光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件技术

本发明专利技术公开了一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件；其中，光刻胶辅助局域加热的磁存储单元包括：衬底；自旋轨道耦合层，位于衬底上，通过在自旋轨道耦合层施加电流产生垂直于自旋轨道耦合层表面方向的自旋流；磁性自由层，位于自旋轨道耦合层上，磁性自由层包括遮挡区域和加热区域，遮挡区域上覆盖有光刻胶，通过对磁性自由层的加热区域进行加热产生磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，并联合自旋流使磁性自由层的磁矩发生定向翻转。本发明专利技术可以仅使需要局域加热的位置暴露，而其它位置被光刻胶覆盖，利用光刻工艺(包括浸入式光刻工艺和极紫外光刻工艺等)，其图形可以做到纳米级别，可以实现器件的小型化、提高器件的集成度。

Photoresist assisted local heating magnetic memory cell, preparation method and logic device

【技术实现步骤摘要】
光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件
本专利技术涉及信息技术及微电子领域，尤其涉及一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件。
技术介绍
当今信息社会，利用电子自旋进行信息的处理和存储受到全世界广泛关注和研究，包括磁纳米逻辑、全自旋逻辑、磁隧道结作为逻辑运算和存储等。当前商业上大力发展的自旋转移矩-磁随机存储器(STT-MARM)和还处于实验室研究的自旋轨道矩-磁随机存储器(SOT-MRAM)，都是基于存储单元中磁自由层磁化的翻转，导致磁电阻的改变，从而实现信息的存储功能，具有速度快和非易失等优点。基于自旋转移矩-磁随机存储器中磁自由层的磁化翻转靠电流实现，通常需要非常高的电流密度(10b-107A/cm2)，由于大电流通过存储单元结区，不仅导致能耗过大，而且热效应也会极大地降低存储单元的使用寿命。为了降低整个器件的能耗，提高器件的工作寿命，通常有两个途径来实现：第一是利用电压实现隧穿结中磁自由层的磁化翻转；第二是利用自旋轨道矩效应使存储单元中磁自由层发生磁化翻转实现磁性信息的电学写入。由于信息的写和读在不同的通道上，大电流不通过存储单元结区，因此存储单元的能耗大大降低，使用寿命也大大延长。但通常基于自旋轨道矩效应磁性存储需要外加磁场的辅助，不利于存储器件的微型化，会制约信息技术的进一步发展，因此如何利用自旋轨道矩效应在无外磁场下调控磁化的翻转，实现信息存储和处理是信息领域迫切需要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提出了一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，包括：衬底；自旋轨道耦合层，位于所述衬底上，通过在所述自旋轨道耦合层施加电流产生垂直于所述自旋轨道耦合层表面方向的自旋流；磁性自由层，位于所述自旋轨道耦合层上，所述磁性自由层包括遮挡区域和加热区域，所述遮挡区域上覆盖有光刻胶，通过对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，并联合所述自旋流使所述磁性自由层的磁矩发生定向翻转。在一些实施例中，利用光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化。在一些实施例中，在-50℃-200℃零磁场下，利用光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，所述光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的照射加热的轨迹与所述自旋轨道耦合层中施加电流的方向相同或相反。在一些实施例中，还包括导电保护层，位于所述磁性自由层之上。在一些实施例中，所述自旋轨道耦合层在所述衬底上的投影为一字型或十字型，所述自旋轨道耦合层的所述一字型的相对两端或十字型的其中一对相对端用于施加电流。在一些实施例中，在所述磁性自由层和导电保护层之间还包括：中间非磁性层，位于所述磁性自由层之上；磁性钉扎层，位于所述中间非磁性层之上；以及反铁磁层，位于所述磁性钉扎层之上；其中，所述导电保护层，位于反铁磁层之上，同时在所述导电保护层上引出有作为输出端的电极。在一些实施例中，所述自旋轨道耦合层为输出端的一端，所述导电保护层所引出的电极为输出端的另一端。根据本专利技术的另一方面，提供一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成自旋轨道耦合层；在所述自旋轨道耦合层上形成磁性自由层；在所述磁性自由层上涂覆光刻胶，通过光刻工艺中的甩胶、曝光、显影去除所述磁性自由层上的部分光刻胶，由此在所述磁性自由层上形成加热区域和遮挡区域，所述光刻工艺包括浸入式光刻工艺和极紫外光刻工艺；在所述自旋轨道耦合层施加电流产生垂直于所述自旋轨道耦合层表面方向的自旋流；对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，并联合所述自旋流使所述磁性自由层的磁矩发生定向翻转。在一些实施例中，所述加热区域形成于所述磁性自由层上曝光显影之后去除光刻胶的位置，所述遮挡区域形成于所述磁性自由层上曝光显影之后保留光刻胶的位置。根据本专利技术的又一方面，提供一种逻辑器件，包括所述的光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，通过控制所述加热区域位置和施加电流的方向，检测所述磁性自由层中磁矩的翻转，实现异或门逻辑。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的光刻胶辅助局域加热的磁存储单元、制备方法和逻辑器件至少具有以下有益效果其中之一：(1)本专利技术磁性自由层包括光刻胶遮挡区域和加热区域，所述光刻胶遮挡区域上覆盖有光刻胶，这样可以仅使需要局域加热的位置暴露，而其它位置被光刻胶覆盖，利用光刻工艺(包括浸入式光刻工艺和极紫外光刻工艺等)，其图形可以做到纳米级别，可以实现器件的小型化、提高器件的集成度。(2)通过光刻工艺改变加热区域的尺寸大小，由此，本专利技术不限于激光加热方式，还可以利用非激光光照或其它加热退火方式(包括但不限于电子束、离子束或其它辐照)，或不限于退火的其它改性方式(如离子注入等)，实现暴露部位的局域退火或改性，而其它位置因为光刻胶的保护不发生变化，这样可以实现面内电流对垂直磁化层的定向磁化翻转操作。(3)本专利技术还可以实现同一衬底上多个器件的同时制备，简化了工艺、提高了生产效率。(4)本专利技术提通过对磁性自由层的精准照射加热产生成分、结构或磁性的梯度变化，以及在自旋轨道耦合层施加电流后，通过自旋轨道耦合层与磁性自由层界面产生的自旋流诱导梯度变化磁性薄膜的磁矩定向翻转，即可实现无外磁场下调控磁化的翻转，由于不再使用高密度电流通过磁存储单元的结区，可有效降低能耗，热效应得到有效控制，进而延长器件的工作寿命。(5)本专利技术利用-50℃-200℃零磁场下激光或其它光照或其它加热退火方式(包括但不限于电子束、离子束或其它辐照)加热和施加电流产生可控的磁化定向翻转实现磁存储单元的功能。(6)利用磁存储单元构建可编译逻辑功能以及磁存储器，可以非常方便快捷，只用扫描一下存储单元的位置，就可以获得不同功能，实现逻辑，编译等功能。(7)本专利技术通过加热可以实现无外磁场的定向翻转，而通过加热存储单元的不同位置就可以实现器件不同功能，使多个存储单元组成的器件可编译，从而实现存储单元、逻辑器件和存储器件具有工作在-50℃-200℃环境下，无外加磁场依赖、可编译、低功耗等优点；可应用于非易失高密度存储、高速非易失逻辑计算等领域。附图说明图1为本专利技术实施例光刻胶辅助局域加热的磁存储单元的一结构示意图；图2为本专利技术实施例光刻胶辅助局域加热的磁存储单元另一结构示意图；图3为本专利技术实施例可编译逻辑器件结果示意图；图4为本专利技术实施例加密磁随机存储器示意图。...

【技术保护点】
1.一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，其特征在于，包括：/n衬底；/n自旋轨道耦合层，位于所述衬底上，通过在所述自旋轨道耦合层施加电流产生垂直于所述自旋轨道耦合层表面方向的自旋流；/n磁性自由层，位于所述自旋轨道耦合层上，所述磁性自由层包括遮挡区域和加热区域，所述遮挡区域上覆盖有光刻胶，通过对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，并联合所述自旋流使所述磁性自由层的磁矩发生定向翻转。/n

【技术特征摘要】
1.一种光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，其特征在于，包括：
衬底；
自旋轨道耦合层，位于所述衬底上，通过在所述自旋轨道耦合层施加电流产生垂直于所述自旋轨道耦合层表面方向的自旋流；
磁性自由层，位于所述自旋轨道耦合层上，所述磁性自由层包括遮挡区域和加热区域，所述遮挡区域上覆盖有光刻胶，通过对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，并联合所述自旋流使所述磁性自由层的磁矩发生定向翻转。


2.根据权利要求1所述的光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，其特征在于，利用光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化。


3.根据权利要求1所述的光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，其特征在于，在-50℃-200℃零磁场下，利用光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的所述加热区域进行加热产生所述磁性自由层成分、结构或磁性的梯度变化，所述光照或电子束照射或离子束照射对所述磁性自由层的照射加热的轨迹与所述自旋轨道耦合层中施加电流的方向相同或相反。


4.根据权利要求1所述的光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，其特征在于，还包括导电保护层，位于所述磁性自由层之上。


5.根据权利要求1所述的光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，其特征在于，所述自旋轨道耦合层在所述衬底上的投影为一字型或十字型，所述自旋轨道耦合层的所述一字型的相对两端或十字型的其中一对相对端用于施加电流。


6.根据权利要求4所述的光刻胶辅助局域加热的磁存储单元，包括磁隧穿结结构，其特征在于，在所述磁性自由层和导电保护层之间还包括：
中间非磁性层，位于所述磁性自由层之上；
磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王开友，曹易，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11