[发明专利]磁性随机存储器、装置及读写控制方法

说明书

本发明提供了一种磁性随机存储器、装置及读写控制方法，所述磁性随机存储器包括：铁电层；介电层，设于所述铁电层上；以及磁隧道结，至少部分设于所述介电层上，本发明显著提高介电层和磁隧道结的界面效应，从而大幅度提高为磁隧道结提供的VCMA效应，进而优化磁性随机存储器的功耗、写入速度和热稳定性等性能。

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术领域，尤其涉及一种磁性随机存储器、装置及读写控制方法。

背景技术

随着半导体工艺尺寸的不断缩小，摩尔定律放缓，漏电流的增加和互联延迟成为传统CMOS存储器的瓶颈。寻找新一代存储技术的解决方案成为集成电路研究的重点，其中磁性随机存储单元器受到广泛关注。相对比传统器件，磁性随机存储器(Magnetic randomaccess memory，MRAM)具有无限擦写次数、非易失性、读写速度快和抗辐照等优点，有望成为通用存储器，是构建下一代非易失存储器以及存内计算的理想器件。

电场(电压)调控磁各向异性(VCMA)是自旋电子学当前的一个热门领域，在磁性随机存储器方面有巨大的应用潜力。基于VCMA效应的MRAM在通常的电流引发自由层磁化翻转的过程中，通过对磁存储器件进行结构调整，并在翻转过程中施加偏置电压，可以显著降低磁化翻转所需的电流密度，使器件尺寸得以进一步降低，同时大幅降低写入功耗。但是，随着对磁性随机存储器尺寸的降低，VCMA效应系数不能满足MRAM的需求。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种磁性随机存储器，可显著提高介电层和磁隧道结的界面效应，从而大幅度提高为磁隧道结提供的VCMA效应，进而优化磁性随机存储器的功耗、写入速度和热稳定性等性能。本发明的另一个目的在于提供一种磁性随机存储装置。本发明的还一个目的在于提供一种磁性随机存储器的控制方法。

为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种磁性随机存储器，包括：

铁电层；

介电层，设于所述铁电层上；以及

磁隧道结，至少部分设于所述介电层上。

优选的，所述磁隧道结包括自由铁磁层、设于所述自由铁磁层上的隧穿层以及设于所述隧穿层上的参考铁磁层，所述自由铁磁层至少部分设于所述介电层上；或者，

所述磁隧道结包括设于所述铁电层和所述介电层间的自由铁磁层以及至少部分设于所述介电层上的参考铁磁层。

优选的，进一步包括与所述参考铁磁层电连接的第一电极和与所述自由铁磁层电连接的第二电极。

优选的，进一步包括与所述铁电层电连接的底电极。

优选的，所述底电极包括底电极层和所述底电极层电连接的第三电极，所述铁电层设于所述底电极层上。

优选的，进一步包括设于所述铁电层和所述介电层间的金属层。

优选的，所述隧穿层的底面积小于所述自由铁磁层的顶面积，所述第二电极设于所述自由铁磁层上。

优选的，所述铁电层的底面积小于所述底电极层的顶面积，所述第三电极设于所述底电极层上。

本发明还公开了一种磁性随机存储装置，包括如上所述的磁性随机存储器以及与所述磁性随机存储器电连接的控制电路；

所述控制电路用于在所述磁隧道结上施加读取电压或写入电流，在所述铁电层和介电层形成的负电容结构上施加正向偏置电压或负向偏置电压以降低或提高磁隧道结的磁各向异性。

本发明还公开了一种磁性随机存储装置的读写控制方法，包括：

在写入阶段：

通过控制电路向铁电层和介电层形成的负电容结构的两端上施加正向偏置电压以降低磁隧道结的磁各向异性；