多阻态磁性存储单元及磁性存储器制造技术

本发明专利技术提供一种多阻态磁性存储单元及磁性存储器。该多阻态磁性存储单元包括：分开设置的两个自旋轨道矩产生层，在每个自旋轨道矩产生层上分别有一个磁性隧道结，两个磁性隧道结各自的自由层靠近对应的自旋轨道矩产生层，并在参考层侧通过可导电的连接层进行连接。从第一自旋轨道矩产生层和第二自旋轨道矩产生层分别引出一个端口。本发明专利技术的多阻态磁性存储单元为双端口结构，利用STT结合SOT，实现多态存储。存储。存储。

【技术实现步骤摘要】
多阻态磁性存储单元及磁性存储器


[0001]本专利技术涉及磁性存储器
，尤其涉及一种多阻态磁性存储单元及磁性存储器。

技术介绍

[0002]自旋轨道转矩磁性存储器(SOT
‑
MRAM)是将来比较有前景的存储器件之一，因为其具有非易失性，擦写速度快且功耗低。
[0003]SOT
‑
MRAM存储单元由磁性隧道结(MTJ)和自旋轨道矩产生层组成。MTJ包括自由层、势垒层、参考层。参考层磁化方向固定，自由层磁化方向可变。当自由层和参考层平行，MTJ表现为低阻态；当自由层和参考层反平行，MTJ表现为高阻态。自旋轨道矩产生层一般采用重金属，当电流流经重金属，SOT(自旋轨道转矩)效应使自由层磁矩发生偏转，再通过外磁场的辅助，可以实现自由层磁矩的确定性翻转。
[0004]为了提高存储密度，多态MRAM是一种可行的方案。但目前基于STT(自旋转移矩)效应的多态MRAM需要外磁场辅助、热辅助等方法写入，操作复杂，且电流大；基于SOT(自旋轨道矩)效应的多态MRAM，依然采用三端口结构，会降低存储器的集成度和提高成本。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种多阻态磁性存储单元及磁性存储器，采用双端口结构，利用STT结合SOT，实现多态存储，降低电流，提高集成度。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种多阻态磁性存储单元，包括：
[0007]在同一平面上分开设置的第一自旋轨道矩产生层和第二自旋轨道矩产生层；
[0008]第一磁性隧道结，设置于所述第一自旋轨道矩产生层一侧表面，包括层叠的第一自由层、第一势垒层和第一参考层，所述第一自由层靠近所述第一自旋轨道矩产生层；
[0009]第二磁性隧道结，设置于所述第二自旋轨道矩产生层一侧表面并与所述第一磁性隧道结保持在同一侧，包括层叠的第二自由层、第二势垒层和第二参考层，所述第二自由层靠近所述第二自旋轨道矩产生层；
[0010]可导电的连接层，靠近所述第一参考层和所述第二参考层设置，用于将所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结从参考层侧进行连接；
[0011]以及，从所述第一自旋轨道矩产生层一端引出的第一端口和从所述第二自旋轨道矩产生层的一端引出的第二端口，所述第一端口和所述第二端口用于连接外部电压，以便形成依次流过所述第一自旋轨道矩产生层、所述第一磁性隧道结、所述连接层、所述第二磁性隧道结和所述第二自旋轨道矩产生层的电流。
[0012]可选地，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为面内磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同。
[0013]可选地，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为垂直磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同；
[0014]对应地，该多阻态磁性存储单元还包括：
[0015]磁性偏置层，位于所述连接层远离第一磁性隧道结和第二磁性隧道结的一侧。
[0016]可选地，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为垂直磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同；
[0017]对应地，该多阻态磁性存储单元还包括：
[0018]分开设置的第一磁性偏置层和第二磁性偏置层，其中所述第一磁性偏置层位于所述第一自旋轨道矩产生层远离所述第一自由层一侧，所述第二磁性偏置层位于所述第二自旋轨道矩产生层远离所述第二自由层一侧。
[0019]可选地，所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结具有相同或者不同的截面尺寸。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种多阻态磁性存储单元，包括：垂直堆叠的第一自旋轨道矩产生层、第一磁性隧道结、第二磁性隧道结以及第二自旋轨道矩产生层，其中，
[0021]所述第一磁性隧道结包括依次层叠的第一自由层、第一势垒层和第一参考层，所述第一自由层靠近所述第一自旋轨道矩产生层；
[0022]所述第二磁性隧道结包括依次层叠的第二参考层、第二势垒层和第二自由层，所述第二参考层靠近所述第一参考层，所述第二自由层靠近所述第二自旋轨道矩产生层；
[0023]以及，从所述第一自旋轨道矩产生层一端引出的第一端口和从所述第二自旋轨道矩产生层的一端引出的第二端口，所述第一端口和所述第二端口用于连接外部电压，以便形成依次流过所述第一自旋轨道矩产生层、所述第一磁性隧道结、所述第二磁性隧道结和所述第二自旋轨道矩产生层的电流。
[0024]可选地，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为面内磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同。
[0025]可选地，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为垂直磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同；
[0026]对应地，该多阻态磁性存储单元还包括：
[0027]磁性偏置层，位于所述第一自旋轨道矩产生层远离所述第一自由层一侧，或者，位于所述第二自旋轨道矩产生层远离所述第二自由层一侧。
[0028]可选地，若所述第一参考层与所述第二参考层相邻，则所述第一参考层和所述第二参考层合并为一个共用的参考层，该共用的参考层同时作为所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结的参考层。
[0029]可选地，所述第一端口相对于所述第一自旋轨道矩产生层的位置，以及，所述第二端口相对于所述第二自旋轨道矩产生层的位置，两个位置为同一侧，或者为不同侧。
[0030]第三方面，本专利技术提供一种磁性存储器，包括如第一方面或者第二方面所述的多阻态磁性存储单元。
[0031]本专利技术提供一种基于自旋轨道矩的多阻态存储单元，采用了双磁性隧道结结构，两个磁性隧道结的自由层的磁化翻转，都是由自旋轨道矩主导，自旋转移矩参与。相比于多态STT
‑
MRAM，可以降低临界翻转电流，降低了功耗，提高擦写次数，降低了操作复杂度。同时，本专利技术的多阻态存储单元还采用双端结构，相比于三端的多态SOT
‑
MRAM，减少了选通晶体管、源线、字线、位线等的使用，简化了阵列结构，提高了集成度。
附图说明
[0032]图1为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意图；
[0033]图2为图1所示的多阻态磁性存储单元中SOT与STT作用示意图；
[0034]图3为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意图；
[0035]图4为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意图；
[0036]图5为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意图；
[0037]图6为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意图；
[0038]图7为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意图；
[0039]图8为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意图；
[0040]图9为本专利技术一实施例的多阻态磁性存储单元的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多阻态磁性存储单元，其特征在于，包括：在同一平面上分开设置的第一自旋轨道矩产生层和第二自旋轨道矩产生层；第一磁性隧道结，设置于所述第一自旋轨道矩产生层一侧表面，包括层叠的第一自由层、第一势垒层和第一参考层，所述第一自由层靠近所述第一自旋轨道矩产生层；第二磁性隧道结，设置于所述第二自旋轨道矩产生层一侧表面并与所述第一磁性隧道结保持在同一侧，包括层叠的第二自由层、第二势垒层和第二参考层，所述第二自由层靠近所述第二自旋轨道矩产生层；可导电的连接层，靠近所述第一参考层和所述第二参考层设置，用于将所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结从参考层侧进行连接；以及，从所述第一自旋轨道矩产生层一端引出的第一端口和从所述第二自旋轨道矩产生层的一端引出的第二端口，所述第一端口和所述第二端口用于连接外部电压，以便形成依次流过所述第一自旋轨道矩产生层、所述第一磁性隧道结、所述连接层、所述第二磁性隧道结和所述第二自旋轨道矩产生层的电流。2.根据权利要求1所述的多阻态磁性存储单元，其特征在于，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为面内磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同。3.根据权利要求1所述的多阻态磁性存储单元，其特征在于，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为垂直磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同；对应地，该多阻态磁性存储单元还包括：磁性偏置层，位于所述连接层远离第一磁性隧道结和第二磁性隧道结的一侧。4.根据权利要求1所述的多阻态磁性存储单元，其特征在于，所述第一自由层、所述第一参考层、所述第二参考层和所述第二自由层为垂直磁化，且所述第一参考层与所述第二参考层的磁化方向相同；对应地，该多阻态磁性存储单元还包括：分开设置的第一磁性偏置层和第二磁性偏置层，其中所述第一磁性偏置层位于所述第一自旋轨道矩产生层远离所述第一自由层一侧，所述第二磁性偏置层位于所述第二自旋轨道矩产生层远离所述第二自由层一侧。5.根据权利要求1至4任一项所述的多阻态磁性存储单元，其特征在于，所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结具有相同或者不同的截面尺寸。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李州，孟皓，迟克群，石以诺，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：