基于SOT-MTJ的逻辑运算单元和实现逻辑运算方法

本公开涉及半导体，尤其涉及一种基于自旋轨道矩磁性隧道结sot-mtj的逻辑运算单元和实现逻辑运算方法。

背景技术：

1、自旋逻辑器件由于具有非易失性、低功耗以及易于小型化等优点，尤其是基于自旋轨道矩(sot，spin-orbit torque)的自旋逻辑器件具有高速、高耐久性，因而更加适合存内计算领域的应用，具有较大应用潜力。然而，目前报道的sot逻辑器件大都是以双极性电信号的形式进行逻辑操作，这限制了能进行的逻辑计算的种类以及并行计算领域的应用。

技术实现思路

1、本公开实施例的目的在于提供一种基于自旋轨道矩磁性隧道结sot-mtj的逻辑运算单元和实现逻辑运算方法，用以解决现有技术中sot-mtj器件无法实现全逻辑以及多逻辑并行运算的问题。的问题。

2、本公开的实施例采用如下技术方案：一种基于自旋轨道矩磁性隧道结sot-mtj的逻辑运算单元，包括：公共底电极以及在所述公共底电极表面上的多个磁性隧道结，每个所述磁性隧道结至少包括在所述公共底电极表面上依次制备的自由层、绝缘层、参考层以及顶电极；其中，每个所述顶电极均接入一个对应的调控电压，以调控磁性隧道结的翻转电压阈值；所述公共底电极的一端接入第一输入电压，所述公共底电极的另一端接入第二输入电压，所述第一输入电压和所述第二输入电压之间的差值形成输入电压，以根据所述输入电压的大小和所述翻转电压阈值调整所述磁性隧道结的阻态。

3、本公开的实施例还提供了一种基于上述的逻辑运算单元实现逻辑运算的方法，包括：向公共底电极写入初始电压，使磁性隧道结呈现高阻态；在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整；在读周期内，读取所述磁性隧道结的阻态作为逻辑运算的运算结果。

4、本公开实施例的有益效果在于：通过具有公共底电极的多个磁性隧道结所组成的逻辑运算单元，实现sot-mtj器件的高密度集成，并在公共底电极的输入电压写入情况配合调控电压的写入即可实现多种类型的逻辑运算，有效提升了sot-mtj逻辑运算单元的功能性和集成性。

技术特征：

1.一种基于自旋轨道矩磁性隧道结sot-mtj的逻辑运算单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的逻辑运算单元，其特征在于，在所述调控电压为正电压的情况下，所述翻转电压阈值降低；在所述调控电压为负电压的情况下，所述翻转电压阈值上升。

3.一种基于权利要求1或2所述的逻辑运算单元实现逻辑运算的方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，在所述待进行的逻辑运算为与运算的情况下，第二输入电压为零，所述在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整，包括：

5.根据权利要求3所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，在所述待进行的逻辑运算为或运算的情况下，第二输入电压为零，所述在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整，包括：

6.根据权利要求3所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，在所述待进行的逻辑运算为非运算的情况下，所述在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整，包括：

7.根据权利要求3所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，在所述待进行的逻辑运算为与非运算的情况下，第二输入电压为零，所述在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整，包括：

8.根据权利要求3所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，在所述待进行的逻辑运算为或非运算的情况下，第二输入电压为零，所述在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整，包括：

9.根据权利要求3所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，在所述待进行的逻辑运算为异或运算的情况下，调控电压为零，所述在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整，包括：

10.根据权利要求3所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，在所述待进行的逻辑运算为同或运算的情况下，调控电压为零，所述在写周期内，根据待进行的逻辑运算类型，以调控电压或第二输入电压作为第一输入，以第一输入电压作为第二输入，对所述磁性隧道结的阻态进行调整，包括：

11.根据权利要求3至10中任一项所述的实现逻辑运算的方法，其特征在于，共用所述公共底电极的所有磁性隧道结中的至少一部分磁性隧道结并行执行至少一种逻辑运算。

技术总结本公开提供了一种基于SOT‑MTJ的逻辑运算单元和实现逻辑运算方法，该单元包括：公共底电极以及多个磁性隧道结，每个磁性隧道结至少包括自由层、绝缘层、参考层以及顶电极；每个顶电极均接入一个对应的调控电压，以调控磁性隧道结的翻转电压阈值；公共底电极的一端接入第一输入电压，公共底电极的另一端接入第二输入电压，第一输入电压和第二输入电压之间的差值形成输入电压，以根据输入电压的大小和翻转电压阈值调整磁性隧道结的阻态。本公开通过具有公共底电极的多个磁性隧道结所组成的逻辑运算单元，实现SOT‑MTJ器件的高密度集成，并在公共底电极的输入电压写入情况配合调控电压的写入即可实现多种类型的逻辑运算。技术研发人员：罗军,杨博文,杨美音,崔岩,许静受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所技术研发日：技术公布日：2024/3/24