基于自旋轨道矩的存储单元、阵列、电路、及方法技术

本申请实施例提供一种基于自旋轨道矩的存储单元、阵列、电路、及方法，其中存储单元包括：一第一晶体管和一对第二晶体管；以及磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层。本发明专利技术三个晶体管和一个三端口磁隧道结的自旋轨道矩磁性存储器件组成一个存储单元，与传统的采用两个晶体管和一个三端口磁隧道结的自旋轨道矩磁性存储器件组成一个存储单元的结构相比，提高了写入效率，并且没有增加面积，有利于提高集成度。有利于提高集成度。有利于提高集成度。

【技术实现步骤摘要】
基于自旋轨道矩的存储单元、阵列、电路、及方法


[0001]本申请涉及电子领域，具体涉及存储单元、阵列、存储电路、电子设备及方法。

技术介绍

[0002]随着工艺节点的不断缩小，传统基于晶体管的存储器件的漏电流现象逐渐加重，导致静态功耗增加。此外，在典型的计算机体系架构中，逻辑计算单元与存储器之间，各级存储器之间的访问速度严重不匹配，极大地降低了数据处理带宽。近年来，以磁隧道结(Magnetic tunnel junction,MTJ)为核心器件的磁性随机存取存储器(Magnetic random access memory,MRAM)，因具有低功耗、非易失性存储、写入速度快等优点，有望解决上述性能瓶颈，成为下一代通用存储器。
[0003]MRAM的写入方式主要经历了三代变革。第一代MRAM利用磁场实现数据写入，但所需电流较高，功耗问题随着磁隧道结尺寸的缩小而加剧，因此应用前景有限。第二代MRAM使用电流产生自旋转移矩(Spin transfer torque,STT)实现数据写入，解决了第一代磁场写入方式存在的弊端，但STT
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MRAM的写入过程有着较长的弛豫延迟(Incubation delay)，严重制约了写入速度。此外，STT写入电流与读取电流均直接经过磁隧道结，极易引起读取干扰(Read disturb)和势垒击穿(Barrier breakdown)等可靠性问题。第三代MRAM采用自旋轨道矩(Spin orbit torque,SOT)写入技术，可以避免弛豫延迟，有效突破STTr/>‑
MRAM的性能瓶颈。因为写电流不经过磁隧道结，SOT
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MTJ几乎没有势垒击穿的风险，可靠性和擦写次数大大提高，且读写路径分离使得读写性能可独立优化。对于目前普遍采用的具有垂直磁各向异性(Perpendicular magnetic anisotropy,PMA)磁隧道结而言，SOT
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MRAM的写入速度可以达到亚纳秒级。
[0004]但是，SOT
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MRAM的存储单元通常由一个写NMOS晶体管、一个读NMOS晶体管与一个SOT
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MTJ构成，写入通路由写NMOS晶体管驱动，而随着CMOS工艺尺寸的不断缩小，电源电压也随之降低，最小尺寸的NMOS晶体管导通电阻又随之上升，使得选择晶体管的驱动压力逐渐增大，单个最小尺寸的NMOS晶体管很难满足驱动需求，需要增大尺寸、提升电压或者降低速度，这些都不利于SOT
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MRAM的性能提升。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的问题，本申请提供一种基于自旋轨道矩的存储单元以及基于所述存储单元构成的存储单元阵列、存储电路、电子设备，其中存储单元包括：一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所述节点耦接，另一端耦接一公共源线上，所述固定层耦接另一个所述节点、所述第一晶体管的控制极以及所述增强字线耦接。本专利技术
三个晶体管和一个三端口磁隧道结的自旋轨道矩磁性存储器件组成一个存储单元，与传统的采用两个晶体管和一个三端口磁隧道结的自旋轨道矩磁性存储器件组成一个存储单元的结构相比，提高了写入效率，并且没有增加面积，有利于提高集成度。
[0006]本专利技术的一个方面提供一种基于自旋轨道矩的存储单元，包括：
[0007]一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及
[0008]磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所述节点耦接，另一端耦接一公共源线上，所述固定层耦接另一个所述节点、所述第一晶体管的控制极以及所述增强字线耦接。
[0009]在优选的实施例中，所述字线包括一读字线和一写字线，所述读字线与其中一个第二晶体管的控制极耦接，所述写字线与其中另一第二晶体管的控制极耦接。
[0010]在优选的实施例中，所述第一晶体管为NMOS晶体管和PMOS晶体管中的其中一种。
[0011]在优选的实施例中，每个第二晶体管各自为NMOS晶体管和PMOS晶体管中的其中一种。
[0012]本专利技术的另一个方面提供一种基于自旋轨道矩的存储单元阵列，其包括多个阵列排布的存储单元，每个存储单元包括：
[0013]一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及
[0014]磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所述节点耦接，另一端耦接一公共源线上，所述固定层耦接另一个所述节点、所述第一晶体管的控制极以及所述增强字线耦接。
[0015]本专利技术的又一个方面提供一种存储电路，其包括至少一个存储单元阵列，每个存储单元阵列包括多个阵列排布的存储单元，每个存储单元包括：
[0016]一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及
[0017]磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所述节点耦接，另一端耦接一公共源线上，所述固定层耦接另一个所述节点、所述第一晶体管的控制极以及所述增强字线耦接。
[0018]本专利技术的又一个方面提供一种存储器，其包括存储电路，所述存储电路包括至少一个存储单元阵列，每个存储单元阵列包括多个阵列排布的存储单元，每个存储单元包括：
[0019]一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所
述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及
[0020]磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自旋轨道矩的存储单元，其特征在于，包括：一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所述节点耦接，另一端耦接一公共源线上，所述固定层耦接另一个所述节点、所述第一晶体管的控制极以及所述增强字线耦接。2.根据权利要求1所述的一种基于自旋轨道矩的存储单元，其特征在于，所述字线包括一读字线和一写字线，所述读字线与其中一个第二晶体管的控制极耦接，所述写字线与其中另一第二晶体管的控制极耦接。3.根据权利要求1所述的一种基于自旋轨道矩的存储单元，其特征在于，所述第一晶体管为NMOS晶体管和PMOS晶体管中的其中一种。4.根据权利要求1所述的一种基于自旋轨道矩的存储单元，其特征在于，每个第二晶体管各自为NMOS晶体管和PMOS晶体管中的其中一种。5.一种基于自旋轨道矩的存储单元阵列，其特征在于，其包括多个阵列排布的存储单元，每个存储单元包括：一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所述节点耦接，另一端耦接一公共源线上，所述固定层耦接另一个所述节点、所述第一晶体管的控制极以及所述增强字线耦接。6.一种存储电路，其特征在于，其包括至少一个存储单元阵列，每个存储单元阵列包括多个阵列排布的存储单元，每个存储单元包括：一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极与一字线耦接，所述第一晶体管的控制极与一增强写字线耦接；以及磁性隧道结，其包括依次层叠的自旋耦合层、自由层、势垒层以及固定层，所述自旋耦合层的一端与其中一个所述节点耦接，另一端耦接一公共源线上，所述固定层耦接另一个所述节点、所述第一晶体管的控制极以及所述增强字线耦接。7.一种存储器，其特征在于，其包括存储电路，所述存储电路包括至少一个存储单元阵列，每个存储单元阵列包括多个阵列排布的存储单元，每个存储单元包括：一第一晶体管和一对第二晶体管；其中每个晶体管包括两个非控制极和一控制极，每个第二晶体管的一非控制极各自与所述第一晶体管的其中一个非控制极耦接并形成一节点，每个第二晶体管的另一非控制极耦接至一公共位线上，其控制极...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝，王昭昊，冯家高，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：