本發(fā)明涉及mram存儲(chǔ)器，特別是涉及一種磁存儲(chǔ)單元以及一種sot-mram存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)：

1、sot-mtj(spin-orbit?torque?magnetic?tunnel?junction，自旋軌道矩磁隧道結(jié))器件是mram(magnetoresistive?random?access?memory，磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器)產(chǎn)品的核心結(jié)構(gòu)類型之一，相比于stt-mtj(spin?transfer?torque?magnetic?tunnel?junction，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隧道結(jié))器件，sot-mtj器件具有寫入速度快、無(wú)限次擦寫和讀寫分離的特點(diǎn)外。sot-mtj器件的兩個(gè)明顯結(jié)構(gòu)特征是：sot(spin-orbit?torque，自旋軌道矩)軌道層為寫電流提供了獨(dú)立的通道，讀寫分離；其次，需要沿著電流方向施加一個(gè)水平磁場(chǎng)，才可以實(shí)現(xiàn)垂直自由層的確定性翻轉(zhuǎn)，且翻轉(zhuǎn)極性取決于作用于自由層水平磁場(chǎng)與電流的相對(duì)方向。

2、傳統(tǒng)的sot-mram(spin-orbit?torque?magnetoresistive?random?accessmemory，自旋軌道矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器)制造中，mtj(magnetic?tunnel?junction，磁性隧道結(jié))使用頂釘扎的結(jié)構(gòu)，自旋軌道矩材料與高tmr(tunnel?magneto?resistance，隧穿磁電阻)材料的集成較難，tmr比值普遍不高，目前只能達(dá)到100％左右，直接影響sot-mram的讀寫速度；針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，差分位元是一種有效解決方案。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，需要對(duì)輔助磁性層進(jìn)行兩次初始磁化；且輔助磁性層通過(guò)采用不同的長(zhǎng)寬比獲得不同的翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，操作窗口有限。所以如何提供一種可靠的，操作簡(jiǎn)單的，可高速讀寫的sot-mram存儲(chǔ)器是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于垂直磁化的sot-mram差分位元設(shè)計(jì)方案，可以同時(shí)解決零磁場(chǎng)的可靠寫入問(wèn)題和高速讀取問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種磁存儲(chǔ)單元，包括至少一組差分位元和輔助磁結(jié)構(gòu)；所述差分位元包括：

3、自旋軌道矩提供線；

4、位于所述自旋軌道矩提供線一側(cè)的兩個(gè)磁性隧道結(jié)；所述差分位元具有平行于所述自旋軌道矩提供線軸線的第一方向，和與所述第一方向垂直的初始磁化方向；

5、所述輔助磁結(jié)構(gòu)對(duì)同一所述差分位元中的兩個(gè)磁性隧道結(jié)分別提供偏置磁場(chǎng)，所述偏置磁場(chǎng)具有沿所述第一方向的分量，和沿所述初始磁化方向的分量；兩所述偏置磁場(chǎng)沿所述初始磁化方向的分量方向相同，兩所述偏置磁場(chǎng)沿所述第一方向的分量方向相反。

6、可選的，所述磁性隧道結(jié)背向所述自旋軌道矩提供線一側(cè)表面設(shè)置有分離層；

7、所述輔助磁結(jié)構(gòu)包括位于所述分離層背向所述自旋軌道矩提供線一側(cè)表面的，具有面內(nèi)易軸的輔助磁性層；所述輔助磁性層的磁矩與所述第一方向具有夾角，使同一所述差分位元對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述輔助磁性層的磁矩沿所述第一方向的分量方向相反，沿第二方向的分量方向相同；所述第二方向?yàn)樵谒矫鎯?nèi)垂直于所述第一方向的方向。

8、可選的，同一所述差分位元對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述輔助磁性層對(duì)應(yīng)的夾角互為余角。

9、可選的，同一所述差分位元對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述輔助磁性層與所述第一方向的夾角的取值范圍為20°至70°，包括端點(diǎn)值；另一個(gè)所述輔助磁性層與所述第一方向的夾角的取值范圍為110°至160°，包括端點(diǎn)值。

10、可選的，所述輔助磁結(jié)構(gòu)還包括位于所述輔助磁性層背向所述自旋軌道矩提供線一側(cè)表面的釘扎層；所述釘扎層的磁矩方向與接觸的所述輔助磁性層的磁矩方向相對(duì)應(yīng)。

11、可選的，所述輔助磁結(jié)構(gòu)包括輔助磁性體，一所述輔助磁性體向同一所述差分位元中的兩個(gè)所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場(chǎng)。

12、可選的，所述輔助磁性體位于所述自旋軌道矩提供線背向所述磁性隧道結(jié)一側(cè)，所述輔助磁性體具有垂直磁各向異性。

13、可選的，所述輔助磁性體位于同一所述差分位元的兩個(gè)所述磁性隧道結(jié)的中間位置。

14、可選的，包括兩組所述差分位元，兩組所述差分位元的所述自旋軌道矩提供線平行，所述輔助磁性體位于兩組所述差分位元之間，一所述輔助磁性體向兩組所述差分位元，共四個(gè)所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場(chǎng)。

15、本發(fā)明還提供了一種sot-mram存儲(chǔ)器，所述sot-mram存儲(chǔ)器包括如上述任一項(xiàng)所述的磁存儲(chǔ)單元。

16、本發(fā)明所提供的一種磁存儲(chǔ)單元，包括至少一組差分位元和輔助磁結(jié)構(gòu)；差分位元包括：自旋軌道矩提供線；位于自旋軌道矩提供線一側(cè)的兩個(gè)磁性隧道結(jié)；差分位元具有平行于自旋軌道矩提供線軸線的第一方向，和與第一方向垂直的初始磁化方向；輔助磁結(jié)構(gòu)對(duì)同一差分位元中的兩個(gè)磁性隧道結(jié)分別提供偏置磁場(chǎng)，偏置磁場(chǎng)具有沿第一方向的分量，和沿初始磁化方向的分量；兩偏置磁場(chǎng)沿初始磁化方向的分量方向相同，兩偏置磁場(chǎng)沿第一方向的分量方向相反。

17、由于輔助磁結(jié)構(gòu)對(duì)磁性隧道結(jié)提供的偏置磁場(chǎng)在第一方向以及初始磁化方向均具有分量，且同一差分位元中兩個(gè)磁性隧道結(jié)受到偏置磁場(chǎng)沿第一方向的分量相反，沿初始磁化方向的分量相同。因此僅需要受到沿初始磁化方向的一次初始磁化，就可以使得偏置磁場(chǎng)的雜散場(chǎng)在兩個(gè)磁性隧道結(jié)的自由層的水平分量方向相反，完成初始化，進(jìn)而同時(shí)解決垂直磁化的mtj零磁場(chǎng)的可靠寫入問(wèn)題和高速讀取問(wèn)題。

18、本發(fā)明還提供了一種sot-mram存儲(chǔ)器，同樣具有上述有益效果，在此不再進(jìn)行贅述。

技術(shù)特征：

1.一種磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，包括至少一組差分位元和輔助磁結(jié)構(gòu)；所述差分位元包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述磁性隧道結(jié)背向所述自旋軌道矩提供線一側(cè)表面設(shè)置有分離層；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，同一所述差分位元對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述輔助磁性層對(duì)應(yīng)的夾角互為余角。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，同一所述差分位元對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述輔助磁性層與所述第一方向的夾角的取值范圍為20°至70°，包括端點(diǎn)值；另一個(gè)所述輔助磁性層與所述第一方向的夾角的取值范圍為110°至160°，包括端點(diǎn)值。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述輔助磁結(jié)構(gòu)還包括位于所述輔助磁性層背向所述自旋軌道矩提供線一側(cè)表面的釘扎層；所述釘扎層的磁矩方向與接觸的所述輔助磁性層的磁矩方向相對(duì)應(yīng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述輔助磁結(jié)構(gòu)包括輔助磁性體，一所述輔助磁性體向同一所述差分位元中的兩個(gè)所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場(chǎng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述輔助磁性體位于所述自旋軌道矩提供線背向所述磁性隧道結(jié)一側(cè)，所述輔助磁性體具有垂直磁各向異性。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述輔助磁性體位于同一所述差分位元的兩個(gè)所述磁性隧道結(jié)的中間位置。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁存儲(chǔ)單元，其特征在于，包括兩組所述差分位元，兩組所述差分位元的所述自旋軌道矩提供線平行，所述輔助磁性體位于兩組所述差分位元之間，一所述輔助磁性體向兩組所述差分位元，共四個(gè)所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場(chǎng)。

10.一種sot-mram存儲(chǔ)器，其特征在于，所述sot-mram存儲(chǔ)器包括如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的磁存儲(chǔ)單元。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁存儲(chǔ)單元及SOT?MRAM存儲(chǔ)器，應(yīng)用于MRAM存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，包括至少一組差分位元和輔助磁結(jié)構(gòu)；差分位元包括：自旋軌道矩提供線；位于自旋軌道矩提供線一側(cè)的兩個(gè)磁性隧道結(jié)；差分位元具有平行于自旋軌道矩提供線軸線的第一方向，和與第一方向垂直的初始磁化方向；輔助磁結(jié)構(gòu)對(duì)同一差分位元中的兩個(gè)磁性隧道結(jié)分別提供偏置磁場(chǎng)，偏置磁場(chǎng)具有沿第一方向的分量，和沿初始磁化方向的分量；兩偏置磁場(chǎng)沿初始磁化方向的分量方向相同，兩偏置磁場(chǎng)沿第一方向的分量方向相反。僅需要受到沿初始磁化方向的一次初始磁化，就可以完成初始化，同時(shí)解決垂直磁化的MTJ零磁場(chǎng)的可靠寫入問(wèn)題和高速讀取問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：何世坤,楊雯龍,劉恩隆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江馳拓科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19