[发明专利]一种磁存储单元和存储器

说明书

本发明涉及磁存储领域，公开了一种磁存储单元和磁存储器，包括：磁性隧道结，磁性隧道结包括依次叠堆的自由层、隧穿层、固定层和保护层，自由层和固定层中的磁矩具有垂直各向异性，保护层兼具磁存储单元信息读出时的顶电极；自旋流引入层，磁性隧道结的自由层和所述自旋流引入层接触，用于在写入信息时接入控制电流，且兼具磁存储单元信息读出时的底电极；基底，用于在脉冲电压的作用下产生一个使所述自由层磁矩方向改变的应变；以及电极。本发明根据脉冲电压的正负获取残余应变，并且在自由层磁矩翻转过程中也无需电压一直维持该应变，是一种超低功耗的调整方式。

技术领域

本发明涉及磁存储领域，具体是指一种磁存储单元和存储器。

背景技术

自旋轨道矩(spin-orbit torque，SOT)磁存储单元是利用重金属，如Pt、W、Ta等中产生的自旋流，推动垂直各向异性隧道结单元中自由层翻转而实现信息存储的一种磁存储单元，也是下一代磁随机存储器的核心结构，如图1所示。由于在该种结构中，自由层磁矩垂直于薄膜表面，要利用自旋轨道矩产生的自旋流推动其磁矩在垂直方向的翻转，实现信息“0”、“1”的存储，需要自由层的磁矩在进行写入时偏离垂直方向。目前常用的解决该问题的方法是在靠近自由层一侧通过导线电流产生的磁场或永磁场引入一横向辅助磁场，以达到在信息写入时将垂直取向的自由层磁矩拉离垂直方向一定角度，达到SOT自旋流驱动自由层翻转的目的。但是由于这一横向辅助磁场的加入，使得该存储单元设计复杂，并且也提升了整个存储单元的能耗，不利于器件低能耗、小尺寸、高密度的发展趋势。因此本发明正是着手解决该种需求。

因此，我们迫切需要一种磁存储单元和存储器。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种磁存储单元，其具有简单的结构，并且能够低耗能推动垂直各向异性隧道结单元中自由层翻转实现信息存储的功能。

本发明的另一方面还提供利用该自旋轨道矩磁存储器实现的逻辑器件。

根据一示例性实施例，提供一种磁存储单元，包括：磁性隧道结，磁性隧道结包括依次叠堆的自由层、隧穿层、固定层和保护层，自由层和固定层中的磁矩具有垂直各向异性，保护层兼具磁存储单元信息读出时的顶电极；自旋流引入层，磁性隧道结的自由层和所述自旋流引入层接触，用于在写入信息时接入控制电流，且兼具磁存储单元信息读出时的底电极；基底，用于在脉冲电压的作用下产生一个使所述自由层磁矩方向改变的残余应变；以及电极，电极包括上电极和下电极，上电极和下电极在基底的相对两侧，上电极和下电极用于施加脉冲电压。

在一些示例中，基底上的电极施加一脉冲电压引入不需要电压维持的残余应变，基底上的电极施加一与之前脉冲电压极性相反的脉冲去除残余应变。

在一些示例中，基底的材料为不对称残余应变压电材料。

在一些示例中，不对称残余应变压电材料通过在压电应变材料中掺杂Mn²⁺离子获取。

在一些示例中，压电应变材料包括但不限于PMN-PT、PZN-PT和PZT中的一种或多种。

在一些示例中，脉冲电压大于所述基底的矫顽电场并小于所述基底的饱和电场。

在一些示例中，自旋流引入层的材料包括但不限于Ta、W、Pt以及Ta、W、P与稀土元素合金中的一种或多种。

在一些示例中，磁性隧道结中的自由层的材料包括不限于CoFeB、隧穿层的材料包括不限于MgO、固定层的材料包括不限于CoFeB\[Co/Pt]n以及保护层的材料包括不限于Ta。

在一些示例中，脉冲电压作用完成后接入控制电流写入信息。

根据另一示例性实施例，提供一种存储器，存储器包括如权利要求1-9中任一项所述的磁存储单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：