【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及自旋电子器件，更特别地，涉及一种基于晶体结构具有对称性破缺的自旋霍尔效应材料的磁随机存储器，其能够以简单的结构实现纯电流驱动，还涉及包括该磁随机存储器的电子设备。
技术介绍
1、主要由磁性隧道结构成的磁随机存取存储器(mram，也称为磁随机存储器)是下一代非易失性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)相关。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磁层的磁矩反平行排列时，磁性隧道结的电阻最高，处于高电阻态。这两种电阻状态可以分别对应于信息0和1，或者可以分别对应于信息1和0。
2、目前，已经发展出了三代用于磁随机存取存储器的驱动方式。第一代驱动方式是外磁场驱动，利用彼此垂直的字线和位线来产生奥斯特磁场，当字线和位线产生的奥斯特磁场满足stoner-wohlfarth模型的阈值磁场条件时，磁隧道结中的自由磁层的磁矩将发生翻转。这种驱动方式需要施加大电流，因此功耗很大，所产生的磁场也容易影响周围的存储单元，不利于提高存储密度，而且结构和制造工艺复杂，因此已经基本上被淘汰。
3、第二代驱动方式为自旋转移力矩(stt)驱动，其利用
4、第三代驱动方式是自旋轨道力矩(sot)驱动，其利用具有强自旋轨道耦合效应的材料产生的自旋流来翻转自由磁层的磁矩。与stt翻转方式相比，sot-mram具有更高的数据写入速度和读写分离的特点，写入(翻转)电流不需要流经磁性隧道结，可以克服stt-mram中存在的器件寿命短的问题。因此，sot-mram在未来信息存储领域具有很大的应用潜力。
5、但是，当利用sot来翻转垂直磁矩时，仍需要在面内方向上施加一个辅助外磁场，这严重阻碍了垂直磁结构在sot-mram中的应用。由于垂直磁结构能够实现比面内磁结构更大的存储密度，这也影响了磁存储密度的提高。虽然现有技术中提出了通过设置偏置磁层来提供偏置磁场，或者使用兼具自旋霍尔效应和反铁磁属性的材料来同时提供自旋流和偏置磁场，但是这些方案都有一些缺点。偏置磁层泄露的杂散磁场可能影响周围的存储单元，并且其需要额外的工艺来形成偏置磁层，增加了成本。兼具自旋霍尔效应和反铁磁属性的材料实现了自旋流和偏置磁场两方面的折中，会在一定程度上影响材料的自旋霍尔系数(或者说自旋霍尔角)，因此会增大翻转磁矩所需的临界电流密度。
技术实现思路
1、针对上述问题，提出了本专利技术。
2、本专利技术的一些实施例利用晶体结构具有对称性破缺的自旋霍尔效应材料来作为产生自旋流的功能层，对自由磁层的垂直磁矩进行sot翻转。这种晶体结构具有对称性破缺的自旋霍尔效应材料可包括例如外尔半金属，其是一种具有拓扑能带结构的材料，具有更高的自旋霍尔角，因此能降低进行sot翻转所需的临界电流密度。并且，具有对称性破缺的外尔半金属还能够提供垂直极化的自旋流，可以实现垂直磁矩的零场翻转。
3、根据一实施例，提供一种磁随机存储器，其具有多个存储单元，每个存储单元包括：自旋流产生层，由晶体结构具有对称性破缺的自旋霍尔效应材料形成；形成在所述自旋流产生层上的自由磁层；形成在所述自由磁层上的隧穿势垒层；形成在所述隧穿势垒层上的参考磁层；第一和第二电极，连接到所述自旋流产生层，用于向所述自旋流产生层施加面内写入电流，以翻转所述自由磁层的磁矩方向；以及第三电极，形成在所述参考磁层一侧，用于与所述第一和第二电极中的一个一起施加垂直流过所述参考磁层、所述隧穿势垒层和所述自由磁层的读取电流。
4、在一实施例中，所述晶体结构具有对称性破缺的自旋霍尔效应材料包括外尔半金属材料。
5、在一实施例中，所述外尔半金属材料具有pmn21空间群晶体结构。
6、在一实施例中，所述外尔半金属材料的晶体结构具有镜面对称性破缺。
7、在一实施例中，所述写入电流施加在所述自旋流产生层的晶体结构具有对称性破缺的方向上。
8、在一实施例中，所述自由磁层和所述参考磁层具有垂直磁矩。
9、在一实施例中，所述磁随机存储器还包括：设置在所述自旋流产生层与所述自由磁层之间的缓冲层，所述缓冲层提供用于所述自由磁层的生长表面。
10、在一实施例中，所述缓冲层的厚度小于形成所述缓冲层的材料的自旋扩散长度。
11、根据另一实施例，提供一种电子设备，其包括上述磁随机存储器。
12、在一实施例中，所述电子设备是手机、膝上计算机、台式计算机、平板计算机、媒体播放器、个人数字助理、以及穿戴式电子设备中的一种。
13、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。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种磁随机存储器，具有多个存储单元，每个存储单元包括：
2.如权利要求1所述的磁随机存储器，其中，所述晶体结构具有对称性破缺的自旋霍尔效应材料包括外尔半金属材料。
3.如权利要求2所述的磁随机存储器，其中，所述外尔半金属材料具有Pmn21空间群晶体结构。
4.如权利要求2所述的磁随机存储器，其中，所述外尔半金属材料的晶体结构具有镜面对称性破缺。
5.如权利要求1所述的磁随机存储器，其中，所述写入电流施加在所述自旋流产生层的晶体结构具有对称性破缺的方向上。
6.如权利要求1所述的磁随机存储器，其中，所述自由磁层和所述参考磁层具有垂直磁矩。
7.如权利要求1所述的磁随机存储器，还包括：
8.如权利要求7所述的磁随机存储器，其中，所述缓冲层的厚度小于形成所述缓冲层的材料的自旋扩散长度。
9.一种电子设备，包括权利要求1-8中的任一项所述的磁随机存储器。
10.如权利要求9所述的电子设备，其中，所述电子设备是手机、膝上计算机、台式计算机、平板计算机、媒体播放器、个人数字助理、以
...【技术特征摘要】
1.一种磁随机存储器，具有多个存储单元，每个存储单元包括：
2.如权利要求1所述的磁随机存储器，其中，所述晶体结构具有对称性破缺的自旋霍尔效应材料包括外尔半金属材料。
3.如权利要求2所述的磁随机存储器，其中，所述外尔半金属材料具有pmn21空间群晶体结构。
4.如权利要求2所述的磁随机存储器，其中，所述外尔半金属材料的晶体结构具有镜面对称性破缺。
5.如权利要求1所述的磁随机存储器，其中，所述写入电流施加在所述自旋流产生层的晶体结构具有对称性破缺的方向上。...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雨，许洪军，于国强，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：
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