[发明专利]一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构

说明书

本发明公开了一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，包括：源线source line，字线word line，位线bit line，磁性隧道结MTJ；source line用于给整个结构输送电力；word line用于控制所述MTJ的写入与读出；bit line用于控制写入电流的输入并用于所述MTJ的阻态的读出。MTJ包括自由层、隧穿层、钉扎层、重金属层。本发明简化了SOT‑MRAM阵列的电路结构，提高了TMR比值，进而提高了电路的稳定性，通过两个存储单元共用一条位线bit line和源线source line的结构提高磁随机存储器的存储密度。

技术领域

本发明属于信息存储领域，特别是涉及一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构。

背景技术

在众多的新型非易失性存储器中，磁随机存储器(magnetic random-accessmemory，MRAM)以其具有的非易失性，高耐久性，高擦写次数，快速的读写速度以及与CMOS后道工艺的兼容性，成为下一代通用存储技术的有力竞争者。MRAM的基本存储单元为磁性隧道结(magnetic tunnel junction，MTJ)。MTJ的基本结构为磁性层/隧穿层/磁性层，其中一层磁性层的矫顽力较大，磁化方向不易改变，称为钉扎层，另一层的磁性层矫顽力较小，磁化方向容易改变，称为自由层。由于隧穿磁电阻(tunneling magnetoresistance，TMR)效应，两磁性的平行和反平行对应于MTJ的低阻和高阻状态。

第一代MRAM采用磁场写入方式，磁场靠电流产生。随着尺寸的减小，翻转MTJ所需要的电流也越来越大，造成了功耗的提升，同时由于需要采用电流来产生磁场，面积也很难缩小。

第二代MRAM采用自旋转移力矩(spin transfer torque，STT)效应进行写入。相比采用磁场写入方式，利用STT效应大大降低了写入电流，随着MRAM单元尺寸的缩小，写入电流将进一步降低。然而，随着集成密度的提高，MTJ的尺寸不断缩小，STT-MRAM较高的写入电流会导致隧穿层的损伤。同时，由于自旋转移效率的限制，STT-MRAM的写入电流无法进一步降低，传统STT-MRAM结构图如图1所示。

第三代MRAM采用自旋轨道转矩(spin orbit torque，SOT)效应进行写入。相比STT效应，利用SOT效应可以实现分离的读写通道，避免了隧穿层的快速老化。同时SOT效应可以进一步降低写入电流。然而，为了打破对称性，SOT-MRAM需要施加与电流平行的磁场。这限制了MRAM密度的提高。

虽然MTJ具有CMOS后道工序的兼容性，但在后道工序的温度(400℃)下制备的MTJ的TMR比值很难高于100％。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，包括：

若干个互联的磁随机存储单元；其中，所述磁随机存储单元包括：

源线source line，字线word line，位线bit line，磁性隧道结MTJ；

所述source line用于给所述磁随机存储器结构输送电力；

所述word line用于控制所述MTJ的写入与读出；

所述bit line用于控制写入电流的输入并用于所述MTJ的阻态的读出；

所述MTJ用于对需要存储的数据进行随机存储。

可选的，所述word line基于所述source line的电力供给情况，控制结构回路的连接状态，进而控制所述MTJ的写入与读出。