隧穿变磁阻存储器设备及其操作方法技术

一种磁阻存储器设备包括第一电极、第二电极和位于该第一电极与该第二电极之间的层堆叠。该层堆叠可包括铁电材料层和变磁性隧道结，该变磁性隧道结包含变磁性材料层、绝缘阻挡层和金属材料层。另选地，该层堆叠可包括多铁性材料层、变磁性材料层、绝缘阻挡层和参考磁化层。磁化层。磁化层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隧穿变磁阻存储器设备及其操作方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2020年4月20日提交的美国非临时专利申请号16/853,407和2020年4月20日提交的美国非临时专利申请号16/853,440的优先权的权益，该专利申请的全部内容据此以引用方式并入本文以用于所有目的。


[0003]本公开整体涉及磁阻存储器设备的领域，并且具体地涉及采用电场感应切换的隧穿变磁阻存储器设备及其操作方法。

技术介绍

[0004]磁阻存储器设备可存储采用第一配置和第二配置的电阻差的信息，在第一配置中，自由磁化层的磁化方向平行于参考磁化层的磁化，在第二配置中，自由磁化层的磁化方向反平行于参考磁化层的磁化。诸如STT
‑
MRAM的磁阻存储器设备的编程通常涉及采用外部电源使用通过磁隧道结的隧穿电流翻转自由层的磁化方向。然而，产生隧穿电流所需的切换功率高于所期望的。

技术实现思路

[0005]根据本公开的一个方面，一种磁阻存储器设备包括第一电极、第二电极和位于该第一电极与该第二电极之间的层堆叠，该层堆叠包括铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磁阻存储器设备，所述磁阻存储器设备包括：第一电极；第二电极；和层堆叠，所述层堆叠位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述层堆叠包括铁电材料层和变磁性隧道结，其中所述变磁性隧道结包括：变磁性材料层；金属材料层；和绝缘阻挡层，所述绝缘阻挡层位于所述金属材料层与所述变磁性材料层之间。2.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中所述变磁性材料层接触所述铁电材料层和所述绝缘阻挡层。3.根据权利要求2所述的磁阻存储器设备，其中所述变磁性隧道结在其中所述变磁性材料层处于非磁性状态的第一状态与其中所述变磁性材料层处于磁性状态的第二状态之间具有不同的隧穿磁阻。4.根据权利要求3所述的磁阻存储器设备，其中所述变磁性材料在与所述绝缘阻挡层交互的界面处具有状态的可变表面密度，状态的所述可变表面密度在所述变磁性材料的所述非磁性状态与所述变磁性材料的所述磁性状态之间改变。5.根据权利要求4所述的磁阻存储器设备，其中：所述变磁性材料层的所述磁性状态包括铁磁状态、亚铁磁状态或反铁磁状态；并且所述变磁性材料层的所述非磁性状态包括顺磁性状态或反磁性状态。6.根据权利要求4所述的磁阻存储器设备，其中所述变磁性隧道结具有可变隧穿电阻，所述可变隧穿电阻随着与所述绝缘阻挡层交互的所述界面处的所述变磁性材料的状态的所述可变表面密度的减小而增大。7.根据权利要求4所述的磁阻存储器设备，其中：所述变磁性材料层在所述磁性状态中具有状态的第一表面密度；并且所述变磁性材料层在所述非磁性状态中具有状态的第二表面密度，状态的所述第二表面密度不同于状态的所述第一表面密度。8.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中：所述铁电材料层包括两个双稳定极化方向；沿着所述两个双稳定极化方向中的一个极化方向的非零电极化的对准在所述变磁性材料层中诱发所述磁性状态；并且沿着所述两个双稳定极化方向中的另一极化方向的所述非零电极化的的对准在所述变磁性材料层中诱发所述非磁性状态。9.根据权利要求8所述的磁阻存储器设备，其中所述两个双稳定极化方向相对于所述铁电材料层与所述变磁性材料层之间的界面成非零角度。10.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中所述金属材料层包括非磁性金属材料。11.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中所述金属材料包括Cu、Cr、Ti、Ta、Au或Ru。12.根据权利要求11所述的磁阻存储器设备，其中所述第二电极包括位于所述金属材
料层上的Ru或Ta封盖层。13.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中所述铁电材料层包括选自以下各项的材料：氧化铪、氧化锆、氧化铪
‑
氧化锆、铁酸铋、钛酸钡、硬硼钙石、钛酸铋、铕钛酸钡、铁电聚合物、碲化锗、无水钾镁矾、钽钪酸铅、钛酸铅、锆钛酸铅、铌酸锂、铝氧化镧、聚偏二氟乙烯、铌酸钾、酒石酸钠钾、磷酸氧钛钾、钛酸铋钠、钽酸锂、镧钛酸铅、钛酸锆酸镧铅、磷酸二氢铵或磷酸二氢钾。14.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中所述变磁性材料层包括选自以下各项的材料：Co、FeRh合金、EuSe合金、CrO2或LaSrMnO3。15.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中所述绝缘阻挡层包括选自以下各项的材料：氧化镁、氧化铝、钛酸锶或它们的组合。16.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，所述磁阻存储器设备还包括编程电路，所述编程电路被配置为：在所述第一电极与所述第二电极之间施加第一极性的第一编程脉冲以将所述变磁性材料层编程为所述磁性状态；并且在所述第一电极与所述第二电极之间施加与所述第一极性相反的第二极性的第二编程脉冲以将所述变磁性材料层编程为所述非磁性状态。17.一种磁阻随机存取存储器设备，所述磁阻随机存取存储器设备包括：根据权利要求1所述的磁阻存储器设备的实例的二维阵列；字线，所述字线电连接到所述二维阵列的第一电极的相应子集；位线，所述位线电连接到所述二维阵列的第二电极的相应子集；和编程电路，所述编程电路连接到所述位线和所述字线并且被配置为对所述磁阻存储器设备进行编程。18.一种操作根据权利要求1所述的磁阻存储器设备的方法，所述方法包括：在第一编程步骤中相对于所述第二电极向所述第一电极施加第一极性编程电压以将所述变磁性材料层的状态从非磁性状态切换到磁性状态；以及在第二编程步骤中相对于所述第二电极向所述第一电极施加具有与所述第一极性编程电压相反极性的第二极性编程电压以将所述变磁性材料层的所述状态从所述磁性状态切换到所述非磁性状态。19.根据权利要求18所述的方法，其中：所述第一极性编程电压将所述铁电材料层的极化方向从第一方向改变到第二方向，这使得所述变磁性材料层状态从所述非磁性状态改变为所述磁性状态；并且所述第二极性编程电压将所述铁电材料层的所述极化方向从所述第二方向改变到所述第一方向，这使得所述变磁性材料层状态从所述磁性状态改变为所述非磁性状态。20.根据权利要求19所述的方法，所述方法进一步包括通过测量所述变磁性隧道结的隧穿磁阻来确定所述变磁性材料层的所述状态。21.一种磁阻存储器设备，所述磁阻存储器设备包括：第一电极；第二电极；和层堆叠，所述层堆叠位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述层堆叠包括多铁性
材料层和变磁性隧道结，其中所述变磁性隧道结包括：变磁性材料层；参考磁化层；和绝缘阻挡层，所述绝缘阻挡层位于所述参考磁化层与所述变磁性材料层之间。22.根据权利要求21所述的磁阻存...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：