[發明專利]存儲單元及其數據寫入和讀取方法、存儲器、電子設備

在審

• 申請號: 202110467444.6
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113328034A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 楊美音;羅軍;崔巖;許靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L27/22;G11C11/16
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉賀秋

本發明公開了存儲單元及其數據寫入和讀取方法、存儲器、電子設備。該存儲單元包括半導體基底、第一絕緣介質層、鐵電薄膜層、底電極、隧道結、第一金屬互連部、第二金屬互聯部、第三金屬互聯部及第四金屬互聯部。第一絕緣介質層形成于半導體基底上，鐵電薄膜層設置于第一絕緣介質層上，底電極形成于鐵電薄膜層上，隧道結形成于底電極上。第一金屬互連部與底電極的第一端連接，第三金屬互連部與底電極的第二端連接。第二金屬互連部與鐵電薄膜層連接，第四金屬互連部與隧道結連接。與現有技術相比，本發明能夠基于設置的鐵電薄膜層控制隧道結中的磁矩定向翻轉。本發明基于存儲器件單元結構設計，無需外設磁場，充分滿足了器件高集成度的要求。

技術領域

本發明涉及基于電壓控制的磁隨機存儲器技術領域，更為具體來說，本發明能夠提供存儲單元及其數據寫入和讀取方法、存儲器、電子設備。

背景技術

目前，磁隨機存儲器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)是指能夠通過磁化狀態的改變而存儲數據的隨機存儲器，具有非易失性好、低功耗以及抗輻射等優點。磁隨機存儲器的最基本存儲單元是磁性隧道結(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)，在電流作用下誘導隧道結中磁矩發生翻轉，但是這種翻轉的方向是隨機的。為使翻轉方向可控，一般的方案是通過外加磁場方式實現磁矩定向翻轉。但是外加磁場方式必然會增加器件復雜度，導致半導體存儲器件密度低，無法滿足半導體器件的高集成度的要求。

發明內容

為了解決常規的磁隨機存儲器無法兼顧磁矩翻轉方向可控與器件高集成度的問題，本發明提供一種存儲單元及其數據寫入和讀取方法、存儲器、電子設備，以實現得到磁矩翻轉方向可控的高集成度的器件等目的。

為實現上述的技術目的，本發明能夠提供一種磁隨機存儲單元。該磁隨機存儲單元包括但不限于半導體基底、第一絕緣介質層、鐵電薄膜層、底電極、隧道結、第一金屬互連部、第二金屬互聯部、第三金屬互聯部及第四金屬互聯部。第一絕緣介質層形成于半導體基底上，鐵電薄膜層設置于第一絕緣介質層上，底電極形成于鐵電薄膜層上，隧道結形成于底電極上。第一金屬互連部與底電極的第一端連接，第三金屬互連部與底電極的第二端連接；第一端和第二端分別處于底電極的兩側。第二金屬互連部與鐵電薄膜層連接，第四金屬互連部與隧道結連接。

為實現上述的技術目的，本發明還能夠提供一種磁隨機存儲器，該磁隨機存儲器可包括但不限于本發明任一實施例中的磁隨機存儲單元。

為實現上述的技術目的，本發明可提供一種電子設備，該電子設備可包括但不限于本發明任一實施例中的磁隨機存儲器。

為實現上述的技術目的，本發明能提供一種磁隨機存儲單元的數據寫入方法。該磁隨機存儲單元的數據寫入方法可包括但不限于如下步驟。

向鐵電薄膜層及其上的底電極施加電壓，以使鐵電薄膜層處于極化狀態。停止施加電壓，然后向底電極中通入電流，以向底電極上的隧道結中寫入數據。

為實現上述的技術目的，本發明可提供一種磁隨機存儲單元的數據讀取方法。

該磁隨機存儲單元的數據讀取方法可包括但不限于如下的至少一個步驟：向沿豎向依次設置的鐵電薄膜層、底電極以及隧道結施加電壓，以從隧道結中讀取數據。

本發明的有益效果為：

與常規通過外加磁場誘導磁矩發生翻轉的方式相比，本發明能夠基于設置的鐵電薄膜層控制隧道結中的磁矩定向翻轉。基于存儲器件單元結構設計，本發明不需要外設磁場，進而能夠充分滿足器件高集成度的要求。

本發明提供的磁隨機存儲單元或磁隨機存儲器可通過成熟的半導體工藝加工得到，與傳統磁隨機存儲器的加工過程相比幾乎不會增加器件加工成本，所以本發明能夠滿足產業化和大批量生產要求，適于推廣和應用。