[發(fā)明專利]存儲單元、低溫存儲器及其讀寫方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811473848.0
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109638151B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郎莉莉;葉力
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L43/02
• 分類號: H01L43/02;H01L43/08;H01L27/22;G11C11/16
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 宋纓

本發(fā)明提供一種存儲單元、低溫存儲器及其讀寫方法，包括：并聯(lián)設(shè)置于超導(dǎo)上電極與超導(dǎo)下電極之間的磁性存儲器件、第一及第二超導(dǎo)器件，磁性存儲器件位于第一、第二超導(dǎo)器件之間；磁性存儲器件的自旋流產(chǎn)生層在厚度及寬度方向上貫穿超導(dǎo)下電極(或超導(dǎo)上電極)，且該自旋流產(chǎn)生層上表面(或下表面)近鄰自由層。多個存儲單元排列形成陣列，相鄰兩個存儲單元的超導(dǎo)上電極或超導(dǎo)下電極相連，以實(shí)現(xiàn)各行或各列存儲單元的串聯(lián)，超導(dǎo)上電極與超導(dǎo)下電極作為超導(dǎo)位線；各超導(dǎo)器件的上方或下方對應(yīng)設(shè)置一超導(dǎo)字線。本發(fā)明將SOT?MRAM存儲單元完全嵌入超導(dǎo)集成邏輯電路組成低溫磁存儲器，以實(shí)現(xiàn)信息在極限低溫、高速、低功耗存儲，適用于超導(dǎo)計算機(jī)的緩存和主存。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路存儲器領(lǐng)域，特別是涉及一種存儲單元、低溫存儲器及其讀寫方法。

背景技術(shù)

磁性隨機(jī)存取存儲器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)作為一種新型存儲技術(shù)，具有與SRAM/DRAM相比擬的高速隨機(jī)讀寫、良好的耐疲勞性能和低寫入功率，還兼?zhèn)渑cFlash閃存相同的非易失性。此外，MRAM經(jīng)濟(jì)性也相當(dāng)可觀。因而，MRAM的發(fā)展備受學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界矚目。目前，MRAM大多嵌入于CMOS邏輯制程中，主要面向消費(fèi)電子、人工智能、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化、航天航空等領(lǐng)域。在上述應(yīng)用中，MRAM存儲單元的制備工藝、讀寫電路設(shè)計、芯片批量生產(chǎn)等方面的發(fā)展已相對完善，并且MRAM的工作溫區(qū)一般不低于室溫。但關(guān)于MRAM在極限低溫下的應(yīng)用卻仍處于研發(fā)階段，如何尋找到在極限低溫下仍保持優(yōu)良電學(xué)性能的磁存儲單元以及與極限低溫相符的讀寫電路成為上述基于MRAM的低溫存儲器研發(fā)的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種存儲單元、低溫存儲器及其讀寫方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在極限低溫下磁性存儲器不能正常工作和能耗高等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種存儲單元，所述存儲單元至少包括：

通過超導(dǎo)上電極與超導(dǎo)下電極并聯(lián)連接的磁性存儲器件、第一超導(dǎo)器件及第二超導(dǎo)器件，所述磁性存儲器件位于所述第一超導(dǎo)器件與所述第二超導(dǎo)器件之間；

其中，所述磁性存儲器件的自旋流產(chǎn)生層在厚度方向及寬度方向上貫穿所述超導(dǎo)上電極或所述超導(dǎo)下電極，且所述磁性存儲器件中自旋流產(chǎn)生層與自由層相鄰設(shè)置。

可選地，所述磁性存儲器件包括從下至上依次疊置的自旋流產(chǎn)生層、自由層、非磁材料層、參考層、釘扎層、覆蓋層，以及設(shè)置于所述自由層左右兩側(cè)的永磁體；其中，所述自旋流產(chǎn)生層包括單層等厚膜。

可選地，所述磁性存儲器件包括從下至上依次疊置的自旋流產(chǎn)生層、自由層、非磁材料層、參考層、釘扎層及覆蓋層；其中，所述自旋流產(chǎn)生層包括單層楔形膜。

可選地，所述磁性存儲器件包括從下至上依次疊置的自旋流產(chǎn)生層、自由層、非磁材料層、參考層、釘扎層及覆蓋層；其中，所述自旋流產(chǎn)生層包括第一膜層及介于所述第一膜層與所述自由層之間的第二膜層，所述第一膜層與所述第二膜層的自旋霍爾角的符號相反，所述第一膜層及所述第二膜層包括等厚膜。

可選地，所述磁性存儲器件包括從下至上依次疊置的自旋流產(chǎn)生層、自由層、非磁材料層、參考層、釘扎層及覆蓋層；其中，所述自旋流產(chǎn)生層包括第一膜層及介于所述第一膜層與所述自由層之間的第二膜層，所述第一膜層與所述第二膜層的自旋霍爾角的符號相反，所述第一膜層包括等厚膜，所述第二膜層包括楔形膜。

可選地，所述磁性存儲器件包括從下至上依次疊置的緩沖層、釘扎層、參考層、非磁材料層、自由層、自旋流產(chǎn)生層，以及設(shè)置于所述自由層左右兩側(cè)的永磁體。

可選地，所述磁性存儲器件包括從下至上依次疊置的緩沖層、釘扎層、參考層、非磁材料層、自由層、自旋流產(chǎn)生層，其中，所述自旋流產(chǎn)生層包括單層楔形膜。