[发明专利]MRAM存储器单元、阵列及存储器

说明书

本发明提供一种MRAM存储器单元、阵列及存储器，存储器单元包括：两个垂直堆叠的磁隧道结、选择器元件以及晶体管，其中，两个所述磁隧道结之间布置有隔离层，每个所述磁隧道结的参考层靠近所述隔离层布置，每个所述磁隧道结的自由层外侧各布置有一条自旋轨道矩提供线，所述选择器元件的两端通过金属连接层连接至两条所述自旋轨道矩提供线，所述晶体管的漏极与任意一条所述自旋轨道矩提供线的靠近所述选择器元件的一端连接；两条所述自旋轨道矩提供线的靠近所述磁隧道结的一端各自引出一个用于连接位线的端点，所述晶体管的栅极引出一个用于连接字线的端点，所述晶体管的源极引出一个用于连接源线的端点。本发明能够提高存储器的存储密度。

技术领域

本发明涉及磁存储器技术领域，尤其涉及一种MRAM存储器单元、阵列及存储器。

背景技术

传统磁存储器(Magnetic Random Access Memory，简称MRAM)的存储单元的核心部分是磁隧道结MTJ，MTJ是一个由多层膜组成的两端口结构器件，其核心部分主要由三层薄膜组成，两个铁磁层被一个隧穿势垒层分隔开，其中一个铁磁层的磁化方向是固定不变的，被称为固定层或者参考层，另一个铁磁层的磁化方向可以改变，被称为自由层，自由层的磁化方向可以与参考层的磁化方向平行(Parallel，简称P)或者与参考层的磁化方向反平行(Anti-Parallel，简称AP)。当两个铁磁层的磁化方向平行时，MTJ呈现低阻态，反之，当两个铁磁层的磁化方向反平行时，MTJ呈现高阻态。这两种截然不同的电阻状态在信息存储的时候可以分别用来表征二进制数据“0”和“1”。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：

现有的MRAM存储器，只能存储“0”和“1”两种状态，存储密度低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种MRAM存储器单元、阵列及存储器，能够提高存储器的存储密度。

第一方面，本发明提供一种MRAM存储器单元，包括两个垂直堆叠的磁隧道结、选择器元件以及晶体管，其中，

两个所述磁隧道结之间布置有隔离层，每个所述磁隧道结的参考层靠近所述隔离层布置，每个所述磁隧道结的自由层外侧各布置有一条自旋轨道矩提供线，所述选择器元件的两端通过金属连接层连接至两条所述自旋轨道矩提供线，所述晶体管的漏极与任意一条所述自旋轨道矩提供线的靠近所述选择器元件的一端连接；

两条所述自旋轨道矩提供线的靠近所述磁隧道结的一端各自引出一个端点，用于连接位线；

所述晶体管的栅极引出一个端点，用于连接字线；

所述晶体管的源极引出一个端点，用于连接源线。

可选地，两个所述磁隧道结为面内磁化MTJ或者面外垂直磁化MTJ。

可选地，当两个所述磁隧道结为面内磁化MTJ时，两个所述磁隧道结之间的隔离层包括一层非磁性隔离层；当两个所述磁隧道结为面外垂直磁化MTJ时，两个所述磁隧道结之间的隔离层包括两层非磁性隔离层，分别靠近两个所述磁隧道结的参考层，两层所述非磁性隔离层之间还包括一层面内磁化的磁性层，所述面内磁化的磁性层的磁化方向与电流方向平行或反平行。

可选地，所述自旋轨道矩提供线的长度大于所靠近的磁隧道结的特征长度。

可选地，所述自旋轨道矩提供线的材料为重金属、拓扑绝缘体BiSe合金或者反铁磁合金。

可选地，所述选择器元件具有双向导通功能，导通阈值电压低于MTJ写入电压，同时高于MTJ读取电压。

可选地，所述选择器元件为基于硅材料的二极管或者二极管组合。