[发明专利]一种自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁及其存储器应用

权利要求书

1.一种自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁，其特征在于，包括：

所述梯度合成反铁磁包括：衬底(11)、第一梯度层(12)、反铁磁耦合层(13)、第二梯度层(14)；所述反铁磁耦合层(13)位于所述第一梯度层(12)与所述第二梯度层(14)之间；通过所述反铁磁耦合层(13)对所述第一梯度层(12)与所述第二梯度层(14)反铁磁耦合；

所述第一梯度层(12)与所述第二梯度层(14)梯度相反，所述梯度相反为在相同的测试条件下，自旋轨道矩翻转的手性是相反的；

所述第一梯度层(12)及所述第二梯度层(14)均采用具有磁性且具有梯度的多层膜或合金材料；

施加一个大于临界翻转电压值的电压VDD1产生写入电流，所述写入电流经过梯度合成反铁磁产生自旋轨道矩(SOT)以实现梯度合成反铁磁的磁矩翻转；其中所述写入电流产生的电流密度大于Jc，所述Jc的取值范围为1×10¹～1×10¹⁰A/cm²。

2.根据权利要求1所述的自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁，其特征在于，所述反铁磁耦合层(13)采用Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种，且反铁磁耦合层(13)的厚度在0.1nm～10nm之间。

3.根据权利要求1所述的自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁的存储器，其特征在于，所述存储器包括：梯度合成反铁磁、自由层(15)、非磁性势垒层(16)及参考层(17)；

所述非磁性势垒层(16)位于所述梯度合成反铁磁与所述参考层(17)之间；

所述梯度合成反铁磁的第二梯度层(14)与自由层(15)相耦合；

所述参考层(17)与所述自由层(15)磁化方向平行或反平行，其中所述参考层(17)的磁化方向固定。

4.根据权利要求3所述的自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁的存储器，其特征在于，所述自由层(15)采用Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)_p、(Co/Pd)_m或(Co/Pt)_n，其中m、n、p是指多层堆叠的重复次数。

5.根据权利要求3所述的自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁的存储器，其特征在于，所述非磁性势垒层(16)采用氧化物、氮化物、氮氧化物、金属、合金、SiC、C或陶瓷材料。

6.根据权利要求3所述的自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁的存储器，其特征在于，所述参考层(17)采用铁磁性或亚铁磁性金属及铁磁性或亚铁磁性金属的合金。

7.根据权利要求3所述的自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁的存储器，其特征在于，若所述参考层(17)与所述自由层(15)磁化方向平行，则所述梯度合成反铁磁处于低阻态；若所述参考层(17)与所述自由层(15)磁化方向反平行，则所述梯度合成反铁磁处于高阻态；其中低阻态用于代表二进制数据中的“0”，高阻态用于代表二进制数据中的“1”。

8.根据权利要求7所述的自旋轨道矩驱动的梯度合成反铁磁的存储器，其特征在于，施加电压VDD2产生读取电流，VDD2提供的电流垂直经过梯度合成反铁磁，通过读取电流大小判断磁矩状态，若读取电流大于电流阈值时，则所述参考层(17)与所述自由层(15)磁化方向平行；若读取电流不大于电流阈值，则所述参考层(17)与所述自由层(15)磁化方向反平行。