[发明专利]磁性存储器结构、读写方法及电子设备

说明书

本发明提供一种磁性存储器结构、读写方法及电子设备，属于存储器设计及制造领域，磁性存储器结构包括：自旋轨道转矩层，自旋轨道转矩层的两端分别连接写选择线及地线；第一自由磁层，位于自旋轨道转矩层上；隧穿层，位于第一自由磁层上；第二自由磁层，位于隧穿层上，第二自由磁层连接读选择线，第二自由磁层的面积小于第一自由磁层的面积。本发明的磁性存储器结构具有快速、节能的特点，同时可实现多层单元(MLC)及多位存储，具有高密度和低成本的优点。

技术领域

本发明属于存储器设计及制造领域，特别是涉及一种磁性存储器结构、读写方法及电子设备。

背景技术

随着半导体工艺特征尺寸的持续减小，由晶体管漏电流所引起的静态功耗在集成电路总功耗中所占的比例日益增大，引起严重的功耗浪费。新兴的非易失性存储器能够在断电状态下保存数据，是解决集成电路静态功耗问题的有效方案之一。

磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，简称MRAM)是一种非易失性(Non-Volatile)的磁性随机存储器，它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。磁性随机访问存储器因其具有高速、低功耗和无限擦写等优势而有望成为下一代通用非易失性存储器。

磁性随机存取存储器是一种基于磁性隧穿结(Magnetic Tunnel Junction，简称MTJ)的自旋电子器件，隧穿结的基本结构是两层铁磁性薄膜中间夹以一层氧化层，即隧穿层(tunneling barrier)，例如氧化镁(MgO)。有一层磁性薄膜的自旋磁矩是被固定住的，叫固定层(pinned layer)；另一层则是可以翻转的，用来存储信息，叫自由层(free layer)或存储层(storage layer)。改变磁性隧穿结一端的自由层的铁磁材料磁矩方向可改变不同自旋方向的电子的隧穿几率，从而改变磁性隧穿结的整体电阻，并以此实现数据的存储。这种MARM器件需要通过磁场实现数据写入，所需的写入电流较高，更严重的问题是，随着器件尺寸的减小，磁场写入技术所需的电流值无法降低，制约着大容量低功耗MRAM的研制。

为克服MARM器件的上述缺点，自旋转移矩(Spin Transfer Torque，STT)技术被提出并应用于MRAM的数据写入操作。STT-MRAM利用电子自身的自旋矩来改变磁性隧穿结中自由层的磁矩方向，然而，该方式存在多种难以克服的技术瓶颈。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁性存储器结构、读写方法及电子设备，用于解决现有技术中磁性存储器集成密度低、需要较大写操作电流等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁性存储器结构，所述磁性存储器结构包括：自旋轨道转矩层，所述自旋轨道转矩层的两端分别连接写选择线及地线；第一自由磁层，位于所述自旋轨道转矩层上；隧穿层，位于所述第一自由磁层上；第二自由磁层，位于所述隧穿层上，所述第二自由磁层连接读选择线。

可选地，所述第二自由磁层的面积小于所述第一自由磁层的面积。

可选地，所述第二自由磁层的面积为所述第一自由磁层的面积的八分之一至二分之一。

可选地，所述自旋轨道转矩层包括重金属层，所述重金属层包括铂及钽中的一种。

可选地，所述第一自由磁层包括CoFe、CoFeB、FeB及钴镍合金中的一种，所述第二自由磁层包括CoFe、CoFeB、FeB及钴镍合金中的一种。

可选地，所述隧穿层包括氧化物、氮化物及氮氧化物中的一种。

可选地，所述第二自由磁层的状态包括无磁矩翻转或全部磁矩翻转，所述第一自由磁层的状态包括无磁矩翻转、部分磁矩翻转或全部磁矩翻转。

可选地，所述磁性存储器结构包括以下状态：