一種基于自旋霍爾效應(yīng)的隨機碼生成器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隨機碼生成器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自旋霍爾效應(yīng)的隨機碼生成器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性隨機存儲器(MRAM)是一種非易失型的存儲器，由依靠電路相互連接的磁性隧道結(jié)(MTJ)陣列組成。每個MTJ含有磁性的記錄層和固定層。記錄層和固定層之間由非磁性的隧穿層分開。在MTJ正常工作時記錄層的磁化方向可以改變，而固定層的磁化方向保持不變。MTJ的電阻與記錄層和固定層的相對磁化方向有關(guān)。當(dāng)記錄層的磁化方向相對于固定層的磁化方向發(fā)生改變時，MTJ的電阻值相應(yīng)改變，對應(yīng)于不同的存儲信息(如0或1)。電阻值發(fā)生變化的幅度稱為磁電阻。
[0003]在基于自旋霍爾效應(yīng)的磁性隨機存儲器(MRAM)中，記錄層的偏轉(zhuǎn)通過電子的自旋軌道耦合(S0C)效應(yīng)實現(xiàn)。當(dāng)面內(nèi)水平電流通過MTJ重金屬下電極時，電流在記錄層與重金屬下電極的界面產(chǎn)生的極化電流。當(dāng)有偏置外磁場存在的情況下，如果電流的大小超過S0C效應(yīng)的閾值，則導(dǎo)致記錄層的磁化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)后記錄層的磁化方向由寫電流流動的方向決定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種基于自旋霍爾效應(yīng)的隨機碼生成器，包括磁性隧道結(jié)與重金屬層，還可以加入偏置線圈，通過偏置線圈內(nèi)通過的電流產(chǎn)生的磁場來進(jìn)行控制磁性隧道結(jié)的平行(0)或反向平行(1)出現(xiàn)的幾率；本發(fā)明可用于實現(xiàn)產(chǎn)生隨機碼。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的:一種基于自旋霍爾效應(yīng)的隨機碼生成器，包括磁性隧道結(jié)、產(chǎn)生自旋霍爾效應(yīng)的重金屬層；磁性隧道結(jié)連接于重金屬層上方或下方。
[0006]作為優(yōu)選，所述隨機碼生成器還包括偏置導(dǎo)線或偏置線圈，設(shè)于磁性隧道結(jié)兩側(cè)或上下方。
[0007]作為優(yōu)選，所述磁性隧道結(jié)包括垂直固定層1、耦合層、垂直固定層I1、隧穿層、垂直記錄層；若磁性隧道結(jié)連于重金屬層上方，則垂直記錄層、隧穿層、垂直固定層I1、耦合層、垂直固定層I自下而上依次堆疊連接；若磁性隧道結(jié)連于重金屬層下方，則垂直固定層
I1、耦合層、垂直固定層1、隧穿層、垂直記錄層自下而上依次堆疊連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述垂直固定層1、垂直固定層I1、垂直記錄層的磁化方向為在膜層內(nèi)或垂直于膜層。
[0009]作為優(yōu)選，所述垂直固定層I，II和親合層一起組成SAF結(jié)構(gòu)；SAF結(jié)構(gòu)由兩層磁性材料與反鐵磁耦合層組成；兩層磁性材料被反鐵磁耦合層分開，并通過反鐵磁耦合層的層間相互作用實現(xiàn)磁化方向的反向排列。
[0010]作為優(yōu)選，垂直記錄層也可以由SAF結(jié)構(gòu)組成。
[0011]作為優(yōu)選，所述隧穿層包括一層或多層絕緣層，其材料含有氧化鎂、氧化鋁、氧化鋁鎂(MgAl204)、氧化鉭、氧化鈦、氧化IL、氧化給、氧化錯、氧化鎵、氧化鈧、氧化銀、氧化鋅、氧化鎂鋅、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氮化硼或氮化鋁。
[0012]作為優(yōu)選，所述垂直固定層1、垂直固定層I1、垂直記錄層的材料含有鐵、鈷、鎳、鐵鈷合金，以及上述元素或合金與硼、鉑、鈀、鋯、鉿、鉭、鈦、釩、鉻、鎢、鉬、鈮組成的合金，以及上述元素或合金與硼、鋯、鉿、鉭、鈦、釩、鉻、鎢、鉬、鈮組成的多層膜的一種或幾種組合。
[0013]作為優(yōu)選，所述產(chǎn)生自旋霍爾效應(yīng)的重金屬層的材料含有鉑、鈀、鉭或鎢。
[0014]作為優(yōu)選，所述重金屬層上方或下方若連接有多個磁性隧道結(jié)，則形成多位隨機碼生成器。
[0015]作為優(yōu)選，所述所述反鐵磁耦合層的材料含有釕、銠、錸、銥、銅、銀、金，以及包含上述材料的合金。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明隨機碼生成器可以用來產(chǎn)生隨機密碼，可以應(yīng)用于通訊、金融、商業(yè)等需要密碼的場合，有很大的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明隨機碼生成器的結(jié)構(gòu)示意圖1 ;
[0018]圖2是本發(fā)明隨機碼生成器的結(jié)構(gòu)示意圖2 ;
[0019]圖3是本發(fā)明隨機碼生成器的結(jié)構(gòu)示意圖3 ;
[0020]圖4是本發(fā)明隨機碼生成器的結(jié)構(gòu)示意圖4。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此:
[0022]實施例1:如圖1所示，一種基于自旋霍爾效應(yīng)的隨機碼生成器由磁性隧道結(jié)1、產(chǎn)生自旋霍爾效應(yīng)的重金屬層2組成；磁性隧道結(jié)1連接于重金屬層上方。其中，磁性隧道結(jié)1含有鐵磁性的垂直固定層I 101、垂直固定層II 103，反鐵磁親合層102，非磁性的隧穿層104，垂直記錄層105。垂直固定層I 101、垂直固定層II 103和垂直記錄層105的磁化方向可能是在膜層面內(nèi)，也可能是垂直于膜面。垂直固定層I 101、垂直固定層II 103可能包含但不僅限于以下材料和結(jié)構(gòu):鈷、鐵、鎳、銪、釓、鋱、釤、鏑、鈥、鉑、鈀、錳、硼、鉿、鋯、鉭、鈮、釩、鈦、鉬、鉻、鎢等以及由上述元素組成的合金，以及由上述元素及合金組成的多層膜結(jié)構(gòu)。隧穿層104可能由一層或多層絕緣層組成。
[0023]垂直固定層I 101，II103和耦合層102 —起組成SAF結(jié)構(gòu)；耦合層102為反鐵磁耦合層；垂直記錄層105也可能含有合成反鐵磁耦合(SAF)結(jié)構(gòu)。SAF結(jié)構(gòu)由兩層磁性材料組成。兩層磁性材料被反鐵磁耦合層分開，并通過反鐵磁耦合層的層間相互作用實現(xiàn)磁化方向的反向排列。SAF中的反鐵磁耦合層可能包含但不僅限于以下材料:釕、銠、錸、銥、銅、銀、金等及包含上述材料的合金。隧穿層104可能包含但不僅限于以下材料:氧化鎂、氧化鋁、氧化鋁鎂(MgAl204)、氧化鉭、氧化鈦、氧化IL、氧化給、氧化錯、氧化鎵、氧化鈧、氧化隹凡、氧化鋅、氧化鎂鋅、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氮化硼或氮化鋁等。垂直記錄層105可能包含但不僅限于以下材料和結(jié)構(gòu):鈷、鐵、鎳、鉑、鈀、硼、鉿、鋯、鉭、鈮、釩、鈦、鉬、鉻、鎢等以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金組成的多層膜結(jié)構(gòu)。重金屬層106可能包含但不僅限于以下材料:鉑、鈀、鉭或鎢等。
[0024]重金屬層內(nèi)的水平電流產(chǎn)生自旋霍爾效應(yīng)，使記錄層的磁化方向從垂直方向倒向水平方向；關(guān)閉電流則記錄層的磁化方向恢復(fù)垂直方向但與固定層的磁化方向平行⑹或反向平行(1)，出現(xiàn)幾率為50/50 ;信號輸出則通過測量磁性隧道結(jié)的電阻來實現(xiàn)。
[0025]實施例2:如圖2所示，一種基于自旋霍爾效應(yīng)的隨機碼生成器由磁性隧道結(jié)1、產(chǎn)生自旋霍爾效應(yīng)的重金屬層2、偏置導(dǎo)線3組成；磁性隧道結(jié)1連接于重金屬層上方，偏置導(dǎo)線3設(shè)于磁性隧道結(jié)1的右側(cè)。其中，磁性隧道結(jié)1含有鐵磁性的垂直固定層I 101、垂直固定層II 103，反鐵磁親合層102，非磁性的隧穿層104，垂直記錄層105。垂直固定層I101、垂直固定層II 103和垂直記錄層105的磁化方向可能是在膜層面內(nèi)，也可能是垂直于膜面。垂直固定層I 101、垂直固定層II 103可能包含但不僅限于以下材料和結(jié)構(gòu):鈷、鐵、鎳、銪、IL、鋪、釤、鏑、鈥、鈾、鈀、猛、硼、給、錯、鉭、銀、銀、鈦、鉬、絡(luò)、媽等以及由上述元素組成的合金，以及由上述元素及合金組成的多層膜結(jié)構(gòu)。隧穿層104可能由一層或多層絕緣層組成。
[0026]垂直固定層I 101，II103和耦合層102 —起組成SAF結(jié)構(gòu)，耦合層102為反鐵磁耦合層；垂直記錄層105也可能含有合成反鐵磁耦合(SAF)結(jié)構(gòu)。SAF結(jié)構(gòu)由兩層磁性材料組成。兩層磁性材料被反鐵磁耦合層分開，并通過反鐵磁耦合層的層間相互作用實現(xiàn)磁化方向的反向排列。SAF中的反鐵磁耦合層可能包含但不僅限于以下材料:釕、銠、錸、銥、銅、銀、金等及包含上述材料的合金。隧穿層104可能包含但不僅限于以下材料:氧化鎂、氧化鋁、氧化鋁鎂(MgAl204)、氧化鉭、氧化鈦、氧化IL、氧化給、氧化錯、氧化鎵、氧化鈧、氧化隹凡、氧化鋅、氧化鎂鋅、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氮化硼或氮化鋁等。垂直記錄層105可能包含但不僅限于以下材料和結(jié)構(gòu):鈷、鐵、鎳、鉑、鈀、硼、鉿、鋯、鉭、鈮、釩、鈦、鉬、鉻、鎢等以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金組成的多層膜結(jié)構(gòu)。重金屬層2可能包含但不僅限于以下材料:鉑、鈀、鉭或鎢等。
[0027]在寫入過程中，S0C效應(yīng)只能將記錄層磁化方向從垂直方向改變?yōu)樗椒较?，關(guān)閉電流則記錄層的磁化方向恢復(fù)垂直方向但與固定層的磁化方向平行(0)或反向平行(1)，出現(xiàn)幾率為50/50