[发明专利]平面式磁化自旋轨道磁性组件

说明书

本发明提供一种平面式自旋轨道磁性组件。此平面式自旋轨道磁性组件包括重金属层、反铁磁层以及磁穿隧接面。反铁磁层设置于重金属层上，且磁穿隧接面设置于反铁磁层上。磁穿隧接面包括自由层、阻障层以及固定层。阻障层设置于自由层上，固定层设置于阻障层上。自由层的膜面形状为圆角矩形。

技术领域

本发明涉及一种平面式磁化自旋轨道磁性组件。

背景技术

磁内存(Magnetic Random Access Memory,MRAM)具有速度快、低耗能、高密度、非挥发性，和几乎可无限次读写的优势，被预测为是下一世代内存的主流。磁内存中存储元件的主要结构是由铁磁/非磁性金属/铁磁三层材料的固定层(Pinned Layer)、穿隧阻障层(Tunneling Barrier Layer)及磁性材料的自由层(Free Layer)所堆栈组成的堆栈结构。此种堆栈结构可被称为磁穿隧接面(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)组件。由于写入电流仅通过被选择的磁穿隧接面组件，而磁化翻转取决于写入电流的强度以及外部磁场的强度，因此在磁穿隧接面组件微缩之后反而有利于写入电流的下降，理论上将能够同时解决提升写入选择性以及降低写入电流的问题。

以自旋轨道力矩(Spin-Orbit-Torque,SOT)机制来进行读写的磁穿隧接面组件可以区分为平面式MTJ组件(In-plane MTJ)以及垂直式MTJ组件(Perpendicular MTJ)。若利用自旋轨道力矩的机制来实现磁内存结构的话，可更为提升操作速度及写入可靠度。SOT在平面式MTJ组件中的翻转机制为，将写入电流通入以铁磁材料形成的重金属层。重金属层将因为自旋霍尔效应以及外部磁场而产生自旋转移力矩(Spin Transfer Torque,STT)。此外，写入电流在经过材料接口处的垂直电场以及外部磁场后将会产生拉什巴力矩(RashbaTorque,RT)。由于STT以及RT这两种力矩皆与写入电流的方向垂直且平行于膜面，因此这两种力矩将会相互加总而成为SOT。因此，在与磁矩垂直的膜面上的铁磁材料施加磁场的话，可产生SOT而使得铁磁层的磁矩翻转，达成写入存储元件的目的。

发明内容

本发明实施例提出一种平面式自旋轨道磁性组件。此平面式自旋轨道磁性组件包括重金属层、反铁磁层以及磁穿隧接面。反铁磁层设置于重金属层上，磁穿隧接面设置于反铁磁层上。磁穿隧接面包括自由层、阻障层以及固定层。阻障层设置于自由层上。固定层设置于阻障层上。自由层的膜面形状为圆角矩形。

本发明实施例提出一种平面式自旋轨道磁性组件。此平面式自旋轨道磁性组件包括重金属层、反铁磁层、磁穿隧接面、第一通孔、第二通孔、第一下电极以及第二下电极。反铁磁层设置于重金属层上，磁穿隧接面设置于反铁磁层上。第一通孔以及第二通孔设置于重金属层之下。第一下电极藉由第一通孔耦接至重金属层，第二下电极藉由第二通孔耦接至重金属层。磁穿隧接面包括自由层、阻障层以及固定层。阻障层设置于自由层上。固定层设置于阻障层上。固定层的膜面形状为椭圆形。第一通孔以及第二通孔间于膜面平面上的连线与固定层膜面形状中椭圆形的短轴方向具备第一夹角，其中第一夹角不为零度，或，自由层的长边方向与固定层膜面形状中椭圆形的长轴方向具备第二夹角，且此第二夹角不为直角。

附图说明

图1是一种平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构示意图。

图2是本发明第一实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构示意图。

图3是本发明第一实施例中反铁磁层厚度与热稳定性间的关系示意图。

图4是本发明第二实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构示意图。

图5是本发明第二之一实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。

图6是本发明第二实施例中采用圆角矩形对于磁矩的影响的关系示意图。

图7是本发明第二之二实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。