[发明专利]一种自旋霍尔效应辅助的自旋转移矩非易失性触发器

摘要

一种自旋霍尔效应辅助的自旋转移矩非易失性触发器，由一对自旋霍尔效应辅助的自旋转移矩磁隧道结即SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2，一对NMOS晶体管即N3与N4，STT‑写入电路，SHE‑写入电路，读取电路以及从寄存器组成；SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2的T1端连接STT‑写入电路，SHE‑STT‑MTJ1的T2、T3端与SHE‑STT‑MTJ2的T2、T3端连接SHE‑写入电路，SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2的T1端分别连接N3与N4晶体管的源极，两个NMOS晶体管的栅极直接互连，并由clk时钟信号控制；本发明具有低耗高速及可靠性的特点。

主权项

一种自旋霍尔效应辅助的自旋转移矩非易失性触发器，其特征在于：该触发器由一对自旋霍尔效应辅助的自旋转移矩磁隧道结即SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2，一对NMOS晶体管即N3与N4，自旋转移矩效应写入电路即STT‑写入电路，自旋霍尔效应写入电路即SHE‑写入电路，读取电路以及从寄存器组成；SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2的T1端均连接STT‑写入电路，SHE‑STT‑MTJ1的T2、T3端与SHE‑STT‑MTJ2的T2、T3端均连接SHE‑写入电路，同时，SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2的T1端分别连接N3与N4晶体管的源极，两个NMOS晶体管的栅极直接互连，并由clk时钟信号控制；N3与N4晶体管的漏极均连接读取电路的输入端，读取电路的输出端连接一个从寄存器，clk时钟信号控制N3、N4的导通与否，从而控制电路处于写入模式还是读取模式；执行写入操作时，在时钟信号clk作用下N3、N4处于断开状态，将读取电路与一对SHE‑STT‑MTJ隔离开，STT‑写入电路与SHE‑写入电路共同作用于这对SHE‑STT‑MTJ，通过STT‑写入电路与SHE‑写入电路中的控制信号对SHE‑STT‑MTJ进行状态设置，即数据写入；SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2始终处于互补的电阻状态，因此只能存储1比特数据信息；执行读取操作时，在时钟信号clk作用下N3、N4处于导通状态，读取电路读取SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2中存储的数据信息，并传递给从寄存器，而STT‑写入电路与SHE‑写入电路在各自内部的控制信号下处于断开状态；所述的读取电路、STT‑写入电路与SHE‑写入电路均由NMOS/PMOS晶体管构成；所述的读取电路用于读取SHE‑STT‑MTJ1与SHE‑STT‑MTJ2中存储的数据信息；其具体实现方式不作限定；所述的STT‑写入电路提供SHE‑STT‑MTJ从T1端到T3端或从T2端到T1端的双向写入电流；其具体实现方式不作限定；所述的SHE‑写入电路提供SHE‑STT‑MTJ从T2端到T3端的单向写入电流，用于辅助写入；其具体实现方式不作限定；所述的SHE‑STT‑MTJ从上到下依次由铁磁层一，氧化物隔离层，铁磁层二以及重金属层，共四层构成；所述的铁磁层一与铁磁层二，是指混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe中的一种；其中铁磁层一的磁场极化方向为固定的，称为固定层，而铁磁层二的磁场极化方向为自由的，称为自由层；所述的铁磁层一以及铁磁层二为磁各向异性易轴垂直膜面材料，称为垂直磁场各向异性；所述的氧化物隔离层，是指氧化镁MgO，氧化铝Al2O3或其他等价氧化物中的一种；所述的重金属层，指钽Tantalum、钨Tungsten、铪Hafnium或铂Pt中的一种。