[发明专利]一种概率计算器件及随机数据生成方法

说明书

本发明公开了一种概率计算器件及随机数据生成方法，涉及概率计算领域，该概率计算器件包括：底端电极、磁隧道结、磁性功能层以及顶端电极，任意一个磁性功能层用于接收调控信号，响应于调控信号，调控磁隧道结的阻态，或者对所在磁隧道结施加漏磁场以调控磁隧道结的阻态，电路系统可以对一段时间内磁隧道结的阻态变化次数进行统计，得出磁隧道结阻态翻转概率，并以概率翻转的结果作为生成的随机数据。并且概率计算器件单元设定至少三处端口进行调控信号通入，以此实现对磁隧道结阻态的调控，提高了翻转概率的可控性。过程中调控大电流不通过势垒层，减轻了势垒层的磨损，进而提升了磁隧道结的使用寿命。

技术领域

本发明实施例涉及概率计算领域，涉及一种概率计算器件及随机数据写入方法。

背景技术

随着集成电路产业的高速发展，需要解决的问题逐渐复杂，概率计算在人工智能、大数据、物联网领域应用越来越广泛。现阶段常用量子计算系统进行概率计算，但量子计算系统的基础单元量子比特的状态很难维持，且对工作环境要求较高，很难实现大规模集成。

磁隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)具有响应速度高、低功耗、耐用性长、等优良特性而作为磁性随机存储器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)的基础单元并广泛应用。将其应用在概率计算可有效解决概率计算中的速度和可靠性问题。然而，在对MTJ实际应用中发现，MTJ概率器件在使用过程会伴随自旋转移矩电流的穿过，随着计算速率和计算量的提升，MTJ两端的MTJ概率器件中的势垒层在使用过程中会逐渐老化，最终影响器件的使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供一种概率计算器件及随机数据生成方法，以改善MTJ本身在应对高计算量使用过程中两端的MTJ概率器件中的势垒层在使用过程中会逐渐老化，最终影响器件的使用寿命。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提出了一种概率计算器件，

所述概率计算器件包括：底端电极、磁隧道结、顶端电极以及至少一个磁性功能层，

所述磁隧道结设置于所述底端电极之上，

所述磁性功能层设置方式包括以下至少一种：设置于所述底端电极之下、设置于所述磁隧道结与所述顶端电极之间、磁隧道结膜层中或磁隧道结周围区域，

至少一个所述磁性功能层用于接收调控信号，响应于所述调控信号，调控所述磁隧道结的阻态，或者对所在磁隧道结施加漏磁场以调控所述磁隧道结的阻态，

所述概率计算器件用于对所述磁隧道结的阻态变化次数或时间进行统计，得出磁隧道结阻态概率翻转的结果，并以所述概率翻转的结果作为生成的随机数据，

所述概率翻转的结果包括：磁隧道结阻态对应的翻转概率，和/或磁隧道结阻态对应的翻转频数分布。

在一些实施例中，所述磁隧道结还包括：自由层、参考层以及势垒层，

所述参考层设置有对自由层的偏置磁场，所述自由层的偏置磁场响应于所述漏磁场改变大小和/或方向，以改变所述磁隧道结的阻态，

所述势垒层响应于所述调控信号通过改变所述势垒层两端的场效应来改变所述磁隧道结的阻态，

所述场效应包括：声场、光场、热场、电场以及磁场。

在一些实施例中，所述参考层磁化方向在制备后不发生变化，作为所述自由层磁化方向的参考方向，当所述自由层磁化方向与所述参考层磁化方向相同时，所述磁隧道结呈现低阻态，当所述自由层磁化方向与所述参考层磁化方向相反时，所述磁隧道结呈现高阻态。

在一些实施例中，所述概率计算器件还设置有端口，所述端口包括：

端口a、端口b以及端口c，