磁性随机存储单元、读写方法以及存储器技术

本发明专利技术提供了一种磁性随机存储单元，包括第一存储器、第二存储器、第一开关元件和第二开关元件；其中，所述第一存储器包括第一自旋轨道矩层以及设置在所述第一自旋轨道矩层上的第一磁隧道结；所述第二存储器包括第二自旋轨道矩层以及设置在所述第二自旋轨道矩层上的第二磁隧道结，所述第一自旋轨道矩层的第一输入端通过所述第一开关元件与第一信号线连接，所述第一自旋轨道矩层的第一输出端与所述第二自旋轨道矩层的第二输入端通过所述第二开关元件连接，所述第二自旋轨道矩层的第二输出端与第二信号线连接；本发明专利技术可解决现有多位数据存储的磁性随机存储单元的工艺复杂，数据读写性能差的问题。读写性能差的问题。读写性能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
磁性随机存储单元、读写方法以及存储器


[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、读写方法以及存储器。

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。自旋转移矩磁性随机存储器(Spin
‑
Transfer Torque,STT
‑
MRAM)存在孵化时间较长、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
‑
Orbit Torque MRAM,SOT
‑
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]为了提高存储密度，目前通常采用多个MTJ组成多层单元(Multi
‑
Level Cell,MLC)实现多种数据的写入，这需要仔细调整每个MTJ的特性以实现具有足够裕量的不同阈值开关电流和电阻状态。一个典型的MLC是通过将两个平面上的MTJ串联连接在一起而实现的，这些MTJ具有不同的面积，其中制造过程通常涉及多步蚀刻，工艺较为复杂，而且难以实现数据的一步写入。

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，解决现有多位数据存储的磁性随机存储单元的工艺复杂，数据读写性能差的问题。本专利技术的另一个目的在于提供一种数据写入方法。本专利技术的再一个目的在于提供一种数据读取方法。本专利技术的还一个目的在于提供一种磁性随机存储器。
[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，包括第一存储器、第二存储器、第一开关元件和第二开关元件；
[0006]其中，所述第一存储器包括第一自旋轨道矩层以及设置在所述第一自旋轨道矩层上的第一磁隧道结；所述第二存储器包括第二自旋轨道矩层以及设置在所述第二自旋轨道矩层上的第二磁隧道结，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结电性连接；
[0007]所述第一自旋轨道矩层包括传输自旋轨道矩电流的第一输入端和第一输出端，所述第二自旋轨道矩层包括传输自旋轨道矩电流的第二输入端和第二输出端；
[0008]所述第一自旋轨道矩层的第一输入端通过所述第一开关元件与第一信号线连接，所述第一自旋轨道矩层的第一输出端与所述第二自旋轨道矩层的第二输入端通过所述第二开关元件连接，所述第二自旋轨道矩层的第二输出端与第二信号线连接；
[0009]所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的临界翻转电流不同，当写入数据时，所述第一开关元件和所述第二开关元件导通，当读取数据时，所述第一开关元件导通，所述第
二开关元件断开。
[0010]优选的，所述第一磁隧道结分别包括自上而下依次设置的第一固定层、第一势垒层和第一自由层；
[0011]所述第二磁隧道结包括自上而下依次设置的第二固定层、第二势垒层和第二自由层；
[0012]所述第一磁隧道结的第一自由层与所述第一自旋轨道矩层固定，所述第二磁隧道结的第二自由层与所述第二自旋轨道矩层固定。
[0013]优选的，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的第一自由层和第二自由层的临界翻转电流不同。
[0014]优选的，所述第一磁隧道结的第一自旋轨道矩层的截面面积大于所述第二磁隧道结的第二自旋轨道矩层的截面面积；和/或，
[0015]所述第一磁隧道结的自由层的面积大于所述第二磁隧道结的自由层的面积。
[0016]优选的，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的第一势垒层和第二势垒层的面积不同。
[0017]优选的，所述第一磁隧道结的第一固定层和所述第二磁隧道结的第二固定层电性连接。
[0018]优选的，所述第一磁隧道结的顶部设有与所述第一固定层固定连接的第一电极，所述第二磁隧道结的顶部设有与所述第二固定层固定连接的第二电极；
[0019]所述第一磁隧道结的第一电极与所述第二磁隧道结的第二电极电性连接。
[0020]优选的，所述第一开关元件包括第一晶体管；
[0021]所述第一晶体管的控制端与输入第一控制信号的第一控制线连接，第一端与输入第一写入信号的第一信号线连接，第二端与所述第一自旋轨道矩层的第一输入端连接。
[0022]优选的，所述第二开关元件包括第二晶体管；
[0023]所述第二晶体管的控制端与输入第二控制信号的第二控制线连接，第一端与所述第一自旋轨道矩层的第一输出端连接，第二端与所述第二自旋轨道矩层的第一输入端连接。
[0024]优选的，所述第一自旋轨道矩层的第一输入端设置有第一输入电极，所述第一自旋轨道矩层的第一输出端设置有第一输出电极；
[0025]所述第一晶体管的第二端与所述第一输入电极电性连接。
[0026]优选的，所述第二自旋轨道矩层的第二输入端设置有第二输入电极，所述第二自旋轨道矩层的第二输出端设置有与输入第二写入信号的第二信号线连接的第二输出电极；
[0027]所述第二晶体管的第一端与所述第一输出电极电性连接，所述第二晶体管的第二端与所述第二输入电极电性连接。
[0028]优选的，进一步包括数据写入模块，用于根据待写入数据确定至少一个待写入信号，所述待写入信号为第一信号线输入的第一写入信号或第二信号线输入的第二写入信号，并根据所述第一磁隧道结和第二磁隧道结的临界翻转电流确定所述待写入信号的电流大小，控制所述第一开关元件和所述第二开关元件导通，输入所述至少一个待写入信号。
[0029]优选的，数据写入模块具体用于通过读取模块确定所述第一磁隧道结和第二磁隧道结的串联电阻，根据所述第一磁隧道结和第二磁隧道结的串联电阻确定所述第一磁隧道
结和第二磁隧道结的阻态是否需要改变，若是，形成对应的待写入信号。
[0030]优选的，读取模块用于控制所述第一开关元件导通，控制所述第二开关元件断开；输入读取电压，根据所述读取电压的变化确定所述第一磁隧道结和第二磁隧道结的串联电阻，根据第一磁隧道结和第二磁隧道结的串联电阻确定第一存储器和第二存储器存储的数据。
[0031]本专利技术还公开了一种如上所述的磁性随机存储单元的数据写入方法，包括：
[0032]根据待写入数据确定至少一个待写入信号，所述待写入信号为第一信号线输入的第一写入信号或第二信号线输入的第二写入信号；
[0033]根据所述第一磁隧道结和第二磁隧道结的临界翻转电流确定所述待写入信号的电流大小；
[0034]控制所述第一开关元件和所述第二开关元件导通，输入所述至少一个待写入信号。
[0035]优选的，所述根据待写入数据确定至少一本文档来自技高网...

【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，包括第一存储器、第二存储器、第一开关元件和第二开关元件；其中，所述第一存储器包括第一自旋轨道矩层以及设置在所述第一自旋轨道矩层上的第一磁隧道结；所述第二存储器包括第二自旋轨道矩层以及设置在所述第二自旋轨道矩层上的第二磁隧道结，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结电性连接；所述第一自旋轨道矩层包括传输自旋轨道矩电流的第一输入端和第一输出端，所述第二自旋轨道矩层包括传输自旋轨道矩电流的第二输入端和第二输出端；所述第一自旋轨道矩层的第一输入端通过所述第一开关元件与第一信号线连接，所述第一自旋轨道矩层的第一输出端与所述第二自旋轨道矩层的第二输入端通过所述第二开关元件连接，所述第二自旋轨道矩层的第二输出端与第二信号线连接；所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结的临界翻转电流不同，当写入数据时，所述第一开关元件和所述第二开关元件导通，当读取数据时，所述第一开关元件导通，所述第二开关元件断开。2.根据权利要求1所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一磁隧道结分别包括自上而下依次设置的第一固定层、第一势垒层和第一自由层；所述第二磁隧道结包括自上而下依次设置的第二固定层、第二势垒层和第二自由层；所述第一磁隧道结的第一自由层与所述第一自旋轨道矩层固定，所述第二磁隧道结的第二自由层与所述第二自旋轨道矩层固定。3.根据权利要求2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第一自由层和第二自由层的临界翻转电流不同。4.根据权利要求3所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一磁隧道结的第一自旋轨道矩层的截面面积大于所述第二磁隧道结的第二自旋轨道矩层的截面面积；和/或，所述第一磁隧道结的自由层的面积大于所述第二磁隧道结的自由层的面积。5.根据权利要求2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第一势垒层和第二势垒层的面积不同。6.根据权利要求2所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一磁隧道结的第一固定层和所述第二磁隧道结的第二固定层电性连接。7.根据权利要求3所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一磁隧道结的顶部设有与所述第一固定层固定连接的第一电极，所述第二磁隧道结的顶部设有与所述第二固定层固定连接的第二电极；所述第一磁隧道结的第一电极与所述第二磁隧道结的第二电极电性连接。8.根据权利要求1所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第一开关元件包括第一晶体管；所述第一晶体管的控制端与输入第一控制信号的第一控制线连接，第一端与输入第一写入信号的第一信号线连接，第二端与所述第一自旋轨道矩层的第一输入端连接。9.根据权利要求8所述的磁性随机存储单元，其特征在于，所述第二开关元件包括第二晶体管；所述第二晶体管的控制端与输入第二控制信号的第二控制线连接，第一端与所述第一自旋轨道矩层的第一输出端连接，第二端与所述第二自旋轨道矩层的第一输入端连接。
10.根据权利要求8所述的磁性随机存储单元，其特...

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