[发明专利]一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器

说明书

本发明涉及一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器，包括一个或多个磁性隧道结与重金属层；本发明利用自旋霍尔效应来随机赋予每个MRAM存储单元信息，从而产生任意长度的随机码。在磁性隧道结的写入过程中，如果没有偏置外磁场，SOC效应只能将记录层磁化方向从垂直方向改变为水平方向。关闭写电流则最终的记录层磁化方向不确定，对应的存储信息也不确定(如0或1)。因此，该生成器可以用来产生随机码，随机码产生的几率可以通过偏置磁场来控制。

技术领域

本发明涉及随机码生成器领域，尤其涉及一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器。

背景技术

磁性随机存储器(MRAM)是一种非易失型的存储器，由依靠电路相互连接的磁性隧道结(MTJ)阵列组成。每个MTJ含有磁性的记录层和固定层。记录层和固定层之间由非磁性的隧穿层分开。在MTJ正常工作时记录层的磁化方向可以改变，而固定层的磁化方向保持不变。MTJ的电阻与记录层和固定层的相对磁化方向有关。当记录层的磁化方向相对于固定层的磁化方向发生改变时，MTJ的电阻值相应改变，对应于不同的存储信息(如0或1)。电阻值发生变化的幅度称为磁电阻。

在基于自旋霍尔效应的磁性随机存储器(MRAM)中，记录层的偏转通过电子的自旋轨道耦合(SOC)效应实现。当面内水平电流通过MTJ重金属下电极时，电流在记录层与重金属下电极的界面产生的极化电流。当有偏置外磁场存在的情况下，如果电流的大小超过SOC效应的阈值，则导致记录层的磁化方向发生反转。反转后记录层的磁化方向由写电流流动的方向决定。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器，包括磁性隧道结与重金属层，还可以加入偏置线圈，通过偏置线圈内通过的电流产生的磁场来进行控制磁性隧道结的平行(0)或反向平行(1)出现的几率；本发明可用于实现产生随机码。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种基于自旋霍尔效应的随机码生成器，包括磁性隧道结、产生自旋霍尔效应的重金属层；磁性隧道结连接于重金属层上方或下方。

作为优选，所述随机码生成器还包括偏置导线或偏置线圈，设于磁性隧道结两侧或上下方。

作为优选，所述磁性隧道结包括垂直固定层I、耦合层、垂直固定层II、隧穿层、垂直记录层；若磁性隧道结连于重金属层上方，则垂直记录层、隧穿层、垂直固定层II、耦合层、垂直固定层I自下而上依次堆叠连接；若磁性隧道结连于重金属层下方，则垂直固定层I、耦合层、垂直固定层II、隧穿层、垂直记录层自下而上依次堆叠连接。

作为优选，所述垂直固定层I、垂直固定层II、垂直记录层的磁化方向为在膜层内或垂直于膜层。

作为优选，所述垂直固定层I,II和耦合层一起组成合成反铁磁耦合(SAF)结构；合成反铁磁耦合(SAF)结构由两层磁性材料与反铁磁耦合层组成；两层磁性材料被反铁磁耦合层分开，并通过反铁磁耦合层的层间相互作用实现磁化方向的反向排列。

作为优选，垂直记录层也可以由SAF结构组成。

作为优选，所述隧穿层包括一层或多层绝缘层，其材料含有氧化镁、氧化铝、氧化铝镁(MgAl₂O₄)、氧化钽、氧化钛、氧化钆、氧化铪、氧化锆、氧化镓、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镁锌、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氮化硼或氮化铝。

作为优选，所述垂直固定层I、垂直固定层II的材料为钴、铁、镍、铕、钆、铽、钐、镝、钬、铂、钯、锰、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及由上述元素组成的合金。

作为优选，所述产生自旋霍尔效应的重金属层的材料含有铂、钯、钽或钨。

作为优选，所述重金属层上方或下方若连接有多个磁性隧道结，则形成多位随机码生成器。