本公開(kāi)總體上涉及磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及利用自旋轉(zhuǎn)移矩的mram器件。

背景技術(shù)：

1、諸如mram的磁存儲(chǔ)器利用磁性材料作為信息存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)信息。例如，磁隧道結(jié)(mtj)可被用于mram，諸如自旋轉(zhuǎn)移矩mram(stt-mram)。mtj通常包括參考層、自由層以及參考層與自由層之間的隧道勢(shì)壘層。參考層和自由層是磁性的。參考層的磁矩通常在特定方向上固定的或釘扎的(pinned)。自由層具有可變的磁矩并用于存儲(chǔ)信息。mtj下方的底部接觸和mtj上的頂部接觸用于在stt-mram中在電流垂直于平面(cpp)方向上驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)mtj。在具有正隧道磁阻(tmr)的mtj的情況下，當(dāng)在垂直于平面的一個(gè)方向(例如，頂部到底部)上驅(qū)動(dòng)足夠的電流時(shí)，自由層磁矩切換為平行于參考層的磁矩。當(dāng)在相反方向(例如，底部到頂部)上驅(qū)動(dòng)足夠的電流時(shí)，自由層磁矩切換為與參考層的磁矩反平行。不同的磁配置對(duì)應(yīng)于不同的磁阻，并且因此對(duì)應(yīng)于mtj的不同邏輯狀態(tài)(例如，邏輯“0”和邏輯“1”)。

2、更具體地，stt-mram通過(guò)使自旋極化電流直接通過(guò)mtj來(lái)改變自由層的磁方向。這給予stt-mram可縮放性，這意味著執(zhí)行狀態(tài)反轉(zhuǎn)的閾值電流將隨著mtj的大小變小而減小。與轉(zhuǎn)換(toggle)mram相比，該特性還為stt-mram提供了更大的抗雜散磁場(chǎng)能力。

3、因?yàn)閟tt-mram具有比常規(guī)mram更低的功耗和更好的可擴(kuò)展性的優(yōu)點(diǎn)，所以它可以替代例如移動(dòng)和存儲(chǔ)設(shè)備中的低密度動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dram)和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)。mram相比于dram和sram的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其非易失性質(zhì)，即，mram即使在斷電狀態(tài)下也保持寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。

4、然而，在stt-mram中，與面內(nèi)磁化mtj相比，如果磁性層具有垂直于膜表面的磁化，即，具有垂直磁各向異性(pma)，則需要更小的切換電流。

5、另外，對(duì)于可以以納秒機(jī)制(例如，2-50ns)操作的低功率stt-mram產(chǎn)品，需要較低的切換電流。

6、已經(jīng)提出了雙mtj結(jié)構(gòu)以提供自旋轉(zhuǎn)移矩的附加源，但是需要較厚的mtj堆疊，這是對(duì)制造的挑戰(zhàn)，并且需要頂部參考層穩(wěn)定性的顯著改進(jìn)。

7、另外，已經(jīng)提出了自旋軌道耦合矩(sot)輔助的stt-mram，其中自旋矩的附加源由與mtj的自由層相鄰的sot材料提供。然而，在這些常規(guī)技術(shù)中，sot由流過(guò)sot線的面內(nèi)電流生成，該sot線橫向延伸并且還提出了關(guān)于制造的額外挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、相應(yīng)地，本公開(kāi)的一方面是提供一種用于在mtj器件中獲得較低切換電流的裝置和方法。

2、本公開(kāi)的另一方面是提供用于mtj器件的自旋轉(zhuǎn)移矩的附加源，而沒(méi)有制造挑戰(zhàn)。

3、根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供了一種器件，其包括：襯底；形成在所述襯底上的mtj，所述mtj包括參考層、隧道勢(shì)壘層和自由層；以及形成在mtj的自由層上方的平行自旋動(dòng)量(parallel?spin-momentum，psm)層，所述psm層包括手性(chiral)材料。

4、根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供了一種器件，其包括：襯底；psm層，所述psm層形成在所述襯底之上，所述psm層包括手性材料；以及形成在所述psm層之上的mtj，所述mtj包括自由層、隧道勢(shì)壘層和參考層。

5、根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供了一種方法，其包括提供襯底；以及在所述襯底之上形成mtj和psm層。所述mtj包括參考層、隧道勢(shì)壘層和自由層，并且所述psm層被形成為與所述mtj的自由層相鄰，并且包括手性材料。

6、根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供了一種電子設(shè)備，其包括：處理器；以及包括mtj的存儲(chǔ)器器件，所述mtj包括參考層、隧道勢(shì)壘層和自由層，以及形成在所述mtj的自由層上方的psm層，所述psm層包括手性材料。

技術(shù)特征：

1.一種存儲(chǔ)器器件，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中所述手性材料具有對(duì)應(yīng)于所述mtj的所述參考層的磁化方向的左手手性或右手手性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述手性材料包括ptal或ptga。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述psm層具有大于2nm的厚度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述psm層包括多于50％的具有左手手性或右手手性的手性材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，進(jìn)一步包括形成在所述mtj的所述自由層與所述psm層之間的紋理破壞層tbl。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述mtj的隧道勢(shì)壘層包括mgo。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述mtj的所述自由層包括co、fe和b的合金。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述mtj的所述自由層包括赫斯勒化合物。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述赫斯勒化合物包括mn3ge。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述mtj的所述自由層包括c38化合物。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述c38化合物包括almnge。

13.一種存儲(chǔ)器器件，包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述手性材料具有對(duì)應(yīng)于所述mtj的所述參考層的磁化方向的左手手性或右手手性。

15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器器件，其中所述手性材料包括ptal或ptga。

16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述psm層具有大于2nm的厚度。

17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器器件，其中，所述psm層包括多于50％的具有左手手性或右手手性的手性材料。

18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器器件，進(jìn)一步包括形成在所述mtj的所述自由層與所述psm層之間的紋理破壞層。

19.一種形成存儲(chǔ)器器件的方法，包括：

技術(shù)總結(jié)
提供了用于利用自旋轉(zhuǎn)移矩的MRAM器件的方法和裝置。一種器件包括：襯底；在襯底上方形成的MTJ，MTJ包括參考層、隧道勢(shì)壘層和自由層；以及在MTJ的自由層上方形成的PSM層。PSM層(即，手性材料層)可以被形成為與MTJ的自由層相鄰(或與TBL相鄰，TBL與自由層相鄰)，從而提供自旋轉(zhuǎn)移矩的附加源，并提供可用較低切換電流操作的MTJ器件。

技術(shù)研發(fā)人員：S-H·楊,M·G·薩曼特,P·C·菲利普,C·加格,F·伊赫蒂亞爾,J·鄭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：三星電子株式會(huì)社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15