自旋轨道矩差分存储单元及MRAM存储器的制作方法

本发明涉及mram存储器，尤其涉及一种自旋轨道矩差分存储单元及mram存储器。

背景技术：

1、自旋轨道矩磁存储器(sot-mram)基于磁性隧道结的高低两种电阻状态来存储信息，通过自旋轨道矩来实现数据的写入，具有读写分离、写入速度快、写入电流小等优点，是构建下一代非易失主存和缓存的理想器件。

2、但现有的sot-mram的存储过程为了实现确定性翻转，需要额外施加一个恒定的偏置磁场，导致sot-mram芯片集成度普遍不高且结构复杂。因此，目前基于自旋轨道矩的存储单元还有待进一步研究改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种自旋轨道矩差分存储单元，不需要外加磁场就可以实现互补阻态的存储，在状态读取时可以形成差分信号，降低读错误率。

2、第一方面，本发明提供一种自旋轨道矩差分存储单元，包括：

3、第一自旋轨道耦合层；

4、第二自旋轨道耦合层，所述第二自旋轨道耦合层和所述第一自旋轨道耦合层之间保持一定的夹角；

5、连接层，所述第一自旋轨道耦合层和所述第二自旋轨道耦合层通过所述连接层实现电连接；

6、两个磁性隧道结，分别位于所述第一自旋轨道耦合层和所述第二自旋轨道耦合层上，两个所述磁性隧道结的结构相同，且两个所述磁性隧道结的中心距离小于2倍的自身尺寸，使得两个所述磁性隧道结的退磁场互相作为磁矩翻转的偏置场。

7、可选地，所述第二自旋轨道耦合层和所述第一自旋轨道耦合层之间的夹角介于60°～120°。

8、可选地，所述连接层使用与所述第一自旋轨道耦合层和所述第二自旋轨道耦合层相同的材料。

9、可选地，所述连接层使用的材料为导电金属，包括铜和铝的任意一种。

10、可选地，两个所述磁性隧道结包括依次层叠的自由层、势垒层和参考层，所述自由层具有方向可变的垂直磁化，所述参考层具有方向固定的垂直磁化，两个所述磁性隧道结的参考层的磁化方向相同。

11、可选地，两个所述磁性隧道结的形状为圆形，两个所述磁性隧道结的中心距离小于2倍的所述磁性隧道结直径。

12、可选地，两个所述磁性隧道结的形状为椭圆形，两个所述磁性隧道结的中心距离小于2倍的所述磁性隧道结的长轴。

13、可选地，所述第一自旋轨道耦合层远离所述连接层的一端引出第一端口，所述第二自旋轨道耦合层远离所述连接层的一端引出第二端口，所述连接层引出第三端口；

14、两个所述磁性隧道结的顶端引出第四端口和第五端口。

15、可选地，还包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，其中，

16、所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的漏极与所述第五端口相连，所述第二晶体管的栅极和所述第一晶体管的漏极与所述第四端口相连，形成交叉耦合结构；所述第一晶体管的源极与第一位线相连，所述第二晶体管的源极与第一字线相连；

17、所述第三晶体管的源极与所述第一端口相连，所述第四晶体管的源极与所述第二端口相连，所述第三晶体管的栅极以及所述第四晶体管的栅极同时连接于第二字线，所述第三晶体管的漏极与源线相连，所述第四晶体管的漏极与第二位线相连。

18、第二方面，本发明提供一种mram存储器，包括上述的自旋轨道矩差分存储单元。

19、本发明提供的自旋轨道矩差分存储单元，利用两个磁性隧道结的退磁场互相作为磁矩翻转的偏置场，不需要外加磁场就可以实现互补阻态的存储，在状态读取时可以形成差分信号，降低读错误率。

技术特征：

1.一种自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，所述第二自旋轨道耦合层和所述第一自旋轨道耦合层之间的夹角介于60°～120°。

3.根据权利要求1所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，所述连接层使用与所述第一自旋轨道耦合层和所述第二自旋轨道耦合层相同的材料。

4.根据权利要求1所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，所述连接层使用的材料为导电金属，包括铜和铝的任意一种。

5.根据权利要求1所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，两个所述磁性隧道结包括依次层叠的自由层、势垒层和参考层，所述自由层具有方向可变的垂直磁化，所述参考层具有方向固定的垂直磁化，两个所述磁性隧道结的参考层的磁化方向相同。

6.根据权利要求1所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，两个所述磁性隧道结的形状为圆形，两个所述磁性隧道结的中心距离小于2倍的所述磁性隧道结直径。

7.根据权利要求1所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，两个所述磁性隧道结的形状为椭圆形，两个所述磁性隧道结的中心距离小于2倍的所述磁性隧道结的长轴。

8.根据权利要求1所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，所述第一自旋轨道耦合层远离所述连接层的一端引出第一端口，所述第二自旋轨道耦合层远离所述连接层的一端引出第二端口，所述连接层引出第三端口；

9.根据权利要求8所述的自旋轨道矩差分存储单元，其特征在于，还包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，其中，

10.一种mram存储器，其特征在于，所述mram存储器包括如权利要求1至9中任一项所述的自旋轨道矩差分存储单元。

技术总结本发明提供一种自旋轨道矩差分存储单元，包括：第一自旋轨道耦合层；第二自旋轨道耦合层，和所述第一自旋轨道耦合层之间保持一定的夹角；连接层，第一自旋轨道耦合层和第二自旋轨道耦合层通过连接层实现电连接；两个磁性隧道结，分别位于第一自旋轨道耦合层和第二自旋轨道耦合层上，两个磁性隧道结的结构相同，且两个磁性隧道结的中心距离小于2倍的自身尺寸，使得两个磁性隧道结的退磁场互相作为磁矩翻转的偏置场。本发明的差分存储单元不需要外加磁场就可以实现互补阻态的存储。技术研发人员：石以诺,李州,刘波受保护的技术使用者：中电海康集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2