[發明專利]一種自參考存儲結構和存算一體電路

有效

• 申請號: 202011077197.0
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112382319B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 邢國忠;林淮;劉宇;張凱平;張康瑋;呂杭炳;謝常青;劉琦;李泠;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 房德權

本發明涉及存儲器技術領域，尤其涉及一種自參考存儲結構及存算一體電路，該自參考存儲結構，包括：三個晶體管，包括：第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管；兩個磁隧道結，包括：第一磁隧道結、第二磁隧道結；所述第一磁隧道結串聯于所述第一晶體管與所述第二晶體管之間；所述第二磁隧道結串聯于所述第二晶體管與所述第三晶體管之間；在開啟第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管時，實現一位二進制信息的寫入；在實現數據存儲時，只需要施加單向電流即可實現一位二進制的寫入，且器件在寫入過程中延時低、功耗小，數據讀取裕度高。

技術領域

本發明涉及存儲器技術領域，尤其涉及一種自參考存儲結構和存算一體電路。

背景技術

磁性隨機存儲器(MRAM)的核心存儲單元為磁隧道結，對該磁隧道結的磁化翻轉需要添加外加磁場，且磁隧道結隧穿磁電阻比較低，因此，現有的存儲器不僅不利于電路集成，而且，寫入過程造成器件功耗較大，讀取裕度低。

因此，如何獲得低功耗低時延以及高讀取裕度的存儲器是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的自參考存儲結構和存算一體電路。

一方面，本發明提供了一種自參考存儲結構，包括：

三個晶體管，包括：第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管；

兩個磁隧道結，包括：第一磁隧道結、第二磁隧道結；

所述第一磁隧道結串聯于所述第一晶體管與所述第二晶體管之間；

所述第二磁隧道結串聯于所述第二晶體管與所述第三晶體管之間；

在所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管導通時，實現一位二進制信息的寫入。

進一步地，所述第一磁隧道結和所述第二磁隧道結均包括：

由下至上的自旋軌道耦合層、鐵磁自由層、隧穿層、鐵磁參考層、頂電極；

其中，所述鐵磁自由層與所述鐵磁參考層均為如下任意一種垂直各項異性的磁性材料：

CoFeB、Co₂FeAl、C_O、CoFe、Fe₃GeTe₂和Ni₃GeTe₂。

進一步地，還包括：

字線、第一位線、第二位線、讀寫控制線、源極線；

所述第一晶體管的第一柵極和第三晶體管的第三柵極均連接所述字線，所述第二晶體管的第二柵極與所述讀寫控制線連接；

所述第一磁隧道結的第一頂電極與所述第二磁隧道結的第二頂電極均與所述源極線連接；

所述第一晶體管的第一漏極連接所述第一位線，所述第三晶體管的第三漏極連接所述第二位線。

進一步地，在通過所述字線對所述第一磁隧道結和所述第二磁隧道結的所述自旋軌道耦合層注入電流時，以控制所述鐵磁自由層的類場力矩和類阻尼力矩之比滿足第一預設條件，實現無外加輔助磁場作用下的確定性磁化翻轉，以使所述第一磁隧道結和所述第二磁隧道結阻態發生確定性切換。

進一步地，在通過對所述自旋軌道耦合層與所述鐵磁自由層之間的反對稱交換作用系數進行調整，以使得所述反對稱交換作用系數滿足0.2～0.3mJ/m²；且

通過所述字線對所述第一磁隧道結和所述第二磁隧道結的所述自旋軌道耦合層注入電流時，以控制所述鐵磁自由層的類場力矩和類阻尼力矩之比滿足第二預設條件時，實現無外加輔助磁場作用下的確定性磁化翻轉，以使所述第一磁隧道結和所述第二磁隧道結的阻態發生確定性切換。