[发明专利]具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器

说明书

公开了与具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器相关的方法和装置。在一示例中，公开了通过压控磁各向异性(VCMA)和自旋轨道转矩(SOT)技术的组合编程的三端子磁性隧道结(MTJ)存储元件。还公开了一种配置成通过VCMA和SOT技术对三端子MTJ存储元件进行编程的存储器控制器。所公开的器件通过使用较少写能量相比于常规器件提高了效率，同时具有比常规器件更简单和更可伸缩的设计。所公开的器件还具有提高的热稳定性而无需增加所需的切换电流，因为各状态之间的临界切换电流基本上是相同的。

引言

本公开一般涉及电子器件，尤其但不排他地涉及与具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器相关的方法和装置。

随机存取存储器(RAM)是现代数字电路架构的无处不在的组件。RAM可以是自立器件，或者可被集成到使用RAM的设备中，诸如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、或其他类似设备。RAM可以是易失性或非易失性的。易失性RAM每当功率被移除时丢失其存储的信息。非易失性RAM即使在功率被移除时也能维持其存储器内容。

磁阻随机存取存储器(MRAM)是具有与易失性存储器相当的响应(读和写)时间的非易失性存储器技术。存储在MRAM中的数据不随时间降级，并且与其他RAM技术相比，MRAM使用非常小的功率。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术形成对比，MRAM使用磁性存储元件。由此，MRAM具有使其成为通用存储器的候选者的若干期望特性，诸如高速度、高密度(即，小位单元尺寸)、低功耗、以及逻辑状态不随时间降级。

尽管有上述特性，但常规MRAM器件并不是理想的。自旋转移矩MRAM(例如，STT-MRAM)中的常规存储器元件(例如，磁性隧道结(MTJ))为具有共享读和写路径的双端子器件。共享读和写路径造成了关于读速度和写可靠性的问题。对于写，MTJ中的阻挡层应当足够薄(并且具有相对足够低的电阻)以流动切换所需的电流。然而，薄阻挡层更容易遭受因重复的写操作而引起的电介质击穿。此外，MTJ的状态可被读电流无意地翻转。这被称为“读扰乱”。随着MTJ技术在物理尺寸上缩小，切换电流趋于减小。然而，高速读操作通常需要更大的读电流。由此，高速MRAM，尤其是深度缩放的MTJ器件，可能遭受读扰乱。相应地，满足对耐写性(由于MTJ中的隧道阻挡上的应变)和读可靠性两者的可靠性要求是有挑战性的。

此外，常规底部钉扎双端子MTJ器件中的切换电流的不对称性与常规N型金属氧化物半导体(NMOS)驱动晶体管不兼容。在常规底部钉扎双端子MTJ器件中不存在临界切换电流(I_c)不对称性效应，因为自旋转矩在反平行至平行(AP→P)方向上比在平行至反平行(P→AP)方向上更高效，因此I_c0AP→P<I_c0P→AP。由此，自旋转矩效率在常规底部钉扎双端子MTJ器件中是不对称的，并且取决于相对磁化向量与极化之间的角度。此外，与常规底部钉扎双端子MTJ器件串联耦合的写晶体管的驱动功率也具有与该常规底部钉扎双端子MTJ器件的写I_c不对称性不兼容的不对称性。这导致写过程期间浪费的能量、复杂的MRAM和MTJ器件、读干扰和耐写性问题。

相应地，业界长期以来存在对在常规方法和装置有所改善的方法和装置的需要，包括改善的方法和由此所提供的装备。

概述

本概述提供本教导某些方面的基本理解。本概述并非详细穷尽性的，且既不意图标识所有关键特征，也不意图限定权利要求的范围。