本申請涉及半導體制造領域，尤其涉及一種存儲單元、存儲單元的形成方法、數(shù)據(jù)寫入方法及存儲器。

背景技術：

1、自旋軌道力矩磁性隨機存儲器(spin?orbit?torque?magnetic?randomaccessmemory，簡稱sot-mram)作為新型的存儲器，寫入速度快，可以達到亞納秒寫入速度。寫電流密度低，可以比基于自旋轉移力矩的二端器件低2數(shù)量級。此外，sot-mram的讀寫分離，讀信息基于磁性隧道結(magnetic?tunnel?junctions，mtj)的隧道磁電阻tmr。

2、sot-mram的信息寫入基于自旋軌道矩(包括但不限于自旋霍爾效應，rashba效應)，只需在自由層底部的一條寫入線中通過電流即可。sot-mram的寫電流不經過mtj，不會導致mtj的耐久性問題。

3、相關技術中主要存在三種類型的sot-mram，分別為typez型、typey型和typex型，然而typez型和typex型sot-mram需要通過外加磁場使自由層磁化翻轉，外加磁場使得存儲器件尺寸則難以微縮，不利于高密度集成，typey型sot-mram無需外磁場輔助，但是翻轉速度較慢。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N存儲單元、存儲單元的形成方法、數(shù)據(jù)寫入方法及存儲器，以至少解決相關技術中存在的上述問題。

2、為了解決上述技術問題，本申請的技術方案如下：

3、根據(jù)本申請實施例的第一方面，提供一種存儲單元，包括：基底；依次位于所述基底上的自旋軌道矩層、絕緣層以及磁性隧道結層，所述磁性隧道結層包括層疊的自由層、隧道層以及參考層；其中，所述絕緣層用于降低所述自旋軌道矩層通電時對所述自由層的熱擴散影響；所述自旋軌道矩層用于產生自旋電流，并在外部電壓的作用下，隧穿過所述絕緣層進入所述自由層，以翻轉所述自由層中的磁化方向。

4、本申請實施例的第二方面，提供一種存儲單元的形成方法，所述形成方法包括：提供基底；在所述基底上形成自旋軌道矩材料層；在所述自旋軌道矩材料層上形成絕緣材料層；在所述絕緣材料層上形成磁性隧道結材料層；依次刻蝕所述磁性隧道結材料層、所述絕緣材料層和所述自旋軌道矩材料層，形成所述磁性隧道結層、所述絕緣層和所述自旋軌道矩層；其中，所述絕緣層用于降低所述自旋軌道矩層通電時對所述自由層的熱擴散影響；所述自旋軌道矩層用于產生自旋電流，并在外部電壓的作用下，隧穿過所述絕緣層進入所述自由層，以翻轉所述自由層中的磁化方向。

5、本申請實施例的第三方面，提供一種存儲單元的數(shù)據(jù)寫入方法，所述數(shù)據(jù)寫入方法包括：在所述自旋軌道矩層的一端施加第一電壓，在所述自旋軌道矩層的另一端施加第二電壓，所述第一電壓小于所述第二電壓；向所述自旋軌道矩層的另一端寫入電流，以使所述自旋軌道矩層基于寫入的電流生成自旋電流；施加外部電壓，以使所述自旋電流在所述外部電壓的作用下，隧穿過所述絕緣層進入所述自由層，以翻轉所述自由層中的磁化方向，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。

6、本申請實施例的第四方面提供一種存儲器，所述存儲器包括如上述任一實施例所述的存儲單元。

7、本申請的實施例提供的技術方案至少帶來以下有益效果：

8、本申請實施例提供的存儲單元、存儲單元的形成方法、數(shù)據(jù)寫入方法及存儲器，通過在基底上形成自旋軌道矩層，在自旋軌道矩層背離所述基底的表面上的絕緣層，在位于所述絕緣層背離所述自旋軌道矩層的表面上的磁性隧道結層，使得制備得到的自旋軌道矩層背離基底的表面形成有絕緣層，該絕緣層一方面能夠增強磁性隧道結中的自由層與自旋軌道矩層之間的距離，降低所述自旋軌道矩層通電時對所述自由層的熱擴散影響，降低自由層溫度，另一方面，由于自由層的磁矩來自自由層與絕緣層的界面，本申請實施例提供的存儲單元在自由層的下表面形成有絕緣層，在自由層上形成有隧道層，該隧道層也可以認為是一個絕緣層，即本申請相當于是形成兩個自由層與絕緣層的界面，即使得自由層的磁矩變?yōu)殡p倍，從而增加了制備得到的存儲單元的穩(wěn)定性，以至于可以微縮器件以達到降低功耗和操作電壓的目的。此外，所述自旋軌道矩層用于產生自旋電流，并在外部電壓的作用下，隧穿過所述絕緣層進入所述自由層，以翻轉所述自由層中的磁化方向，從而可以通過外部電壓對自旋電流進入所述自由層的數(shù)量、快慢等進行控制，使得數(shù)據(jù)讀寫速度更加可控，寫入成本更低。

9、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

技術特征：

1.一種存儲單元，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的存儲單元，其特征在于，所述存儲單元還包括固定層，所述固定層位于所述參考層上；

3.根據(jù)權利要求2所述的存儲單元，其特征在于，所述存儲單元還包括第一金屬硬掩膜層，所述第一金屬硬掩膜層位于所述固定層上；

4.根據(jù)權利要求3所述的存儲單元，其特征在于，所述存儲單元還包括磁鐵層，所述磁鐵層位于所述第一金屬硬掩膜層上。

5.根據(jù)權利要求4所述的存儲單元，其特征在于，所述存儲單元還包括第二金屬硬掩膜層，所述第二金屬硬掩膜層位于所述磁鐵層上；

6.根據(jù)權利要求1～5任一項所述的存儲單元，其特征在于，所述外部電壓為垂直方向的電壓，所述存儲單元還包括頂部電極層，所述頂部電極層位于所述參考層上，所述垂直方向的電壓施加在于所述頂部電極層上，所述垂直方向為所述磁性隧道結層的垂線方向。

7.根據(jù)權利要求1所述的存儲單元，其特征在于，所述絕緣層為采用氧化物絕緣材料制備而成。

8.根據(jù)權利要求7所述的存儲單元，其特征在于，所述氧化物絕緣材料包括鎂氧化合物、硅氧化合物、硅氮化合物、鋁氧化合物、鎂鋁氧化合物、鈦氧化合物層、鉭氧化合物、鈣氧化合物與鐵氧化合物中的一種或多種。

9.一種存儲單元的形成方法，其特征在于，所述形成方法包括：

10.根據(jù)權利要求9所述的存儲單元的形成方法，其特征在于，在所述形成所述磁性隧道結層、所述絕緣層和所述自旋軌道矩層之后，所述方法還包括：

11.根據(jù)權利要求9所述的存儲單元的形成方法，其特征在于，在所述絕緣材料層上形成磁性隧道結材料層之后，所述方法還包括：

12.根據(jù)權利要求9所述的存儲單元的形成方法，其特征在于，在所述絕緣材料層上形成磁性隧道結材料層之后，所述方法還包括：

13.根據(jù)權利要求12所述的存儲單元的形成方法，其特征在于，在所述得到磁鐵層和所述自旋軌道矩層之后，所述方法還包括：

14.根據(jù)權利要求9至13中任一項所述的存儲單元的形成方法，其特征在于，所述絕緣層為氧化物絕緣材料制備而成，所述氧化物絕緣材料包括鎂氧化合物、硅氧化合物、硅氮化合物、鋁氧化合物、鎂鋁氧化合物、鈦氧化合物層、鉭氧化合物、鈣氧化合物與鐵氧化合物中的一種或多種。

15.一種如權利要求1至8中的任一項所述的存儲單元的數(shù)據(jù)讀寫方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)讀寫方法包括：

16.根據(jù)權利要求15所述的數(shù)據(jù)讀寫方法，其特征在于，所述外部電壓為垂直方向的電壓，所述垂直方向為所述磁性隧道結層的垂線方向，所述施加外部電壓，以使所述自旋電流在所述外部電壓的作用下，隧穿過所述絕緣層進入所述自由層，以翻轉所述自由層中的磁化方向，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫，包括：

17.一種存儲器，其特征在于，所述存儲器包括如權利要求1至8中任一項所述的存儲單元。

技術總結
本申請涉及半導體技術領域，尤其涉及一種存儲單元、存儲單元的形成方法、數(shù)據(jù)寫入方法及存儲器，該存儲單元包括基底；依次位于所述基底上的自旋軌道矩層、絕緣層以及磁性隧道結層，所述磁性隧道結層包括層疊的自由層、隧道層以及參考層；其中，所述絕緣層用于降低所述自旋軌道矩層通電時對所述自由層的熱擴散影響；所述自旋軌道矩層用于產生自旋電流，并在外部電壓的作用下，隧穿過所述絕緣層進入所述自由層，以翻轉所述自由層中的磁化方向，從而可以通過外部電壓對自旋電流進入自由層的數(shù)量、快慢等進行控制，使得數(shù)據(jù)讀寫速度更加可控，寫入成本更低。

技術研發(fā)人員：金吉松
受保護的技術使用者：中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/19