铁电-磁隧道结器件和新型存储器件的数据读取方法技术

本发明专利技术提供铁电

【技术实现步骤摘要】
铁电
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磁隧道结器件和新型存储器件的数据读取方法


[0001]本专利技术涉及新型存储器件
，尤其涉及铁电
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磁隧道结器件和新型存储器件的数据读取方法。

技术介绍

[0002]磁阻存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是新兴非易失性存储器的代表之一，磁阻存储器是利用磁性薄膜材料的电阻随薄膜磁化方向的不同而发生变化来实现数据存储的存储器，信息的读取方式主要是依靠检测由于磁电阻不同所造成的电位变化来判别。
[0003]磁阻存储器的基本单元为磁隧道结(MTJ)。MTJ中铁磁性电极相对磁化方向的变化可使器件产生两种不同的阻值状态，这两种不同的阻值状态用来代表二进制数据的“0”和“1”。
[0004]目前MRAM可以通过自旋转移矩(STT)和自旋轨道矩(SOT)两种方式来翻转MTJ中铁磁性电极的磁化状态。传统的STT
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MRAM在开始写入时存在一个初始延迟限制了写入速度，通过增大写入电流的方式减小初始延迟会增加势垒击穿的概率；SOT
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MRAM的读写路径分离，势垒击穿的风险有所降低，但其存储单元通常具有三个端口，器件结构复杂存储密度较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供铁电
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磁隧道结器件和新型存储器件的数据读取方法，用以解决现有技术中磁阻存储器写入速度慢、器件结构复杂、存储密度低的缺陷。
[0006]本专利技术提供一种铁电
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磁隧道结器件，包括依次层叠的第一铁磁层、铁电层、第二铁磁层、绝缘层和第三铁磁层；其中，第一铁磁层和第二铁磁层采用相同的铁磁性金属材料，第一铁磁层和铁电层的界面与第二铁磁层和铁电层的界面具有对称结构；铁电
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磁隧道结器件通过外部电场控制铁电层的电极化状态翻转实现自旋电流极性变化，从而实现铁电
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磁隧道结器件的高低阻值状态变化。
[0007]根据本专利技术提供的一种铁电
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磁隧道结器件，通过第一铁磁层和铁电层之间、第二铁磁层和铁电层之间的磁电耦合效应实现自旋极化电流的产生与调控；当自旋电流的极化状态与第三铁磁层的磁化状态平行时，用于表示二进制中的0；当自旋电流的极化状态与第三铁磁层的磁化状态反平行时，用于表示二进制中的1。
[0008]根据本专利技术提供的一种铁电
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磁隧道结器件，当自旋电流的极化状态与第三铁磁层的磁化状态平行时，铁电
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磁隧道结器件的电阻值低于预设数值，为低阻态；当自旋电流的极化状态与第三铁磁层的磁化状态反平行时，铁电
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磁隧道结器件的电阻值高于预设数值，为高阻态。
[0009]根据本专利技术提供的一种铁电
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磁隧道结器件，第二铁磁层厚度小于第二铁磁层的铁磁性材料的自旋扩散长度。
[0010]根据本专利技术提供的一种铁电
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磁隧道结器件，铁电层采用具有铁电性的氧化物或二维铁电材料；第三铁磁层采用铁磁性金属材料，绝缘层采用非磁绝缘材料。
[0011]根据本专利技术提供的一种铁电
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磁隧道结器件，第一铁磁层、第二铁磁层和第三铁磁层的材料为铁Fe、钴Co或者镍Ni；铁电层的材料为二氧化铪HfO2或者硒化铟In2Se3，绝缘层的材料为双层石墨烯Gr2或者氧化镁MgO。
[0012]本专利技术还提供一种新型存储器件的数据读取方法，使用上述的铁电
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磁隧道结器件，新型存储器件的数据读取方法包括：通过在第一铁磁层和第二铁磁层之间施加正负写入电压，控制铁电层的极化状态；基于铁电层极化状态控制自旋极化电流的极性，以实现数据写入；通过检测第一铁磁层与第三铁磁层之间的电压幅度确定铁电
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磁隧道结的阻值状态；基于铁电
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磁隧道结的阻值状态，以实现数据读出。
[0013]根据本专利技术提供的一种新型存储器件的数据读取方法，基于铁电层极化状态控制自旋极化电流的极性，以实现数据写入，包括：铁电层极化状态翻转使得自旋向上、自旋向下电子隧穿势垒不同，从而控制自旋极化电流的极性，实现数据写入。
[0014]根据本专利技术提供的一种新型存储器件的数据读取方法，铁电层极化状态翻转使得自旋向上、自旋向下电子隧穿势垒不同，从而控制自旋极化电流的极性，实现数据写入，包括：当自旋极化电流的极化状态与第三铁磁层的磁化状态平行时写入数据0，当自旋极化电流的极化状态与第三铁磁层的磁化状态反平行时写入数据1。
[0015]本专利技术提供的铁电
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磁隧道结器件和新型存储器件的数据读取方法，铁电
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磁隧道结器件包括依次层叠的第一铁磁层、铁电层、第二铁磁层、绝缘层、第三铁磁层，通过第一铁磁层和铁电层之间、第二铁磁层和铁电层之间的磁电耦合效应实现自旋极化电流的产生与调控，通过电场控制铁电层的电极化状态翻转实现自旋电流极性变化从而实现器件的高低阻值状态变化，可以实现快速低功耗电写入和无损磁读取操作，是一种具有快速、低功耗等优点的新型存储器件。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本专利技术铁电
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磁隧道结器件一实施例的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术铁电
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磁隧道结器件数据写入操作一实施例的示意图；
[0019]图3为本专利技术铁电
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磁隧道结器件数据读出操作一实施例的示意图；
[0020]图4为本专利技术Co/HfO2/Co/Gr2/Co结构的铁电
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磁隧道结器件模型示意图；
[0021]图5是本专利技术新型存储器件的数据读取方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳
动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]本专利技术提供一种铁电
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磁隧道结器件，请参阅图1，图1是本专利技术铁电
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磁隧道结器件一实施例的结构示意图。在本实施例中，铁电
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磁隧道结器件包括依次层叠的第一铁磁层110、铁电层120、第二铁磁层130、绝缘层140和第三铁磁层150。
[0024]其中，第一铁磁层110和第二铁磁层130采用相同的铁磁性金属材料，第三铁磁层150采用铁磁性金属材料。可选地，第一铁磁层110、第二铁磁层130本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁电
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磁隧道结器件，其特征在于，包括依次层叠的第一铁磁层、铁电层、第二铁磁层、绝缘层和第三铁磁层；其中，所述第一铁磁层和第二铁磁层采用相同的铁磁性金属材料，所述第一铁磁层和所述铁电层的界面与所述第二铁磁层和所述铁电层的界面具有对称结构；所述铁电
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磁隧道结器件通过外部电场控制所述铁电层的电极化状态翻转实现自旋电流极性变化，从而实现所述铁电
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磁隧道结器件的高低阻值状态变化。2.根据权利要求1所述的铁电
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磁隧道结器件，其特征在于，通过所述第一铁磁层和所述铁电层之间、所述第二铁磁层和所述铁电层之间的磁电耦合效应实现自旋极化电流的产生与调控；当自旋电流的极化状态与所述第三铁磁层的磁化状态平行时，用于表示二进制中的0；当自旋电流的极化状态与所述第三铁磁层的磁化状态反平行时，用于表示二进制中的1。3.根据权利要求2所述的铁电
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磁隧道结器件，其特征在于，当自旋电流的极化状态与所述第三铁磁层的磁化状态平行时，所述铁电
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磁隧道结器件的电阻值低于预设数值，为低阻态；当自旋电流的极化状态与所述第三铁磁层的磁化状态反平行时，所述铁电
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磁隧道结器件的电阻值高于所述预设数值，为高阻态。4.根据权利要求1所述的铁电
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磁隧道结器件，其特征在于，所述第二铁磁层厚度小于所述第二铁磁层的铁磁性材料的自旋扩散长度。5.根据权利要求1所述的铁电
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磁隧道结器件，其特征在于，所述铁电层采用具有铁电性的氧化物或二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，王宇宸，张力公，姚冠文，刘晓彦，康晋锋，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：