁场(例如奥斯特磁场)或者等效磁场(例如偏置磁场)，才能实现SOT磁矩翻转。在零外加磁场的条件下，这一辅助的等效磁场可以通过交换偏置效应或者层间磁耦合效应来提供。例如，本申请人的题为“电流驱动型磁随机存取存储器和自旋逻辑器件”的在先专利技术专利CN105280214B就公开了利用等效磁场来辅助翻转自由磁层的磁随机存取存储器和自旋逻辑器件，其全文通过引用合并于此，作为参考。然而，这种提供等效磁场的结构增大了器件复杂度，而且需要额外的加工步骤，不利于器件的实际应用。此外，等效磁场可能受某些环境因素例如温度或者环境磁场的影响而失效，使得自由磁层的磁矩不能翻转，最终导致器件故障。

技术实现思路

[0003]针对以上和其他技术问题，提出了本专利技术。在本专利技术中，利用磁薄膜间的层间DM耦合效应(Interlayer Dzyaloshinsky
‑r/>Moriya effect)和自旋轨道力矩的联合效应，便能方便地实现磁矩的确定性翻转，而无需进一步依赖其他偏置磁层(如面内交换耦合层或反铁磁交换偏置)的作用。以此磁结构作为磁器件中的可翻转自由磁层，能够提高磁器件的结构简洁性和性能可靠性。
[0004]本专利技术的一实施例提供一种自旋霍尔器件，包括：自旋霍尔层；以及形成在所述自旋霍尔层上并且与所述自旋霍尔层接触的第一磁性多层膜结构，包括：多个第一磁性层；以及位于相邻的第一磁性层之间的第一非磁中间层，其中，所述自旋霍尔层用于接收面内电流，以翻转所述第一磁性多层膜结构的磁矩。
[0005]在一些实施例中，所述第一非磁中间层在相邻的第一磁性层之间诱导DM耦合效应，以使得所述多个第一磁性层彼此DM耦合。所述自旋霍尔层在接收面内电流时，向所述第一磁性多层膜结构施加自旋轨道力矩，从而在所述自旋轨道力矩和所述DM耦合效应的共同作用下翻转所述第一磁性多层膜结构的磁矩。
[0006]在一些实施例中，所述面内电流的方向与所述第一磁性多层膜结构中的DM耦合效应的矢量方向不相互垂直。
[0007]在一些实施例中，所述面内电流的方向与所述第一磁性多层膜结构中的DM耦合效应的矢量方向相互平行。
[0008]在一些实施例中，所述第一非磁中间层由具有自旋霍尔效应的非磁导电材料形成。
[0009]在一些实施例中，所述自旋霍尔器件还包括：形成在所述第一磁性多层膜结构上的非磁耦合层；以及形成在所述非磁耦合层上的第二磁性多层膜结构，包括：多个第二磁性层；以及位于相邻的第二磁性层之间的第二非磁中间层，其中，所述非磁耦合层在所述第一磁性多层膜结构和所述第二磁性多层膜结构之间诱导铁磁耦合或者反铁磁耦合。
[0010]在一些实施例中，所述自旋霍尔器件还包括：形成在所述第一磁性多层膜结构上的非磁耦合层；以及形成在所述非磁耦合层上的第二磁性层，其中，所述非磁耦合层在所述第一磁性多层膜结构和所述第二磁性层之间诱导铁磁耦合或者反铁磁耦合。
[0011]本专利技术的另一实施例提供一种磁器件，包括：自旋霍尔层；形成在所述自旋霍尔层上的自由磁层；形成在所述自由磁层上的中间层；以及形成在所述中间层上的参考磁层，其中，所述自由磁层包括第一磁性多层膜结构，所述第一磁性多层膜结构包括：多个第一磁性层，所述多个第一磁性层中的一个与所述自旋霍尔层接触；以及位于相邻的第一磁性层之间的第一非磁中间层，且其中，所述自旋霍尔层用于接收面内电流，以翻转所述第一磁性多层膜结构的磁矩。
[0012]在一些实施例中，所述第一非磁中间层在相邻的第一磁性层之间诱导DM耦合效应，以使得所述多个第一磁性层彼此DM耦合。所述自旋霍尔层在接收面内电流时，向所述第一磁性多层膜结构施加自旋轨道力矩，从而在所述自旋轨道力矩和所述DM耦合效应的共同作用下翻转所述第一磁性多层膜结构的磁矩。
[0013]在一些实施例中，所述面内电流的方向与所述第一磁性多层膜结构中的DM耦合效应的矢量方向不相互垂直。
[0014]在一些实施例中，所述面内电流的方向与所述第一磁性多层膜结构中的DM耦合效应的矢量方向相互平行。
[0015]在一些实施例中，所述第一非磁中间层由具有自旋霍尔效应的非磁导电材料形成。
[0016]在一些实施例中，所述自由磁层还包括：形成在所述第一磁性多层膜结构上的非磁耦合层；以及形成在所述非磁耦合层上的第二磁性多层膜结构，包括：多个第二磁性层；以及位于相邻的第二磁性层之间的第二非磁中间层，其中，所述非磁耦合层在所述第一磁性多层膜结构和所述第二磁性多层膜结构之间诱导铁磁耦合或者反铁磁耦合。
[0017]在一些实施例中，所述自由磁层还包括：形成在所述第一磁性多层膜结构上的非磁耦合层；以及形成在所述非磁耦合层上的第二磁性层，其中，所述非磁耦合层在所述第一磁性多层膜结构和所述第二磁性层之间诱导铁磁耦合或者反铁磁耦合。
[0018]在一些实施例中，所述自由磁层、所述中间层和所述参考磁层形成自旋阀结构或磁隧道结结构。在所述自旋阀结构中，所述中间层包括非磁导电材料；在所述磁隧道结结构中，所述中间层包括非磁绝缘材料。
[0019]在一些实施例中，上面描述的磁器件可以用作磁随机存储器或者自旋逻辑器件。
[0020]本专利技术的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对示例性实施例的描述变得显而易见。
附图说明
[0021]图1是根据本专利技术一实施例的自旋霍尔器件的结构示意图。
[0022]图2是根据本专利技术另一实施例的自旋霍尔器件的结构示意图。
[0023]图3是根据本专利技术另一实施例的自旋霍尔器件的结构示意图。
[0024]图4是根据本专利技术一实施例的自旋阀或隧道结磁器件的结构示意图。
[0025]图5是根据本专利技术另一实施例的自旋阀或隧道结磁器件的结构示意图。
[0026]图6是根据本专利技术另一实施例的自旋阀或隧道结磁器件的结构示意图。
具体实施方式
[0027]下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。注意，附图可能不是按比例绘制的。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
[0028]图1是根据本专利技术一实施例的自旋霍尔器件100的结构示意图。参照图1，自旋霍尔器件100包括自旋霍尔层110，形成在自旋霍尔层110上的磁性多层膜120，以及形成在磁性多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自旋霍尔器件，包括：自旋霍尔层；以及形成在所述自旋霍尔层上并且与所述自旋霍尔层接触的第一磁性多层膜结构，包括：多个第一磁性层；以及位于相邻的第一磁性层之间的第一非磁中间层，其中，所述自旋霍尔层用于接收面内电流，以翻转所述第一磁性多层膜结构的磁矩。2.如权利要求1所述的自旋霍尔器件，其中，所述第一非磁中间层在相邻的第一磁性层之间诱导DM耦合效应，以使得所述多个第一磁性层彼此DM耦合，且所述自旋霍尔层在接收面内电流时，向所述第一磁性多层膜结构施加自旋轨道力矩，从而在所述自旋轨道力矩和所述DM耦合效应的共同作用下翻转所述第一磁性多层膜结构的磁矩。3.如权利要求2所述的自旋霍尔器件，其中，所述面内电流的方向与所述第一磁性多层膜结构中的DM耦合效应的矢量方向不相互垂直。4.如权利要求2所述的自旋霍尔器件，其中，所述面内电流的方向与所述第一磁性多层膜结构中的DM耦合效应的矢量方向相互平行。5.如权利要求2所述的自旋霍尔器件，其中，所述第一非磁中间层由具有自旋霍尔效应的非磁导电材料形成。6.如权利要求1所述的自旋霍尔器件，还包括：形成在所述第一磁性多层膜结构上的非磁耦合层；以及形成在所述非磁耦合层上的第二磁性多层膜结构，包括：多个第二磁性层；以及位于相邻的第二磁性层之间的第二非磁中间层，其中，所述非磁耦合层在所述第一磁性多层膜结构和所述第二磁性多层膜结构之间诱导铁磁耦合或者反铁磁耦合。7.如权利要求1所述的自旋霍尔器件，还包括：形成在所述第一磁性多层膜结构上的非磁耦合层；以及形成在所述非磁耦合层上的第二磁性层，其中，所述非磁耦合层在所述第一磁性多层膜结构和所述第二磁性层之间诱导铁磁耦合或者反铁磁耦合。8.一种磁器件，包括：自旋霍尔层；形成在所述自旋霍尔层上的自由磁层；形成在所述自由磁层上的中间层；以及形成在所述中间层上的参考磁层，其中，所述自由磁层包括第一磁性多层膜结构，所述第一磁性多层膜结构包括：多个第一磁性层，所述多个第一磁性层中的一...

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