[发明专利]三态自旋电子器件、存储单元、存储阵列及读写电路

权利要求书

1.一种三态自旋电子器件，自下而上包括：底电极、磁隧道结和顶电极；

所述磁隧道结自下而上包括：自旋轨道耦合层、铁磁自由层、势垒隧穿层和铁磁参考层；所述磁隧道结还包括：

三个局域磁畴壁钉扎中心，嵌设在所述自旋轨道耦合层，三个所述局域磁畴壁钉扎中心分别与所述铁磁自由层相接触，所述铁磁自由层上形成第一钉扎区域、第二钉扎区域和第三钉扎区域；以及

磁畴壁成核中心，设置设在所述铁磁自由层的两端，各项异性常数为7-9×10⁵J/m³；所述铁磁自由层上形成第一成核区域和第二成核区域；

电流脉冲注入所述自旋轨道耦合层，产生自旋流驱动所述铁磁自由层内的磁畴壁移动，进行阻态切换。

2.根据权利要求1所述的三态自旋电子器件，其中，所述铁磁自由层和所述铁磁参考层的材料为CoFeB、Co₂FeAl和Co中任一种；所述自旋轨道耦合层的材料为W和/或Ta；所述局域磁畴壁钉扎中心和所述磁畴壁成核中心的材料为Pt和/或Ir。

3.根据权利要求1所述的三态自旋电子器件，其中，所述磁畴壁移动方向与所述电流脉冲注入的方向一致。

4.根据权利要求1所述的三态自旋电子器件，其中，所述底电极包括：

第一电极，与所述自旋轨道耦合层的第一端连接；以及

第二电极；与所述自旋轨道耦合层的第二端连接；

所述自旋轨道耦合层的第一端和所述自旋轨道耦合层的第二端相对设置。

5.一种存储单元，包括：

如权利要求1至4中任一项所述的三态自旋电子器件；

第一晶体管，所述第一晶体管的第一端和所述底电极第一电极连接，所述第一晶体管的第二端用于连接写位线，所述第一晶体管的控制端用于连接写字线；所述底电极第二电极用于连接源线；以及

第二晶体管，所述第二晶体管的第一端和所述顶电极连接，所述第二晶体管的第二端用于连接读位线，所述第二晶体管的控制端用于连接读字线；

6.一种读写电路，包括：

如权利要求5所述的存储单元；

第一参考单元，用于根据使能信号得到第一参考电压；

第一灵敏放大器，所述第一灵敏放大器的第一输入端与所述存储单元连接的读位线连接，所述第一灵敏放大器的第二输入端用于接收所述第一参考电压，所述第一灵敏放大器的输出端分别输出第一输出信号和第一互补信号；

第二参考单元，用于根据所述第一互补信号得到第二参考电压；

第三参考单元，用于根据所述第一输出信号得到第三参考电压；以及

第二灵敏放大器，所述第二灵敏放大器的第一输入端与所述存储单元连接的读位线连接，所述第二灵敏放大器的第二输入端用于接收所述第二参考电压和所述第三参考电压，所述第二灵敏放大器的输出端分别输出第二输出信号和第二互补信号。

7.根据权利要求6所述的读写电路，其中，

所述第一参考单元包括：

第三晶体管，所述第三晶体管的第一端接地，所述第三晶体管的控制端接收所述使能信号；以及

第一参考电阻，所述第一参考电阻的一端与所述第三晶体管的第二端连接，所述第一参考电阻的另一端与所述第一灵敏放大器的第二输入端连接；

所述第二参考单元包括：

第四晶体管，所述第四晶体管的第一端接地，所述第四晶体管的控制端接收所述第一互补信号；以及

第二参考电阻，所述第二参考电阻的一端与所述第四晶体管的第二端连接，所述第二参考电阻的另一端与所述第二灵敏放大器的第二输入端连接；

所述第三参考单元包括：

第五晶体管，所述第五晶体管的第一端接地，所述第五晶体管的控制端接收所述第一输出信号；以及

第三参考电阻，所述第三参考电阻的一端与所述第五晶体管的第二端连接，所述第三参考电阻的另一端与所述第二灵敏放大器的第二输入端连接。