[發明專利]磁性存儲器結構、陣列、讀寫控制方法及制備方法

在審

• 申請號: 202010295621.2
• 申請日: 2020-04-15
• 公開（公告）號: CN111489777A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 余君;莊曉輝;余自強
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

1.一種磁性存儲器陣列，其特征在于，包括：

多個磁性存儲器單元，所述多個磁性存儲器單元中的每個磁性存儲器單元：包括第一晶體管、第二晶體管、第一位單元及第二位單元，其中，兩個相鄰的磁性存儲器單元的位單元共用一自旋軌道轉矩層和共用位線，所述第一位單元、第二位單元通過所述自旋軌道轉矩層分別與位線、共用位線連接，所述共用位線與位于兩個相鄰的磁性存儲器之間的自旋軌道轉矩層連接；所述第一位單元和第二位單元通過所述第一晶體管和第二晶體管與相鄰的第一字線及第二字線連接；

讀寫控制單元，通過源線、位線及共用位線與至少一個磁性存儲器單元連接，控制至少一個磁性存儲器單元中的所述第一晶體管和第二晶體管的工作狀態，以讀取或者設置所述第一位單元或第二位單元的狀態。

2.根據權利要求1所述的磁性存儲器陣列，其特征在于，所述自旋軌道轉矩層的材料包括重金屬及拓撲絕緣體中的一種，所述重金屬包括Pt、Ta及W中的一種，所述拓撲絕緣體包括BiSe合金及BiSb合金中的一種。

3.根據權利要求1所述的磁性存儲器陣列，其特征在于，所述第一位單元包括第一磁性隧道結和第一上電極，所述第二位單元包括第二磁性隧道結和第二上電極，所述第一位單元的上電極與所述第二位單元的上電極連接所述第二晶體管的漏極，所述第一晶體管的漏極與位于所述第一位單元和第二位單元之間的自旋軌道轉矩層電連接，所述第一晶體管的柵極連接所述第一字線，所述第二晶體管的柵極連接所述第二字線，所述第一晶體管和所述第二晶體管的源極連接所述源線。

4.根據權利要求1或3所述的磁性存儲器陣列，其特征在于，所述讀寫控制單元控制至少一個所述磁性存儲器單元中的所述第一晶體管、第二晶體管的工作狀態，控制流經所述自旋軌道轉矩層的電流以設置所述第一位單元或第二位單元的狀態。

5.根據權利要求4所述的磁性存儲器陣列，其特征在于，所述讀寫控制單元控制至少一個磁性存儲器單元連接的相鄰2條字線的電壓、控制施加在所述存儲器單元和/或其相鄰的存儲器單元的第一晶體管襯底上的電壓以控制所述磁性存儲器單元的第一晶體管、第二晶體管的工作狀態；通過選通所述位線和共用位線中的一條位線并控制其電壓、源線的電壓來控制流經所述自旋軌道轉矩層的電流以設置所述第一位單元或者第二位單元的狀態。

6.根據權利要求1或3所述的磁性存儲器陣列，其特征在于，所述讀寫控制單元控制至少一個所述存儲器單元中的所述第一晶體管、第二晶體管的工作狀態以讀取所述第一位單元、第二位單元的狀態。

7.根據權利要求6所述的磁性存儲器陣列，其特征在于，所述讀寫控制單元通過控制至少一個所述存儲器單元連接的相鄰2條字線的電壓、控制施加在所述存儲器單元和/或其相鄰的存儲器單元的第一晶體管襯底上的電壓以控制所述存儲器單元的第一晶體管、第二晶體管的工作狀態；通過選通所述位線及共用位線中的一條位線并控制其電壓、及源線的電壓以讀取所述第一位單元或第二位單元的狀態。

8.根據權利要求3所述的磁性存儲器陣列，其特征在于，所述第一晶體管和所述第二晶體管共源。

9.根據權利要求3所述的磁性存儲器陣列，其特征在于：所述磁性隧道結包括自由磁層、固定磁層、以及設置在所述自由磁層和所述固定磁層之間的絕緣隧道層，其中，所述固定磁層具有固定的第一磁極，所述自由磁層具有可變的第二磁極，若所述第一磁極與所述第二磁極同向，則所述磁性隧道結為低阻態，若所述第一磁極與所述第二磁極反向，則所述磁性隧道結為高阻態。

10.根據權利要求9所述的磁性存儲器陣列，其特征在于：所述自由磁層位于所述自旋軌道轉矩層上，其第一磁極的方向為垂直方向，所述自由磁層的材料包括CoFeB合金、FeB合金及CoFe合金中的一種，所述自由磁層的厚度介于0.8nm-1.3nm之間。