[发明专利]磁存储单元及SOT-MRAM存储器

说明书

本发明提供一种磁存储单元及SOT‑MRAM存储器，所述磁存储单元包括：自旋轨道矩提供线和两个磁性隧道结，每个所述磁性隧道结包括依次堆叠的自由层、隧道层和参考层，两个所述磁性隧道结位于所述自旋轨道矩提供线的同一侧且各自的自由层靠近所述自旋轨道矩提供线，两个所述磁性隧道结的参考层外侧分别有一层偏置磁场提供层，所述偏置磁场提供层通过分离层与所述磁性隧道结隔开，两个所述偏置磁场提供层具有不同的几何尺寸，同时两个所述偏置磁场提供层的磁化方向相反且分别垂直于各自对应的磁性隧道结的自由层的磁化方向。本发明能够提高SOT‑MRAM存储器的读写速度。

技术领域

本发明涉及磁存储器技术领域，尤其涉及一种磁存储单元及SOT-MRAM存储器。

背景技术

研究发现，在具有自旋轨道矩效应(Spin Orbit Torque，SOT)的材料中通入电流时，会在材料的界面处产生自旋极化的自旋电流，该自旋电流可以用于翻转纳米磁铁，例如磁性隧道结MTJ中的自由层。基于自旋轨道矩和MTJ的新型磁存储器件(可以称为SOT-MRAM存储器)具有读写分离、写入速度快、写电流密度低等优点，被认为是未来的发展趋势。

但是，SOT-MRAM的自旋轨道矩材料与磁性隧道结MTJ集成时，如果MTJ的磁性隧道磁阻TMR较高，二者的集成难以实现，目前MTJ的TMR只能在100左右，这会直接影响SOT-MRAM的读写速度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁存储单元及SOT-MRAM存储器，能够提高SOT-MRAM存储器的读写速度。

第一方面，本发明提供一种磁存储单元，包括：自旋轨道矩提供线和两个磁性隧道结，每个所述磁性隧道结包括依次堆叠的自由层、隧道层和参考层，两个所述磁性隧道结位于所述自旋轨道矩提供线的同一侧且各自的自由层靠近所述自旋轨道矩提供线，两个所述磁性隧道结的参考层外侧分别有一层偏置磁场提供层，所述偏置磁场提供层通过分离层与所述磁性隧道结隔开，两个所述偏置磁场提供层具有不同的几何尺寸，同时两个所述偏置磁场提供层的磁化方向相反且分别垂直于各自对应的磁性隧道结的自由层的磁化方向。

可选地，两个所述磁性隧道结的参考层垂直磁化，两个所述偏置磁场提供层水平磁化且具有相反的水平磁化方向。

可选地，两个所述偏置磁场提供层采用相同的几何形状。

可选地，两个所述偏置磁场提供层均为椭圆形，短轴长度相同，长轴长度不同，各自的长短轴比例均介于1.2～3之间，各自的长轴均平行于或者接近平行于所述自旋轨道矩提供线。

可选地，两个所述偏置磁场提供层均为矩形，短边长度相同，长边长度不同，各自的长短边比例均介于1.2～3之间，各自的长边均平行于或者接近平行于所述自旋轨道矩提供线。

可选地，所述自旋轨道矩提供线的材料为具有自旋轨道矩效应的材料，包括：重金属、BiSe合金或者反铁磁合金。

可选地，所述自旋轨道矩提供线采用多段结构，位于两个所述磁性隧道结位置的部分为具有自旋轨道矩效应的材料，位于其他位置的部分为低电阻金属材料。

可选地，两个所述偏置磁场提供层的磁化方向翻转所对应的翻转场差别大于100Oe。

可选地，两个所述磁性隧道结的参考层的磁化方向相同，对应地，两个所述磁性隧道结的自由层的磁化方向相反。

第二方面，本发明提供一种SOT-MRAM存储器，所述SOT-MRAM存储器包括上述磁存储单元。

本发明提供的磁存储单元及SOT-MRAM存储器，采用双MTJ差分特性设计，在写入数据时，自旋轨道矩提供线中通一次电流，可以同时对两个MTJ进行写操作，提高了读写速度，而且不需要外界磁场。

附图说明

图1为本发明的磁存储单元的一个实施例的结构示意图；