存储单元与存储器制造技术

本申请提供了一种存储单元与存储器。该存储单元包括MTJ模块，MTJ模块包括第一MTJ、第二MTJ以及设置在第一MTJ与第二MTJ间的压电层，第一MTJ包括由下至上依次设置的第一参考层、第一隔离层与第一自由层；第二MTJ设置在压电层的远离第一MTJ的表面上，第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层、第二隔离层与第二参考层，且第一参考层与第二参考层的磁化方向相同，第一参考层的磁化方向与第一自由层的磁化方向的位置关系为第一位置关系，第二参考层的磁化方向与第二自由层的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当第一位置关系与第二位置关系相同时，第一MTJ与第二MTJ的电阻值不相等。该存储单元的存储密度高。

Storage unit and memory

The application provides a storage unit and a memory. The storage unit comprises an MTJ module which comprises a first MTJ, a second MTJ and a piezoelectric layer disposed between the first MTJ and the second MTJ. The first MTJ comprises a first reference layer, a first isolation layer and a first free layer arranged sequentially from the bottom to the top; the second MTJ is disposed on a surface away from the first MTJ of the piezoelectric layer; and the second MTJ comprises a piezoelectric layer which is disposed by a bottom to the top of the first MTJ. The second free layer, the second isolation layer and the second reference layer are arranged successively from the bottom to the top, and the magnetization direction of the first reference layer and the second reference layer are the same. The position relation between the magnetization direction of the first reference layer and the magnetization direction of the first free layer is the first position relation, and the magnetization direction of the second reference layer and the magnetization direction of the second free layer are the same. The position relation of the direction is the second position relation. When the first position relation is the same as the second position relation, the resistance of the first MTJ and the second MTJ are not equal. The storage unit has high storage density.

【技术实现步骤摘要】
存储单元与存储器
本申请涉及计算机存储
，具体而言，涉及一种存储单元与存储器。
技术介绍
磁性随机存储器(MagneticRandomAccessMemory，简称MRAM)由于具有高密度、寿命长以及非易失等优点，被认为是未来最广泛应用的“通用”处理器。它的核心工作单元是由“磁参考层/隔离层/磁自由层”三明治结构组成的磁隧道结(MTJ)。第一代的MRAM主要是依靠字线和位线产生的奥斯特磁场来实现写入过程，但是它需要通入足够大的电流来产生足够强的磁场，从而实现自由层磁矩的翻转。这个过程将会消耗很大的能量，同时写入信息的错误率很高，对工艺的精度的要求也相当的高。为了改善MRAM的性能，第二代的MRAM采用自旋转移矩(SpinTransferTorque，STT)效应来实现写入过程。通过改变电流的极性，使得自由层的磁矩与自旋极化电流的极化方向相同，进而实现自由层与参考层的磁矩平行或反平行排列，实现低阻态和高阻态的转换，它们分别对应于信息存储中的“0”和“1”。STT-MRAM不仅具有传统MRAM的优势，而且大大降低了写入错误信息的概率，具有很好的应用前景。尽管STT存储技术在许多方面优于其他存储技术，但它是依靠电流来实现写入机制的，这意味着它在写入数据时会产生热量，目前信息写入所需的电流密度仍然比较高。此外其存储容量也受到大的写入电流密度的限制，从而也限制STT-MRAM的运用范围。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种存储单元与存储器，以解决现有技术中的存储器的存储存储密度较低的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种存储单元，该存储单元包括MTJ模块，上述MTJ模块包括：第一MTJ，包括由下至上依次设置的第一参考层、第一隔离层与第一自由层；压电层，设置在上述第一自由层的远离上述第一隔离层的表面上；以及第二MTJ，设置在上述压电层的远离上述第一MTJ的表面上，上述第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层、第二隔离层与第二参考层，其中，上述第一参考层与上述第二参考层的磁化方向相同，上述第一参考层的磁化方向与上述第一自由层的磁化方向的位置关系为第一位置关系，上述第二参考层的磁化方向与上述第二自由层的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当上述第一位置关系与上述第二位置关系相同时，上述第一MTJ与上述第二MTJ的电阻值不相等。进一步地，上述压电层的材料选自硫化镉、铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡与钛酸铅中的一种或多种。进一步地，上述压电层的厚度在1～500nm之间。进一步地，上述压电层使得上述第一自由层与上述第二自由层翻转90°的最小电压为阈值电压，上述存储单元的读出电压小于上述阈值电压。进一步地，上述第一参考层和/或上述第二参考层的材料选自铁磁材料与非磁材料，或者上述第一参考层和/或上述第二参考层的材料选自铁磁材料与反铁磁材料。进一步地，上述第一隔离层和/或上述第二隔离层包括AlOx层和/或MgO层。进一步地，上述第一自由层和/或上述第二自由层的材料选自铁、钴、硼与镍中的一种或多种。进一步地，上述MTJ模块还包括：第一缓冲层，设置在上述第一MTJ与上述压电层之间；第二缓冲层，设置在上述第二MTJ与上述压电层之间。进一步地，上述第一缓冲层和/或上述第二缓冲层的原料选自Ta、Cu、Ag、Au、TaN、Ti、Co与FeNi中的一种或多种。进一步地，上述MTJ模块还包括：第一电极，设置在上述第一MTJ远离上述压电层的表面上；第二电极，设置在上述第二MTJ远离上述压电层的表面上。进一步地，上述存储单元还包括：开关电路，与上述MTJ模块电连接，用于控制上述MTJ模块的写入电压与读出电压。进一步地，上述第一MTJ与上述第二MTJ为面内磁化MTJ或垂直磁化MTJ。进一步地，第一方向垂直于上述存储单元的厚度方向，上述第一MTJ与上述第二MTJ为面内磁化MTJ，且上述第一MTJ与上述第二MTJ沿上述第一方向上的截面为椭圆形，且磁化易轴沿椭圆的长轴方向。进一步地，第一方向垂直于上述存储单元的厚度方向，上述第一MTJ与上述第二MTJ为垂直磁化MTJ，且上述第一MTJ与上述第二MTJ沿上述第一方向上的截面为圆形。根据本申请的另一方面，提供了一种存储器，包括存储单元，该存储单元为上述的任一种存储单元。应用本申请的技术方案，该存储单元中的两个MTJ通过压电层隔离，当写入电流流经压电层时，压电层会产生一个应力，该应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向发生旋转，控制写入电流，使得写入电流经压电层时，压电层产生的应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向发生90°的旋转，使得对应的自由层与参考层的磁化方向的夹角是90°,并且，实验证明该当自由层的磁化方向在此位置时，自由层的磁矩的能量也是位于最小值，因此，该状态也能稳定存在，进而再结合STT的作用，使得存储单元具有三个电阻状态，进而可以在一个存储单元中记录三个比特信息，提高了存储单元的存储密度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的存储单元的结构示意图；图2(a)示出了本申请的一种实施例提供的外加电场为0时的面内磁滞回线；图2(b)示出了本申请的一种实施例提供的在外加电场下的面内磁滞回线；图3示出了MTJ中的自由层与参考层的不同位置关系对应的能量曲线；图4示出了本申请的一种实施例提供的存储单元的结构示意图；图5示出了本申请的另一种实施例提供的存储单元的电路图；图6示出了本申请的一种实施例提供的存储器的电路图；图7示出了实施例1的写入操作示意图；以及图8示出了实施例2的写入操作示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：1、第一电极；2、第一参考层；3、第一隔离层；4、第一自由层；5、第一缓冲层；6、压电层；7、第二缓冲层；8、第二自由层；9、第二隔离层；10、第二参考层；11、第二电极；01、MTJ模块；021、开关器；022、字线；023、位线；210、源极线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，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
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。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中的存储器的存储密度较低，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种存储单元与存储器。本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种存储单元，如图1所示，该存储单元包括第一MTJ、压电层6与第二MTJ，其中，第一MTJ包括由下至上依次设置的第一参考层2、第一隔离层3与第一自由层4；第二MTJ设置在上述压电层6的远离上述第一MTJ的表面上，上述第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层8、第二隔离层9与第二参考层10。上述第一参考层2与上述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储单元，其特征在于，所述存储单元包括MTJ模块(01)，所述MTJ模块(01)包括：第一MTJ，包括由下至上依次设置的第一参考层(2)、第一隔离层(3)与第一自由层(4)；压电层(6)，设置在所述第一自由层(4)的远离所述第一隔离层(3)的表面上；以及第二MTJ，设置在所述压电层(6)的远离所述第一MTJ的表面上，所述第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层(8)、第二隔离层(9)与第二参考层(10)，其中，所述第一参考层(2)与所述第二参考层(10)的磁化方向相同，所述第一参考层(2)的磁化方向与所述第一自由层(4)的磁化方向的位置关系为第一位置关系，所述第二参考层(10)的磁化方向与所述第二自由层(8)的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当所述第一位置关系与所述第二位置关系相同时，所述第一MTJ与所述第二MTJ的电阻值不相等。

【技术特征摘要】
1.一种存储单元，其特征在于，所述存储单元包括MTJ模块(01)，所述MTJ模块(01)包括：第一MTJ，包括由下至上依次设置的第一参考层(2)、第一隔离层(3)与第一自由层(4)；压电层(6)，设置在所述第一自由层(4)的远离所述第一隔离层(3)的表面上；以及第二MTJ，设置在所述压电层(6)的远离所述第一MTJ的表面上，所述第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层(8)、第二隔离层(9)与第二参考层(10)，其中，所述第一参考层(2)与所述第二参考层(10)的磁化方向相同，所述第一参考层(2)的磁化方向与所述第一自由层(4)的磁化方向的位置关系为第一位置关系，所述第二参考层(10)的磁化方向与所述第二自由层(8)的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当所述第一位置关系与所述第二位置关系相同时，所述第一MTJ与所述第二MTJ的电阻值不相等。2.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述压电层(6)的材料选自硫化镉、铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡与钛酸铅中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述压电层(6)的厚度在1～500nm之间。4.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述压电层(6)使得所述第一自由层(4)与所述第二自由层(8)翻转90°的最小电压为阈值电压，所述存储单元的读出电压小于所述阈值电压。5.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第一参考层(2)和/或所述第二参考层(10)的材料选自铁磁材料与非磁材料，或者所述第一参考层(2)和/或所述第二参考层(10)的材料选自铁磁材料与反铁磁材料。6.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第一隔离层(3)和/或所述第二隔离层(9)包括AlOx层和/或MgO层。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成成，李辉辉，孟皓，陆宇，刘波，
申请(专利权)人：中电海康集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33