[发明专利]多功能磁性随机存储单元、存储器及设备

说明书

本发明提供了一种多功能磁性随机存储单元、存储器及设备，多功能磁性随机存储单元包括自旋轨道耦合层、设于所述自旋轨道耦合层上的至少一个磁隧道结以及外加磁场，其中，所述至少一个磁隧道结的自由层受到DMI效应作用；当向所述自旋轨道耦合层输入第一自旋轨道矩电流时，所述磁隧道结的阻态与自旋轨道矩电流的方向对应；当向所述自旋轨道耦合层输入第二自旋轨道矩电流时，所述磁隧道结的阻态发生改变，本发明可使磁隧道结可以在不同自旋轨道矩电流输入条件下分别实现单极性翻转和双极性翻转。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种多功能磁性随机存储单元、存储器及设备。

背景技术

随着半导体工艺尺寸的不断缩小，摩尔定律放缓，漏电流的增加和互联延迟成为传统CMOS存储器的瓶颈。磁性随机存储器(Magnetic random access memory,MRAM)具有无限擦写次数、非易失性、读写速度快、抗辐照等优点，有望成为通用存储器，是构建下一代非易失主存和缓存的理想器件。磁隧道结是磁随机存储器的基本存储单元。第二代自旋转移矩磁性随机存储器(Spin-transfer torque,STT-MRAM)存在孵化时间较长、读写干扰等缺点，限制了其进一步发展。自旋轨道矩磁性随机存储器(Spin-orbit torque MRAM,SOT-MRAM)由于具有写入速度快、读写路径分离和功耗较低等优点，受到工业界和学术界的广泛重视。

目前基于自旋轨道矩的SOT-MRAM的数据写入根据路径依赖型可以分为两种方式，一种是单极性翻转，另一种是双极性翻转。其中，单极性翻转是指，只要通过自旋轨道矩电流，磁隧道结的阻态就会改变，比如，高阻态变成低阻态，低阻态变成高阻态。这种单极性翻转的方式，在常规的数据写入中，需要设计对应的预读电路，因此每一次数据写操作的复杂程度相对较高，但在逻辑应用中可以实现高效的取反操作。而双极性翻转时磁隧道结的最终阻态与电流方向有关，从而使写操作复杂度相对较低。常见的使用外磁场翻转的自旋轨道矩数据写入方法，即为典型的双极性翻转，在数据写入过程中通过控制电流的方向控制磁隧道结的最终阻态，实现数据的写入。目前的自旋轨道矩磁性随机存储器通常仅能够实现单极性翻转或双极性翻转中的一种数据写入方式，限制了磁性随机存储器的广泛应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种多功能磁性随机存储单元，通过结合外加磁场和DMI效应，使磁隧道结可以在不同自旋轨道矩电流输入条件下分别实现单极性翻转和双极性翻转。本发明的另一个目的在于提供一种多功能磁性随机存储器。本发明的还一个目的在于提供一种计算机设备。

为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种多功能磁性随机存储单元，包括自旋轨道耦合层、设于所述自旋轨道耦合层上的至少一个磁隧道结以及外加磁场，其中，所述至少一个磁隧道结的自由层受到DMI效应作用；

当向所述自旋轨道耦合层输入第一自旋轨道矩电流时，所述磁隧道结的阻态与自旋轨道矩电流的方向对应；当向所述自旋轨道耦合层输入第二自旋轨道矩电流时，所述磁隧道结的阻态发生改变。

优选的，所述第一自旋轨道矩电流小于第一临界电流，所述第二自旋轨道矩电流大于第一临界电流且小于第二临界电流，所述第一临界电流和所述第二临界电流根据所述外加磁场的强度和所述DMI效应的强度确定；或者，

所述第一自旋轨道矩电流大于第二临界电流，所述第二自旋轨道矩电流大于第一临界电流且小于第二临界电流，所述第一临界电流和所述第二临界电流根据所述外加磁场的强度和所述DMI效应的强度确定；或者，

所述第一自旋轨道矩电流小于第一临界电流或者大于第二临界电流，所述第二自旋轨道矩电流大于第一临界电流且小于第二临界电流，所述第一临界电流和所述第二临界电流根据所述外加磁场的强度和所述DMI效应的强度确定。

优选的，当所述自旋轨道耦合层输入正向的第一自旋轨道矩电流时，所述磁隧道结的阻态为第一阻态，当所述自旋轨道耦合层输入反向的第一自旋轨道矩电流时，所述磁隧道结的阻态为第二阻态。