[发明专利]缓存器件及制作方法

说明书

本公开提供了一种缓存器件及制作方法，应用于缓存技术领域，包括：包括依次连接设置的第一场效应管、磁性隧道结、电极以及第二场效应管；第一场效应管，配置为提供写入电流，并通过栅极控制写入电流的通断；磁性隧道结包括依次设置的非铁磁层、第一铁磁层、隧穿层、第二铁磁层以及钉扎层；非铁磁层，配置为提供写入电流输入的横向通道；第一铁磁层，配置为基于类场自旋矩，产生可变的第一磁化方向；隧穿层，配置为位于第一铁磁层和第二铁磁层之间；第二铁磁层，配置为具有固定的第二磁化方向；钉扎层，配置为保持第二磁化方向；电极，配置为连接磁性隧道结与第二场效应管；第二场效应管，配置为通过栅极控制第二场效应管的通断，以读取阻态。

技术领域

本申请涉及缓存技术领域，尤其涉及一种缓存器件及制作方法。

背景技术

高速缓存(cache memory)是中央处理器(CPU)的重要组成部分，它直接决定了CPU中逻辑电路部分的数据处理速度和CPU的整体性能。在目前的存储体系中，高速缓存通常采用静态随机存储器(SRAM)。但SRAM的单个存储单元通常需要六个场效应管，并且随着半导体技术节点的推进，SRAM无法继续缩小尺寸，其集成度已达到物理极限。同时，SRAM需要不断的施加电压以保持其数据，功耗很高。基于自旋转移矩的磁随机存储器(STT-MRAM)由于写入时间均大于10纳秒，也无法满足高速缓存的读写需求。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种缓存器件及制作方法，可提高磁性存储器的写入速度。

为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种缓存器件，包括依次连接设置的第一场效应管、磁性隧道结、电极以及第二场效应管；

所述第一场效应管，配置为提供写入电流，并通过栅极控制写入电流的通断；

所述磁性隧道结包括依次设置的非铁磁层、第一铁磁层、隧穿层、第二铁磁层以及钉扎层；所述非铁磁层，配置为提供写入电流输入的横向通道；所述第一铁磁层，配置为基于类场自旋矩，产生可变的第一磁化方向；所述隧穿层，配置为位于所述第一铁磁层和所述第二铁磁层之间；所述第二铁磁层，配置为具有固定的第二磁化方向；所述钉扎层，配置为保持所述第二磁化方向；

所述电极，配置为连接所述磁性隧道结与第二场效应管；

所述第二场效应管，配置为通过栅极控制所述第二场效应管的通断，以读取所述阻态；

其中，当预设电流经过所述非铁磁层和所述第一铁磁层之间时，产生所述类场自旋矩。

可选的，当进行数据写入时，开启所述第一场效应管并关闭所述第二场效应管；

当进行数据读取时，关闭所述第一场效应管并开启所述第二场效应管。

可选的，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层的磁化方向均为面内磁化。

可选的，所述非铁磁层的材料为非磁性金属。

可选的，所述非铁磁层的厚度在0.5纳米至20纳米之间。

可选的，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层均为包含铁、钴、镍、硼四种元素中的至少一种元素的合金或多层异质结。

可选的，所述磁性隧道结还包括耦合层；

所述耦合层，在所述第二铁磁层和所述钉扎层之间，配置为将钉扎层的钉扎作用传递到所述第二铁磁层。

可选的，所述磁性隧道结表面覆盖有保护层；

所述保护层，配置为保护所述磁性隧道结不被氧气湿度等影响；

所述保护层的材料为非磁金属或掺杂半导体的合金。

可选的，所述钉扎层为包含至少一层反铁磁层的多层膜结构。