[發明專利]一種磁性存儲單元及其數據寫入方法

在審

• 申請號: 201811403215.2
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109637569A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 王昭昊;趙巍勝;朱道乾
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G11C11/409
• 分類號: G11C11/409
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種磁性存儲單元，其特征在于：該存儲單元包括：強自旋軌道耦合層、磁隧道結、第一電極、第二電極、第三電極、第四電極和第五電極；其中，磁隧道結被制造于強自旋軌道耦合層上方；第一電極、第二電極、第三電極和第四電極被制造于強自旋軌道耦合層的四個端口處；第五電極被制造于磁隧道結上方；

其中，強自旋軌道耦合層每相對端口處的兩個電極形成一條軸線，因此共有兩條軸線，分別稱為強自旋軌道耦合層的縱軸與橫軸，且縱軸與橫軸互相垂直；磁隧道結的表面被制成長短軸不相等的形狀；磁隧道結的表面形狀的長軸與強自旋軌道耦合層的縱軸既不互相重合，也不互相垂直，而是互相傾斜，傾斜夾角介于0度和90度之間。

2.根據權利要求1所述的一種磁性存儲單元，其特征在于：所述的強自旋軌道耦合層為重金屬或反鐵磁材料或拓撲絕緣體材料。

3.根據權利要求2所述的一種磁性存儲單元，其特征在于：所述的重金屬包括鉑Pt、鉭Ta、鎢W；所述的反鐵磁材料包括化合物銥錳IrMn、鉑錳PtMn；所述的拓撲絕緣體材料包括化合物鉍硒BiSe、鉍銻BiSb；上述化合物中各個元素的配比含量可以不同。

4.根據權利要求1所述的一種磁性存儲單元，其特征在于：所述強自旋軌道耦合層的頂面積大于磁隧道結的底面積。

5.根據權利要求1所述的一種磁性存儲單元，其特征在于：所述的磁隧道結至少由四層物質構成，包括第一鐵磁金屬、氧化物、第二鐵磁金屬和合成反鐵磁層。

6.根據權利要求1所述的一種磁性存儲單元，其特征在于：所述磁隧道結至少具有兩種電阻狀態，其電阻值取決于第一鐵磁金屬和第二鐵磁金屬的磁化方向。

7.根據權利要求6所述的一種磁性存儲單元，其特征在于：所述第二鐵磁金屬的磁化方向固定不變，第一鐵磁金屬的磁化方向能夠通過寫入操作被改變。

8.根據權利要求1所述的一種磁性存儲單元，其特征在于：所述磁隧道結具有垂直磁各向異性，即，在穩定狀態下，第一鐵磁金屬和第二鐵磁金屬的磁化方向均沿垂直方向。

9.一種磁性存儲單元的數據寫入方法，其特征在于：通過在強自旋軌道耦合層施加電流產生自旋軌道矩而實現，該電流的路徑可以沿著強自旋軌道耦合層的縱軸或橫軸，共有兩種選擇；磁隧道結的最終電阻態只取決于電流的路徑，與電流的正負方向無關，即，在執行數據寫入操作時，如果沿著強自旋軌道耦合層的縱軸施加電流從而將磁隧道結寫為低電阻態，則沿著強自旋軌道耦合層的橫軸施加電流將磁隧道結寫為高電阻態，或者反之亦可。

10.根據權利要求9所述的一種磁性存儲單元的數據寫入方法，其特征在于：數據寫入所需的電流的方向可以設置為固定不變。

11.根據權利要求9所述的一種磁性存儲單元的數據寫入方法，其特征在于：所述的一種磁性存儲單元的數據寫入方法，數據寫入操作過程中無需外加磁場。