[发明专利]多比特存储单元、模数转换器、设备及方法

说明书

本发明提供了一种多比特存储单元、模数转换器、设备及方法，所述多比特存储单元包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的多个磁隧道结，所述多个磁隧道结包括多个第一磁隧道结；所述多个第一磁隧道结沿所述自旋轨道耦合层长度方向依次排列，所述多个第一磁隧道结自由层磁矩翻转的临界电流沿所述长度方向依次递增或递减，本发明提供一种制作工艺及结构简单的多比特存储单元。

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种多比特存储单元、模数转换器、设备及方法。

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(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)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)存在弛豫时间(Incubation delay)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。

基于SOT的NAND-SPIN(类闪存自旋存储器)受到广泛关注。NAND-SPIN是指在同一自旋耦合层上设置多个磁隧道结。在数据写入时，多个磁隧道结共享同一自旋轨道矩电流。NAND-SPIN能够充分利用单一SOT-MRAM的三端结构，减少平均晶体管数目，进一步实现高密度集成。然而，目前，基于SOT的NAND-SPIN通常设置自旋轨道耦合层的具有不同的截面积以实现不同截面积位置处电流密度的不同，实现不同数据写入。此外，目前的NAND-SPIN通常采用具有垂直磁各向异性的磁隧道结，需要设置外加磁场。因此，现有的NAND-SPIN制作工艺复杂，并且需要考虑外加磁场的设置，结构复杂。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种多比特存储单元，提供一种制作工艺及结构简单的多比特存储单元。本发明的另一个目的在于提供一种多比特存储单元的数据写入方法。本发明的再一个目的在于提供一种模数转换器。本发明的还一个目的在于提供一种磁性随机存储器。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比特存储单元，包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的多个磁隧道结，所述多个磁隧道结包括多个第一磁隧道结；

所述多个第一磁隧道结沿所述自旋轨道耦合层长度方向依次排列，所述多个第一磁隧道结自由层磁矩翻转的临界电流沿所述长度方向依次递增或递减。

优选的，所述第一磁隧道结的易磁轴方向与所述自旋轨道耦合层输入的自旋轨道矩电流的电流方向形成第一夹角，所述多个第一磁隧道结与所述电流方向形成的第一夹角的角度依次变化以使所述多个第一磁隧道结自由层磁矩翻转的临界电流沿所述长度方向依次递增或递减。

优选的，所述第一磁隧道结具有形状各向异性，所述第一磁隧道结在易磁轴方向的尺寸为长度尺寸，在与所述易磁轴方向垂直方向的尺寸为宽度尺寸，所述第一磁隧道结的长度尺寸和宽度尺寸之比为长宽比，所述电流方向为所述自旋轨道耦合层的长度方向；

当所述第一夹角位于第一角度区间时，随着所述第一夹角角度的增大，对应的第一磁隧道结自由层磁矩翻转的临界电流减小；当所述第一夹角位于第二角度区间时，随着所述第一夹角角度的增大，对应的第一磁隧道结自由层磁矩翻转的临界电流增大；

当所述多个第一磁隧道结自由层磁矩翻转的临界电流沿所述长度方向依次递增、所述第一夹角位于第一角度区间且所述多个第一磁隧道结的长宽比相同时，所述多个第一夹角沿所述长度方向依次递减；