具有基于约瑟夫森相位的力矩的超导存储器制造技术

本公开中所描述的示例涉及具有基于约瑟夫森相位的力矩的存储器单元。在一个示例中，提供了一种存储器单元，该存储器单元包括第一电感器和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(MJJ)。MJJ可以包括在非磁性层上方形成的自由磁性层、以及在非磁性层下方的固定磁性层。存储器单元的第一状态对应于自由磁性层的与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且存储器单元的第二状态对应于自由磁性层的与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化。存储器单元被配置为：基于MJJ是处于零状态还是处于π状态，从第一状态切换到第二状态。从第一状态切换到第二状态。从第一状态切换到第二状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有基于约瑟夫森相位的力矩的超导存储器

技术介绍

[0001]在电子设备中使用的基于半导体的集成电路(诸如随机存取存储器)包括基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的数字电路。然而，在设备尺寸方面，CMOS技术正在达到其极限。此外，即使当基于CMOS的存储器没有被访问时，这些存储器中的泄漏电流也会引起高功耗。
[0002]例如，数据中心中的服务器正越来越多地消耗大量功率。功率的消耗部分是由于能量耗散而导致的功率损失，即使当CMOS电路处于非活跃时也是如此。这是因为即使当这种电路(诸如随机存取存储器)是非活跃的并且不消耗任何动态功率时，这些电路仍然由于维护CMOS晶体管的状态的需要而消耗功率。此外，因为CMOS电路使用DC电压供电，所以即使当CMOS电路非活跃时也会有一定量的电流泄漏。因此，即使当这种电路未处理诸如读取/写入的操作时，功率也由于维护CMOS晶体管的状态的需要以及电流泄漏而被浪费。
[0003]基于CMOS技术的存储器的备选方案是基于超导逻辑的存储器。

技术实现思路

[0004]在一个示例中，本公开涉及一种存储器单元，该存储器单元包括第一电感器和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(MJJ)。MJJ可以至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应于与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化，并且其中存储器单元被配置为响应于流动通过MJJ的电流，基于MJJ是处于零状态还是处于π状态，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态，其中流动通过MJJ的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，以引起从存储器单元的第一状态到存储器单元的第二状态的切换，并且其中电流响应于经由第一电感器向回路施加通量而被产生。
[0005]在另一方面中，提供了一种存储器单元中的方法，该存储器单元包括第一电感器和被耦合到第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(MJJ)，其中MJJ至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应于与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化。该方法可以包括经由写入位线接收写入脉冲。该方法还可以包括：响应于流动通过MJJ的电流，基于MJJ是处于零状态还是处于π状态，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态，其中流动通过MJJ的电流被配置为向自由磁性层的磁化施加力矩，以引起从存储器单元的第一状态到存储器单元的第二状态的切换，并且其中电流响应于经由第一电感器向回路
施加通量而被产生。
[0006]在又一方面中，本公开涉及一种包括第一电感器和磁性约瑟夫森结(MJJ)的存储器单元。MJJ可以至少包括在第二层上方形成的第一层和在第二层下方形成的第三层，其中第一层是自由磁性层，第二层是非磁性层，其中第三层是固定磁性层，其中存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中第一状态对应于自由磁性层的第一磁化配置，并且第二状态对应于自由磁性层的第二磁化配置，其中自由磁性层的第一磁化配置对应与固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且自由磁性层的第二磁化配置对应于与固定磁性层的磁化反平行的第二磁化，并且其中存储器单元被配置为：响应于MJJ是处于零状态还是处于π状态，基于向自由磁性层的磁化施加的力矩，从存储器单元的第一状态切换到存储器单元的第二状态。
[0007]提供
技术实现思路
来以简化的形式引入一系列的概念，将在下面的具体实施方式中进一步描述这些概念。
技术实现思路
并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。例如，属于诸如第一层、第二层、以及第三层之类的术语仅仅用于指示：在至少一个固定磁性层的一侧上存在至少一个自由磁性层，以及在至少一个固定磁性层的另一侧上存在至少一个自由磁性层。这些术语并不意味着具体的布置或创建这些层的特定顺序。
附图说明
[0008]本公开以示例性的方式被示出，并且不受附图限制，其中相似的附图标记指示相似的元件。为了简单和清楚起见，示出了附图中的元件，并且这些元件不一定按照比例绘制。
[0009]图1示出了根据一个示例的存储器单元的示图；
[0010]图2示出了根据一个示例的另一存储器单元的示图；
[0011]图3是描绘与存储器单元相对应的MJJ的超导相位与在根据一个示例的存储器单元中被施加到SQUID的通量之间的关系的图表；
[0012]图4A和图4B示出了描绘与存储器单元相对应的MJJ的翻转场与在根据一个示例的存储器单元中被施加到SQUID的通量之间的关系的图表；
[0013]图5A至图5C根据一个示例示出了基于经由写入字线和写入位线施加通量的、与存储器单元相对应的MJJ的磁化的模拟翻转，并且示出了对MJJ的临界电流的影响；
[0014]图6A至图6C根据另一个示例示出了基于经由写入字线和写入位线施加通量的、与存储器单元相对应的MJJ的磁化的模拟翻转，并且示出了对MJJ的临界电流的影响；以及
[0015]图7示出了根据一个示例的包括被耦合至处理器的存储器的计算系统。
具体实施方式
[0016]本公开中所描述的示例涉及基于超导逻辑的存储器系统，该存储器系统包括具有基于约瑟夫森(Josephson)相位的力矩的超导存储器。某些示例还涉及具有基于约瑟夫森相位的力矩的约瑟夫森磁性随机存取存储器(JMRAM)。某些示例还涉及互易量子逻辑(RQL)兼容的RAM。与CMOS晶体管不同，RQL电路是使用基于约瑟夫森结的器件的超导体电路。示例性的约瑟夫森结可以包括经由阻碍电流的区域所耦合的两个超导体。阻碍电流的区域可以
是超导体自身的物理性变窄、金属区域、或薄绝缘势垒。例如，超导体
‑
绝缘体
‑
超导体(SIS)类型的约瑟夫森结可以被实施为RQL电路的一部分。例如，超导体是在没有电场的情况下可以携带直流电流(DC)的材料。这种材料具有零电阻。例如，在温度低于Tc(例如，9.3K)时，铌是超导的；然而，在温度高于Tc时，铌表现为具有电阻的普通金属。因此，在SIS类型的约瑟夫森结中，超导体可以是铌超导体，并且绝缘体可以是氧化铝。在SIS型结中，超导电子由量子力学的波函数描述。两个超导体之间的超导电子波函数的相位在时间上的变化的相位差对应于两个超导体之间的电位差。在RQL电路中，在一个示例中，SIS型结可以是超导回路的一部分。当两个超导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种存储器单元，包括：第一电感器；以及磁性约瑟夫森结(MJJ)，被耦合到所述第一电感器以形成回路，其中所述MJJ至少包括在第二层上方形成的第一层和在所述第二层下方形成的第三层，其中所述第一层是自由磁性层，所述第二层是非磁性层，其中所述第三层是固定磁性层，其中所述存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中所述第一状态对应于所述自由磁性层的第一磁化配置，并且所述第二状态对应于所述自由磁性层的第二磁化配置，其中所述自由磁性层的所述第一磁化配置对应于与所述固定磁性层的磁化平行的第一磁化，并且所述自由磁性层的所述第二磁化配置对应于与所述固定磁性层的磁化反平行的第二磁化，并且其中所述存储器单元被配置为响应于流动通过所述MJJ的电流，基于所述MJJ是处于零状态还是处于π状态，从所述存储器单元的所述第一状态切换到所述存储器单元的所述第二状态，其中流动通过所述MJJ的所述电流被配置为向所述自由磁性层的磁化施加力矩，以引起从所述存储器单元的所述第一状态到所述存储器单元的所述第二状态的所述切换，并且其中所述电流响应于经由所述第一电感器向所述回路施加通量而被产生。2.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述第一电感器电感性地耦合至写入位线。3.根据权利要求2所述的存储器单元，其中所述写入位线被配置为接收写入电流，以作为与所述存储器单元相关联的写入操作的一部分。4.根据权利要求2所述的存储器单元，其中所述MJJ磁耦合至写入字线。5.根据权利要求1所述的存储器单元，其中流动通过所述MJJ的所述电流被配置为向所述自由磁性层的磁化施加力矩，所述力矩由所述MJJ的超导相位从所述零状态到所述π状态的变化引起。6.根据权利要求5所述的存储器单元，其中所述力矩的大小和所述力矩的方向取决于所述MJJ的所述超导相位。7.根据权利要求5所述的存储器单元，其中所述存储器单元被配置为：响应于所述力矩施加于所述自由磁性层的磁化，从所述存储器单元的所述第一状态切换至所述存储器单元的所述第二状态。8.一种存储器单元中的方法，所述存储器单元包括第一电感器和被耦合到所述第一电感器以形成回路的磁性约瑟夫森结(MJJ)，其中所述MJJ至少包括在第二层上方形成的第一层和在所述第二层下方形成的第三层，其中所述第一层是自由磁性层，所述第二层是非磁性层，其中所述第三层是固定磁性层，其中所述存储器单元被配置为处于第一状态或第二状态，并且其中所述第一状态对应于所述自由磁性层...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：