[发明专利]磁性随机存储器记忆单元及其读写和抗干扰方法

权利要求书

1.一种磁性随机存储器记忆单元，包括堆叠结构，所述堆叠结构包括：

磁性参考层，所述磁性参考层的磁化方向不变且磁各向异性垂直于层表面；

磁性记忆层，所述磁性记忆层的磁化方向可变且磁各向异性垂直于层表面；

隧道势垒层，所述隧道势垒层位于所述磁性参考层和所述磁性记忆层之间且分别与所述磁性参考层和所述磁性记忆层相邻；

其特征在于，所述堆叠结构还包括：

中间层，所述中间层的材料是金属氧化物或非磁性金属，并且与所述磁性记忆层相邻；

自旋阀层，所述自旋阀层的材料是铁磁性合金，其磁化方向可变且磁各向异性垂直于层表面；所述自旋阀层的磁各向异性小于所述磁性记忆层的磁各向异性；所述自旋阀层与所述中间层相邻；

并且

所述磁性随机存储器记忆单元还包括自旋阀控制层，所述自旋阀控制层是与所述堆叠结构相间隔设置的导电层；所述自旋阀控制层的结构满足：流经所述自旋阀控制层的电流能够产生垂直于所述自旋阀层的层表面的磁场或磁场分量。

2.如权利要求1所述的磁性随机存储器记忆单元，其特征在于，所述磁性参考层、所述隧道势垒层和所述磁性记忆层形成第一磁性隧道结，所述自旋阀层、所述中间层和所述磁性记忆层形成第二磁性隧道结或巨磁阻结构，所述第二磁性隧道结或所述巨磁阻结构的磁电阻小于所述第一磁性隧道结的磁电阻。

3.如权利要求1所述的磁性随机存储器记忆单元，其特征在于，所述自旋阀控制层与所述自旋阀层的相对位置满足：存在至少一个与所述自旋阀层的层表面相平行的平面，所述平面分别与所述自旋阀控制层和所述自旋阀层相交。

4.如权利要求1所述的磁性随机存储器记忆单元，其特征在于，所述自旋阀层的磁各向异性小于或等于所述磁性记忆层的磁各向异性的70％。

5.如权利要求1所述的磁性随机存储器记忆单元，其特征在于，作为所述自旋阀层材料的铁磁性合金中至少一种元素为Co、Fe、Ni或B。

6.如权利要求1所述的磁性随机存储器记忆单元，其特征在于，作为所述中间层材料的金属氧化物是MgO、ZnO或MgZnO；作为所述中间层材料的非磁性金属是Cu、Ag、Au或Ru。

7.如权利要求1所述的磁性随机存储器记忆单元，其特征在于，所述自旋阀控制层包括第一控制层和第二控制层，所述第一控制层和所述第二控制层分别设置在所述自旋阀层的两侧，并且所述第一控制层、所述第二控制层和所述自旋阀层的相对位置满足：存在至少一个与所述自旋阀层的层表面相平行的平面，所述平面分别与所述第一控制层、所述第二控制层和所述自旋阀层相交。

8.一种如权利要求1-6任一所述的磁性随机存储器记忆单元的读写方法，其特征在于，流经所述自旋阀控制层的电流产生的磁场将所述自旋阀层设置为第一状态或第二状态；

当所述自旋阀层处于所述第一状态时，所述自旋阀层的磁化方向反平行于所述磁性参考层的磁化方向；

当所述自旋阀层处于所述第二状态时，所述自旋阀层的磁化方向平行于所述磁性参考层的磁化方向；

所述磁性随机存储器记忆单元的写操作包括：先将所述自旋阀层设置为所述第一状态，再通过在所述堆叠结构中加载电流，以改变所述磁性记忆层的磁化方向；

所述磁性随机存储器记忆单元的读操作包括：先将所述自旋阀层设置为所述第二状态，再在所述堆叠结构上加载电压，以读取电流。

9.如权利要求8所述的读写方法，其特征在于，所述写操作中，

当流经所述堆叠结构的电流方向是从所述磁性参考层指向所述自旋阀层时，在自旋转移矩作用下，所述磁性记忆层的磁化方向反平行于所述磁性参考层的磁化方向；

当流经所述堆叠结构的电流方向是从所述自旋阀层指向所述磁性参考层时，在自旋转移矩作用下，所述磁性记忆层的磁化方向平行于所述磁性参考层的磁化方向。