[發明專利]一種自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器及制備方法有效
| 申請號： | 201910292848.9 | 申請日： | 2019-04-12 |
| 公開（公告）號： | CN110010637B | 公開（公告）日： | 2021-05-07 |
| 發明（設計）人： | 王開友;楊美音;鄧永城 | 申請（專利權）人： | 中國科學院半導體研究所 |
| 主分類號： | H01L27/22 | 分類號： | H01L27/22;H01L43/08;H01L43/12 |
| 代理公司： | 中科專利商標代理有限責任公司 11021 | 代理人： | 任巖 |
| 地址： | 100083 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 自旋 軌道 磁阻 隨機 存儲器 制備 方法 | ||
1.一種自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，包括：
一楔形自旋軌道耦合層；
一磁阻隧道結，位于所述楔形自旋軌道耦合層上，包括由下至上依次層疊的第一磁性層、隧穿層和第二磁性層，所述第一磁性層和所述第二磁性層具有垂直各向異性；
其中，所述楔形自旋軌道耦合層用于根據電流方向產生與所述電流方向相對應的自旋流密度梯度，以使所述磁阻隧道結內的磁矩定向翻轉。
2.根據權利要求1所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，其特征在于，所述楔形自旋軌道耦合層為金屬層或拓撲絕緣體層，厚度為3nm-10nm。
3.根據權利要求2所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，其特征在于，所述金屬層采用的材料為Ta、Pt、W、Hf、Ir、CuBi、CuIr或AuW，所述拓撲絕緣體層采用的材料為BjSn、SnTe或BiSe。
4.根據權利要求1所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，其特征在于，所述磁阻隧道結為圓形、橢圓形或矩形。
5.根據權利要求1所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，其特征在于，
所述第一磁性層和所述第二磁性層采用的材料為Co、Fe、CoFeB或FePt，厚度為0.8nm-1.1nm；
所述隧穿層采用的材料為非磁金屬或絕緣材料，厚度為0.5nm-3.0nm。
6.根據權利要求5所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，其特征在于，所述非磁金屬為Cu或Ag，所述絕緣材料Al2O3、MgO或HfO2。
7.根據權利要求1所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，其特征在于，所述磁阻隧道結還包括釘扎層，形成于所述第二磁性層之上，用于固定磁化方向。
8.根據權利要求7所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，其特征在于，所述釘扎層采用的材料為Mn基反鐵磁性材料IrMn或FeMn，或者為多層膜人工反鐵磁Co/Pd材料，厚度為4nm-6nm。
9.一種權利要求1至8中任一項所述的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器的制備方法，其特征在于，包括：
形成一自旋軌道耦合層；
在自旋軌道耦合層上形成一磁阻隧道結；以及
對自旋軌道耦合層進行刻蝕，形成楔形自旋軌道耦合層；
其中，所述磁阻隧道結包括由下至上依次層疊的第一磁性層、隧穿層和第二磁性層，所述第一磁性層和所述第二磁性層具有垂直各向異性。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述在自旋軌道耦合層上形成一磁阻隧道結，包括：
在自旋軌道耦合層上依次形成第一磁性層、隧穿層和第二磁性層；
對所述第一磁性層、隧穿層和第二磁性層進行刻蝕，形成磁阻隧道結。
11.根據權利要求10所述的制備方法，其特征在于，
所述第一磁性層和所述第二磁性層是通過濺射法形成；
所述隧穿層是通過濺射法、原子層沉積或物理氣相沉積形成；
對所述第一磁性層、隧穿層和第二磁性層進行刻蝕的步驟中，采用離子束刻蝕技術實現。
12.根據權利要求10所述的制備方法，其特征在于，該方法還包括：
形成一釘扎層于所述第二磁性層之上，用于固定磁化方向。
13.根據權利要求12所述的制備方法，其特征在于，
所述釘扎層是通過濺射法形成；
在形成磁阻隧道結的步驟中，采用離子束刻蝕技術對所述釘扎層進行刻蝕。
14.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述自旋軌道耦合層是通過濺射法、物理氣相沉積法或分子束外延方法形成于一二氧化硅襯底襯底之上。
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H01L 半導體器件；其他類目中不包括的電固體器件
H01L27-00 由在一個共用襯底內或其上形成的多個半導體或其他固態組件組成的器件
H01L27-01 .只包括有在一公共絕緣襯底上形成的無源薄膜或厚膜元件的器件
H01L27-02 .包括有專門適用于整流、振蕩、放大或切換的半導體組件并且至少有一個電位躍變勢壘或者表面勢壘的；包括至少有一個躍變勢壘或者表面勢壘的無源集成電路單元的
H01L27-14 . 包括有對紅外輻射、光、較短波長的電磁輻射或者微粒子輻射并且專門適用于把這樣的輻射能轉換為電能的，或適用于通過這樣的輻射控制電能的半導體組件的
H01L27-15 .包括專門適用于光發射并且包括至少有一個電位躍變勢壘或者表面勢壘的半導體組件
H01L27-16 .包括含有或不含有不同材料結點的熱電元件的；包括有熱磁組件的
