一种磁性存储器、数据存储装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种磁性存储器、数据存储装置及控制方法，所述磁性存储器包括强自旋轨道耦合层及设于所述强自旋轨道耦合层上与所述强自旋轨道耦合层电接触的多个磁隧道结，其中，所述强自旋轨道耦合层对应于每个磁隧道结的两侧设有与所述强自旋轨道耦合层连接的第一输入电极和第一输出电极；所述磁隧道结具有垂直磁各向异性，所述磁隧道结的长和宽之比不为1，所述磁隧道结的对称轴与对应的所述强自旋轨道耦合层的对称轴形成预设夹角，本发明专利技术的磁性存储器无需外加磁场，并简化了存储器的控制电路，提高了存储密度。

A magnetic memory, data storage device and control method

【技术实现步骤摘要】
一种磁性存储器、数据存储装置及控制方法
本专利技术涉及磁性存储器
，尤其涉及一种磁性存储器、数据存储装置及控制方法。
技术介绍
磁性随机存取存储器(Magneticrandomaccessmemory,MRAM)以磁隧道结(Magnetictunneljunction,MTJ)为核心器件，具有低功耗、非易失性存储、写入速度快等优点。目前，自旋轨道矩(Spinorbittorque,SOT)是最具应用潜力的MRAM写入技术之一。SOT-MTJ不易击穿，可靠性高，且读写路径分离，可独立优化。尤其是，对于目前普遍采用的具有垂直磁各向异性(Perpendicularmagneticanisotropy,PMA)的磁隧道结而言，SOT-MRAM的写入速度有望达到亚纳秒级。但是，为利用SOT实现PMA-MTJ状态的确定性翻转，普遍需要施加额外的磁场以人为地破坏体系对称性。然而，磁场的使用将使MRAM电路的设计更加复杂化，引起额外的面积和功耗开销。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种磁性存储器，无需外加磁场，并简化了存储器的控制电路，提高了存储密度。本专利技术的另一个目的在于提供一种数据存储装置。本专利技术的再一个目的在于提供一种磁性存储器的控制方法。本专利技术的还一个目的在于提供一种计算机设备。本专利技术的另一个目的在于提供一种可读介质。为了达到以上目的，本专利技术一方面公开了一种磁性存储器，包括强自旋轨道耦合层及设于所述强自旋轨道耦合层上与所述强自旋轨道耦合层电接触的多个磁隧道结，其中，所述强自旋轨道耦合层对应于每个磁隧道结的两侧设有与所述强自旋轨道耦合层连接的第一输入电极和第一输出电极；所述磁隧道结具有垂直磁各向异性，所述磁隧道结的长和宽之比不为1，所述磁隧道结的对称轴与对应的所述强自旋轨道耦合层的对称轴形成预设夹角；其中，当向强自旋轨道耦合层输入第一信号时，所述多个磁隧道结呈第一阻态，当沿第一输入电极和第一输出电极的方向输入第二信号时，所述第一输入电极和所述第一输出电极对应的磁隧道结呈第二阻态。优选的，所述磁隧道结包括与所述强自旋轨道耦合层电接触的自由层以及依次设于所述自由层上方的势垒层和固定层。优选的，所述自由层和固定层的材料为铁磁金属，所述势垒层为氧化物。优选的，所述磁隧道结为椭圆形或长方形。优选的，所述强自旋轨道耦合层为重金属薄膜或反铁磁薄膜。优选的，所述重金属薄膜的材料是铂Pt、钽Ta或钨W中的一种。所述强自旋轨道耦合层的延伸方向的两侧设有用于输入第一信号的第二输入电极和第二输出电极。本专利技术还公开了一种数据存储装置，包括如上所述的磁性存储器、写入模块和读取模块；所述写入模块与所述强自旋轨道耦合层、所述第一输入电极和所述第一输出电极分别连接，用于在复位时向强自旋轨道耦合层输入第一信号使所有磁隧道结呈第一阻态，在数据写入时向待写入的磁隧道结的第一输入电极输入第二信号，使待写入的磁隧道结呈第二阻态；所述读取模块用于获取所述写入模块在数据写入时向所有磁隧道结输入的信号，得到所有磁隧道结的阻态对应的状态信号。本专利技术还公开了一种磁性存储器的控制方法，包括：在t1时刻，向强自旋轨道耦合层输入第一信号，使所有磁隧道结呈第一阻态；在t2时刻，向待写入的磁隧道结的第一输入电极输入第二信号，使待写入的磁隧道结呈第二阻态。优选的，进一步包括：获取所述写入模块在数据写入时向所有磁隧道结输入的信号，得到所有磁隧道结的阻态对应的状态信号。本专利技术还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法。本专利技术还公开了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述方法。本专利技术在强自旋轨道耦合层上设置与强自旋轨道耦合层电接触的多个磁隧道结，其中，每个磁隧道结可视为一个存储单元，即本专利技术将多个存储单元存储集成在强自旋轨道耦合层上，从而减少了每个存储单元控制所需的端口数量，即减少了相应的访问控制晶体管的数量，降低存储器的空间，提高存储密度。本专利技术是强自旋轨道耦合层中输入第一信号时，多个磁隧道结呈第一阻态，相当于去除了多个磁隧道结中存储的数据，使多个磁隧道结都恢复至初始状态，在写入数据时，仅对需要待写入的磁隧道结输入第二信号，使待写入的磁隧道结的阻态呈现为第二阻态，第二阻态区别于第一阻态，从而通过改变多个磁隧道结的阻态以实现存储不同数据的目的。本专利技术的磁性存储器在数据写入时，写入状态只取决于第一输入电极的第二信号，从而磁隧道结可设置为单向电流输入第二信号，简化电路设计，同时缓解控制输入电流的控制晶体管的源极退化效应，降低功耗。此外，本专利技术的磁性存储器，第一信号和第二信号输入时均不需要经过磁隧道结，可减少磁隧道结势垒击穿的风险，提高了器件的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出本专利技术一种磁性存储器一个具体实施例的结构示意图；图2示出本专利技术一种磁性存储器一个具体例子的结构示意图；图3示出图2的磁性存储器的工作时序图；图4示出本专利技术一种数据存储装置一个具体例子的结构示意图；图5示出本专利技术一种磁性存储器的控制方法一个具体例子的流程图之一；图6示出本专利技术一种磁性存储器的控制方法一个具体例子的流程图之二；图7示出适于用来实现本专利技术实施例的计算机设备的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的一个方面，本实施例公开了一种磁性存储器。如图1所示，本实施例中，所述磁性存储器包括强自旋轨道耦合层4及设于所述强自旋轨道耦合层4上与所述强自旋轨道耦合层4电接触的多个磁隧道结，其中，所述强自旋轨道耦合层4对应于每个磁隧道结的两侧设有与所述强自旋轨道耦合层4连接的第一输入电极5和第一输出电极6。所述磁隧道结具有垂直磁各向异性，所述磁隧道结的长和宽之比不为1。所述磁隧道结的对称轴与对应的所述强自旋轨道耦合层的对称轴形成预设夹角。可选的，所述磁隧道结可为椭圆形或长方形等形状，所述强自旋轨道耦合层可为长方形或正方形，所述磁隧道结的对称轴与对应的所述强自旋轨道耦合层4的对称轴形成预设夹角，即磁隧道结的对称轴与强自旋轨道耦合层4方向相近的对称轴不位于同一条直线上，预设夹角的大小大于0°且小于90°，可根据实际需要确定。所述磁隧道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性存储器，其特征在于，包括强自旋轨道耦合层及设于所述强自旋轨道耦合层上与所述强自旋轨道耦合层电接触的多个磁隧道结，其中，所述强自旋轨道耦合层对应于每个磁隧道结的两侧设有与所述强自旋轨道耦合层连接的第一输入电极和第一输出电极；/n所述磁隧道结具有垂直磁各向异性，所述磁隧道结的长和宽之比不为1，所述磁隧道结的对称轴与对应的所述强自旋轨道耦合层的对称轴形成预设夹角；/n其中，当向强自旋轨道耦合层的延伸方向输入第一信号时，所述多个磁隧道结呈第一阻态，当沿第一输入电极和第一输出电极的方向输入第二信号时，所述第一输入电极和所述第一输出电极对应的磁隧道结呈第二阻态。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性存储器，其特征在于，包括强自旋轨道耦合层及设于所述强自旋轨道耦合层上与所述强自旋轨道耦合层电接触的多个磁隧道结，其中，所述强自旋轨道耦合层对应于每个磁隧道结的两侧设有与所述强自旋轨道耦合层连接的第一输入电极和第一输出电极；
所述磁隧道结具有垂直磁各向异性，所述磁隧道结的长和宽之比不为1，所述磁隧道结的对称轴与对应的所述强自旋轨道耦合层的对称轴形成预设夹角；
其中，当向强自旋轨道耦合层的延伸方向输入第一信号时，所述多个磁隧道结呈第一阻态，当沿第一输入电极和第一输出电极的方向输入第二信号时，所述第一输入电极和所述第一输出电极对应的磁隧道结呈第二阻态。


2.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁隧道结包括与所述强自旋轨道耦合层电接触的自由层以及依次设于所述自由层上方的势垒层和固定层。


3.根据权利要求2所述的磁性存储器，其特征在于，所述自由层和固定层的材料为铁磁金属，所述势垒层为氧化物。


4.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁隧道结为椭圆形或长方形。


5.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述强自旋轨道耦合层为重金属薄膜或反铁磁薄膜。


6.根据权利要求5所述的磁性存储器，其特征在于，所述重金属薄膜的材料是铂Pt、钽Ta或钨W中的一种。


7.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述强自旋轨道耦合层的延伸方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桐汐，王昭昊，周浩昌，赵巍胜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11