[发明专利]磁存储单元及SOT-MRAM存储器

说明书

本发明提供一种磁存储单元，包括：底电极，用于提供自旋轨道矩；磁性隧道结，包括依次堆叠的自由层、隧穿势垒层和参考层，所述自由层靠近所述底电极；分离层，位于所述磁性隧道结的参考层上并与所述参考层接触；偏置层，位于所述分离层上并与所述分离层接触，用于提供一个磁矩，所述磁矩的初始方向与所述磁性隧道结的磁化方向平行；压电层，位于所述偏置层上并与所述偏置层接触，用于在控制电压的作用下，产生一个使所述偏置层的磁矩改变方向的应力，所述偏置层的磁矩在改变方向后，用于辅助所述自由层翻转；顶电极，位于所述压电层上并与所述压电层接触，用于在写入数据时接入所述控制电压。本发明能够提高磁存储单元的稳定性。

技术领域

本发明涉及磁存储器技术领域，尤其涉及一种磁存储单元及SOT-MRAM存储器。

背景技术

研究发现，在具有自旋轨道矩效应(Spin Orbit Torque，SOT)的材料中通入电流时，会在材料的界面处产生自旋极化的自旋电流，该自旋电流可以用于翻转纳米磁铁，例如磁性隧道结MTJ中的自由层。基于自旋轨道矩和MTJ的新型磁存储器件(可以称为SOT-MRAM存储器)具有读写分离、写入速度快、写电流密度低等优点，被认为是未来的发展趋势。

对于垂直结构的磁性隧道结，自旋霍尔效应诱导的自旋轨道力矩无法实现自由层的定向翻转。目前主要有两种手段，即通过外加偏置磁场、结构的不对称性来实现垂直各向异性材料的自旋轨道力矩翻转。

如图1所示，是现有的一种磁存储单元的结构示意图，在磁性隧道结的参考层上方增加面内磁化的偏置磁场提供层，写入数据时通过偏置磁场提供层对自由层产生的水平偏置磁场来打破自由层自旋向上和向下时受到自旋轨道力矩的对称性，能够有效的辅助写入数据。但是偏置磁场提供层带来的偏置磁场对应的杂散场会严重影响磁存储单元的稳定性，进而影响数据的存储。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁存储单元及SOT-MRAM存储器，使偏置磁场在写入数据的时候，能够有效地辅助写入，而其他时刻不影响数据的存储，能够提高磁存储单元的稳定性。

第一方面，本发明提供一种磁存储单元，包括：

底电极，用于提供自旋轨道矩；

磁性隧道结，包括依次堆叠的自由层、隧穿势垒层和参考层，所述自由层靠近所述底电极；

分离层，位于所述磁性隧道结的参考层上并与所述参考层接触；

偏置层，位于所述分离层上并与所述分离层接触，用于提供一个磁矩，所述磁矩的初始方向与所述磁性隧道结的磁化方向平行；

压电层，位于所述偏置层上并与所述偏置层接触，用于在控制电压的作用下，产生一个使所述偏置层的磁矩改变方向的应力，所述偏置层的磁矩在改变方向后，用于辅助所述自由层翻转；

顶电极，位于所述压电层上并与所述压电层接触，用于在写入数据时接入所述控制电压。

可选地，所述压电层，用于在控制电压的作用下产生一个使所述偏置层的磁矩发生90度定向翻转的应力。

可选地，所述压电层产生的应力在去掉所述控制电压后消失。

可选地，所述压电层的材料为硫化镉、铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅或者钛酸钡。

可选地，所述压电层的厚度为1～3纳米。

可选地，所述磁性隧道结为垂直于膜平面磁化或者膜平面内磁化。

可选地，所述偏置层为单层膜结构或者多层膜结构。

可选地，所述底电极的材料为重金属、拓扑绝缘体或者反铁磁合金。

可选地，所述顶电极的材料为钽Ta、铝Al或者铜Cu中的一种。