抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器及信息存储方法技术

本发明专利技术公开了一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器及信息存储方法。所述抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器包括至少一个磁存储单元，所述磁存储单元包括依次层叠设置的第一反铁磁层、磁性存储层、非磁性层、铁磁固定层以及第二反铁磁层，其中，所述磁性存储层和铁磁固定层的磁矩取向平行或反平行，并且所述磁性存储层的磁矩取向能够随通入所述第一反铁磁层的电流改变，且所述磁性存储层在零磁场时只对应一种电阻状态。本发明专利技术提供的一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器具有抗外部磁场干扰、热稳定性高等特点。热稳定性高等特点。热稳定性高等特点。

【技术实现步骤摘要】
抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器及信息存储方法


[0001]本专利技术磁性随机存储器技术，特别是一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器及信息存储方法。

技术介绍

[0002]现有磁性随机存储器的磁隧道结的核心结构如图1a所示，其隧穿磁阻效应的原理如图1b所示；磁性随机存储器是指以磁电阻性质来存储数据的随机存储器，它采用磁化的方向不同所导致的磁电阻不同来记录0和1。
[0003]作为磁性随机存储器，两个磁性层的磁矩平行或者反平行排列，磁电阻表现为低电阻或者高电阻状态，对应存储器的“0”和“1”；通过固定一层磁性层的磁矩取向，用电流或者磁场调控另一磁性层磁矩的方向，从而获得高低电阻状态，用于存储信息。如图2所示，现有的磁性随机存储器的磁性存储层在磁场为零时存在高电阻和低电阻两个状态，电流将存储信息设置为“1”，这个过程是信息的写入，然后读取信息的时候，如果有外部磁场的干扰，零磁场的存储信息可能被破坏，变为“0”。这是一种非易失性存储器技术，正在作为一种主流的数据存储技术被业界所广泛接受，关键属性有非易失性、低电压工作、无限次读写的耐用性、快速读写操作，并且作为后端技术而容易集成。这些特性使得磁性随机访问存储器有可能替代各种应用中的许多类型存储器，只要外部磁场不改变，磁化的方向就不会变化，所以外部的干扰磁场对存储信息稳定性的影响很大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器及信息存储方法，从而克服现有技术中的不足。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器，包括至少一个磁存储单元，
[0007]所述磁存储单元包括沿指定方向依次层叠的第一反铁磁层、磁性存储层、非磁性层、铁磁固定层以及第二反铁磁层，所述磁性存储层和铁磁固定层的磁矩取向平行或反平行，所述磁性存储层被所述第一反铁磁层钉扎，所述铁磁固定层被所述第二反铁磁层钉扎，并且所述磁性存储层的磁矩取向能够随所述第一反铁磁层中产生的自旋电流改变，所述磁性存储层在零磁场时只对应一种电阻状态。
[0008]本专利技术实施例还提供了一种信息存储方法，包括：
[0009]提供所述的抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器；
[0010]设定所述自旋轨道磁性随机存储器在初始状态下存储有第一信息；
[0011]以第一反铁磁层在平行于膜平面的方向上的一端及第二反铁磁层作为第一电极，并以第一反铁磁层在平行于膜平面的方向上的另一端作为负极，向所述第一反铁磁层内输入电流，使磁性存储层的磁矩取向改变，从而在所述自旋轨道磁性随机存储器内存储第二
信息。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：本专利技术提供的一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器的能够抵抗外部磁场干扰，具有热稳定性高的特点。
附图说明
[0013]图1a是现有技术中的一种磁性随机存储器的磁隧道结的核心结构示意图；
[0014]图1b是现有技术中的一种磁性随机存储器的隧穿磁阻效应的原理图；
[0015]图2是现有技术中的一种磁性随机存储器的隧穿磁阻效应的原理图；
[0016]图3是本专利技术一典型实施案例中提供的一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器的单个磁性存储单元的结构示意图；
[0017]图4是本专利技术一典型实施案例中提供的另一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器的单个磁性存储单元的结构示意图；
[0018]图5是本专利技术一典型实施案例中提供的一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器的原理示意图；
[0019]图6a、图6b、图6c分别是本专利技术一典型实施案例中提供的一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器的磁性存储单元的初始状态、信息写入、信息读取下的原理示意图；
[0020]图7是本专利技术实施例1中一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器工作状态下的结构示意图；
[0021]图8是本专利技术实施例1中一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器的测试结果；
[0022]图9是本专利技术实施例2中一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器工作状态下的结构示意图；
[0023]图10是本专利技术实施例2中一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器的测试结果。
具体实施方式
[0024]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0025]本专利技术实施例提供了一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器，包括至少一个磁存储单元，
[0026]所述磁存储单元包括沿指定方向依次层叠的第一反铁磁层、磁性存储层、非磁性层、铁磁固定层以及第二反铁磁层，所述磁性存储层和铁磁固定层的磁矩取向平行或反平行，所述磁性存储层被所述第一反铁磁层钉扎，所述铁磁固定层被所述第二反铁磁层钉扎，并且所述磁性存储层的磁矩取向能够随所述第一反铁磁层中产生的自旋电流改变，所述磁性存储层在零磁场时只对应一种电阻状态。
[0027]在一具体实施方式中，所述第一反铁磁层、第二反铁磁层为单层结构。
[0028]在一具体实施方式中，所述单层结构的材质包括但不限于IrMn、PtMn、FeMn、Mn3Sn、CuMnSn、Mn2Au中的任意一种合金。
[0029]在一具体实施方式中，所述单层结构的厚度为3
‑
30nm。
[0030]在另一具体实施方式中，所述第一反铁磁层、第二反铁磁层为多层结构，所述多层
结构包括两层铁磁薄膜和设置在两层铁磁薄膜之间的非磁性薄膜。
[0031]在一具体实施方式中，所述铁磁薄膜的材质包括但不限于CoFe、NiFe、CoFeB、FeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、Fe、Co中的任意一种或两种以上的组合。
[0032]在一具体实施方式中，所述非磁性薄膜的材质包括但不限于Ru、Ir、Cu、Ta中的任意一种或两种以上的组合。
[0033]在一具体实施方式中，所述磁性存储层和铁磁固定层的材质包括但不限于CoFe、NiFe、CoFeB、FeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、Fe、Co中的任意一种或两种以上的组合。
[0034]在一具体实施方式中，所述磁性存储层或铁磁固定层的磁矩取向与自身的薄膜平面的方向平行或垂直。
[0035]在一具体实施方式中，所述磁性存储层的磁矩取向能够随所述第一反铁磁层中产生的自旋电流产生0
‑
180
°
的转变。
[0036]在一具体实施方式中，在向所述第一反铁磁层输入所述的电流时，是以所述第一反铁磁层在平行于膜平面的方向上的一端及第二反铁磁层作为第一电极，并以所述第一反铁磁层在平行于膜平面的方向上的另一端作为第二电极。
[0037]在一具体实施方式中，所述非磁性层的材质包括但不限于MgO、Al2O3、Cu中的任意一种。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器，其特征在于包括至少一个磁存储单元，所述磁存储单元包括沿指定方向依次层叠的第一反铁磁层、磁性存储层、非磁性层、铁磁固定层以及第二反铁磁层，所述磁性存储层和铁磁固定层的磁矩取向平行或反平行，所述磁性存储层被所述第一反铁磁层钉扎，所述铁磁固定层被所述第二反铁磁层钉扎，并且所述磁性存储层的磁矩取向能够随所述第一反铁磁层中产生的自旋电流改变，所述磁性存储层在零磁场时只对应一种电阻状态。2.根据权利要求1所述的抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器，其特征在于：所述第一反铁磁层、第二反铁磁层为单层结构；优选的，所述单层结构的材质包括IrMn、PtMn、FeMn、Mn3Sn、CuMnSn、Mn2Au中的任意一种合金；优选的，所述单层结构的厚度为3
‑
30nm。3.根据权利要求1所述的抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器，其特征在于：所述第一反铁磁层、第二反铁磁层为多层结构，所述多层结构包括两层铁磁薄膜和设置在两层铁磁薄膜之间的非磁性薄膜；优选的，所述铁磁薄膜的材质包括CoFe、NiFe、CoFeB、FeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、Fe、Co中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述非磁性薄膜的材质包括Ru、Ir、Cu、Ta中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器，其特征在于：所述磁性存储层和铁磁固定层的材质包括CoFe、NiFe、CoFeB、FeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、Fe、Co中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述磁性存储层或铁磁固定层的磁矩取向与自身的薄膜平面的方向平行或垂直。5.根据权利要求1所述的抗磁场干扰的自旋轨道磁性随机存储器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：方彬，范亚明，曾中明，
申请(专利权)人：江西省纳米技术研究院，
类型：发明
国别省市：