具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器制造技术

公开了与具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器相关的方法和装置。在一示例中，公开了通过压控磁各向异性(VCMA)和自旋轨道转矩(SOT)技术的组合编程的三端子磁性隧道结(MTJ)存储元件。还公开了一种配置成通过VCMA和SOT技术对三端子MTJ存储元件进行编程的存储器控制器。所公开的器件通过使用较少写能量相比于常规器件提高了效率，同时具有比常规器件更简单和更可伸缩的设计。所公开的器件还具有提高的热稳定性而无需增加所需的切换电流，因为各状态之间的临界切换电流基本上是相同的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器引言本公开一般涉及电子器件，尤其但不排他地涉及与具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器相关的方法和装置。随机存取存储器(RAM)是现代数字电路架构的无处不在的组件。RAM可以是自立器件，或者可被集成到使用RAM的设备中，诸如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、或其他类似设备。RAM可以是易失性或非易失性的。易失性RAM每当功率被移除时丢失其存储的信息。非易失性RAM即使在功率被移除时也能维持其存储器内容。磁阻随机存取存储器(MRAM)是具有与易失性存储器相当的响应(读和写)时间的非易失性存储器技术。存储在MRAM中的数据不随时间降级，并且与其他RAM技术相比，MRAM使用非常小的功率。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术形成对比，MRAM使用磁性存储元件。由此，MRAM具有使其成为通用存储器的候选者的若干期望特性，诸如高速度、高密度(即，小位单元尺寸)、低功耗、以及逻辑状态不随时间降级。尽管有上述特性，但常规MRAM器件并不是理想的。自旋转移矩MRAM(例如，STT-MRAM)中的常规存储器元件(例如，磁性隧道结(MTJ))为具有共享读和写路径的双端子器件。共享读和写路径造成了关于读速度和写可靠性的问题。对于写，MTJ中的阻挡层应当足够薄(并且具有相对足够低的电阻)以流动切换所需的电流。然而，薄阻挡层更容易遭受因重复的写操作而引起的电介质击穿。此外，MTJ的状态可被读电流无意地翻转。这被称为“读扰乱”。随着MTJ技术在物理尺寸上缩小，切换电流趋于减小。然而，高速读操作通常需要更大的读电流。由此，高速MRAM，尤其是深度缩放的MTJ器件，可能遭受读扰乱。相应地，满足对耐写性(由于MTJ中的隧道阻挡上的应变)和读可靠性两者的可靠性要求是有挑战性的。此外，常规底部钉扎双端子MTJ器件中的切换电流的不对称性与常规N型金属氧化物半导体(NMOS)驱动晶体管不兼容。在常规底部钉扎双端子MTJ器件中不存在临界切换电流(Ic)不对称性效应，因为自旋转矩在反平行至平行(AP→P)方向上比在平行至反平行(P→AP)方向上更高效，因此Ic0AP→P<Ic0P→AP。由此，自旋转矩效率在常规底部钉扎双端子MTJ器件中是不对称的，并且取决于相对磁化向量与极化之间的角度。此外，与常规底部钉扎双端子MTJ器件串联耦合的写晶体管的驱动功率也具有与该常规底部钉扎双端子MTJ器件的写Ic不对称性不兼容的不对称性。这导致写过程期间浪费的能量、复杂的MRAM和MTJ器件、读干扰和耐写性问题。相应地，业界长期以来存在对在常规方法和装置有所改善的方法和装置的需要，包括改善的方法和由此所提供的装备。概述本概述提供本教导某些方面的基本理解。本概述并非详细穷尽性的，且既不意图标识所有关键特征，也不意图限定权利要求的范围。提供了用于将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器的示例性方法和装置，该MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层。一种示例性方法包括：跨MTJ施加第一电压以通过感生跨氧化物阻挡层的电场来降低自由层的磁各向异性；以及跨基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以使得一电流流经该基本上平坦的自旋霍尔效应材料并由此将自旋轨道转矩施加到该自由层，从而导致该自由层在平行状态与反平行状态之间切换。该电场可以从自由层的自然发生的各向异性降低自由层的磁各向异性的方式来感生。自由层的降低的磁各向异性可以减小MTJ的切换电流。在进一步示例中，提供了一种包括存储于其上的指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令在由处理器(诸如专用处理器)执行的情况下使该处理器执行前述方法中的至少一部分。该非瞬态计算机可读介质可与诸如移动设备、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理、固定位置数据单元、和/或计算机之类的设备集成。在另一示例中，提供了一种包括存储器控制器的装备，该存储器控制器被配置成将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器，该MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层。该存储器控制器可以包括：用于跨MTJ施加第一电压以通过感生跨氧化物阻挡层的电场来降低自由层的磁各向异性的装置；以及用于跨该基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以使得一电流流经该基本上平坦的自旋霍尔效应材料，并由此将自旋轨道转矩施加到该自由层，从而导致该自由层在平行状态与反平行状态之间切换的装置。该电场可以从自由层的自然发生的各向异性降低自由层的磁各向异性的方式来感生。降低自由层的磁各向异性可以减小MTJ的切换电流。在一示例中，该用于跨MTJ施加第一电压的装置包括用于在基本上平坦的自旋霍尔效应材料与MTJ电极之间施加电压的装置。该装备的至少一部分(例如，用于跨MTJ施加电压的装置)可被集成在半导体管芯中。此外，该装备的至少一部分(例如，用于跨MTJ施加电压的装置)可以是诸如移动设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理、固定位置数据单元、和/或计算机之类的设备的一部分。在进一步示例中，提供了一种包括存储于其上的指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令在由光刻设备执行的情况下使该光刻设备制造该设备的至少一部分。在另一示例中，提供了一种包括存储器控制器的装置，该存储器控制器被配置成将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器，该MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层。该存储器控制器被配置成跨MTJ施加第一电压以通过感生跨氧化物阻挡层的电场来降低自由层的磁各向异性。该存储器控制器还被配置成跨基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以使得一电流流经该基本上平坦的自旋霍尔效应材料，并由此将自旋轨道转矩施加到自由层，从而导致该自由层在平行状态与反平行状态之间切换。该存储器控制器可被配置成以从自由层的自然发生的各向异性降低自由层的磁各向异性的方式来感生电场。降低自由层的磁各向异性可以减小MTJ的切换电流。该存储器控制器可被配置成在基本上平坦的自旋霍尔效应材料与MTJ电极之间跨MTJ施加第一电压。该装置的至少一部分(例如，存储器控制器)可被集成在半导体管芯上。此外，该装置的至少一部分可以包括诸如移动设备、基站、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理、固定位置数据单元、和/或计算机之类的设备，其中该装置的另一部分(例如，存储器控制器)是该设备的组成部分。在一示例中，存储器控制器与基站或移动设备中的至少一者集成。在进一步示例中，提供了一种包括存储于其上的指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令在由光刻设备执行的情况下使该光刻设备制造该设备的至少一部分。前述内容宽泛地勾勒出本教导的一些特征和技术优点以使详细描述和附图可以被更好地理解。在详细描述中还描述了附加的特征和优点。本构思和所公开的示例可容易地被用作改动或设计用于实施与本教导相同的目的的其他结构的基础。此类等同构造并不脱离权利要求中所阐述的本教导的技术。作为这些教导的特性的专利技术性特征、连同进一步的目标和优点从详细说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器的方法，所述MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层，所述方法包括：跨所述MTJ施加第一电压以通过感生跨所述氧化物阻挡层的电场并减小用于切换所述自由层的磁化的能量阻挡来降低所述自由层的磁各向异性；以及跨所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以导致一电流流经所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料并由此将自旋轨道转矩施加到所述自由层，从而导致所述自由层在平行状态与反平行状态之间切换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.09 US 14/617,9191.一种用于将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器的方法，所述MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层，所述方法包括：跨所述MTJ施加第一电压以通过感生跨所述氧化物阻挡层的电场并减小用于切换所述自由层的磁化的能量阻挡来降低所述自由层的磁各向异性；以及跨所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以导致一电流流经所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料并由此将自旋轨道转矩施加到所述自由层，从而导致所述自由层在平行状态与反平行状态之间切换。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电场以从所述自由层的自然发生的各向异性降低所述自由层的所述磁各向异性的方式来感生。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述降低所述自由层的所述磁各向异性减小了所述MTJ的切换电流。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跨所述MTJ施加所述第一电压包括在以下两者之间施加所述电压：所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料；以及MTJ电极。5.一种装备，包括：存储器控制器，其被配置成将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器，所述MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层，所述存储器控制器包括：用于跨所述MTJ施加第一电压以通过感生跨所述氧化物阻挡层的电场来降低所述自由层的磁各向异性的装置；以及用于跨所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以导致一电流流经所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料并由此将自旋轨道转矩施加到所述自由层，从而导致所述自由层在平行状态与反平行状态之间切换的装置。6.如权利要求5所述的装备，其特征在于，所述电场以从所述自由层的自然发生的各向异性降低所述自由层的磁各向异性的方式来感生。7.如权利要求6所述的装备，其特征在于，所述降低所述自由层的所述磁各向异性减小了所述MTJ的切换电流。8.如权利要求5所述的装备，其特征在于，所述用于跨所述MTJ施加所述第一电压的装置包括用于在以下两者之间施加电压的装置：所述基本上平坦的自旋霍尔效应材料；以及MTJ电极。9.如权利要求5所述的装备，其特征在于，所述用于跨所述MTJ施加电压的装置的至少一部分被集成在半导体管芯上。10.如权利要求5所述的装备，其特征在于，进一步包括所述用于跨所述MTJ施加电压的装置是其构成部分的移动设备、基站、终端、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理、固定位置数据单元、或计算机中的至少一者。11.一种装置，包括：存储器控制器，其被配置成将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器，所述MTJ包...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·李，J·康，S·H·康，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US