一种SOT-MRAM存储单元及其读取、写入方法与流程

本发明涉及自旋轨道矩磁阻式随机存储器领域，特别是涉及一种sot-mram存储单元及其读取、写入方法、一种磁性存储设备。

背景技术：

1、基于自旋轨道矩磁阻式随机存储器(sot-mram)是下一代的磁性随机存储器(mram)技术。sot-mram的元器件是一个三端器件。如图1所示，元器件由磁隧道结(mtj)组件和自旋轨道效应层组成，含有a、b、c三端与外部相连。这样一来，sot-mtj的读写通道完全分离。即，写入数据时，wwl(写入字线)控制的晶体管打开，电流从位线(bl)经由自旋轨道效应层流向源线(sl)(或反向)，此时rwl(读取字线)控制的晶体管关断，无电流从c端口经mtj流过，但是这种情况下不能保证写入数据的成功率。

2、为了保证写入数据的成功率，通常需要额外的磁场或者电流辅助，才能实现确定性的定向翻转，进而成功写入新数据。其中，引入电流辅助翻转的方式可以通过在写入数据时同时开启wwl和rwl控制的晶体管达成，此时电流同时通过自旋轨道效应层和mtj流过(例如，电流同时从a端口和c端口分别流向b端口)，stt和sot效应叠加后实现确定的翻转，而这就导致wwl对应的晶体管需要较强的供流能力，反映在结构上为对应的写入晶体管的栅极在字线方向上过长(越长相当于晶体管越宽，电流流量也随之增加)，这就使得存储单元占用面积过大，元器件的存储密度降低。

3、因此，如何在保障数据写入成功率的前提下，提供一种缩小存储单元面积的手段，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种sot-mram存储单元及其读取、写入方法、一种磁性存储设备，以解决现有技术中想要稳定的高数据写入成功率，就必须面对的存储单元面积大，存储密度低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种sot-mram存储单元，包括mtj组件、设置于所述mtj组件的底端的自旋轨道效应层及沿位线方向依次设置的第一写入晶体管、第二写入晶体管及读取晶体管；

3、所述读取晶体管与所述第二写入晶体管串联，且所述读取晶体管的源极与所述源线相连，所述读取晶体管的漏极分别与所述第二写入晶体管的源极及mtj组件的顶端相连；

4、所述第二写入晶体管的漏极与所述自旋轨道效应层的第一端相连；

5、所述第一写入晶体管与串联后的所述读取晶体管及所述第二写入晶体管并联；

6、所述自旋轨道效应层的第二端连接于所述位线。

7、可选地，在所述的sot-mram存储单元中，所述自旋轨道效应层可为重金属层或拓扑绝缘体层或反铁磁合金层。

8、可选地，在所述的sot-mram存储单元中，所述重金属层包括pt层、ta层、w层、ir层及hf层中的至少一种。

9、可选地，在所述的sot-mram存储单元中，所述拓扑绝缘体层包括bise层、bite层、bisete层、bisb层及bisbte层中的至少一种。

10、可选地，在所述的sot-mram存储单元中，所述反铁磁合金层包括irmn层及ptmn层中的至少一种。

11、一种磁性存储设备，所述磁性存储设备包括上述任一种所述的sot-mram存储单元。

12、一种sot-mram存储单元的写入方法，上述任一种所述的sot-mram存储单元的写入方法包括：

13、接收写入启动信号；

14、根据所述写入启动信号，分别发送对应的高电位信号至第一写入字线、第二写入字线及读取字线，使所述第一写入晶体管、所述第二写入晶体管及所述读取晶体管导通；

15、发送写入信号，使所述mtj组件实现确定的翻转。

16、可选地，在所述的sot-mram存储单元的写入方法中，所述第一写入字线对应的高电位信号的值、所述第二写入字线对应的高电位信号的值及所述读取字线对应的高电位信号的值相同。

17、可选地，在所述的sot-mram存储单元的写入方法中，所述根据所述写入启动信号，分别发送对应的高电位信号至第一写入字线、第二写入字线及读取字线包括：

18、根据所述写入启动信号，同时发送对应的高电位信号至第一写入字线、第二写入字线及读取字线。

19、一种sot-mram存储单元的读取方法，上述任一种所述的sot-mram存储单元的读取方法包括：

20、接收读取启动信号；

21、根据所述读取启动信号，分别发送对应的低电位信号至第一写入字线、第二写入字线，使所述第一写入晶体管、所述第二写入晶体管关断；发送对应的高电位信号至读取字线，使所述读取字线导通；

22、发送读取信号；

23、接收所述mtj组件根据所述读取信号，经所述自旋轨道效应层返回的数据信号。

24、本发明所提供的sot-mram存储单元，包括mtj组件、设置于所述mtj组件的底端的自旋轨道效应层及沿位线方向依次设置的第一写入晶体管、第二写入晶体管及读取晶体管；所述读取晶体管与所述第二写入晶体管串联，且所述读取晶体管的源极与所述源线相连，所述读取晶体管的漏极分别与所述第二写入晶体管的源极及mtj组件的顶端相连；所述第二写入晶体管的漏极与所述自旋轨道效应层的第一端相连；所述第一写入晶体管与串联后的所述读取晶体管及所述第二写入晶体管并联；所述自旋轨道效应层的第二端连接于所述位线。

25、本发明为所述sot-mram存储单元配备了两个写入晶体管，一个读取晶体管，且令所述读取晶体管串接于所述第二写入晶体管前方，使写入时的电流大大增加，相应地，也就可以减少每一个晶体管在字线方向上的长度，另外，与所述读取晶体管相对，设置于所述sot-mram存储单元另一端的第一写入组件还可在关断状态下实现相邻的存储单元之间的电隔离，替换掉现有技术中的浅槽隔离，也可缩短所述sot-mram存储单元沿位线方向的长度，两个互相垂直的方向上的长度均缩短，进而大大降低了存储单元的占用面积，提高了存储密度，同时，本发明还令所述读取晶体管的源极分出一条支路到所述mtj组件的顶端，提供从mtj组件穿过所述自旋轨道效应层的自旋转移力矩，保障数据的成功写入。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的sot-mram存储单元的读取、写入方法、一种磁性存储设备。

技术特征：

1.一种sot-mram存储单元，其特征在于，包括mtj组件、设置于所述mtj组件的底端的自旋轨道效应层及沿位线方向依次设置的第一写入晶体管、第二写入晶体管及读取晶体管；

2.如权利要求1所述的sot-mram存储单元，其特征在于，所述自旋轨道效应层可为重金属层或拓扑绝缘体层或反铁磁合金层。

3.如权利要求2所述的sot-mram存储单元，其特征在于，所述重金属层包括pt层、ta层、w层、ir层及hf层中的至少一种。

4.如权利要求2所述的sot-mram存储单元，其特征在于，所述拓扑绝缘体层包括bise层、bite层、bisete层、bisb层及bisbte层中的至少一种。

5.如权利要求2所述的sot-mram存储单元，其特征在于，所述反铁磁合金层包括irmn层及ptmn层中的至少一种。

6.一种磁性存储设备，其特征在于，所述磁性存储设备包括如权利要求1至5任一项所述的sot-mram存储单元。

7.一种sot-mram存储单元的写入方法，其特征在于，如权利要求1至5任一项所述的sot-mram存储单元的写入方法包括：

8.如权利要求7所述的sot-mram存储单元的写入方法，其特征在于，所述第一写入字线对应的高电位信号的值、所述第二写入字线对应的高电位信号的值及所述读取字线对应的高电位信号的值相同。

9.如权利要求7所述的sot-mram存储单元的写入方法，其特征在于，所述根据所述写入启动信号，分别发送对应的高电位信号至第一写入字线、第二写入字线及读取字线包括：

10.一种sot-mram存储单元的读取方法，其特征在于，如权利要求1至5任一项所述的sot-mram存储单元的读取方法包括：

技术总结本发明涉及自旋轨道矩磁阻式随机存储器领域，特别是公开了一种SOT‑MRAM存储单元及其读取、写入方法，包括MTJ组件、设置于所述MTJ组件的底端的自旋轨道效应层及沿位线方向依次设置的第一写入晶体管、第二写入晶体管及读取晶体管；所述读取晶体管与所述第二写入晶体管串联，且所述读取晶体管的源极与所述源线相连，所述读取晶体管的漏极分别与所述第二写入晶体管的源极及MTJ组件的顶端相连；所述第二写入晶体管的漏极与所述自旋轨道效应层的第一端相连；所述第一写入晶体管与串联后的所述读取晶体管及所述第二写入晶体管并联；所述自旋轨道效应层的第二端连接于所述位线。本发明降低了存储单元的占用面积，提高了存储密度。技术研发人员：何世坤,李琨琨,刘恩隆受保护的技术使用者：浙江驰拓科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/17