202远离所述第一间隔层404的表 面，所述第四电极418与所述第二间隔层408设置在所述磁自由层406的同一表面且相互 间隔设置。所述第二电极414设置在所述第二磁固定层410远离所述第二间隔层408的表 面。所述第三电极416与所述第一间隔层404设置在所述磁自由层406的同一表面且相互 间隔设置。所述第一电极412、第二电极414、第三电极416以及第四电极418与所述第一 电极108以及第二电极110的材料相同。
[0065] 本发明第四实施例提供的相变自旋非易失存储单元40同时集成所述巨磁阻效应 节和隧穿磁阻效应节且利用两个效应节分别实现数据的写入和读出。其中，所述隧穿磁阻 效应节具有较高的绝对磁阻值，因而小电流就能产生大的电压降，从而可以使用小的读出 电流来获取显著的读出电压，从而可以降低功耗。另外所述巨磁阻效应节绝对磁阻值较小， 且所述材料都呈金属性，因此可以在低电压下工作，从而可以降低写入数据时的功耗。此 外，该相变自旋非易失存储单元40还有效地简化了一般磁性器件磁性操控的方案和磁材 料的选择。与本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元30类似地，该相变自旋非 易失存储单元40不仅可以使用自旋转移矩来引起磁自由层磁化方向的变化，还可以使用 电流焦耳热效应引起相变材料的相变来驱动磁自由层中磁性的变化。此外，还可以同时使 用所述自旋转移矩和焦耳热效应驱动磁自由层中磁性的变化，从而有效地的简化了磁的操 控方案，而且提高了存储效率。另一方面，用所述稀释型磁性相变材料来取代现有技术中磁 性器件中常用的磁性合金(此类磁性合金在现在芯片生产线上并不常用），可有效地降低生 产成本以及利于大规模的生产应用。
[0066] 与本发明第三实施例类似地，本发明第四实施例提供的相变自旋非易失存储单元 40可以为非易失存储器或忆阻器。其工作过程以及原理与本发明第三实施例提供的工作过 程以及原理相同在此不再赘述。
[0067] 请参阅图12,本发明第五实施例进一步提供一种相变自旋非易失存储单元50,该 相变自旋非易失存储单元50包括第一磁固定层502、第一间隔层504、磁自由层506、第二间 隔层508、第二磁固定层510、第一电极512、第二电极514、第三电极516以及第四电极518， 其中，所述第一磁固定层502、第一间隔层504、磁自由层506、第二间隔层508以及第二磁 固定层510依次层叠设置，所述第一电极512设置在所述第一磁固定层502上，所述第二电 极514设置在所述第二磁固定层510上，所述第三电极516和第四电极518设置在所述磁 自由层506上且所述第三电极516和第四电极518间隔设置，其中，所述第一磁固定层502、 磁自由层506以及第二磁固定层510的材料为所述稀释型磁性相变材料且所述第一间隔层 504的材料为所述非晶态相变材料，所述第二间隔层506的材料为所述晶态相变材料。
[0068] 本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元50与本发明第四实施例提供 的所述相变自旋非易失存储单元40的结构相同。区别在于，本发明第五实施例提供的相变 自旋非易失存储单元50中除所述第一磁固定层502、磁自由层506以及第二磁固定层510 的材料为所述稀释型磁性相变材料外，同时，所述第一间隔层504的材料为所述非晶态相 变材料且所述第二间隔层506的材料为所述晶态相变材料。
[0069] 本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元50与本发明第四实施例提供 的所述相变自旋非易失存储单元40的工作原理相同以及应用方式(如存储器和忆阻器）相 同，在此不再赘述。
[0070] 本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元50同时集成所述巨磁阻效应 节和隧穿磁阻效应节且利用两个效应节分别实现数据的写入和读出。其中，所述隧穿磁阻 效应节具有较高的绝对磁阻值，因而小电流就能产生大的电压降，从而可以使用小的读出 电流来获取显著的读出电压，从而可以降低功耗。另外所述巨磁阻效应节绝对磁阻值较小， 且所述材料都呈金属性，因此可以在低电压下工作，从而可以降低写入数据时的功耗且提 高该相变自旋非易失存储单元50的读写性能。此外，如上所述，采用所述相变材料作为所 述相变自旋非易失存储单元50的间隔层可简化所述所述相变自旋非易失存储单元50制作 工艺以及降低成本，而且提高该相变自旋非易失存储单元50的读写性能。另外，该相变自 旋非易失存储单元50还有效地简化了一般磁性器件磁性操控的方案和磁材料的选择。该 相变自旋非易失存储单元50不仅可以使用自旋转移矩来引起磁自由层磁化方向的变化， 还可以使用电流焦耳热效应引起相变材料的相变来驱动磁自由层中磁性的变化。此外，还 可以同时使用所述自旋转移矩和焦耳热效应驱动磁自由层中磁性的变化，从而有效地的简 化了磁的操控方案，而且提高了存储效率。另一方面，用所述稀释型磁性相变材料来取代现 有技术中磁性器件中常用的磁性合金(此类磁性合金在现在芯片生产线上并不常用），可有 效地降低生产成本以及利于大规模的生产应用。相变材料目前尚没有在磁性技术中的应 用，这种全相变材料的设计方案大大简化了材料方案，集电性质、磁性质于一身的相变材料 可对存储产业和电子工业界产生巨大影响。
[0071]另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精 神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种相变自旋非易失存储单元，其特征在于，该相变自旋非易失存储单元包括磁固 定层、间隔层、磁自由层，所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，其中，所述间 隔层的材料为相变材料，所述相变材料为晶态相变材料或非晶态相变材料。2. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，进一步包括第一电极 与第二电极，所述第一电极设置在所述磁固定层上，所述第二电极设置在所述磁自由层上。3. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述磁固定层与所述 磁自由层的材料为磁性合金或磁性单质金属。4. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述磁性材料为赫斯 勒（Heusler)合金。5. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料是 (GeTe)x (Sb2Te3) y，其中X和y为整数。6. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料是Sb-Te 二元化合物与In、Ag、Bi、Ga、Se、Ti、Sn和Ge中至少一种的混合物。7. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料为晶态 相变材料，该晶态相变材料呈金属性。8. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料为非晶 态相变材料，该非晶态相变材料呈绝缘性。9. 如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变自旋非易失 存储单元进一步包括数据写入电路以及数据读出电路，所述数据写入电路和数据读出电路 为恒流源或脉冲信号源。
【专利摘要】本发明提供一种相变自旋非易失存储单元，其包括磁固定层、间隔层、磁自由层、第一电极以及第二电极，所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，所述第一电极设置在所述磁固定层上，所述第二电极设置在所述磁自由层上，其中，所述间隔层的材料为相变材料。
【IPC分类】H01L45/00, H01L27/24
【公开号】CN105355784
【申请号】CN201510813449
【发明人】施路平, 李黄龙, 张子阳
【申请人】清华大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年6月8日
【公告号】CN105304812A