[发明专利]一种无需外部磁场的自旋轨道动量矩磁存储器

摘要

一种无需外部磁场的自旋轨道动量矩磁存储器，该存储器SOT-MTJ基于垂直磁各向异性，除了包含有传统MTJ结构中的自由层、隧穿势垒层、参考层和反铁磁金属层，还额外添加了一层非铁磁金属层，并且优化了反铁磁金属层的材料，以及改进了隧穿势垒层的形状；该SOT-MTJ结构从下到上依次为底电极，非铁磁金属层，铁磁金属层一即自由层，楔形隧穿势垒层，铁磁金属层二即参考层，反铁磁金属层及顶电极共七层。本发明无需外部磁场即可进行写入操作，因而较之前的SOT-MRAM能耗更低，随工艺节点降低的等比微缩性也更优秀。

主权项

一种无需外部磁场的自旋轨道动量矩磁存储器，其特征在于：该存储器SOT‑MTJ基于垂直磁各向异性，除了包含有传统MTJ结构中的自由层、隧穿势垒层、参考层和反铁磁金属层，还额外添加了一层非铁磁金属层，并且优化了反铁磁金属层的材料，以及改进了隧穿势垒层的形状；该SOT‑MTJ结构从下到上依次为底电极，非铁磁金属层，铁磁金属层一即自由层，楔形隧穿势垒层，铁磁金属层二即参考层，反铁磁金属层及顶电极共七层：所述底电极材料是钽Ta、铂Pt、钨W或铜Cu中的一种；所述非铁磁金属层材料是铜Cu,金Au,钌Ru,钽Ta,铪Hf中的一种，目的是增强自旋极化电流的传递，降低写入功耗；所述铁磁金属层一即自由层材料是混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe中的一种，这些混合金属材料中各个元素组成不一样，用于存储数据；所述楔形隧穿势垒层材料是氧化镁MgO或三氧化二铝Al₂O₃中的一种，用于产生隧穿效应来传输自旋信号，上界面为楔形，用于代替外部偏置磁场的作用；所述铁磁金属层二即参考层材料是混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe中的一种，这些混合金属材料中各个元素组成不一样；所述反铁磁金属层材料是混合金属材料钴钯CoPd，用于提供对于参考层的扎钉作用，并有助于自由层完成磁化翻转；所述顶电极材料是钽Ta、铝Al或铜Cu中的一种。