[发明专利]一种基于自旋织构的存储器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于自旋织构的存储器，包括基底、铁电层和铁磁层；所述铁电层位于所述基底上；所述铁磁层位于所述铁电层上；所述基底的材料为导电材料，所述铁电层的材料为GeTe、SnTe或HfO₂，所述铁磁层的材料为传导电子具有自旋极化的材料。本发明的存储器件具有低功耗、尺寸小、可高密度集成、结构设计简单、读写速度快、与CMOS工艺兼容的优势。本发明还涉及一种基于自旋织构的存储器的制备方法。

技术领域

本发明属于存储技术领域，具体涉及一种基于自旋织构的存储器及其制备方法。

背景技术

距存储器发明至今已过了半个多世纪，随着人工智能、物联网及大数据等等新信息技术的兴起和快速发展，数据量呈爆炸式增长，对数据存储和处理速度的需求也越来越强烈。因此存储的瓶颈问题在现代信息社会发展中也越发凸显，为了解决这个问题，目前主要的技术方案包括基于自旋电子学的磁场写MRAM以及基于自旋作用的SOT-、STT-MRAM，基于铁电材料的FRAM，以及基于材料相变的PRAM和阻变效应的RRAM。

MRAM：其基本结构是磁性隧道结，即底层薄膜是铁磁材料(钉扎层)，其磁自旋方向固定；中间层是隧穿层；上层是自由层，其自旋方向可以在外加应力的情况下改变。如果自由层的自旋方向和钉扎层的自旋方向一致，则隧道层处在低电阻的状态；反之则处于高阻状态。因此，MRAM是利用这种磁性隧道结的电阻变化实现存储。对于传统的MRAM，由于在半导体器件中本身无法引入磁场，需要引入大电流来产生磁场，因而需要在结构中增加旁路。因此，这种结构功耗较大，而且也很难进行高密度集成。若采用极化电流驱动，即STT-MRAM，则不需要增加旁路，因此功耗可以降低，集成度也可以大幅提高。

FRAM：主要是利用铁电晶体的铁电效应，当给铁电晶体施加一电场时，中心原子沿电场方向移动到一低能级，当电场反转时，移动到另一边的低能级。且撤去电场后也不会回到中间状态，因为中心处于高能级，若原子得不到能量，就不会回到中间状态，因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件(诸如磁场因素)的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具有非易失性的存储特性。

PRAM：另一类新型存储器是PRAM。它也是一种三明治的结构。中间是相变层(和光盘材料一样，GST)，这种材料的一个特性是会在晶化(低阻态)和非晶化(高阻态)之间转变，即利用这个高低阻态的变化来实现存储。

RRAM：RRAM看上去和PRAM相类似，只是中间的转变层的原理不同。相变是材料在晶态和非晶态之间转变，而阻变是通过在材料中形成和断开细丝(filament，即导电通路)来探测结构的高低阻态。

从这些已有的存储技术看，FRAM具有功耗低、工作电压低、抗辐照等优点；RRAM具有设计简单、容量大、与CMOS工艺兼容性好的优点；而STT-MRAM具有读写速度快、抗疲劳、耐辐照等优点。但同时，这些新原理器件也有一些固有的缺点，限制了其进一步发展。比如FRAM中，铁电材料制备工艺与CMOS兼容性差，同时无法进一步尺寸缩小，不能满足高密度集成；MRAM的工艺复杂，信息写入速度受限。因此，亟需开发出一种新型低功耗、尺寸小、可高密度集成、结构设计简单、读写速度快、与CMOS工艺兼容的非易失性存储器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种基于自旋织构的存储器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于自旋织构的存储器，包括基底、铁电层和铁磁层；

所述铁电层位于所述基底上；

所述铁磁层位于所述铁电层上；

所述基底的材料为导电材料，所述铁电层的材料为GeTe、SnTe或HfO₂，所述铁磁层的材料为传导电子具有自旋极化的材料。