[发明专利]基于人工反铁磁固定层的磁性结构及SOT-MRAM

权利要求书

1.一种基于人工反铁磁固定层的磁性结构的自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于：

包括一个电场调控的基于人工反铁磁固定层的磁性隧道结及一个自旋轨道矩材料层构成的磁性结构；

还包括四个电极，第一电极与第二电极分别置于自旋轨道矩材料层两侧，第三电极与第四电极分别置于磁性隧道结固定层外侧与绝缘层外侧，其中绝缘层与自旋轨道矩材料层近邻并与自由层相对；通过调节第三电极与第四电极电势差从而产生电场，所述人工反铁磁装置可以通过电场调控实现固定层反铁磁耦合增强；

或第一电极与第二电极分别置于自旋轨道矩材料层两侧，第三电极与第四电极分别置于磁性隧道结固定层外侧与绝缘层外侧，其中绝缘层与第三电极近邻并与第三电极相对；通过调节第一电极或第二电极与第四电极电势差从而产生电场，所述人工反铁磁装置可以通过电场调控实现固定层反铁磁耦合增强。

2.一种权利要求1所述的自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于：包括一个基于人工反铁磁固定层的磁性隧道结和一个自旋轨道矩材料层，且磁性隧道结固定层的反铁磁耦合受电场调控，磁化方向垂直指向面外或平行于面内。

3.根据权利要求2所述的自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于：

所述磁性隧道结为一个三明治结构，由一个基于人工反铁磁装置的固定层、一个自由层和一个非磁性势垒层构成，其中基于人工反铁磁装置的固定层和自由层为磁性层，磁性层磁化方向垂直指向面外或平行于面内，非磁性势垒层位于二者之间；

人工反铁磁装置的直径为1nm～100nm，且处于反铁磁态；将其置于外电场中，在0.1V～15V范围内，通过调节外加电场的电压来改变电场强度，使其反铁磁耦合强度增强。

4.根据权利要求3所述的自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于：

所述基于人工反铁磁装置的固定层为第一层铁磁层-非磁性间隔层-第二层铁磁层的垂直三明治堆叠结构；

所述第一层及第二层铁磁层的磁化方向垂直指向面外或平行于面内；

所述铁磁层材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)_p、(Co/Pd)_m或(Co/Pt)_n，其中m、n、p是指多层堆叠的重复次数；

所述非磁性间隔层材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种，且厚度在0.1nm～10nm。

5.根据权利要求3所述的自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于：

所述自由层由铁磁性或亚铁磁性金属及其合金制成，选自Fe、Co、Ni、Mn、NiFe、FePd、FePt、CoFe、CoPd、CoPt、YCo、LaCo、PrCo、NdCo、SmCo、CoFeB、BiMn或NiMnSb，及其与B、Al、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、Pd或Pt中的一种或多种；

或由合成铁磁性或亚铁磁性材料制成，选自3d/4d/4f/5d/5f/稀土金属层堆叠的人造多层结构Co/Ir、Co/Pt、Co/Pd、CoCr/Pt、Co/Au或Ni/Co；

或由半金属铁磁材料制成，包括形式为XYZ或X₂YZ的Heusler合金，其中X选自Mn、Fe、Co、Ni、Pd或Cu中的一种或多种，Y选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni中的一种或多种，Z选自Al、Ga、In、Si、Ge、Sn或Sb中的一种或多种；

或由合成反铁磁材料制成，包括铁磁层与间隔层，其中铁磁层材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)_p、(Co/Pd)_m或(Co/Pt)_n，m、n、p是指多层堆叠的重复次数；间隔层材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种。