[发明专利]用于改善的切换效率的自旋轨道转矩位设计

说明书

一种用于非易失性存储器单元的方法；特别地，一种自旋轨道转矩MRAM(SOT‑MRAM)存储器单元，其降低切换单独位所需的电流。存储器单元包含具有第一纵轴的第一互连线、具有长轴的椭圆形MTJ位(“位”)以及第二互连线，其中该第二互连线具有垂直于第一互连线的第二纵轴。位包含极化自由层、势垒层以及极化参考层，该极化参考层具有钉扎为与长轴不同的角度的磁矩。通过将长轴设置为相对于所描述的第一纵轴和第二纵轴和参考层成角度，并且向互连线施加电压，可以在自由层与自旋电流或拉什巴场之间引起非零平衡角度，导致更加连贯的切换动力学。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及一种非易失性存储器，更特别地，涉及一种具有改善的自旋转矩效率的磁致电阻式随机存取存储器(MRAM)。

背景技术

计算机的核心为磁记录装置，其典型地可以包含旋转磁性介质或固态介质装置。现今存在若干不同的存储器技术，用于储存计算系统中使用的信息。这些不同的存储器技术总体上可以分为两个主要类别：易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器可以总体上指代需要电源来保有存储的数据的计算机存储器。另一方面，非易失性存储器可以总体上指代不需电源来保有存储的数据的计算机存储器。非易失性存储器的示例可以包含只读存储器(ROM)、磁致电阻式RAM(MRAM)以及闪存存储器——比如NOR和NAND闪存，等等。

近来，MRAM作为下一代非易失性存储器已经引起越来越多的关注。MRAM提供快速访问时间、几乎无限的读/写耐久性、辐射硬度以及高存储密度。与传统的RAM芯片技术不同，MRAM数据不存储为电荷，而是使用磁矩存储数据位。MRAM装置可以含有由两个磁性极化层形成的存储器单元件，每个磁性极化层可以保持磁性极化场，该磁性极化层由薄绝缘层隔开的，其一同形成磁隧道结(MTJ)位。薄绝缘层可以是势垒层。MTJ存储器位可设计为MTJ位结构相对于膜表面的平面内或垂直磁化。两个磁性层中的一个是设置为特定极性的永磁体(即，具有固定的磁化)；另一层的极化将在比如强磁场或自旋极化电流的外部写入机制的影响下改变(即，具有自由磁化)。因此，单元具有两个稳定状态，其允许单元充当非易失性存储器单元。

采用MTJ存储器位的一种类型的MRAM为自旋扭矩转换MRAM(STT-MRAM)，其中使用自旋极化电流来写入位状态。然而，典型地，切换单元的状态需要大量的写入电流。随着时间推移，由于电流的量，势垒层可能被击穿，使得MTJ无法运行。此外，在STT-MRAM装置中，可能难以在不干扰相邻的MTJ位的情况下隔离单个MTJ位以用于写入，并且为了选择单独的MTJ位，可能需要大的晶体管。

因此，本领域需要改善的MRAM装置，其能够在不干扰相邻的MTJ位的情况下选择单独MTJ位，并且还能够增强写入电流的效率，以避免势垒层的击穿。

发明内容

本公开总体上涉及一种非易失性存储器装置，并且特别地，涉及一种自旋轨道转矩MRAM(SOT-MRAM)存储器单元，其提供切换单独的位所需的电流的量的减少以及切换可靠性的增强。SOT-MRAM存储器单元包含第一互连线、椭圆形MTJ位以及第二互连线，该第一互连线具有第一纵轴，该椭圆形MTJ位具有长轴，并且该第二互连线具有第二纵轴，第二纵轴定向为垂直于第一互连线。椭圆形MTJ位的长轴设置为相对于第一纵轴和第二纵轴成角度。MTJ位包含磁性极化自由层、用于解耦磁性层的势垒层以及具有磁矩的磁性极化参考层，该磁矩钉扎在与MTJ位的长轴不同的角度处。通过选择将MTJ位的长轴定向为相对于第一纵轴和第二纵轴成角度，并且将MTJ参考层矩定向为与MTJ位的长轴不同的角度，可以在自由层矩与通过施加在MTJ位上的电压与沿互连线的电压的某些组合引起的自旋电流/拉什巴场(Rashba field)之间引起非零平衡角度，导致更加连贯的切换动力学以及缩短的逆转潜伏时间。