一种新型的四端磁存储器件的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型的四端磁存储器件。属于微电子器件领域。
【背景技术】
[0002]近年来新型非易失性存储器技术，比如自旋转移矩磁性随机存储器(SpinTransfer Torque Magnetic Random Access Memory, STT-MRAM)，相变随机存储器(PhaseChange Random Access Memory，PCRAM)和电阻式随机存储器(Resistive Random AccessMemory, RRAM)等不断涌现。在这些新型的非易失性存储器技术中，STT-MRAM是目前最有希望成为下一代通用存储器技术的获选者之一。STT-MRAM最基本的组成单元是磁隧道结(Magnetic Tunneling Junct1n,MTJ)，如附图1所示，它主要由三层材料构成，由上到下依次为:铁磁层一，氧化物隔离层以及铁磁层二，其中一个铁磁层(如铁磁层一)的磁场极化方向可变，称为自由层；而另一个铁磁层(如铁磁层二)的磁场极化方向不可变，称为固定层。通过在MTJ上施加一个双向写入电流，由于自旋转移矩(STT)效应的存在，可以改变自由层的磁场极化方向，从而使得MTJ可以具有两种不同的电阻状态。更具体地，当电流方向从自由层流向固定层时，迫使自由层与固定层磁场极化方向相反，因此MTJ表现为高电阻态Rh;反之，当电流方向从固定层流向自由层时，迫使自由层与固定层磁场极化方向相同，因此MTJ表现为低电阻态MTJ这两种截然不同的电阻状态，可以用于存储一比特二进制数据信息。MTJ的电阻状态可以通过在MTJ上施加一个小电流(或电压)，通过测量其两端的电压(或流过的电流)来进行读取。
[0003]基于STT效应的传统MTJ存在的问题有:(I)由于写入电流需要流过MTJ，而MTJ本身的电阻较大，因此MTJ两端的电压也较大，从而使得写入功耗较大；(2)写入操作与读取操作采用相同的电流支路，因此反复的写入或读取操作可能导致MTJ的器件击穿，从而造成永久性损坏。此外，执行读取操作时，尽管读取电流较小，但仍然有可能改变MTJ本身的电阻状态，从而造成读取干扰。
【发明内容】
[0004]—、发明目的:
[0005]针对上述背景中提到的问题，本发明提出一种新型的四端磁存储器件。它克服了现有技术的不足，可以对写入支路与读取支路进行分离，同时写入电流不需要流过磁隧道结，因此可以大大减小写入功耗与可靠性问题。
[0006]二、技术方案:
[0007]本发明的技术方案是，一种新型的四端磁存储器件，如附图2所示，其特征是该四端存储单元从上到下，从左到右，依次由顶端左电极、顶端右电极、左铁磁层一、右铁磁层二、氧化物隔离层、铁磁层三、重金属层、底端左电极、底端右电极构成；
[0008]所述的左铁磁层一，右铁磁层二以及铁磁层三，是指混合金属材料钴铁(CoFe)、钴铁硼(CoFeB)、镍铁(CoNi)或其他等价铁磁金属材料中的一种；
[0009]所述的氧化物隔离层，是指氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)或其他等价氧化物中的一种；
[0010]所述的左铁磁层一与右铁磁层二的磁场极化方向为固定的，称为固定层；
[0011]所述的铁磁层三的磁场极化方向为自由的，称为自由层；
[0012]所述的左铁磁层一，右铁磁层二以及铁磁层三可以为磁各向异性易轴垂直膜面材料，称为垂直磁场各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)，也可以为磁各向异性易轴平行膜面材料，称为面内磁场各向异性(In-plane Magnetic Anisotropy) ο本发明对所提出的一种新型的四端磁存储器件属于面内磁场各向异性还是垂直磁场各向异性没有严格规定；
[0013]所述的重金属层，指钽(Tantalum)、鹤(Tungsten)、給(Hafnium)，钼(Pt)或其他等价重金属材料中的一种；
[0014]所述顶端左电极，顶端右电极，底端左电极以及底端右电极，是指钽(Ta)、铝(Al)、铜(Cu)、钼(Pt)、金(Au)或其他等价金属材料中的一种；
[0015]本发明所述的一种新型的四端磁存储器件的数据写入操作是，通过在底端左电极与底端右电极之间加正负写入电压，从而可以控制流过重金属层的写入电流方向，由于自旋轨道耦合(Spin Orbit Coupling，S0C)效应，如自旋霍尔效应(Spin Hall Effect，SHE)或拉什巴效应(Rashba Effect)等的存在，从而可以改变铁磁层三的磁场极化方向，进而实现数据写入；
[0016]本发明所述的一种新型的四端磁存储器件的数据读取操作是，通过在顶端左电极与顶端右电极之间加正负读取电压，从而通过判决流过的读取电流幅度来判决存储单元的电阻状态，进而实现数据读取，称为电压读取方式；或通过在顶端左电极与顶端右电极之间施加一个读取电流，从而通过判决顶端左电极与顶端右电极之间的电压幅度来判决存储单元的电阻状态，进而实现数据读取，称为电流读取方式。
[0017]三、优点及功效:
[0018]本发明一种新型的四端磁存储器件，其写入支路与读取支路分离，可以大大缓解可靠性问题；此外，其写入电流不需要流过磁隧道结，而是流过具有低电阻率的重金属材料，因此可以大大减小写入功耗。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例提供的传统磁隧道结器件结构示意图。
[0020]图2为本发明实施例提供的一种新型的四端磁存储器件结构示意图。
[0021]图3为本发明实施例提供的一种新型的四端磁存储器件数据写入操作示意图。
[0022]图4为本发明实施例提供的一种新型的四端磁存储器件数据读取操作示意图。
[0023]文中的参数定义为:
[0024]Rh:表示磁隧道结处于高阻态时的电阻值；
[0025]&:表示磁隧道结处于低阻态时的电阻值；
[0026]SHE:自旋霍尔效应；
[0027]STT:自旋转移矩；
[0028]SOC:自旋轨道耦合；
[0029]MTJ:磁隧道结；
[0030]PMA:垂直磁场各向异性；
[0031]Vff+与VW-:正负写入电压；
[0032]VR+与VR-:正负读取电压；
[0033]IMTJ-1T:一个MTJ与一个晶体管串联而成的存储单元结构；
[0034]NMOS:N型金属氧化物半导体，为N-Metal Oxide Semiconductor的简称。