CN110635024A - 基于竞争自旋流控制磁随机存储器及其制备方法 - Google Patents

基于竞争自旋流控制磁随机存储器及其制备方法 Download PDF

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CN110635024A CN201911034542.XA CN201911034542A CN110635024A CN 110635024 A CN110635024 A CN 110635024A CN 201911034542 A CN201911034542 A CN 201911034542A CN 110635024 A CN110635024 A CN 110635024A
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刘雄华
周志鹏
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Abstract

本发明提供了一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器及其制备方法，通过对自旋轨道耦合层施加脉冲电压，由竞争自旋流产生的自旋轨道矩效应，控制磁隧道结中磁自由层磁矩产生180°翻转，实现信息的写入；通过测量磁隧道结两端电压的变化，得到隧穿电阻的变化，实现信息的读取。

Description

基于竞争自旋流控制磁随机存储器及其制备方法
技术领域
本发明涉及信息技术及微电子领域，尤其涉及一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器及其制备方法。
背景技术
当今信息社会，人们对信息处理和存储的要求越来越高，寻找新型的非挥发存储器件和信息处理器件成为了当前的研究热点和产业趋势。其中利用电子的自旋，而不仅仅是电子电荷来进行信息的处理和存储，有可能是最具前景的技术之一。当前商业上大力发展的自旋转移矩-磁随机存储器(STT-MARM)和还处于实验室研究的自旋轨道矩-磁随机存储器(SOT-MRAM)，都是基于存储单元中磁自由层磁化的翻转，导致磁电阻的改变，从而实现信息的存储功能，具有高速和非易失等优点。基于自旋转移矩-磁随机存储器中磁自由层的磁化翻转靠电流实现，通常需要非常高的电流密度(106-107A/cm2)，由于大电流通过存储器结区，不仅导致能耗过大，而且热效应也会极大地降低存储器的使用寿命。
为了降低整个器件的能耗，提高器件的工作寿命，通常有两个途径来实现：第一是利用电压实现隧穿结中磁自由层的磁化翻转，这需要引入比较厚的铁电材料；第二是利用自旋轨道矩效应使存储器中磁自由层发生磁化翻转实现磁性信息的电学写入。由于信息的写和读在不同的通道上，大电流不通过存储器结区，因此存储器的能耗大大降低，使用寿命也大大延长。但通常基于自旋轨道矩效应磁性存储需要外加磁场的辅助，不利于存储器件的微型化，会制约信息技术的进一步发展，因此如何利用自旋轨道矩效应在无外磁场下调控磁化的翻转，实现信息存储和处理是信息领域的迫切需要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器及其制备方法，由于基于自旋转移矩-磁随机存储器和还处于实验室研究的自旋轨道矩-磁随机存储器中磁自由层的磁化翻转靠电流实现，通常需要非常高的电流密度(106-107A/cm2)，由于大电流通过存储器结区，不仅导致能耗过大，而且热效应也会极大地降低存储器的使用寿命，且基于自旋轨道矩-磁随机存储器需要外加磁场的辅助，不利于存储器件的微型化，会制约信息技术的进一步发展，因此如何利用自旋轨道矩效应在无外磁场下调控磁化的翻转，同时降低能耗并提升存储器使用寿命，实现信息存储和处理是信息领域的迫切需要。
(二)技术方案
本发明提供了一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构，包括：
衬底；
缓冲层，形成于所述衬底上；
自旋轨道耦合层，形成于所述缓冲层上，自旋轨道耦合层包括两个自旋霍尔角相反的第一自旋轨道耦合层和第二自旋轨道耦合层，所述第一自旋轨道耦合层形成于缓冲层上，所述第二自旋轨道耦合层形成于第一自旋轨道耦合层上；
磁隧道结层，形成于自旋轨道耦合层上，包括：磁自由层、隧穿绝缘层、磁钉扎层和反铁磁层，所述磁自由层形成于自旋轨道耦合层上，所述隧穿绝缘层形成于磁自由层上，所述磁钉扎层形成于隧穿绝缘层上，所述反铁磁层形成于磁钉扎层上；
保护层，形成于反铁磁层上。
一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法，步骤如下：
步骤S1：在衬底上生长缓冲层；
步骤S2：在缓冲层上生长自旋轨道耦合层；
步骤S3：在自旋轨道耦合层上生长磁隧道结层；
步骤S4：在反铁磁层之上生长保护层。
在步骤S2中，自旋轨道耦合层由两层精确控制厚度为1～2nm的自旋霍尔角相反的材料组成。
步骤S3中包含以下步骤：
步骤S3-1：在自旋轨道耦合层上生长磁隧道结层中的磁自由层；
步骤S3-2：在磁自由层上生长隧穿绝缘层；
步骤S3-3：在隧穿绝缘层上生长磁钉扎层；
步骤S3-4：在磁钉扎层上生长反铁磁层；
其中，磁自由层的易磁化方向为垂直或平行于磁自由层的表面方向；隧穿绝缘层厚度控制在0.5～3nm；磁钉扎层的易磁化方向为垂直或平行于磁钉扎层的表面方向。
一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器，包括：
衬底；
缓冲层，形成于所述衬底上；
形成阵列排布的多个结构单元，形成于所述缓冲层上，每个结构单元包括：权利要求1中的所述自旋轨道耦合层单元和所述磁隧道结单元。
一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法，步骤如下：
步骤S1’：在权利要求2制备的多层膜结构上，通过光刻或电子束曝光的方法，制备出阵列图形，通过湿法刻蚀或干法刻蚀的方法，制备出形成阵列排布的多个结构单元，每个结构单元包括：自旋轨道耦合层单元和磁隧道结单元；
步骤S2’：在各个磁隧道结单元之间，生长一层金属，连接各个磁隧道结单元之间的缓冲层，再通过热氧化/沉积法/溅射法，生长绝缘氧化材料SiO2/AlOx填充于磁隧道结单元之间，作为氧化绝缘层，其中氧化绝缘层与保护层的上表面平齐；
步骤S3’：在氧化绝缘层上生长一层金属，连接各个磁隧道结单元以及保护层，且蚀刻为平行于底电极排列方向且互相平行的条状结构作为顶电极。
在步骤S2’中，金属层厚度与自旋轨道耦合层的厚度相同，或小于自旋轨道耦合层的厚度，并蚀刻为垂直于底电极排列方向，且相互平行的条状结构作为中间电极，生长的氧化绝缘层与保护层的上表面平齐。
还包括：利用外加磁场初始化所述磁随机存储器。
一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器构成的可编译逻辑器件，由多个权利要求5所述的基于竞争自旋流控制磁随机存储器串联或并联组成逻辑门。
当对所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输入负脉冲电压时，所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输出为低隧穿电阻，对应低电平，对所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输入正脉冲电压时，所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输出为高隧穿电阻，对应高电平。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种基于竞争自旋流控制磁存储器及其制备方法，不再使用高密度电流通入隧穿结实现磁自由层磁化翻转的方式，通过精确控制两自旋霍尔角相反的自旋轨道耦合层的厚度，即可产生竞争自旋流，通过自旋轨道耦合层产生的竞争自旋流诱导磁自由层总磁矩发生定向翻转；利用室温零磁场下施加电流产生可控的磁化定向翻转实现磁随机存储器的功能；利用该磁随机存储器可方便快捷地构建可编译的逻辑功能。本发明的存储器件和逻辑器件具有工作在室温，无外加磁场依赖、可编译、低功耗、稳定性高、使用寿命长等优点，可应用于非易失高密度存储、高速非易失逻辑计算等领域。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构示意图。
图2为本发明实施例的一种V-V型基于竞争自旋流控制磁随机存储器初始态的信息写入/读写示意图。
图3为本发明实施例的一种V-V型基于竞争自旋流控制磁随机存储器在施加脉冲电压(产生脉冲电流)下的信息写入/读写示意图。
图4为本发明实施例的一种P-P型基于竞争自旋流控制磁随机存储器初始态的信息写入/读写示意图。
图5为本发明实施例的一种P-P型基于竞争自旋流控制磁随机存储器在施加脉冲电压(产生脉冲电流)下的信息写入/读写示意图。
图6为本发明实施例的两个基于竞争自旋流控制磁随机存储器组成的可编译逻辑器件示意图。
符号说明
100 衬底
200 缓冲层
300 自旋轨道耦合层
311 第一自旋轨道耦合层
312 第二自旋轨道耦合层
400 磁隧道结层
410 磁隧道结单元
411 磁自由层
412 隧穿绝缘层
413 磁钉扎层
414 反磁铁层
500 保护层
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
本发明实施例通过精确设计的两个自旋霍尔角相反的自旋轨道耦合层的厚度，在自旋轨道耦合层施加脉冲电流，通过竞争自旋流诱导磁隧道结中磁自由层的磁矩发生180°定向翻转，实现信息的写入；包括磁隧道结中磁自由层的磁矩与磁钉扎层的磁矩都是垂直于面内(Vertical-Vertical，V-V型)，或磁自由层的磁矩与磁钉扎层的磁矩都平行于面内(Parallel-Parallel，P-P型)，通过测量磁隧道结两点电压的变化，得到隧穿电阻的变化，进而实现信息的读取。由于不再使用高密度电流通过磁随机存储器的结区，可有效降低能耗，提高器件的稳定性，进而延长器件的工作寿命。
如图1所示，本发明实施例提供了基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构，包括：衬底100；缓冲层200，形成于所述衬底100上；自旋轨道耦合层300，形成于所述缓冲层200上，自旋轨道耦合层包括两个自旋霍尔角相反的第一自旋轨道耦合层311和第二自旋轨道耦合层312，所述第一自旋轨道耦合层311形成于缓冲层200上，所述第二自旋轨道耦合层312形成于第一自旋轨道耦合层311上；磁隧道结层400，形成于自旋轨道耦合层300上，包括：磁自由层411、隧穿绝缘层412，磁钉扎层413和反铁磁层414四个单元，所述磁自由层411形成于自旋轨道耦合层312上，所述隧穿绝缘层412形成于磁自由层411上，所述磁钉扎层413形成于隧穿绝缘层412上，所述反铁磁层414形成于磁钉扎层413上；保护层500，形成于反铁磁层414上。
所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法如下：
步骤S1：在衬底100上生长缓冲层200，并使其光滑平整。
步骤S2：在缓冲层200上生长自旋轨道耦合层300，自旋轨道耦合层300可使用自旋轨道耦合性很强的重金属材料，例如Pt，Ta或W等，优先采用磁控溅射方式制备。自旋轨道耦合层300还可以为反铁磁材料(例如IrMn，PtMn等)、拓扑绝缘体材料(例如Bi2Se3，Bi2Te3等)、金属氧化物材料(如SrRuO3)、半导体材料或者外尔半金属Cd3As2及WTe2等。
其中，自旋轨道耦合层由两层精确控制厚度为1～2nm的自旋霍尔角相反的材料组成，如W/Pt或Ta/Pt等。在该层中通入电流，由于很强的自旋轨道耦合作用产生自旋流，利用此竞争自旋流可以实现无外磁场下磁隧道结中磁自由层磁矩的定向翻转。
步骤S3：在自旋轨道耦合层300上生长磁隧道结层400，包括：磁自由层411、隧穿绝缘层412、磁钉扎层413、反铁磁层414。
步骤S3-1：在自旋轨道耦合层300上生长磁隧道结层400中的磁自由层411，材料可选择Co或Co40Fe40B20等，使其易磁化方向为垂直或平行于磁自由层411的表面方向，通过控制磁自由层411的厚度获得不同磁各向异性，优先采用磁控溅射的方式制备。所述磁自由层411的材料为易磁化方向为平行或垂直于该层表面方向的磁性金属、合金或磁性金属多层膜、磁性半导体等具有铁磁性的材料。
步骤S3-2：在磁自由层411上生长隧穿绝缘层412，材料可为MgO或AlOx等，优先采用磁控溅射的方式制备，厚度控制在0.5～3nm。
步骤S3-3：在隧穿绝缘层412上生长磁钉扎层413，该层材料可选择Co或Co40Fe40B20等，通过控制磁钉扎层413的厚度来获得该磁性层的易磁化方向为平行面内或垂直于该层表面，优先采用磁控溅射的方式制备。所述磁钉扎层413的材料易磁化方向为平行或垂直于该层表面方向的磁性金属、合金或磁性金属多层膜、磁性半导体等具有铁磁性的材料。
步骤S3-4：在磁钉扎层413上生长反铁磁层414，该层材料可以选择IrMn，PtMn或FeMn等，优先采用磁控溅射的方式制备。
步骤S4：在反铁磁层414之上生长保护层500。
以上为本实施例所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的一种典型制备方法，并在此多层膜结构上，可以继续制作成为本实施例中的基于竞争自旋流控制磁随机存储器，根据实际需要，通过蚀刻等方式，在此基本的多层膜结构上，制作出多个圆柱形或其他形状的结构单元，并将其电性连接，形成阵列图形。本实施例采用圆柱形磁隧道结单元，并将其串联，以氧化物填充在各单元之间作为绝缘材料，形成本实施例所述的基于竞争自旋流控制磁随机存储器。
本发明实施例还提供了一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器，包括：衬底100；
缓冲层200，形成于所述衬底100上；
形成阵列排布的多个结构单元，形成于所述缓冲层200上；每个结构单元包括：自旋轨道耦合层单元310和磁隧道结单元410。自旋轨道耦合层单元310包括：上述实施例多层膜结构的自旋轨道耦合层311和312，磁隧道结单元410包括：上述实施例多层膜结构的磁自由层411、隧穿绝缘层412、磁钉扎层413和反铁磁层414。
保护层500，形成于反铁磁层414上。
步骤如下：
步骤S1’：在制备完成的多层膜结构上，通过光刻或电子束曝光的方法，根据实际需要制备出相应阵列图形，通过湿法刻蚀或干法刻蚀的方法，制备出形成阵列排布的多个结构单元，每个结构单元包括：自旋轨道耦合层单元310和磁隧道结单元410。
步骤S2’：在制备好的各个磁隧道结单元410之间，即结构单元之间，生长一层金属，连接各个磁隧道结单元410之间的缓冲层200，由于需利用竞争自旋流驱动磁隧道结中磁自由层磁矩的定向翻转，该金属层的厚度与生长的自旋轨道耦合层300，即自旋轨道耦合层单元310，的厚度相同，或稍小于自旋轨道耦合层300的厚度，并蚀刻为垂直于底电极(自旋轨道耦合层)排列方向，且相互平行的条状结构作为中间电极，再通过热氧化/沉积法/溅射法，生长绝缘材料SiO2/AlOx填充于磁隧道结单元之间，作为氧化绝缘层起到隔离并绝缘相邻磁隧道结单元410的作用，其中氧化绝缘层与保护层500的上表面平齐，填充磁隧道结单元410之间的空隙。
步骤S3’：在氧化绝缘层上生长一层金属，连接各个磁隧道结单元410以及保护层500，且蚀刻为平行于底电极排列方向且互相平行的条状结构作为顶电极。
以上为本实施例基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法。
制备完成后，利用外加磁场初始化所述磁随机存储器，尤指磁自由层411和磁钉扎层413的磁化方向。
如图2所示，为本发明实施例V-V型(磁矩垂直于层表面)基于竞争自旋流控制磁随机存储器初始态的信息写入/读取示意图。对于V-V型磁隧道结，磁自由层411和磁钉扎层413的磁矩初始化为平行排列，且垂直于层表面，在磁隧道结层400中施加小的恒流源I用于检测隧穿电阻，此时隧穿电阻处于低态。
如图3所示，为本发明实施例V-V型基于竞争自旋流随机存储器在施加脉冲电压(产生脉冲电流)之后的信息写入/读取示意图。通过在自旋轨道耦合层300中施加正脉冲电压U(产生正脉冲电流)，利用竞争自旋流产生的自旋轨道矩效应，使得磁隧道结层400中磁自由层411磁矩的方向发生180°反转，从而导致隧穿电阻发生跳变，磁随机存储器写入“1”的信号，通过读取V值的变化，可检测到隧穿电阻的变化。当在自旋轨道耦合层300中输入负脉冲电压U(产生负脉冲电流)时，磁隧道结层400中磁自由层411的磁矩恢复，导致电阻发生跳变，磁随机存储器写入“0”的信号，通过读取V值的变化，检测隧穿电阻的变化。
本发明的另一实施例中，提供了一种P-P型(磁矩平行于层表面)基于竞争自旋流控制磁随机存储器。本实施例与前述实施例相比区别在于：在初始化所述磁随机存储器时，本实施例的磁隧道结层400中磁自由层411与磁钉扎层413利用外加磁场初始化的磁矩都平行排列，且磁自由层411的磁矩和磁钉扎层413的磁矩都平行于层表面。如图4所示，为本发明P-P型基于竞争自旋流随机存储器初始态的信息写入/读取示意图。对于P-P型磁隧道结，磁自由层411和磁钉扎层413的磁矩初始化为与层表面方向平行排列，在磁隧道结层400中施加小的恒流源I用于检测隧穿电阻，此时隧穿电阻处于低态。如图5所示，为本发明P-P型基于竞争自旋流控制磁随机存储器在施加脉冲电压(产生脉冲电流)之后的信息写入/读取示意图。通过在自旋轨道耦合层300中施加正脉冲电压U(产生正脉冲电流)，利用竞争自旋流产生的自旋轨道矩效应，使得磁隧道结层400中磁自由层411磁矩的方向发生180°反转，从而导致隧穿电阻发生跳变，磁随机存储器写入“1”的信号，通过读取V值的变化，可检测到隧穿电阻的变化。当在自旋轨道耦合层300中输入负脉冲电压U(产生负脉冲电流)时，磁隧道结层400中磁自由层411的磁矩恢复，导致电阻发生跳变，磁随机存储器写入“0”的信号，通过读取V值的变化，检测隧穿电阻的变化。
如图6所示，为本发明实施例的两个磁随机存储器组成的可编译逻辑器件示意图。可利用两个所述磁随机存储器的串联实现或非门，实现方法如下：两个所述磁随机存储器如图6中所示的排列连接，在两个所述磁随机存储器中的输入端，即自旋轨道耦合层300中施加的脉冲电压U1和U2(分别产生脉冲电流I1和I2)，其中一个磁随机存储器的顶电极与另一个磁随机存储器的底电极电性连接，另一个磁随机存储器的顶电极作为输出端。当两个所述磁随机存储器输出都为高电平时为1，其他情况都为0；其中，假设正脉冲电压U为1，负脉冲电压U为0，磁隧道结中测得的高隧穿磁电阻为高电平，低隧穿磁电阻为低电平。例如，当两个所述磁随机存储器的自旋轨道耦合层都施加负脉冲电压U1和U2(分别产生负脉冲电流I1和I2)(对应0，0)，两个所述磁随机存储器都输出为低隧穿磁电阻，即对应低电平，所以最终输出为0。当两个所述磁随机存储器中自旋轨道耦合层300中施加的脉冲电压分别为(1，0)或(0，1)时，两个所述磁随机存储器输出为一个低电平和一个高电平、或一个高电平和一个低电平，二者相互抵消，输出仍为0。当两个所述磁随机存储器中自旋轨道耦合层300中都施加正的脉冲电压U1和U2(分别产生正脉冲电流I1和I2)(对应1，1)，两个单独的磁随机存储器都输出为高电平，最终输出为1，为或非门功能。
本发明实施例的其它方面，提供了一种磁电阻器件，利用上述的磁随机存储器形成的外延结构，所述磁电阻器件包括：巨磁电阻器件或各向异性隧道磁电阻器件。
需要说明的是，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构，其特征在于，包括：
衬底；
缓冲层，形成于所述衬底上；
自旋轨道耦合层，形成于所述缓冲层上，自旋轨道耦合层包括两个自旋霍尔角相反的第一自旋轨道耦合层和第二自旋轨道耦合层，所述第一自旋轨道耦合层形成于缓冲层上，所述第二自旋轨道耦合层形成于第一自旋轨道耦合层上；
磁隧道结层，形成于自旋轨道耦合层上，包括：磁自由层、隧穿绝缘层、磁钉扎层和反铁磁层，所述磁自由层形成于自旋轨道耦合层上，所述隧穿绝缘层形成于磁自由层上，所述磁钉扎层形成于隧穿绝缘层上，所述反铁磁层形成于磁钉扎层上；
保护层，形成于反铁磁层上。
2.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤S1：在衬底上生长缓冲层；
步骤S2：在缓冲层上生长自旋轨道耦合层；
步骤S3：在自旋轨道耦合层上生长磁隧道结层；
步骤S4：在反铁磁层之上生长保护层。
3.根据权利要求2所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，自旋轨道耦合层由两层精确控制厚度为1～2nm的自旋霍尔角相反的材料组成。
4.根据权利要求2所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的多层膜结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中包含以下步骤：
步骤S3-1：在自旋轨道耦合层上生长磁隧道结层中的磁自由层；
步骤S3-2：在磁自由层上生长隧穿绝缘层；
步骤S3-3：在隧穿绝缘层上生长磁钉扎层；
步骤S3-4：在磁钉扎层上生长反铁磁层；
其中，磁自由层的易磁化方向为垂直或平行于磁自由层的表面方向；隧穿绝缘层厚度控制在0.5～3nm；磁钉扎层的易磁化方向为垂直或平行于磁钉扎层的表面方向。
5.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器，其特征在于，包括：
衬底；
缓冲层，形成于所述衬底上；
形成阵列排布的多个结构单元，形成于所述缓冲层上，每个结构单元包括：权利要求1中的所述自旋轨道耦合层单元和所述磁隧道结单元。
6.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤S1’：在权利要求2制备的多层膜结构上，通过光刻或电子束曝光的方法，制备出阵列图形，通过湿法刻蚀或干法刻蚀的方法，制备出形成阵列排布的多个结构单元，每个结构单元包括：自旋轨道耦合层单元和磁隧道结单元；
步骤S2’：在各个磁隧道结单元之间，生长一层金属，连接各个磁隧道结单元之间的缓冲层，再通过热氧化/沉积法/溅射法，生长绝缘氧化材料SiO2/AlOx填充于磁隧道结单元之间，作为氧化绝缘层，其中氧化绝缘层与保护层的上表面平齐；
步骤S3’：在氧化绝缘层上生长一层金属，连接各个磁隧道结单元以及保护层，且蚀刻为平行于底电极排列方向且互相平行的条状结构作为顶电极。
7.根据权利要求6所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法，其特征在于，在步骤S2’中，金属层厚度与自旋轨道耦合层的厚度相同，或小于自旋轨道耦合层的厚度，并蚀刻为垂直于底电极排列方向，且相互平行的条状结构作为中间电极，生长的氧化绝缘层与保护层的上表面平齐。
8.根据权利要求6所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器的制备方法，其特征在于，还包括：利用外加磁场初始化所述磁随机存储器。
9.一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器构成的可编译逻辑器件，其特征在于，由多个权利要求5所述的基于竞争自旋流控制磁随机存储器串联或并联组成逻辑门。
10.根据权利要求9所述的一种基于竞争自旋流控制磁随机存储器构成的可编译逻辑器件，其特征在于，当对所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输入负脉冲电压时，所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输出为低隧穿电阻，对应低电平，对所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输入正脉冲电压时，所述基于竞争自旋流控制磁随机存储器输出为高隧穿电阻，对应高电平。
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