CN117651424A - 一种自旋轨道矩-磁性随机存储器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自旋轨道矩‑磁性随机存储器，包括自下而上依次设置的自旋轨道矩材料层、选通器和基于合成铁磁体自由层的磁性隧道结，所述磁性隧道结包括自下而上依次设置的合成铁磁体自由层、非磁性势垒层和固定层，所述合成铁磁体自由层包括自下而上依次设置的第二磁性层、非磁性间隔层和第一磁性层。该自旋轨道矩‑磁性随机存储器可以实现低功耗、高速及高密度存储。
Description
技术领域
本发明涉及磁存储技术领域，具体涉及一种自旋轨道矩-磁性随机存储器（SOT-MRAM）。
背景技术
磁性随机存储器（MRAM）以磁性隧道结(MTJ)为基本结构，具有非易失性、高速读写、工艺兼容良好、无限次擦写等优点，有望解决传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术功耗高、易失性等技术瓶颈。与传统MRAM相比，最新发展的SOT-MRAM装置以电流产生的自旋轨道矩(SOT)而不是电流产生的磁场来切换固定层与自由层的相对磁化方向，从而实现数据写入。但由于SOT-MRAM的写入电流密度依然很高，极大的限制了存储单元阵列的排列密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，该存储器可以实现低功耗、高速及高密度存储。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，包括自下而上依次设置的自旋轨道矩材料层、选通器和基于合成铁磁体自由层的磁性隧道结，所述磁性隧道结包括自下而上依次设置的合成铁磁体自由层、非磁性势垒层和固定层，所述合成铁磁体自由层包括自下而上依次设置的第二磁性层、非磁性间隔层和第一磁性层。
进一步地，所述磁性隧道结为一个由合成铁磁体自由层、非磁性势垒层和固定层构成的重叠结构，所述合成铁磁体自由层和固定层为磁性层，磁性层的磁化方向垂直指向面外或平行于面内，所述非磁性势垒层位于二者之间。
进一步地，所述自旋轨道矩材料层由重金属材料或拓扑绝缘体材料制成；所述重金属材料为Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、In、Sb、Te、Hf、Ta、β-Ta、W、β-W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi或Po中的一种或多种的组合；所述拓扑绝缘体材料为CaTe、HgTe、CdTe、AlSb、InAs、GaSb、AlSb、Bi1-xSbx、Bi2Se3、Sb2Te3、Bi2Te3、Bi2Te2Se、(Bi,Sb)2Te3、Bi2-xSbxTe3-ySey、Sb2Te2Se、TlBiSe2、TlBiTe2、TlBi(S,Se)2、PbBi2Te4、PbSb2Te4、GeBi2Te4、PbBi4Te7、SnTe、Pb1- xSnxTe、Ag2Te、SmB6、Bi14Rh3I9、LuBiPt、DyBiPt、GdBiPt或Nd2(Ir1-xRhx)2O7中的一种或多种的组合。
进一步地，所述选通器由氧化物、氮化物或氮氧化物制成，所述氧化物包括Al2O3、MgO和SiO2。
进一步地，所述合成铁磁体自由层为第二磁性层-非磁性间隔层-第一磁性层的堆叠结构；所述第一磁性层和第二磁性层的磁化方向垂直指向面外或平行于面内；所述第一磁性层和第二磁性层的材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)p、(Co/Pd)m或(Co/Pt)n，其中m、n、p表示多层堆叠的重复次数；所述非磁性间隔层的材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种的组合，且厚度在0.1nm～10nm。
进一步地，所述非磁性势垒层由氧化物、氮化物、氮氧化物、金属、合金、SiC、C或陶瓷材料制成；所述氧化物、氮化物或氮氧化物中，除O、N外，其组成元素还包括Mg、Al、Ca、Sr、La、Ti、Hf、V、Ta、Cr、W、Ru、Cu、In、Si或Eu中的一种或多种的组合；所述金属或合金的组成元素包括Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ta、Ti、Nb、Os、Ru、Rh、Y、Mg、Pd、Cr、W、Mo或V中的一种或多种的组合。
进一步地，所述固定层由铁磁性或亚铁磁性金属及其合金、合成铁磁性材料、半金属铁磁材料或合成反铁磁材料制成；所述铁磁性或亚铁磁性金属及其合金选自Fe、Co、Ni、Mn、NiFe、FePd、FePt、CoFe、CoPd、CoPt、YCo、LaCo、PrCo、NdCo、SmCo、CoFeB、BiMn或NiMnSb，及其与B、Al、Zr、 Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、Pd或Pt中的一种或多种的组合；所述合成铁磁性材料选自3d/4d/4f/5d/5f/稀土金属层堆叠的人造多层结构Co/Ir、Co/Pt、Co/Pd、CoCr/Pt、Co/Au或Ni/Co；所述半金属铁磁材料为形式为XYZ或X2YZ的Heusler合金，其中X选自Mn、Fe、Co、Ni、Pd或Cu中的一种或多种的组合，Y选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni中的一种或多种的组合，Z选自Al、Ga、In、Si、Ge、Sn或Sb中的一种或多种的组合；所述合成反铁磁材料包括铁磁层与间隔层，其中铁磁层材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)p、(Co/Pd)m或(Co/Pt)n，m、n、p表示多层堆叠的重复次数，间隔层材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种的组合。
进一步地，还包括三个电极，第一电极和第二电极分别设置于自旋轨道矩材料层的两侧，第三电极设置于磁性隧道结的固定层外侧，通过产生电场，所述合成铁磁体自由层能够在电场作用下实现反铁磁态到铁磁态的转变。
进一步地，所述电极的材料为金属或合金材料或碳系导电材料，所述金属或合金材料选自Li、Mg、Al、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、Po、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的一种或多种的组合；所述碳系导电材料选自石墨、碳纳米管或竹炭。
进一步地，所述自旋轨道矩-磁性随机存储器的写入方法为：向自旋轨道矩材料层施加面内电流，向磁性隧道结施加垂直辅助电流，施加电压来控制选通器层产生极化电场和电荷转移效应调控合成铁磁体自由层，所述合成铁磁体自由层中的第一磁性层与第二磁性层转变为铁磁耦合，翻转合成铁磁体自由层的第二磁性层的磁化方向，写入数据；向选通器施加反向极化电压，使得第一磁性层与第二磁性层转变为反铁磁耦合，完成写入并保存数据。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种低功耗、高速及高密度SOT-MRAM，其通过选通器形成极化电场，提升合成铁磁体自由层的铁磁耦合状态性能，利用外电场(E-field)可调谐的ruderman-kittle-kasuya-yosida(RKKY)现象有效降低了临界开关电流密度，使得自由层更加容易翻转，打破进动开关机制对磁性隧道结的限制，使用一种完全不同开关机制实现低功耗皮秒写MRAM设计。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，包括自下而上依次设置的自旋轨道矩材料层1、选通器2和基于合成铁磁体自由层的磁性隧道结，所述磁性隧道结包括自下而上依次设置的合成铁磁体自由层、非磁性势垒层6和固定层7，所述合成铁磁体自由层包括自下而上依次设置的第二磁性层3、非磁性间隔层4和第一磁性层5。
所述磁性隧道结为一个由合成铁磁体自由层、非磁性势垒层和固定层构成的重叠结构，所述合成铁磁体自由层和固定层为磁性层，磁性层的磁化方向垂直指向面外或平行于面内，所述非磁性势垒层位于二者之间。
所述自旋轨道矩材料层1由具有自旋霍尔效应的导电材料形成，选自Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、In、Sb、Te、Hf、Ta、β-Ta、W、β-W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi或Po中的一种或多种；
或由拓扑绝缘体材料制成，选自CaTe、HgTe、CdTe、AlSb、InAs、GaSb、AlSb、Bi1- xSbx、Bi2Se3、Sb2Te3、Bi2Te3、Bi2Te2Se、(Bi,Sb)2Te3、Bi2-xSbxTe3-ySey、Sb2Te2Se、TlBiSe2、TlBiTe2、TlBi(S,Se)2、PbBi2Te4、PbSb2Te4、GeBi2Te4、PbBi4Te7、SnTe、Pb1-xSnxTe、Ag2Te、SmB6、Bi14Rh3I9、LuBiPt、DyBiPt、GdBiPt或Nd2(Ir1-xRhx)2O7中的一种或多种。
所述选通器2由氧化物、氮化物或氮氧化物制成，所述氧化物包括Al2O3、MgO和SiO2。
所述合成铁磁体自由层在外加电场作用下可以将反铁磁(AFM)耦合态转变为铁磁(FM)耦合态，磁性隧道结临界开关电流密度会呈几个数量级下降，能有效降低功耗。合成铁磁体自由层处于反铁磁态，其直径为1nm～100nm，将其置于外电场中，外加电场的电压调控所需范围为0.1V～15V，其会由反铁磁态转变为铁磁态；去掉电场，所述合成铁磁体自由层铁磁态退回到反铁磁态，即可以通过电场调控其反铁磁态与铁磁态的转变。
所述合成铁磁体自由层可以通过电场调控，其磁化方向垂直指向面外或平行于面内。所述合成铁磁体自由层为第二磁性层3-非磁性间隔层4-第一磁性层5的堆叠结构。所述第一磁性层和第二磁性层可由常见的铁磁材料形成，包括但不限于：Fe、Co、Ni、CoFe、CoFeB、CoCrPt结构材料，或(Co/Ni)m、(Co/Pd)n、(Co/Pt)q多层重复堆叠磁性结构材料，其中m、n、q表示多层堆叠的重复次数。或者可由垂直磁晶各向异性较强的铁磁材料形成，包括但不限于Fe、Fe-4％Si、Co、CoFe、CoFe2O4、BaFe12O19等。所述第一磁性层5和第二磁性层3的磁化方向垂直指向面外或平行于面内，厚度可以在0.1nm～8nm的范围内，优选地在0.2nm～5nm的范围内，更优选地在0.2nm～3nm的范围内。所述第二磁性层3的磁矩大于所述第一磁性层5的磁矩。所述非磁性间隔层4可由非磁导电材料形成，包括但不限于Cu、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os中的一种或多种元素组成的合金，非磁性间隔层的厚度可以在0.1nm～10nm的范围内，更优选地在0.2nm～5nm的范围内。
所述固定层7由铁磁性或亚铁磁性金属及其合金、合成铁磁性材料、半金属铁磁材料或合成反铁磁材料制成；所述铁磁性或亚铁磁性金属及其合金选自Fe、Co、Ni、Mn、NiFe、FePd、FePt、CoFe、CoPd、CoPt、YCo、LaCo、PrCo、NdCo、SmCo、CoFeB、BiMn或NiMnSb，及其与B、Al、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、Pd或Pt中的一种或多种的组合；所述合成铁磁性材料选自3d/4d/4f/5d/5f/稀土金属层堆叠的人造多层结构Co/Ir、Co/Pt、Co/Pd、CoCr/Pt、Co/Au或Ni/Co；所述半金属铁磁材料为形式为XYZ或X2YZ的Heusler合金，其中X选自Mn、Fe、Co、Ni、Pd或Cu中的一种或多种的组合，Y选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni中的一种或多种的组合，Z选自Al、Ga、In、Si、Ge、Sn或Sb中的一种或多种的组合；所述合成反铁磁材料包括铁磁层与间隔层，其中铁磁层材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)p、(Co/Pd)m或(Co/Pt)n，m、n、p表示多层堆叠的重复次数，间隔层材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种的组合。在一些实施例中，固定层7的厚度可以在2nm～40nm的范围，优选地在2nm～20nm的范围，更优选地在2nm～10nm的范围。
所述非磁性势垒层6位于固定层7和合成铁磁体自由层之间，可包括非磁导电材料或者非磁绝缘材料；非磁性势垒层6的材料选自氧化物、氮化物或氮氧化物，且所述氧化物、氮化物或氮氧化物的组成元素选自Mg、B、Al、Ca、Sr、La、Ti、Hf、V、Ta、Cr、W、Ru、Cu、In、Si或Eu中的一种或多种掺杂形成的化合物；或者非磁性势垒层6的材料选自非磁金属或合金，且金属或合金的组成元素选自Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ta、Ti、Nb、Os、Ru、Rh、Y、Mg、Pd、Cr、W、Mo或V中的一种或多种；或者非磁性势垒层6的材料选自SiC、C或其他陶瓷材料；在一些实施例中，非磁性势垒层6的厚度可以在0.1nm～10nm的范围内，优选地在0.1nm～5nm的范围内，更优选地在0.1nm～2nm的范围内。
所述自旋轨道矩-磁性随机存储器还包括三个电极，第一电极和第二电极分别设置于自旋轨道矩材料层的两侧，第三电极设置于磁性隧道结的固定层外侧，通过产生电场，所述合成铁磁体自由层能够在电场作用下实现反铁磁态到铁磁态的转变。
所述电极的材料为金属或合金材料或碳系导电材料，所述金属或合金材料选自Li、Mg、Al、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、Po、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的一种或多种的组合；所述碳系导电材料选自石墨、碳纳米管或竹炭。
所述自旋轨道矩-磁性随机存储器的写入方法为：向自旋轨道矩材料层施加面内电流，向磁性隧道结施加垂直辅助电流，施加电压来控制选通器层产生极化电场和电荷转移效应调控合成铁磁体自由层，所述合成铁磁体自由层中的第一磁性层与第二磁性层转变为铁磁耦合，翻转合成铁磁体自由层的第二磁性层的磁化方向，写入数据；向选通器施加反向极化电压来，使得第一磁性层与第二磁性层转变为反铁磁耦合，完成写入并保存数据。
在电场及电流共同作用下，基于合成铁磁体自由层的SOT-MRAM写入数据“1”的中间过程：在选通器电场调控下，使用一个相对较小的外加电场通过调节RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)相互作用，合成铁磁体自由层由反铁磁态变为铁磁态，同时向自旋轨道矩材料层施加从右往左的横向未临界电流和向磁性隧道结施加从上往下的纵向辅助电流来实现合成铁磁体自由层的磁矩发生翻转，开始写入数据“1”，当垂直方向的极化电场减小，使合成铁磁体自由层由铁磁耦合变为反铁磁耦合，此时第二磁性层3的磁矩大于第一磁性层5的磁矩，使得第一磁性层5的磁矩翻转到与第二磁性层3的磁矩反平行的状态，此时，固定层7与第一磁性层5的磁化方向彼此平行(低阻态)，完成数据“1”的保存。
在电场及电流共同作用下，基于合成铁磁体自由层的SOT-MRAM写入数据“0”的中间过程：在选通器电场调控下，使用一个相对较小的外加电场通过调节RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)相互作用，合成铁磁体自由层由反铁磁态变为铁磁态，同时向自旋轨道矩材料层施加从左往右的横向未临界电流和向磁性隧道结施加从下往上的纵向辅助电流来实现合成铁磁体自由层的磁矩发生翻转，开始写入数据“0”，当垂直方向的极化电场减小，使合成铁磁体自由层由铁磁耦合变为反铁磁耦合，第二磁性层3的磁矩大于第一磁性层5的磁矩，使得第一磁性层5的磁矩翻转到与第二磁性层3的磁矩反平行的状态，此时，固定层7与第一磁性层5的磁化方向彼此反平行(高阻态)，完成数据“0”的保存。
本发明提供的低功耗、高速以及高密度的SOT-MRAM，利用选通器来调控电场，使用一个相对较小的外加电场通过调节RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)相互作用，可以将合成铁磁体自由层反铁磁(AFM)耦合态转变为铁磁(FM)耦合态，同时结合自旋轨道矩效应翻转自由层的磁化方向，从而使得人工反铁磁自由层翻转所需的外加电场大大降低，也减小了写入电流密度，降低功耗，提高存储单元阵列排列密度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，包括自下而上依次设置的自旋轨道矩材料层、选通器和基于合成铁磁体自由层的磁性隧道结，所述磁性隧道结包括自下而上依次设置的合成铁磁体自由层、非磁性势垒层和固定层，所述合成铁磁体自由层包括自下而上依次设置的第二磁性层、非磁性间隔层和第一磁性层。
2.根据权利要求1所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述磁性隧道结为一个由合成铁磁体自由层、非磁性势垒层和固定层构成的重叠结构，所述合成铁磁体自由层和固定层为磁性层，磁性层的磁化方向垂直指向面外或平行于面内，所述非磁性势垒层位于二者之间。
3.根据权利要求1所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述自旋轨道矩材料层由重金属材料或拓扑绝缘体材料制成；所述重金属材料为Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、In、Sb、Te、Hf、Ta、β-Ta、W、β-W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi或Po中的一种或多种的组合；所述拓扑绝缘体材料为CaTe、HgTe、CdTe、AlSb、InAs、GaSb、AlSb、Bi1-xSbx、Bi2Se3、Sb2Te3、Bi2Te3、Bi2Te2Se、(Bi,Sb)2Te3、Bi2-xSbxTe3-ySey、Sb2Te2Se、TlBiSe2、TlBiTe2、TlBi(S,Se)2、PbBi2Te4、PbSb2Te4、GeBi2Te4、PbBi4Te7、SnTe、Pb1-xSnxTe、Ag2Te、SmB6、Bi14Rh3I9、LuBiPt、DyBiPt、GdBiPt或Nd2(Ir1-xRhx)2O7中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述选通器由氧化物、氮化物或氮氧化物制成，所述氧化物包括Al2O3、MgO和SiO2。
5.根据权利要求1所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述合成铁磁体自由层为第二磁性层-非磁性间隔层-第一磁性层的堆叠结构；所述第一磁性层和第二磁性层的磁化方向垂直指向面外或平行于面内；所述第一磁性层和第二磁性层的材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)p、(Co/Pd)m或(Co/Pt)n，其中m、n、p表示多层堆叠的重复次数；所述非磁性间隔层的材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种的组合，且厚度在0.1nm～10nm。
6.根据权利要求2所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述非磁性势垒层由氧化物、氮化物、氮氧化物、金属、合金、SiC、C或陶瓷材料制成；所述氧化物、氮化物或氮氧化物中，除O、N外，其组成元素还包括Mg、Al、Ca、Sr、La、Ti、Hf、V、Ta、Cr、W、Ru、Cu、In、Si或Eu中的一种或多种的组合；所述金属或合金的组成元素包括Cu、Ag、Au、Al、Pt、Ta、Ti、Nb、Os、Ru、Rh、Y、Mg、Pd、Cr、W、Mo或V中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述固定层由铁磁性或亚铁磁性金属及其合金、合成铁磁性材料、半金属铁磁材料或合成反铁磁材料制成；所述铁磁性或亚铁磁性金属及其合金选自Fe、Co、Ni、Mn、NiFe、FePd、FePt、CoFe、CoPd、CoPt、YCo、LaCo、PrCo、NdCo、SmCo、CoFeB、BiMn或NiMnSb，及其与B、Al、Zr、 Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、Pd或Pt中的一种或多种的组合；所述合成铁磁性材料选自3d/4d/4f/5d/5f/稀土金属层堆叠的人造多层结构Co/Ir、Co/Pt、Co/Pd、CoCr/Pt、Co/Au或Ni/Co；所述半金属铁磁材料为形式为XYZ或X2YZ的Heusler合金，其中X选自Mn、Fe、Co、Ni、Pd或Cu中的一种或多种的组合，Y选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni中的一种或多种的组合，Z选自Al、Ga、In、Si、Ge、Sn或Sb中的一种或多种的组合；所述合成反铁磁材料包括铁磁层与间隔层，其中铁磁层材料选自Fe、Co、CoFe、Ni、CoCrPt、CoFeB、(Co/Ni)p、(Co/Pd)m或(Co/Pt)n，m、n、p表示多层堆叠的重复次数，间隔层材料选自Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Cu、Ag或Au中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，还包括三个电极，第一电极和第二电极分别设置于自旋轨道矩材料层的两侧，第三电极设置于磁性隧道结的固定层外侧，通过产生电场，所述合成铁磁体自由层能够在电场作用下实现反铁磁态到铁磁态的转变。
9.根据权利要求8所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述电极的材料为金属或合金材料或碳系导电材料，所述金属或合金材料选自Li、Mg、Al、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、Po、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的一种或多种的组合；所述碳系导电材料选自石墨、碳纳米管或竹炭。
10.根据权利要求1所述的一种自旋轨道矩-磁性随机存储器，其特征在于，所述自旋轨道矩-磁性随机存储器的写入方法为：向自旋轨道矩材料层施加面内电流，向磁性隧道结施加垂直辅助电流，施加电压来控制选通器层产生极化电场和电荷转移效应调控合成铁磁体自由层，所述合成铁磁体自由层中的第一磁性层与第二磁性层转变为铁磁耦合，翻转合成铁磁体自由层的第二磁性层的磁化方向，写入数据；向选通器施加反向极化电压来，使得第一磁性层与第二磁性层转变为反铁磁耦合，完成写入并保存数据。
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