[发明专利]二维材料基选通器、存储器单元、阵列及其操作方法

说明书

一种二维材料基选通器、存储器单元、阵列及其操作方法，该选通器包括：叠层单元。叠层单元为金属‑二维半导体‑金属结构，包括二维半导体层，以及分别设置于二维半导体层上、下表面的金属层。其中，叠层单元的个数为N，N≥1，每个叠层单元中，两个金属‑二维半导体的界面均形成肖特基接触，并且在二维材料基选通器通电导通时，该叠层单元包括两个反向串联的肖特基二极管结构。或者，叠层单元的个数为M个，M≥2，每个叠层单元中，两个金属‑二维半导体的界面中的一个界面形成肖特基接触，另一个界面形成欧姆接触，并且在二维材料基选通器通电导通时，M个叠层单元包括M个反向并联的肖特基二极管结构。选通器具有优异的开关性能。

技术领域

本公开属于存储技术领域，涉及一种二维材料基选通器、存储器单元、阵列及其操作方法。

背景技术

磁随机存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一种新型非易失性存储器。MRAM的核心部分是磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)。MTJ由铁磁材料基的参考层(Reference Layer)、自由层(Free Layer)以及两者中间的高质量氧化物隧道势垒层(Tunneling Barrier Layer)构成。参考层和自由层之间磁化方向反平行时，MTJ表现为高电阻态“1”；而当两者磁化方向平行时，则表现出低阻态“0”，从而通过驱动自由层磁化方向翻转完成MTJ高低阻态的变化进而实现信息的存储。相较于传统的静态随机存储器(SRAM)而言，MRAM具有更小的体积、更低的漏电，从而可降低静态功耗；相比于动态存储器(DRAM)而言，MRAM具有更快的读写操作速度和非易失性。同时MRAM还具有较高的读写次数、与现有集成电路工艺兼容和抗辐照等优点。

依据信息存储机制划分，现行MRAM有三种数据写入方式。最早的技术为磁场写入MARM，即利用脉冲电流产生的奥斯特场，实现自由层的磁化翻转，进而实现所需信息的存储。然而这种方式存在的技术问题是，所需脉冲电流较大，存取速度慢，且不易集成，难以满足现代信息器件的需求。现有采用自旋转移力矩技术的磁存储器(Spin Transfer TorqueMRAM，STT-MRAM)，通过极化电流进行电子自旋注入，基于自旋转移力矩驱动自由层的磁化方向翻转完成信息的写入，可显著减小器件尺寸、降低功耗、提高速度，尤其在高性能嵌入式存储方面有重要应用。2012年，研究人员提出自旋轨道扭矩磁随机存储器(Spin-OrbitTorque MRAM，SOT-MRAM)的概念，该存储器采用自旋轨道耦合效应实现自旋注入，驱动自由层中材料磁化方向的翻转。该方法将数据写入和读取的路径分开。原理上可进一步减小功耗、提高数据写入速度和读写次数。然而三端结构的SOT-MRAM存储单元需要更大的单元面积，不利于该存储器的高密度集成，因而暂时无法实现大容量的存储，也成为目前限制SOT-MRAM发展的主要障碍之一。

因此基于上述三种数据写入方式的优缺点，采用自旋转移力矩的磁存储器STT-MRAM方式进行信息写入，依然是MRAM器件制备中广泛采用的方法。STT-MRAM也是业界公认最接近替代Flash闪存的内存方案。然而，STT-MRAM同样存在集成密度偏低、能耗需要优化的问题。另一方面，现有的存储器阵列存在漏电流问题。当阵列中的某个存储单元被选中时，与选中存储单元位于同一位线、字线的未选中存储单元处于半偏压状态，存在较大的漏电流。