本發明公開了一種自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器，該存取器包括：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。本發明提供的自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器及其制備方法，將磁阻隧道結設置于楔形的自旋軌道耦合層上，當在自旋軌道耦合層中通入電流源時，會在自旋軌道耦合層中產生自旋流和自旋流密度梯度，自旋流密度梯度引起一個自旋矩，導致磁矩在電流的作用下定向翻轉，翻轉的方向可以通過自旋電流源的方向控制，實現自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器中磁矩的定向翻轉。

技術領域

本發明涉及半導體器件及其制造領域，特別涉及一種自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器及其制備方法。

背景技術

隨著存儲技術以及電子技術的不斷發展，隨機存取存儲器得到了廣泛的應用，可以獨立或集成于使用隨機存取存儲器的設備中，如處理器、專用集成電路或片上系統等。

自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器(Spin-Orbit Torque Magnetoresistive RandomAccess Memory，SOT-MRAM)，是利用磁矩翻轉進行隨機存儲的磁性隨機存取存儲器，具有高速讀寫能力、高集成度以及無限次重復寫入的優點。在該器件中，利用自旋軌道耦合產生自旋流，進而誘導磁體的磁矩翻轉，然而，磁矩在電流作用下的翻轉方向是隨機的，而有效的數據存取需要磁矩的定向翻轉，如何實現磁矩的定向翻轉是SOT-MRAM的研究重點。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器及其制備方法，實現存儲器中磁矩的定向翻轉。

(二)技術方案

本發明提供了一種自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器及制備方法，該存取器的結構包括：

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。

優選地，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。金屬層采用的材料為Ta、Pt、W、Hf、Ir、CuBi、CuIr或AuW，拓撲絕緣體層采用的材料為BiSn、SnTe或BiSe。

優選地，磁阻隧道結為圓形、橢圓形或矩形。第一磁性層和第二磁性層采用的材料為Co、Fe、CoFeB或FePt，厚度為0.8nm-1.1nm。

優選地，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。非磁金屬為Cu或Ag，絕緣材料Al₂O₃、MgO或HfO₂。

此外，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。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。

同時，本發明還提供了一種制備該自旋軌道矩磁阻式隨機存儲器的制備方法，具體包括：

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，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，且第一磁性層和所述第二磁性層具有垂直各向異性。

其中，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。