磁性存储单元结构及其数据写入方法技术

本发明专利技术提供了一种磁性存储单元结构及其数据写入方法，磁性存储单元结构包括强自旋轨道耦合层以及设于所述强自旋轨道耦合层上的磁隧道结，强自旋轨道耦合层包括形成预设夹角的第一路径和第二路径，所述第一路径和所述第二路径分别包括设于所述磁隧道结两侧的两个输入端，所述方法包括：通过所述第一路径或第二路径的两个输入端中的其中一个向所述强自旋轨道耦合层输入第一段电流；通过与所述第一段电流不同的路径向所述强自旋轨道耦合层输入预设时间长度的第二段电流以使所述自由层的磁矩发生翻转，其中，输入所述第二段电流的输入端根据所述第一段电流的输入端、待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定，本发明专利技术可保证磁隧道结磁矩的确定性翻转。磁隧道结磁矩的确定性翻转。磁隧道结磁矩的确定性翻转。

【技术实现步骤摘要】
磁性存储单元结构及其数据写入方法


[0001]本专利技术涉及磁性存储单元结构
，尤其涉及一种磁性存储单元结构及其数据写入方法。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺尺寸的不断缩小，摩尔定律放缓，漏电流的增加和互联延迟成为传统CMOS存储器的瓶颈。寻找新一代存储技术的解决方案成为集成电路研究的重点，其中磁性随机存储器受到广泛关注。相对比传统器件，磁性随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM))具有无限擦写次数、非易失性、读写速度快和抗辐照等优点，有望成为通用存储器，是构建下一代非易失存储器以及存内计算的理想器件。
[0003]在MRAM的发展历程中，主要经历了三代写入方式。第一代MRAM采用磁场实现数据写入，但所需电流较高，而且无法随着磁隧道结尺寸的缩小而降低，因此应用前景有限。第二代MRAM采用电流诱导自旋转移矩(Spin transfer torque,STT)实现数据写入，解决了上述磁场写入方式所存在的弊端，但目前受弛豫时间((Incubation delay))影响，STT-MRAM的写入速度被严重制约，而且，写入电流与读取电流均直接经过磁隧道结，极易引起读取干扰(Read disturb)和势垒击穿(Barrier breakdown)等问题。目前基于自旋轨道矩(Spin-orbit torque,SOT)的SOT-MRAM有望成为MRAM下一代写入技术。与STT-MRAM相比，SOT-MRAM具有写入电流流经底层重金属避免击穿风险、具有理论上小于1ns的超快写入速度、重金属电阻率低、功耗低、读写支路分离和允许更厚的势垒层等优点。但是，STT-MRAM如果没有外部磁场，磁矩将会在极化电流的作用下被拉到面内，撤去电流后，磁矩将以相同的概率向上或向下，也就是说，磁矩的切换是不确定的。传统的解决方案是通过施加外部磁场来破坏结构的反对称性，以实现确定性翻转。然而，在实际应用中，外部磁场的使用会增加电路设计的复杂度，引起额外的功耗，可行性较低，因此需要找到其他解决方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种磁性存储单元结构的数据写入方法，以保证磁隧道结磁矩的确定性翻转。本专利技术的另一个目的在于提供一种磁性存储单元结构。
[0005]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单元结构的数据写入方法，所述磁性存储单元结构包括强自旋轨道耦合层以及设于所述强自旋轨道耦合层上的磁隧道结，磁隧道结包括顶部的参考层、位于所述参考层下方的至少一层自由层以及设于每相邻两层间的势垒层，所述强自旋轨道耦合层包括形成预设夹角的第一路径和第二路径，所述第一路径和所述第二路径分别包括设于所述磁隧道结两侧的两个输入端，所述方法包括：
[0006]通过所述第一路径或第二路径的两个输入端中的其中一个向所述强自旋轨道耦合层输入第一段电流；
[0007]通过与所述第一段电流不同的路径向所述强自旋轨道耦合层输入预设时间长度
的第二段电流以使所述自由层的磁矩发生翻转，其中，输入所述第二段电流的输入端根据所述第一段电流的输入端、待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定。
[0008]优选的，所述第一段电流和/或第二段电流为单向电流或双向电流。
[0009]优选的，所述方法进一步包括在通过与所述第一段电流不同的路径向所述强自旋轨道耦合层输入第二段电流，之前：
[0010]根据所述第一段电流的输入端、待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定输入所述第二段电流的路径的输入端。
[0011]优选的，所述根据待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定输入所述第二段电流的路径的输入端具体包括：
[0012]根据待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定所述自由层的最终磁矩方向；
[0013]若所述最终磁矩方向为向下时，则沿顺时针方向确定输入所述第一段电流的输入端的下一个输入端为输入所述第二段电流的输入端；
[0014]若所述最终磁矩方向为向上时，则沿逆时针方向确定输入所述第一段电流的输入端的下一个输入端为输入所述第二段电流的输入端。
[0015]优选的，所述根据待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定所述自由层的最终磁矩方向具体包括：
[0016]若所述写入数据为0，则确定所述自由层的最终磁矩方向与所述参考层的磁矩方向相同；
[0017]若所述写入数据为1，则确定所述自由层的最终磁矩方向与所述参考层的磁矩方向相反。
[0018]本专利技术还公开了一种磁性存储单元结构，包括强自旋轨道耦合层以及设于所述强自旋轨道耦合层上的磁隧道结，磁隧道结包括顶部的参考层、位于所述参考层下方的至少一层自由层以及设于每相邻两层间的势垒层，所述强自旋轨道耦合层包括形成预设夹角的第一路径和第二路径，所述第一路径和所述第二路径分别包括设于所述磁隧道结两侧的两个输入端；
[0019]进一步包括：
[0020]参考层数据写入单元，用于通过所述第一路径或第二路径的两个输入端中的其中一个向所述强自旋轨道耦合层输入第一段电流，通过与所述第一段电流不同的路径向所述强自旋轨道耦合层输入预设时间长度的第二段电流以使所述自由层的磁矩发生翻转，其中，输入所述第二段电流的输入端根据所述第一段电流的输入端、待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定。
[0021]优选的，所述第一段电流和/或第二段电流为单向电流或双向电流。
[0022]优选的，所述数据写入单元进一步用于在通过与所述第一段电流不同的路径向所述强自旋轨道耦合层输入第二段电流之前根据所述第一段电流的输入端、待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定输入所述第二段电流的路径的输入端。
[0023]优选的，所述数据写入单元具体用于根据待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定所述自由层的最终磁矩方向，若所述最终磁矩方向为向下时，则沿顺时针方向确定输入所述第一段电流的输入端的下一个输入端为输入所述第二段电流的输入端，若所述最终磁矩方向为向上时，则沿逆时针方向确定输入所述第一段电流的输入端的下一个输入端为输
入所述第二段电流的输入端。
[0024]优选的，所述数据写入单元具体用于若所述写入数据为0，则确定所述自由层的最终磁矩方向与所述参考层的磁矩方向相同，若所述写入数据为1，则确定所述自由层的最终磁矩方向与所述参考层的磁矩方向相反。
[0025]本专利技术针对目前的SOT-MRAM中磁隧道结(MTJ)磁矩切换不确定的问题，通过向磁隧道结连续施加两个不同方向的第一段电流和第二段电流两段电流，实现无磁场条件下磁隧道结的确定性翻转，解决了目前SOT-MRAM中磁隧道结的不确定翻转问题，并且无需设置外加磁场，减小磁隧道结的成本和面积，提高存储密度。
附图说明
[0026]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，在不付出创造性劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性存储单元结构的数据写入方法，其特征在于，所述磁性存储单元结构包括强自旋轨道耦合层以及设于所述强自旋轨道耦合层上的磁隧道结，磁隧道结包括顶部的参考层、位于所述参考层下方的至少一层自由层以及设于每相邻两层间的势垒层，所述强自旋轨道耦合层包括形成预设夹角的第一路径和第二路径，所述第一路径和所述第二路径分别包括设于所述磁隧道结两侧的两个输入端，所述方法包括：通过所述第一路径或第二路径的两个输入端中的其中一个向所述强自旋轨道耦合层输入第一段电流；通过与所述第一段电流不同的路径向所述强自旋轨道耦合层输入预设时间长度的第二段电流以使所述自由层的磁矩发生翻转，其中，输入所述第二段电流的输入端根据所述第一段电流的输入端、待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定。2.根据权利要求1所述的磁性存储单元结构的数据写入方法，其特征在于，所述第一段电流和/或第二段电流为单向电流或双向电流。3.根据权利要求1所述的磁性存储单元结构的数据写入方法，其特征在于，所述方法进一步包括在通过与所述第一段电流不同的路径向所述强自旋轨道耦合层输入第二段电流，之前：根据所述第一段电流的输入端、待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定输入所述第二段电流的路径的输入端。4.根据权利要求3所述的磁性存储单元结构的数据写入方法，其特征在于，所述根据待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定输入所述第二段电流的路径的输入端具体包括：根据待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定所述自由层的最终磁矩方向；若所述最终磁矩方向为向下时，则沿顺时针方向确定输入所述第一段电流的输入端的下一个输入端为输入所述第二段电流的输入端；若所述最终磁矩方向为向上时，则沿逆时针方向确定输入所述第一段电流的输入端的下一个输入端为输入所述第二段电流的输入端。5.根据权利要求4所述的磁性存储单元结构的数据写入方法，其特征在于，所述根据待写入数据和所述参考层的磁矩方向确定所述自由层的最终磁矩方向具体包括：若所述写入数据为0，则确定所述自由层的最终磁矩方向与所述参考层的磁矩方向相同；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旻，王昭昊，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：