本發(fā)明涉及mram存儲器,特別是涉及一種磁存儲單元以及一種sot-mram存儲器。
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、無限次擦寫和讀寫分離的特點(diǎn)外。sot-mtj器件的兩個明顯結(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水平磁場,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與電流的相對方向。
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;針對這個問題,差分位元是一種有效解決方案。但是在現(xiàn)有技術(shù)中,需要對輔助磁性層進(jìn)行兩次初始磁化;且輔助磁性層通過采用不同的長寬比獲得不同的翻轉(zhuǎn)磁場,操作窗口有限。所以如何提供一種可靠的,操作簡單的,可高速讀寫的sot-mram存儲器是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。
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,可以同時解決零磁場的可靠寫入問題和高速讀取問題。
2、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種磁存儲單元,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)對同一所述差分位元中的兩個磁性隧道結(jié)分別提供偏置磁場,所述偏置磁場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;兩所述偏置磁場沿所述初始磁化方向的分量方向相同,兩所述偏置磁場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應(yīng)的兩個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應(yīng)的兩個所述輔助磁性層對應(yīng)的夾角互為余角。
9、可選的,同一所述差分位元對應(yīng)的一個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所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場。
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,共四個所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場。
15、本發(fā)明還提供了一種sot-mram存儲器,所述sot-mram存儲器包括如上述任一項(xiàng)所述的磁存儲單元。
16、本發(fā)明所提供的一種磁存儲單元,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)對同一差分位元中的兩個磁性隧道結(jié)分別提供偏置磁場,偏置磁場具有沿第一方向的分量,和沿初始磁化方向的分量;兩偏置磁場沿初始磁化方向的分量方向相同,兩偏置磁場沿第一方向的分量方向相反。
17、由于輔助磁結(jié)構(gòu)對磁性隧道結(jié)提供的偏置磁場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磁性隧道結(jié)受到偏置磁場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的雜散場在兩個磁性隧道結(jié)的自由層的水平分量方向相反,完成初始化,進(jìn)而同時解決垂直磁化的mtj零磁場的可靠寫入問題和高速讀取問題。
18、本發(fā)明還提供了一種sot-mram存儲器,同樣具有上述有益效果,在此不再進(jìn)行贅述。
1.一種磁存儲單元,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所述的磁存儲單元,其特征在于,同一所述差分位元對應(yīng)的兩個所述輔助磁性層對應(yīng)的夾角互為余角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁存儲單元,其特征在于,同一所述差分位元對應(yīng)的一個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應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲單元,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所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁存儲單元,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,共四個所述磁性隧道結(jié)提供所述偏置磁場。
10.一種sot-mram存儲器,其特征在于,所述sot-mram存儲器包括如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的磁存儲單元。