[发明专利]一种利用磁畴壁钉扎的自旋转移力矩存储器

说明书

本发明属于半导体的技术领域，公开了一种利用磁畴壁钉扎的自旋转移力矩存储器，自上而下包括钉扎层、势垒层和自由层，在所述钉扎层的顶面、自由层的底面分别设置有读操作电极，在所述自由层的左右两端均设置有写操作连接区域，所述写操作连接区域具有钉扎效应，用于存储器写操作时的电连接，所述自由层的磁畴壁左右两侧的磁畴方向相反，且位于左端的写操作连接区域与磁畴壁左侧的磁畴方向一致，位于右端的写操作连接区域与磁畴壁右侧的磁畴方向一致。整体结构简单，效率高，适应性强，极具应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体的技术领域，尤其涉及一种利用磁畴壁钉扎的自旋转移力矩存储器。

背景技术

近年来，随着新型计算机、信息和通信等电子技术的飞速发展，对作为其核心部件的存储器提出了高密度、高速度、高写入效率、高可靠性等高性能要求。自旋转移力矩磁随机存储器(STT-MRAM)集成了可以与动态随机存储器相比拟的高集成度，可以与静态随机存储器相比拟的高速读写能力，以及闪存的非易失性，而且还具有无限次地重复写入的能力，引起国内外半导体公司和相关科研单位的广泛关注和研究。

自旋转移力矩存储器属于磁性存储器的范畴，它通过电流大小改变存储器的状态，通过不同极性的脉冲电压，控制自旋转移力矩翻转存储器内的磁矩方向，考虑到读写过程中的能耗问题，存储器中的势垒层一般比较薄，一般不超过一纳米，使得读写操作的外加电压尽量低，但是其读操作和写操作均采用同一连接端口，同时写入电压和读取电压的数值大小非常接近，导致自由层的自旋方向在读取过程中发生翻转，从而引发误操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的自旋转移力矩磁随机存储器读写操作共用一个连接端口，很容易造成误操作等缺陷，提供一种利用磁畴壁钉扎的自旋转移力矩存储器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用磁畴壁钉扎的自旋转移力矩存储器，自上而下包括钉扎层、势垒层和自由层，在所述钉扎层的顶面、自由层的底面分别设置有读操作电极，在所述自由层的左右两端均设置有写操作连接区域，所述写操作连接区域具有钉扎效应，用于存储器写操作时的电连接，所述自由层的磁畴壁左右两侧的磁畴方向相反，且位于左端的写操作连接区域与磁畴壁左侧的磁畴方向一致，位于右端的写操作连接区域与磁畴壁右侧的磁畴方向一致。

进一步，所述写操作连接区域暴露在钉扎层、势垒层之外。

进一步，所述钉扎层、势垒层的横截面的长度相同，只有所述写操作连接区域暴露在钉扎层、势垒层之外或者所述写操作连接区域及部分自由层都暴露在钉扎层、势垒层之外。

进一步，所述写操作连接区域采用具有空位结构的磁性材料制成。

进一步，所述写操作连接区域采用与自由层相同的材料制成，但其顶部设置有缺口。

进一步，所述写操作连接区域的底部设置缺口。

进一步，所述缺口设置为方形、圆形或者锥形。

进一步，所述自由层的磁畴壁左右两侧的磁畴方向分别设置为垂直向下和垂直向上，或者水平向左和水平向右。

一种基于上文所述的利用磁畴壁钉扎的自旋转移力矩存储器的读写方法，通过在所述自由层左右两端的写操作连接区域施加不同极性的脉冲电压，向存储器实施写操作；通过在所述钉扎层和自由层的读操作电极施加电压，向存储器实施读操作。

进一步，在所述自由层左右两端的写操作连接区域施加正向极性的脉冲电压，向存储器实施二进制数值0的写操作；在所述自由层左右两端的写操作连接区域施加负向极性的脉冲电压，向存储器实施二进制数值1的写操作。

本发明有益的技术效果在于：