[发明专利]人工反铁磁多层膜结构及包括其的磁随机存储器

权利要求书

1.一种人工反铁磁多层膜结构，包括：

面内场耦合层，包括由铁磁导电材料形成的第一铁磁层和第二铁磁层，以及位于所述第一铁磁层和第二铁磁层之间的第一间隔层，所述第一间隔层由非磁导电材料形成并且诱导所述第一铁磁层和第二铁磁层之间的反铁磁耦合；

自由磁层，包括由铁磁导电材料形成的第三铁磁层和第四铁磁层，以及位于所述第三铁磁层和第四铁磁层之间的自旋霍尔效应层，所述自旋霍尔效应层由具有自旋霍尔效应的材料形成并且诱导所述第三铁磁层和第四铁磁层之间的反铁磁耦合；以及

中间层，位于所述面内场耦合层与所述自由磁层之间，所述中间层由非磁材料形成。

2.如权利要求1所述的人工反铁磁多层膜结构，其中，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层具有面内磁各向异性，所述第三铁磁层和所述第四铁磁层具有垂直磁各向异性。

3.如权利要求1所述的人工反铁磁多层膜结构，其中，所述中间层具有0.4-1.5nm范围内的厚度，使得所述面内场耦合层透过所述中间层向所述自由磁层施加层间耦合偏置磁场。

4.如权利要求1所述的人工反铁磁多层膜结构，其中，所述中间层由非磁绝缘材料形成。

5.如权利要求1所述的人工反铁磁多层膜结构，其中，所述自由磁层中的第三铁磁层比第四铁磁层更靠近所述面内场耦合层，并且所述第三铁磁层具有比所述第四铁磁层更大的厚度。

6.一种磁随机存储器，包括多个存储单元，每个存储单元包括：

权利要求1-5中的任一项所述的人工反铁磁多层膜结构；

隧道势垒层，形成在所述自由磁层上，并且由非磁绝缘材料形成；以及

参考磁层，形成在所述隧道势垒层上，包括由铁磁导电材料形成的第五铁磁层和第六铁磁层，以及位于所述第五铁磁层和第六铁磁层之间的第二间隔层，所述第二间隔层由非磁导电材料形成并且诱导所述第五铁磁层和第六铁磁层之间的反铁磁耦合。

7.如权利要求6所述的磁随机存储器，其中，所述第五铁磁层和第六铁磁层具有垂直磁各向异性。

8.如权利要求6所述的磁随机存储器，其中，所述自由磁层配置为接收面内写入电流，以翻转所述自由磁层的磁矩，所述存储单元配置为接收垂直读取电流，以读取所述存储单元的电阻状态。

9.如权利要求8所述的磁随机存储器，其中，所述面内写入电流的方向与所述面内场耦合层向所述自由磁层施加的层间耦合偏置磁场的方向基本平行或反平行。

10.如权利要求6所述的磁随机存储器，其中，所述隧道势垒层的厚度大于所述中间层的厚度。