一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及随机码生成器领域，尤其涉及一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器。
【背景技术】
[0002]磁性随机存储器(MRAM)是一种非易失型的存储器，由依靠电路相互连接的磁性隧道结(MTJ)阵列组成。每个MTJ含有磁性的记录层和固定层。记录层和固定层之间由非磁性的隧穿层分开。在MTJ正常工作时记录层的磁化方向可以改变，而固定层的磁化方向保持不变。MTJ的电阻与记录层和固定层的相对磁化方向有关。当记录层的磁化方向相对于固定层的磁化方向发生改变时，MTJ的电阻值相应改变，对应于不同的存储信息(如0或1)。电阻值发生变化的幅度称为磁电阻。
[0003]在基于自旋霍尔效应的磁性随机存储器(MRAM)中，记录层的偏转通过电子的自旋轨道耦合(S0C)效应实现。当面内水平电流通过MTJ重金属下电极时，电流在记录层与重金属下电极的界面产生的极化电流。当有偏置外磁场存在的情况下，如果电流的大小超过S0C效应的阈值，则导致记录层的磁化方向发生反转。反转后记录层的磁化方向由写电流流动的方向决定。
【发明内容】
[0004]本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器，包括磁性隧道结与重金属层，还可以加入偏置线圈，通过偏置线圈内通过的电流产生的磁场来进行控制磁性隧道结的平行(0)或反向平行(1)出现的几率；本发明可用于实现产生随机码。
[0005]本发明是通过以下技术方案达到上述目的:一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器，包括磁性隧道结、产生自旋霍尔效应的重金属层；磁性隧道结连接于重金属层上方或下方。
[0006]作为优选，所述随机码生成器还包括偏置导线或偏置线圈，设于磁性隧道结两侧或上下方。
[0007]作为优选，所述磁性隧道结包括垂直固定层1、耦合层、垂直固定层I1、隧穿层、垂直记录层；若磁性隧道结连于重金属层上方，则垂直记录层、隧穿层、垂直固定层I1、耦合层、垂直固定层I自下而上依次堆叠连接；若磁性隧道结连于重金属层下方，则垂直固定层
I1、耦合层、垂直固定层1、隧穿层、垂直记录层自下而上依次堆叠连接。
[0008]作为优选，所述垂直固定层1、垂直固定层I1、垂直记录层的磁化方向为在膜层内或垂直于膜层。
[0009]作为优选，所述垂直固定层I，II和親合层一起组成SAF结构；SAF结构由两层磁性材料与反铁磁耦合层组成；两层磁性材料被反铁磁耦合层分开，并通过反铁磁耦合层的层间相互作用实现磁化方向的反向排列。
[0010]作为优选，垂直记录层也可以由SAF结构组成。
[0011]作为优选，所述隧穿层包括一层或多层绝缘层，其材料含有氧化镁、氧化铝、氧化铝镁(MgAl204)、氧化钽、氧化钛、氧化IL、氧化給、氧化错、氧化镓、氧化钪、氧化银、氧化锌、氧化镁锌、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氮化硼或氮化铝。
[0012]作为优选，所述垂直固定层1、垂直固定层I1、垂直记录层的材料含有铁、钴、镍、铁钴合金，以及上述元素或合金与硼、铂、钯、锆、铪、钽、钛、钒、铬、钨、钼、铌组成的合金，以及上述元素或合金与硼、锆、铪、钽、钛、钒、铬、钨、钼、铌组成的多层膜的一种或几种组合。
[0013]作为优选，所述产生自旋霍尔效应的重金属层的材料含有铂、钯、钽或钨。
[0014]作为优选，所述重金属层上方或下方若连接有多个磁性隧道结，则形成多位随机码生成器。
[0015]作为优选，所述所述反铁磁耦合层的材料含有钌、铑、铼、铱、铜、银、金，以及包含上述材料的合金。
[0016]本发明的有益效果在于:本发明随机码生成器可以用来产生随机密码，可以应用于通讯、金融、商业等需要密码的场合，有很大的应用前景。
【附图说明】
[0017]图1是本发明随机码生成器的结构示意图1 ;
[0018]图2是本发明随机码生成器的结构示意图2 ;
[0019]图3是本发明随机码生成器的结构示意图3 ;
[0020]图4是本发明随机码生成器的结构示意图4。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此:
[0022]实施例1:如图1所示，一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器由磁性隧道结1、产生自旋霍尔效应的重金属层2组成；磁性隧道结1连接于重金属层上方。其中，磁性隧道结1含有铁磁性的垂直固定层I 101、垂直固定层II 103，反铁磁親合层102，非磁性的隧穿层104，垂直记录层105。垂直固定层I 101、垂直固定层II 103和垂直记录层105的磁化方向可能是在膜层面内，也可能是垂直于膜面。垂直固定层I 101、垂直固定层II 103可能包含但不仅限于以下材料和结构:钴、铁、镍、铕、钆、铽、钐、镝、钬、铂、钯、锰、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨等以及由上述元素组成的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。隧穿层104可能由一层或多层绝缘层组成。
[0023]垂直固定层I 101，II103和耦合层102 —起组成SAF结构；耦合层102为反铁磁耦合层；垂直记录层105也可能含有合成反铁磁耦合(SAF)结构。SAF结构由两层磁性材料组成。两层磁性材料被反铁磁耦合层分开，并通过反铁磁耦合层的层间相互作用实现磁化方向的反向排列。SAF中的反铁磁耦合层可能包含但不仅限于以下材料:钌、铑、铼、铱、铜、银、金等及包含上述材料的合金。隧穿层104可能包含但不仅限于以下材料:氧化镁、氧化铝、氧化铝镁(MgAl204)、氧化钽、氧化钛、氧化IL、氧化給、氧化错、氧化镓、氧化钪、氧化隹凡、氧化锌、氧化镁锌、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氮化硼或氮化铝等。垂直记录层105可能包含但不仅限于以下材料和结构:钴、铁、镍、铂、钯、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨等以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。重金属层106可能包含但不仅限于以下材料:铂、钯、钽或钨等。
[0024]重金属层内的水平电流产生自旋霍尔效应，使记录层的磁化方向从垂直方向倒向水平方向；关闭电流则记录层的磁化方向恢复垂直方向但与固定层的磁化方向平行⑹或反向平行(1)，出现几率为50/50 ;信号输出则通过测量磁性隧道结的电阻来实现。
[0025]实施例2:如图2所示，一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器由磁性隧道结1、产生自旋霍尔效应的重金属层2、偏置导线3组成；磁性隧道结1连接于重金属层上方，偏置导线3设于磁性隧道结1的右侧。其中，磁性隧道结1含有铁磁性的垂直固定层I 101、垂直固定层II 103，反铁磁親合层102，非磁性的隧穿层104，垂直记录层105。垂直固定层I101、垂直固定层II 103和垂直记录层105的磁化方向可能是在膜层面内，也可能是垂直于膜面。垂直固定层I 101、垂直固定层II 103可能包含但不仅限于以下材料和结构:钴、铁、镍、铕、IL、铺、钐、镝、钬、铀、钯、猛、硼、給、错、钽、银、银、钛、钼、络、妈等以及由上述元素组成的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。隧穿层104可能由一层或多层绝缘层组成。
[0026]垂直固定层I 101，II103和耦合层102 —起组成SAF结构，耦合层102为反铁磁耦合层；垂直记录层105也可能含有合成反铁磁耦合(SAF)结构。SAF结构由两层磁性材料组成。两层磁性材料被反铁磁耦合层分开，并通过反铁磁耦合层的层间相互作用实现磁化方向的反向排列。SAF中的反铁磁耦合层可能包含但不仅限于以下材料:钌、铑、铼、铱、铜、银、金等及包含上述材料的合金。隧穿层104可能包含但不仅限于以下材料:氧化镁、氧化铝、氧化铝镁(MgAl204)、氧化钽、氧化钛、氧化IL、氧化給、氧化错、氧化镓、氧化钪、氧化隹凡、氧化锌、氧化镁锌、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氮化硼或氮化铝等。垂直记录层105可能包含但不仅限于以下材料和结构:钴、铁、镍、铂、钯、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨等以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。重金属层2可能包含但不仅限于以下材料:铂、钯、钽或钨等。
[0027]在写入过程中，S0C效应只能将记录层磁化方向从垂直方向改变为水平方向，关闭电流则记录层的磁化方向恢复垂直方向但与固定层的磁化方向平行(0)或反向平行(1)，出现几率为50/50