[发明专利]一种基于自旋轨道转矩的电流调控磁性随机存储器

说明书

本发明公开了一种基于自旋轨道转矩的电流调控磁性随机存储器。本发明从上到下依次为保护层、薄膜层、导电层、缓冲层，所述导电层用于接入控制电流，从而调控薄膜层垂直各向异性的大小，来调节磁性随机存储器的电阻。其中薄膜层和缓冲层经过刻蚀微纳加工成的结构为十字结构，所述的薄膜层从上到下由Pt、Co、Pt、Co结构构成，当沿平行于传感器件厚度方向通入的调控电流Is为一固定值时，传感器件横向两电极通入恒定电流I，检测薄膜层的电阻值的变化，当连续通入同一方向固定电流时电阻会连续改变其阻值。本发明可以通过电流调控，实现高效存储。

技术领域

本发明属于磁性随机存储器领域，具体涉及一种基于自旋轨道转矩的通过电流驱动的磁性随机存储器。

技术背景

上世纪80年代，John Slonczewski和Luc Berger提出了自旋转移力矩的概念：具有自旋极化的电子流可以将角动量从一个磁体中传到另一个磁体之上，激发自旋波甚至可以转变磁化方向。基于强自旋轨道耦合产生的自旋流也会以力矩的方式来影响近邻的磁性材料，即自旋轨道转矩。当自旋轨道转矩应用于技术领域的时候，人们最关心的问题便是电荷流与自旋流之间的转换效率，转换效率越高就意味着器件的工作能耗越小。因此，物理学家不断探究不同材料不同结构中自旋流和电荷流之间的转换效率，希望发现影响转换效率的物理机制，并找到转换效率更高的材料。

相比于现有的磁性随机存储器，基于自旋轨道转矩的磁性随机存储器优势在于具有更小的体积、更低的功耗，更小的噪声，且是一种具有大规模制备的工艺比较容易实现的磁性随机存储器。

发明内容

本发明属于磁性随机存储器领域，具体涉及一种基于自旋轨道转矩的通过电流驱动的磁性随机存储器。

一种基于自旋轨道转矩的通过电流驱动的磁性随机存储器，结构为：从上到下依次为保护层、薄膜层、导电层、缓冲层，所述导电层用于接入控制电流，从而调控薄膜层垂直各向异性的大小，来调节磁性随机存储器的电阻；其中保护层、薄膜层、导电层、缓冲层经过刻蚀微纳加工成的结构为十字结构，所述的薄膜层从上到下由Pt、Co、Pt、Co、Pt结构构成，两层Pt的厚度均为0.2-0.3nm，上层Co的厚度为0.4-0.6nm,下层Co的厚度为1.0-1.2nm或者上层Co的厚度为1.0-1.2nm,下层Co的厚度为0.4-0.6nm。当沿垂直于传感器件厚度方向通入的调控电流Is时，传感器件横向两电极通入测量电压Us，检测薄膜层的电阻值的变化，当连续通入同一方向不同大小电流时电阻会连续改变至极值。

作为优选，所述保护层应为保护材料，为Ta，厚度为3-5nm。

作为优选，所述导电层应为导电材料，为Pt，厚度为5nm。

作为优选，所述的缓冲层为缓冲材料，为Ta，厚度为3-5nm。

所述的Ta层用作缓冲层，目的在于防止取向生长时，薄膜形貌的连续在受热时被破坏。薄膜层中四层Co/Pt的作用是通过改变上下两层的厚度来改变其垂直各向异性。当上下两层Co/Pt具有不同的垂直各向异性时，其对称性就会被破坏，使其当通过电流时无需外加磁场就会使得磁畴根据自旋流的方向而慢慢发生偏转，从而改变电阻大小。

由Pt构成的导电层的作用是为薄膜层的Co/Pt双层膜磁畴翻转提供必要的自旋流。

一种基于自旋轨道转矩的电流调控磁性随机存储器的制备方法为：先在硅基片上溅射Ta层、Pt层、Co层、Pt层、Co层、Pt层、Ta层；然后经过刻蚀微纳加工成十字结构，继续在十字结构的四个引脚上给预留的位置镀上电极。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、相比于现有的磁性存储器，自旋轨道转矩的电流调控磁性随机存储器的存储方式只依赖于电流，存储密度更高。

2、相比于传统的随机存储器件，基于自旋轨道转矩的磁性随机存储器的体积小能耗低，并具有非易失性。

附图说明