存储单元、存储器以及数据写入方法技术

本申请提供一种存储单元、存储器以及数据写入方法，所述存储单元包括：自旋轨道矩提供线；至少两个尺寸不同的存储结构，所述存储结构位于所述自旋轨道矩提供线上，进行写操作时，每一所述存储结构具有不同的写电流。本申请在条自旋轨道矩提供线上设置至少两个尺寸不同的存储结构，进行写操作时，每一所述存储结构具有不同的写电流，可以通过控制电流来得到不同的存储结构组合状态，并将存储结构的状态改变成写入态对应的状态，能够大幅度提高SOT

【技术实现步骤摘要】
存储单元、存储器以及数据写入方法


[0001]本申请涉及存储器
，尤其涉及一种存储单元、存储器以及数据写入方法。

技术介绍

[0002]自旋轨道力矩磁性随机存储器(Spin Orbit Torque Magnetic Random Access Memory，简称SOT-MRAM)作为新型的存储器，写入速度快，可以达到亚纳秒写入速度。写电流密度低，可以比基于自旋转移力矩的二端器件低2个数量级。此外，SOT-MRAM的读写分离，读信息基于磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junctions，MTJ)的隧道磁电阻TMR。
[0003]SOT-MRAM的信息写入基于自旋轨道矩(包括但不限于自旋霍尔效应，Rashba效应)，只需在自由层底部的一条写入线中通过电流即可。SOT-MRAM的写电流不经过MTJ，不会导致MTJ的耐久性问题。但是正因为其读写分离，因此至少需要两个晶体管，使得其相比自旋转移力矩磁性随机存储器(Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory，简称STT-MRAM)，单位面积上的存储密度将会大大的降低，且现有的SOT-MRAM，一个存储单元只记录2个比特信息。

技术实现思路

[0004]本申请解决的技术问题是现有的SOT-MRAM单位面积上的存储密度较低、存储量较小。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请提供了一种存储单元，包括：自旋轨道矩提供线；至少两个尺寸不同的存储结构，所述存储结构位于所述自旋轨道矩提供线上，进行写操作时，每一所述存储结构具有不同的写电流。
[0006]在本申请的一些实施例中，每一所述存储结构底部的自旋轨道矩提供线的宽度相同。
[0007]在本申请的一些实施例中，所述自旋轨道矩提供线的一端与MOS管的漏极电连接，另一端与源线电连接，且每一所述存储结构通过单向选择器电连接至不同位线。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述自旋轨道矩提供线的材料包括非磁重金属材料、拓扑绝缘体材料与反铁磁导体材料中的至少一种。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述非磁重金属材料包括Pt、Ta、W、Ru、Ir、Ti、Bi的至少一种，所述拓扑绝缘体材料包括Bi、Te、Se中的至少两种，所述反铁磁导体材料包括Pt、Mn、Ir中的至少两种。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述存储结构包括依次层叠分布的自由层、隧道层及参考层，所述自由层和所述参考层的磁化方向均与所述自旋轨道矩提供线的长度方向平行。
[0011]在本申请的一些实施例中，所述自由层和所述参考层的磁化方向均与所述写电流的方向之间的夹角大于或等于60
°
，或者小于或等于30
°
。
[0012]在本申请的一些实施例中，所述存储结构包括依次层叠分布的自由层、隧道层及
参考层，所述自由层和所述参考层的磁化方向均与所述自旋轨道矩提供线的长度方向垂直。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述存储结构包括依次层叠分布的自由层、隧道层、参考层、非磁性金属层和磁化层，所述自由层的和所述参考层的磁化方向均与所述自旋轨道矩提供线的长度方向垂直，所述磁化层提供与所述自旋轨道矩提供线的长度方向平行的磁场。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述存储结构包括依次层叠分布的自由层、隧道层、参考层、非磁性金属层和磁化层，所述自由层和所述参考层的磁化方向均与所述自旋轨道矩提供线的长度方向平行，所述磁化层提供与所述自旋轨道矩提供线的长度方向垂直的磁场。
[0015]为解决上述技术问题，本申请还提供一种存储器，包括存储单元，所述存储单元为上述的任一项所述的存储单元。
[0016]为解决上述技术问题，本申请还提供上述任一项的存储单元的数据写入方法，依据写入态对应的各存储结构的状态，建立写电流施加顺序，通过一次或多次施加大小或方向不同的写电流，将存储结构的状态改变为写入态对应的状态。
[0017]与现有技术相比，本申请技术方案具有如下有益效果：
[0018]本申请技术方案的存储单元包括自旋轨道矩提供线和至少两个存储结构，由于各存储结构的尺寸不同，因此各存储结构写电流的阈值也不同，因而可以通过电流控制来得到不同的存储结构的组合状态，每个组合状态对应一个数据存储状态；同时设置至少两个存储结构，使存储单元写入的信息量显著提高；同时，所述存储单元的写入过程无需经过存储结构，因而有更快的写入速度、不存在例如MTJ击穿问题，可擦写次数较高。
附图说明
[0019]以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的专利技术意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
[0020]图1为一种SOT-MRAM存储单元的电路结构示意图；
[0021]图2为本申请实施例的SOT-MRAM存储单元的电路结构示意图；
[0022]图3至图6为本申请实施例中不同存储结构的结构示意图。
具体实施方式
[0023]以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
[0024]参考图1，一种SOT-MRAM的存储单元，包括一个自旋轨道矩提供线100和一个存储结构110，所述存储结构110位于所述自旋轨道矩提供线100上，所述存储结构110为MTJ结
构，所述存储单元中还包括两个晶体管，分别用于控制读和写。读操作时，打开RWL上的晶体管，电流通过MTJ 110。写操作时，打开WWL上的晶体管，电流通过自旋轨道矩提供线100，图中SL为源线，BL为位线，WWL为写字线，RWL为读字线，WBL为写位线，RBL为读位线。由于现有的SOT-MRAM为实现读写分离，因此至少需要两个晶体管，使得较STT-MRAM单位面积上的存储密度会大大降低，且现有的SOT-MRAM，一个存储单元只能记录2个比特信息，记录的信息量较少。
[0025]基于此，本申请技术方案的存储单元通过在自旋轨道矩提供线上设置至少两个尺寸不同的存储结构，且进行写操作时，每一所述存储结构具有不同的写电流，可以通过控制电流来得到不同的存储结构组合状态，并将存储结构的状态改变成写入态对应的状态。
[0026]下面结合实施例和附图对本申请技术方案进行详细说明。
[0027]参考图2，本申请实施例提供一种存储单元，具体可以是基于自旋轨道矩的MRAM存储单元所述存储单元包括：自旋轨道矩提供线200和存储结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种存储单元，其特征在于，包括：自旋轨道矩提供线；至少两个尺寸不同的存储结构，所述存储结构位于所述自旋轨道矩提供线上，进行写操作时，每一所述存储结构具有不同的写电流。2.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，每一所述存储结构底部的自旋轨道矩提供线的宽度相同。3.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述自旋轨道矩提供线的一端与MOS管的漏极电连接，另一端与源线电连接，且每一所述存储结构通过单向选择器电连接至不同位线。4.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述自旋轨道矩提供线的材料包括非磁重金属材料、拓扑绝缘体材料与反铁磁导体材料中的至少一种。5.根据权利要求4所述的存储单元，其特征在于，所述非磁重金属材料包括Pt、Ta、W、Ru、Ir、Ti、Bi的至少一种，所述拓扑绝缘体材料包括Bi、Te、Se中的至少两种，所述反铁磁导体材料包括Pt、Mn、Ir中的至少两种。6.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述存储结构包括依次层叠分布的自由层、隧道层及参考层，所述自由层和所述参考层的磁化方向均与所述自旋轨道矩提供线的长度方向平行。7.根据权利要求6所述的存储单元，其特征在于，所述自由层和所述参考层的磁化方向均与所述写电流的方向之间的夹角大于或等于60<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成成，胡敏达，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：