磁性随机存储单元、存储器及设备制造技术

本发明专利技术提供了一种磁性随机存储单元、存储器及设备，所述磁性随机存储单元包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的第一磁隧道结和第二磁隧道结，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结具有至少两个长度不等的对称轴；所述第一磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第二夹角；第一夹角和第二夹角均不为零度，也均不为90度，也均不为180度，本发明专利技术可降低相反阻态磁隧道结的写入复杂度并提高读取可靠性。高读取可靠性。高读取可靠性。

【技术实现步骤摘要】
磁性随机存储单元、存储器及设备


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种磁性随机存储单元、存储器及设备。

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。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、抗辐照等优点，有望成为通用存储器，是构建下一代非易失主存和缓存的理想器件。磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)是磁随机存储器的基本存储单元。第二代自旋转移矩磁性随机存储器(Spin
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transfer torque,STT
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MRAM)存在弛豫时间(Incubation delay)较长、读写干扰等缺点，限制了其进一步发展。自旋轨道矩磁性随机存储器(Spin
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orbit torque MRAM,SOT
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MRAM)由于具有写入速度快、读写路径分离和功耗较低等优点，受到工业界和学术界的广泛重视。
[0003]目前基于自旋轨道矩的SOT
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MRAM的逻辑或数据存储器件经常需要可以存储两种相反阻态的磁隧道结，例如存储高阻态和低阻态，从而需要能够确定提供两种不同阻态的磁隧道结的磁性随机存储单元。例如，某类磁性随机存储单元采用一对具有相反阻态的磁隧道结存储一比特数据，便于采用差分方式进行读取。但是，目前的磁性随机存储器中存储相反阻态通常需要通过多次写入实现，或者需要采用非标准的制造工艺，实现方式较为复杂。

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随机存储单元，降低相反阻态磁隧道结的实现复杂度。本专利技术的另一个目的在于提供一种磁性随机存储器。本专利技术的再一个目的在于提供一种计算机设备。
[0005]为了达到以上目的，本专利技术一方面公开了一种磁性随机存储单元，包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的第一磁隧道结和第二磁隧道结，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结具有至少两个长度不等的对称轴；所述第一磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第二夹角；所述第一夹角和第二夹角均不为零度，也均不为90度，也均不为180度；
[0006]当向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流时，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的自由层的磁矩方向变为易磁对称轴方向以使所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。
[0007]优选的，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的形状为椭圆形，所述易磁对称轴为椭圆形磁隧道结的长轴。所述第一磁隧道结自由层的长轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的长轴方向与所述自旋轨道
耦合层的长度方向的夹角为预设第二夹角。
[0008]优选的，所述自旋轨道耦合层包括长度方向和宽度方向，所述长度方向包括方向相反的第一方向和第二方向两个自旋轨道矩电流输入方向，所述宽度方向包括方向相反的第三方向和第四方向两个自旋轨道矩电流输入方向。
[0009]优选的，所述第一磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第二夹角，第一夹角和第二夹角的角度互补，所述第一磁隧道结固定层的磁矩方向和所述第二磁隧道结固定层的磁矩方向与所述第一方向所分别形成的夹角相等；
[0010]当沿所述第一方向或所述第二方向向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流时，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。
[0011]优选的，所述第一磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第二夹角，第一夹角和第二夹角的角度相等，所述第一磁隧道结固定层的磁矩方向和所述第二磁隧道结固定层的磁矩方向与所述第一方向所分别形成的夹角互补；
[0012]当沿所述第一方向或第二方向向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流时，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。
[0013]优选的，所述第一磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第二夹角，第一夹角和第二夹角的角度互补，所述第一磁隧道结固定层的磁矩方向和所述第二磁隧道结固定层的磁矩方向与所述第一方向所分别形成的夹角互补；
[0014]当沿所述第三方向或第四方向向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流时，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。
[0015]优选的，所述第一磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的椭圆长轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第二夹角，第一夹角和第二夹角的角度相等，所述第一磁隧道结固定层的磁矩方向和所述第二磁隧道结固定层的磁矩方向与所述第一方向所分别形成的夹角互补；
[0016]当沿所述第三方向或第四方向向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流时，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。
[0017]优选的，进一步包括写入模块，用于向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流，使所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的自由层的磁矩方向变为椭圆长轴方向以使所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。
[0018]优选的，进一步包括读取单元，用于向所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结输入检测电流，根据输入所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的检测电流的变化确定所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态。
[0019]本专利技术还公开了一种磁性随机存储器，包括阵列排布的多个如上所述的磁性随机存储单元。
[0020]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，
[0021]所述处理器和/或所述存储器包括如上所述的磁性随机存储单元。
[0022]本专利技术的磁性随机存储单元采用椭圆形的第一磁隧道结和第二磁隧道结，向自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流，通过自旋轨道矩电流使面内磁各向异性的椭圆形磁隧道结的自由层发生磁矩方向的改变，实现第一磁隧道结和第二磁隧道结分别存储相反阻态的目的，即相当于第一磁隧道结和第二磁隧道结存储了一对互补的逻辑数字。本专利技术采用面内磁各向异性的磁隧道结，通过一次输入自旋轨道矩电流使两个磁隧道结的阻态相反，即实现存储互补逻辑数字的目的，降低了数据写入复杂度。并且本专利技术的磁性随机存储单元工艺简单，无需考虑复杂的界面效应，具有较高的可靠性。
附图说明
[0023]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性随机存储单元，其特征在于，包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的第一磁隧道结和第二磁隧道结，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结具有至少两个长度不等的对称轴；所述第一磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第二夹角；所述第一夹角和第二夹角均不为零度，也均不为90度，也均不为180度；当向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流时，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的自由层的磁矩方向变为易磁对称轴方向以使所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。2.根据权利要求1所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的形状为椭圆形，所述易磁对称轴为椭圆形磁隧道结的长轴，所述第一磁隧道结自由层的长轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的长轴方向与所述自旋轨道耦合层的长度方向的夹角为预设第二夹角。3.根据权利要求1所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述自旋轨道耦合层包括长度方向和宽度方向，所述长度方向包括方向相反的第一方向和第二方向两个自旋轨道矩电流输入方向，所述宽度方向包括方向相反的第三方向和第四方向两个自旋轨道矩电流输入方向。4.根据权利要求3所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第二夹角，第一夹角和第二夹角的角度互补，所述第一磁隧道结固定层的磁矩方向和所述第二磁隧道结固定层的磁矩方向与所述第一方向所分别形成的夹角相等；当沿所述第一方向或所述第二方向向所述自旋轨道耦合层输入自旋轨道矩电流时，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的阻态相反。5.根据权利要求3所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第一夹角，所述第二磁隧道结自由层的易磁对称轴方向与所述第一方向间的夹角为预设第二夹角，第一夹角和第二夹角的角度相等，所述第一磁隧道结固定层的磁矩方向和所述第二磁隧道结固定层...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巍胜，王昭昊，曹凯华，王戈飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：