磁性存储单元及计算机设备

本申请涉及半导体，尤其涉及一种磁性存储单元及计算机设备。

背景技术：

1、随着半导体工艺尺寸的不断缩小，摩尔定律放缓，漏电流的增加和互联延迟成为传统cmos存储器的瓶颈。寻找新一代存储技术的解决方案成为集成电路研究的重点，其中磁性随机存储器受到广泛关注。相对比传统器件，磁随机存储器(magnetic random accessmemory,mram)具有无限擦写次数、非易失性、读写速度快、抗辐照等优点，有望成为通用存储器，是构建下一代非易失主存和缓存的理想器件。磁隧道结(magnetic tunneljunction,mtj)是磁随机存储器的基本存储单元。磁隧道结的尺寸可以缩小到40nm以下，有望实现高密度集成。

2、在此背景下，科研人员提出了由一个以上的mtj组成的多级单元(multi-levelcell,mlc)，以进一步提高大容量存储应用的存储密度，mlc需要严格调整每个mtj的特性以实现具有足够裕量的不同阈值开关电流和电阻状态。一个典型的mlc是通过将两个平面上的mtj串联或并联连接在一起而实现的，如图1所示。这些串联或并联在一起的mtj具有不同的磁化方向或面积，制作工艺较为复杂。

技术实现思路

1、本申请的一个目的在于提供一种磁性存储单元，实现多个磁隧道结的一次性数据写入，并且降低多磁隧道结的磁性存储单元的制作工艺复杂度，优化数据写入方式。本申请的另一个目的在于提供一种计算机设备。

2、为了达到以上目的，本申请一方面公开了一种磁性存储单元，包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的多个磁隧道结；

3、所述自旋轨道耦合层包括至少三个朝向不同方向设置的用于分别输入自旋轨道矩电流的支路；

4、至少两个所述支路的每个支路上设置有至少一个磁隧道结，且所述多个磁隧道结的易磁方向相同。

5、优选的，所述自旋轨道耦合层包括三个朝向不同方向设置的第一支路、第二支路和第三支路；

6、所述第一支路和所述第二支路上分别设置有第一磁隧道结和第二磁隧道结。

7、优选的，当沿所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路的端部分别输入第一信号、第二信号和第三信号的至少两个时，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路上分别形成第一自旋轨道矩电流、第二自旋轨道矩电流和第三自旋轨道矩电流；

8、所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路包括朝向所述自旋轨道耦合层中央的第一方向以及与所述第一方向相反的第二方向；

9、若所述第一自旋轨道矩电流朝向所述第一方向且大于所述第一磁隧道结的临界翻转电流，所述第一磁隧道结的阻态为第一阻态；

10、若所述第二自旋轨道矩电流朝向所述第一方向且大于所述第二磁隧道结的临界翻转电流，所述第二磁隧道结的阻态为第二阻态；

11、若所述第二自旋轨道矩电流朝向所述第二方向且大于所述第二磁隧道结的临界翻转电流，所述第二磁隧道结的阻态为第三阻态；

12、若所述第一自旋轨道矩电流朝向所述第二方向且大于所述第一磁隧道结的临界翻转电流，所述第一磁隧道结的阻态为第四阻态。

13、优选的，所述第三支路上设置有第三磁隧道结；

14、若所述第三自旋轨道矩电流朝向所述第一方向且大于所述第三磁隧道结的临界翻转电流，所述第三磁隧道结的阻态为第五阻态；

15、若所述第三自旋轨道矩电流朝向所述第二方向且大于所述第三磁隧道结的临界翻转电流，所述第三磁隧道结的阻态为第六阻态。

16、优选的，所述多个磁隧道结的易磁轴的方向与对应的支路方向形成有夹角。

17、优选的，所述自旋轨道耦合层为y型、t型或星型放射型。

18、优选的，所述磁隧道结的形状为非完全对称形状。

19、优选的，所述磁隧道结的形状为椭圆形、三角形、长方形和半圆形中的一种。

20、优选的，至少一个所述磁隧道结具有垂直各向异性，所述磁性存储单元进一步包括外加磁场或者等效外加磁场；或者，至少一个所述磁隧道结具有面内各向异性。

21、本申请还公开了一种计算机设备，包括存储器和/或处理器，所述存储器和/或所述处理器包括如上所述的磁性存储单元。

22、本申请的磁性存储单元包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的多个磁隧道结。所述自旋轨道耦合层包括至少三个朝向不同方向设置的用于分别输入自旋轨道矩电流的支路；至少两个所述支路的每个支路上设置有至少一个磁隧道结，且所述多个磁隧道结的易磁方向相同。从而，本申请的多个磁隧道结设置在自旋轨道耦合层的不同方向的支路上，而多个磁隧道结的易磁轴的易磁方向相同，由此不同磁隧道结的易磁方向与对应的支路上输入的自旋轨道矩电流的夹角不同，当沿自旋轨道耦合层的多个支路输入不同方向的自旋轨道矩电流时，多个磁隧道结的阻态的组合不同，实现多个磁隧道结的数据的一次性写入。本申请的多个磁隧道结的易磁轴的易磁方向相同，即多个磁隧道结的形状和/或相对于中心的相对位置可以完全相同，多个磁隧道结可在相同的一系列制作工艺中同步得到，简化了mlc器件的制作工艺。

技术特征：

1.一种磁性存储单元，其特征在于，包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的多个磁隧道结；

2.根据权利要求1所述的磁性存储单元，其特征在于，所述自旋轨道耦合层包括三个朝向不同方向设置的第一支路、第二支路和第三支路；

3.根据权利要求2所述的磁性存储单元，其特征在于，当沿所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路的端部分别输入第一信号、第二信号和第三信号的至少两个时，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路上分别形成第一自旋轨道矩电流、第二自旋轨道矩电流和第三自旋轨道矩电流；

4.根据权利要求3所述的磁性存储单元，其特征在于，所述第三支路上设置有第三磁隧道结；

5.根据权利要求1所述的磁性存储单元，其特征在于，所述多个磁隧道结的易磁轴的方向与对应的支路方向形成有夹角。

6.根据权利要求1所述的磁性存储单元，其特征在于，所述自旋轨道耦合层为y型、t型或星型放射型。

7.根据权利要求1所述的磁性存储单元，其特征在于，所述磁隧道结的形状为非完全对称形状。

8.根据权利要求7所述的磁性存储单元，其特征在于，所述磁隧道结的形状为椭圆形、三角形、长方形和半圆形中的一种。

9.根据权利要求1所述的磁性存储单元，其特征在于，至少一个所述磁隧道结具有垂直各向异性，所述磁性存储单元进一步包括外加磁场或者等效外加磁场；或者，至少一个所述磁隧道结具有面内各向异性。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和/或处理器，所述存储器和/或所述处理器包括如权利要求1-9任一项所述的磁性存储单元。

技术总结
本申请提供了一种磁性存储单元及计算机设备，所述磁性存储单元包括自旋轨道耦合层以及设于所述自旋轨道耦合层上的多个磁隧道结；所述自旋轨道耦合层包括至少三个朝向不同方向设置的用于分别输入自旋轨道矩电流的支路；至少两个所述支路的每个支路上设置有至少一个磁隧道结，且所述多个磁隧道结的易磁方向相同。本申请可实现多个磁隧道结的一次性数据写入，并且降低多磁隧道结的磁性存储单元的工艺复杂度，优化数据写入方式。

技术研发人员：王昭昊,王旻,王宸逸,赵巍胜
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12