[发明专利]基于竞争自旋流控制磁随机存储器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构，其特征在于，包括：

衬底；

缓冲层，形成于所述衬底上；

自旋轨道耦合层，形成于所述缓冲层上，自旋轨道耦合层包括两个自旋霍尔角相反的第一自旋轨道耦合层和第二自旋轨道耦合层，所述第一自旋轨道耦合层形成于缓冲层上，所述第二自旋轨道耦合层形成于第一自旋轨道耦合层上；

磁隧道结层，形成于自旋轨道耦合层上，包括：磁自由层、隧穿绝缘层、磁钉扎层和反铁磁层，所述磁自由层形成于自旋轨道耦合层上，所述隧穿绝缘层形成于磁自由层上，所述磁钉扎层形成于隧穿绝缘层上，所述反铁磁层形成于磁钉扎层上；

保护层，形成于反铁磁层上。

2.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤S1：在衬底上生长缓冲层；

步骤S2：在缓冲层上生长自旋轨道耦合层；

步骤S3：在自旋轨道耦合层上生长磁隧道结层；

步骤S4：在反铁磁层之上生长保护层。

3.根据权利要求2所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，自旋轨道耦合层由两层精确控制厚度为1～2nm的自旋霍尔角相反的材料组成。

4.根据权利要求2所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中包含以下步骤：

步骤S3-1：在自旋轨道耦合层上生长磁隧道结层中的磁自由层；

步骤S3-2：在磁自由层上生长隧穿绝缘层；

步骤S3-3：在隧穿绝缘层上生长磁钉扎层；

步骤S3-4：在磁钉扎层上生长反铁磁层；

其中，磁自由层的易磁化方向为垂直或平行于磁自由层的表面方向；隧穿绝缘层厚度控制在0.5～3nm；磁钉扎层的易磁化方向为垂直或平行于磁钉扎层的表面方向。

5.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器，其特征在于，包括：

衬底；

缓冲层，形成于所述衬底上；

形成阵列排布的多个结构单元，形成于所述缓冲层上，每个结构单元包括：权利要求1中的所述自旋轨道耦合层单元和所述磁隧道结单元。

6.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤S1’：在权利要求2制备的多层膜结构上，通过光刻或电子束曝光的方法，制备出阵列图形，通过湿法刻蚀或干法刻蚀的方法，制备出形成阵列排布的多个结构单元，每个结构单元包括：自旋轨道耦合层单元和磁隧道结单元；

步骤S2’：在各个磁隧道结单元之间，生长一层金属，连接各个磁隧道结单元之间的缓冲层，再通过热氧化/沉积法/溅射法，生长绝缘氧化材料SiO₂/AlO_x填充于磁隧道结单元之间，作为氧化绝缘层，其中氧化绝缘层与保护层的上表面平齐；

步骤S3’：在氧化绝缘层上生长一层金属，连接各个磁隧道结单元以及保护层，且蚀刻为平行于底电极排列方向且互相平行的条状结构作为顶电极。

7.根据权利要求6所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法，其特征在于，在步骤S2’中，金属层厚度与自旋轨道耦合层的厚度相同，或小于自旋轨道耦合层的厚度，并蚀刻为垂直于底电极排列方向，且相互平行的条状结构作为中间电极，生长的氧化绝缘层与保护层的上表面平齐。

8.根据权利要求6所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法，其特征在于，还包括：利用外加磁场初始化所述磁随机存储器。

9.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器构成的可编译逻辑器件，其特征在于，由多个权利要求5所述的基于竞争自旋流控制磁随机存储器串联或并联组成逻辑门。

10.根据权利要求9所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器构成的可编译逻辑器件，其特征在于，当对所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输入负脉冲电压时，所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输出为低隧穿电阻，对应低电平，对所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输入正脉冲电压时，所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输出为高隧穿电阻，对应高电平。