[发明专利]一种低功耗磁性多阻态存储单元

权利要求书

1.一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：该存储单元从下到上由厚度为0～20nm的反铁磁条状薄膜，厚度为0～3nm的第一铁磁金属，厚度为0～2nm的第一氧化物，厚度为0～3nm的第二铁磁金属，厚度为0～20nm的第一合成反铁磁层和厚度为10～200nm的第一电极共六层构成；反铁磁条状薄膜的两端分别镀有第二电极和第三电极；其中，位于反铁磁条状薄膜上方的五层物质构成磁性隧道结；

低功耗磁性多阻态存储单元的数据写入过程包括两种情形：第一种情形是磁性隧道结的电阻由低变高，第二种情形是磁性隧道结的电阻由高变低；其中第一种情形通过在第二电极和第三电极之间施加单向电流实现，第二种情形通过在第一电极和第二电极之间或者第一电极和第三电极之间施加单向电流实现；

在第一种情形下，如果写入电流被撤除，磁性隧道结的电阻将稳定在最高值、最低值或二者之间，具体的阻值与写入电流的大小和持续时间有关；在第二种情形下，如果电流持续时间足够长，磁性隧道结的电阻将达到并稳定在最低值；

完整的写入方式应该保证两条支路能够分别实现写入操作的两种情形，为此需要为每一条支路选择固定不变的写入电流方向，即，两条支路的写入电流均是单向的。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述的存储单元是通过采用传统的分子束外延、原子层沉积或磁控溅射的方法将各层物质按照从下到上的顺序镀在衬底上，然后进行光刻、刻蚀等传统纳米器件加工工艺制备而成。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述的存储单元中，磁性隧道结的形状为正方形、长方形、圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述的存储单元中，反铁磁条状薄膜为长方形，其顶面积大于磁性隧道结的底面积，磁性隧道结的底面形状完全内嵌于反铁磁条状薄膜的顶面形状之中。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述反铁磁条状薄膜是指铱锰IrMn或铂锰PtMn。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述第一电极是指钽Ta、铝Al或铜Cu中的一种；所述第二电极是指钽Ta、铝Al或铜Cu中的一种；所述第三电极是指钽Ta、铝Al或铜Cu中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述第一铁磁金属是指混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe中的一种；所述第二铁磁金属是指混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述第一氧化物是指氧化镁MgO或氧化铝Al₂O₃中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种低功耗磁性多阻态存储单元，其特征是：所述第一合成反铁磁层，是指如下混合层中的一种：由钽Ta/钴铂多层膜[Co/Pt]_n/钌Ru/钴铂多层膜[Co/Pt]_m构成的混合层，或者由钽Ta/钴钯多层膜[Co/Pd]_n/钌Ru/钴钯多层膜[Co/Pd]_m构成的混合层；即Ta/[Co/Pt]_n/Ru/[Co/Pt]_m或Ta/[Co/Pd]_n/Ru/[Co/Pd]_m，其中层数m和n的值不同。