CN105355784A - 相变自旋非易失存储单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种相变自旋非易失存储单元，其包括磁固定层、间隔层、磁自由层、第一电极以及第二电极，所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，所述第一电极设置在所述磁固定层上，所述第二电极设置在所述磁自由层上，其中，所述间隔层的材料为相变材料。
Description
本案是申请人在2015年6月8日申请的申请号为201510307513.1，名称为“相变自旋非易失存储单元”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种相变自旋非易失存储单元。
背景技术
存储器是信息产业中重要的组成部件之一，如何发展新型的低成本、高密度、速度快、长寿命的非易失存储器一直是信息产业研究的重要方向。
目前常用的非易失存储器包括相变存储器以及磁存储器。相变存储器是一种非磁性存储器，其在存储过程中，利用相变材料的非晶态（高阻态）和晶态（低阻态）两种状态间阻值的变化进行数据存储。相变存储器虽然能提供比传统DRAM更高的可扩展性，却存在写次数有限、读写性能不对称等问题。而且由于改变相变存储器状态需要的延时和能量都比较高，使得其在写操作性能和功耗方面处于劣势。磁存储器虽然具有高的集成度，却存在读写延迟较高的问题，而且目前磁存储器的材料比较复杂，导致目前磁存储器的成本都较高。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有低功耗、成本低且读写性能较好的相变自旋非易失存储单元。
一种相变自旋非易失存储单元，包括磁固定层、间隔层、磁自由层，所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，其中，所述间隔层的材料为相变材料，所述相变材料为晶态相变材料或非晶态相变材料。
相较于现有技术，本发明提供的相变自旋非易失存储单元中采用相变材料作为间隔层的材料，大大地降低了该相变自旋非易失存储单元的功耗、制作工艺和成本，且有效地提高了该相变自旋非易失存储单元的读写性能，从而使该相变自旋非易失存储单元易于大规模的生产以及商业化应用。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图2为本发明第一实施例a提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图3为本发明第一实施例b提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图4为本发明第一实施例提供的相变自旋非易失存储单元作为非易失数字存储器写入数据的工作原理示意图。
图5为本发明第一实施例提供的相变自旋非易失存储单元作为非易失数字存储器读出数据的工作原理示意图。
图6为本发明第一实施例提供的相变自旋非易失存储单元作为忆阻器读写数据的工作原理示意图。
图7为本发明第二实施例提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图8为本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图9为本发明第三实施例a提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图10为本发明第三实施例b提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图11为本发明第四实施例提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
图12为本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元的结构示意图。
主要元件符号说明
| 相变自旋非易失存储单元 | 10，10a，10b，20，30，30a，30b，40，50 |
| 磁固定层 | 102，302 |
| 间隔层 | 104，104a，104b，304，304a，304b |
| 磁自由层 | 106，206，306，406，506 |
| 第一磁固定层 | 202，402，502 |
| 第一间隔层 | 204，404，504 |
| 第二间隔层 | 208，408，508 |
| 第二磁固定层 | 210，410，510 |
| 第一电极 | 108，212，308，412，512 |
| 第二电极 | 110，214，310，414，514 |
| 第三电极 | 216，416，516 |
| 第四电极 | 218，418，518 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将对本发明实施例提供的相变自旋非易失存储单元作进一步说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种相变自旋非易失存储单元10，该相变自旋非易失存储单元10为一磁存储单元，包括磁固定层102、间隔层104、磁自由层106、第一电极108以及第二电极110，其中所述磁固定层102、间隔层104以及磁自由层106依次层叠设置，所述第一电极108设置在所述磁固定层102表面，所述第二电极110设置在所述磁自由层106表面，所述间隔层104的材料为相变材料。
所述磁固定层102、间隔层104以及磁自由层106依次层叠设置。具体地，所述间隔层104设置在所述磁固定层102和磁自由层106之间，且该间隔层104分别与所述磁固定层102和磁自由层106接触接触设置。
所述磁固定层102以及磁自由层106的材料相同，为磁性材料。该磁性材料可以为磁性合金或磁性单质金属。优选地，所述磁固定层102和磁自由层106的材料为赫斯勒（Heusler）合金。该Heusler合金具有半金属性(halfmetallic),理论上有高自旋流入射(spininjection)效率，因此小写入电流和读出电流也能使所述非易失存储单元工作，从而可有效地降低该非易失存储单元的功耗。
所述间隔层104用于间隔所述磁固定层102和磁自由层106。该间隔层104的材料为所述相变材料。所述相变材料可以为硫系化合物。优选地，所述相变材料为二元、三元或四元硫系化合物，如可包括两类硫系化合物，一类为(GeTe)x(Sb2Te3)y，其中，x和y为整数。另一类为Sb-Te二元化合物与少量如In、Ag、Bi、Ga、Se、Ti、Sn和Ge中至少一种的混合物。该硫系化合物包括但不限于：Ge-Te、Sb-Te、Bi-Te、Ge-Sb、Sn-Te、Sb-Se、In-Se、Ge-Sb-Te、In-Sb-Te、As-Sb-Te、Sn-Sb-Te、Ge-Te-Sn、Sb-Se-Bi、Ga-Te-Se、Ge-Te-Ti、Ge-Te-Sn-O、Ge-Te-Sn-Ag、Ag-In-Sb-Te及其混合合金中的至少一种。更为优选地，所述硫系化合物为Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4、Ge1Sb4Te7、GeTe、GeSb、Sb2Te3、Sb70Te30、Ag5In5Sb60Te30、Bi2Te3以及Sb2Se3中的至少一种。本发明实施例中选取Ge-Sb-Te作为所述间隔层的材料。
该相变材料具有两种相变状态：晶态（crystalline）和非晶态（amorphous）。该相变自旋非易失存储单元10中的的间隔层104为晶态相变材料或非晶态相变材料。对应不同的相变状态可形成不同类型的所述相变自旋非易失存储单元10。需要说明的是，本发明第一实施例中并非利用所述相变材料的工作过程中的相变来实现存储，而是固定选择晶态或非晶态相变材料作为所述间隔层104。具体地，该相变自旋非易失存储单元10可以为巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节。
请参阅图2，本发明第一实施例a中，所述相变自旋非易失存储单元10为相变自旋非易失存储单元10a，该相变自旋非易失存储单元10a为巨磁阻效应节，或者说，将巨磁阻效应节应用于所述相变自旋非易失存储单元10a中。其中，该相变自旋非易失存储单元10a间隔层104a的材料为晶态相变材料。该晶态相变材料呈金属性，具有较高的导电性。
请参阅图3，本发明第一实施例b中，所述相变自旋非易失存储单元10为相变自旋非易失存储单元10b，该相变自旋非易失存储单元10b为隧穿磁阻效应节，或者说，将隧穿磁阻效应节应用于所述相变自旋非易失存储单元10b中。其中，该相变自旋非易失存储单元10b间隔层104b的材料为非晶态相变材料。该非晶态相变材料呈绝缘性。
所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节的工作原理为：带负电的电子从所述磁固定层102一侧注入巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，自旋极化电流引起的自旋转移矩(spintransfertorque)使得所述磁自由层106内的磁化方向翻转(假设初始时磁固定层102和磁自由层106中的磁化方向相反)，获得巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节的低磁阻状态。而当电子从所述磁自由层106一侧注入巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，自旋极化电流引起的自旋转移矩使得所述磁自由层106内的磁化方向翻转(假设初始时磁固定层102和磁自由层106中的磁化方向相同)，获得巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节的高磁阻状态。
这两种磁阻效应节处于高低阻状态的判断方法可以为：当电流通过具有相同磁化方向的磁自由层106与磁固定层102的巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，自旋极化与磁层磁化方向相反的电子不受自旋转移矩作用，能无阻碍地通过；而自旋极化方向与磁层磁化方向相同的电子在两个磁层中都受到自旋转移矩作用而发生散射，相当于有阻碍地通过。总体来说，这时巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节磁阻低，两端电压低从而判定为低阻状态。而当电流通过具有相反磁化方向的磁自由层106与磁固定层102的巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，两种自旋极化方向的电子都会在其中一个磁层中受到自旋转移矩作用而发生散射，相当于有阻碍地通过。总体来说，这时巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节磁阻高，两端电压高从而判定为高阻状态。
通常所述隧穿磁阻效应节的高磁阻态绝对阻值远大于所述巨磁阻效应节的高磁阻态绝对阻值，根据该特性，所述隧穿磁阻效应节和巨磁阻效应节可应用于不同场合。
由于该相变自旋非易失存储单元10的间隔层104采用所述相变材料，因此，一个结构即可在不同的应用场合即可来回变换。具体地，可通过采用使所述相变材料在不同相变状态之间的变换即可实现在不同场合下隧穿磁阻效应节和巨磁阻效应节的切换而无需改变该相变自旋非易失存储单元10的机械结构。此外，所述相变材料可大大简化所述非易失存储单元的制作工艺和制作成本而且可以提高该相变自旋非易失存储单元10的读写性能。
所述第一电极108设置在所述磁固定层102上，用于向所述磁固定层102输入或从该磁固定层102读出电流。所述第一电极108设置在所述磁固定层102远离所述间隔层104的表面。具体地，所述第一电极108与所述间隔层104间隔设置。
所述第二电极110设置在所述磁自由层106上，用于向所述磁自由层102输入或从该磁自由层106读出电流。所述第二电极110设置在所述磁自由层108远离所述间隔层104的表面。换句话说，所述第二电极110与所述间隔层104间隔设置。
所述第一电极108和第二电极110为导电材料，可以为但不限于金属、合金以及导电碳材料中的至少一种。
进一步地，该相变自旋非易失存储单元10包括数据写入电路以及数据读出电路（图未示）。所述数据写入电路和数据读出电路可以该相变自旋非易失存储单元10应用场合的不同分别为恒流信号源和脉冲信号源。
该相变自旋非易失存储单元10可为非易失数字存储器或非易失模拟存储器。所述非易失模拟存储器可以为忆阻器。当所述相变自旋非易失存储单元10为非易失数字存储器时，所述数据写入电路和数据读出电路可以为所述恒流源。当所述相变自旋非易失存储单元10为所述忆阻器时，所述数据写入电路和数据读出电路为所述脉冲信号源。
该相变自旋非易失存储单元10作为非易失数字存储器的原理是：写入比特数据过程请参阅图4，当带负电的电子从磁固定层102一侧注入巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，自旋极化电流引起的自旋转移矩使得所述磁自由层106内的磁化方向翻转(假设初始时所述磁固定层102和磁自由层106中的磁化方向相反)，获得巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节的低磁阻状态，也就是为器件写入比特信息0；而当电子从磁自由层106一侧注入巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，自旋极化电流引起的自旋转移矩使得磁自由层106内的磁化方向翻转(假设初始时磁固定层102和磁自由层106中的磁化方向相同)，获得巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节的高磁阻状态，也就是为器件写入比特信息1。
读出比特数据过程进一步参阅图5，当电流通过具有相同磁自由层106与磁固定层102磁化方向的巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，自旋极化与磁层磁化方向相反的电子不受自旋转移矩作用，能无阻碍地通过；而自旋极化方向与磁层磁化方向相同的电子在两个磁层中都受到自旋转移矩作用而发生散射，相当于有阻碍地通过。总体来说，这时巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节磁阻低，读出电压低而被判断为比特0位。而当电流通过具有相反磁自由层106与磁固定层102磁化方向的巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节时，两种自旋极化方向的电子都会在其中一个磁层中受到自旋转移矩作用而发生散射，相当于有阻碍地通过。总体来说，这时巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节磁阻高，读出电压高而被判断为比特1位。
该相变自旋非易失存储单元10作为所述忆阻器时可用来模拟生物神经网络中连接两神经元强度可调的突触。请参阅图6，该相变自旋非易失存储单元10作为所述忆阻器的工作原理为：在写入比特数据时，利用短时强度较小的脉冲电流引起的自旋转移矩使得磁自由层内的磁畴壁（domainwall）连续地移动，从而连续地改变巨磁阻效应节或隧穿磁阻效应节的磁阻大小，实现多值存储（不仅存储0，1两位），同理，也因所处磁阻状态不同而读出不同的比特位。
请参阅图7，本发明第二实施例提供一种相变自旋非易失存储单元20，该相变自旋非易失存储单元20包括第一磁固定层202、第一间隔层204、磁自由层206、第二间隔层208、第二磁固定层210、第一电极212、第二电极214、第三电极216以及第四电极218，其中，所述第一磁固定层202、第一间隔层204、磁自由层206、第二间隔层208以及第二磁固定层210依次层叠设置，所述第一电极212设置在所述第一磁固定层202上，所述第二电极214设置在所述第二磁固定层210上，所述第三电极216和第四电极218设置在所述磁自由层206上且所述第三电极216和第四电极218间隔设置，其中，所述第一间隔层204的材料为非晶态相变材料，所述第二间隔层208的材料为晶态相变材料。
所述相变自旋非易失存储单元20同时包括所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节。具体地，所述第一磁固定层202、第一间隔层204以及磁自由层206构成所述隧穿磁阻效应节。所述第二磁固定层210、第二间隔层208以及磁自由层206构成所述巨磁阻效应节。所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节共用所述磁自由层206。所述巨磁阻效应节用于写入数据，所述隧穿磁阻效应节用于读出数据。
所述第一磁固定层202、第一间隔层204、磁自由层206、第二间隔层208以及第二磁固定层210依次层叠设置。本发明实施例中，所述第一磁固定层202、第一间隔层204、磁自由层206、第二间隔层208以及第二磁固定层210依次层叠且相邻各层之间接触设置。
所述第一磁固定层202、磁自由层206以及第二磁固定层210的材料以及功能与本发明第一实施例中的磁固定层102以及磁自由层106的材料以及功能相同。
所述第一间隔层204和第二间隔层208的材料均为所述相变材料，该相变材料与所述第一实施例列举说明的相变材料相同。不同的是，所述第一间隔层204的材料为非晶态相变材料，所述第二间隔层208的材料为晶态相变材料。所述相变自旋非易失存储单元20在工作时，该第一间隔层204和第二间隔层208的相变状态保持不变，即他们在工作过程中均不会发生相变。
所述第一电极212以及第四电极218作为读出电极与所述隧穿磁阻效应节一起为该相变自旋非易失存储单元20读出数据。所述第二电极214与第三电极216作为写入电极与所述巨磁阻效应节一起为该相变自旋非易失存储单元20写入数据。
所述第一电极212设置在所述第一磁固定层202远离所述第一间隔层204的表面，所述第四电极218与所述第二间隔层208设置在所述磁自由层206的同一表面且相互间隔设置。所述第二电极214设置在所述第二磁固定层210远离所述第二间隔层208的表面。所述第三电极216与所述第一间隔层204设置在所述磁自由层206的同一表面且相互间隔设置。所述第一电极212、第二电极214、第三电极216以及第四电极218与所述第一电极108以及第二电极110的材料相同。
本发明第二实施例提供的相变自旋非易失存储单元20同时集成所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节且利用两个效应节分别实现数据的写入和读出。其中，所述隧穿磁阻效应节具有较高的绝对磁阻值，因而小电流就能产生大的电压降，从而可以使用小的读出电流来获取显著的读出电压，从而可以降低功耗。另外所述巨磁阻效应节绝对磁阻值较小，且所述材料都呈金属性，因此可以在低电压下工作，从而可以降低写入数据时的功耗且提高该相变自旋非易失存储单元20的读写性能。此外，如上所述，采用所述相变材料作为所述相变自旋非易失存储单元20的间隔层可简化所述所述相变自旋非易失存储单元20制作工艺以及降低成本，而且提高该相变自旋非易失存储单元20的读写性能。
与本发明第一实施例类似地，本发明第二实施例提供的相变自旋非易失存储单元20可以为非易失存储器或忆阻器。其工作过程以及原理与本发明第一实施例提供的工作过程以及原理相同在此不再赘述。
请参阅图8，本发明第三实施例提供一种相变自旋非易失存储单元30，其包括：磁固定层302、间隔层304、磁自由层306、第一电极308以及第二电极310。
本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元30与所述相变自旋非易失存储单元10基本相同。区别在于，所述磁固定层302以及磁自由层306的材料为稀释型磁性相变材料。
所述稀释型磁性相变材料整体呈磁性，包括相变材料以及掺杂在该相变材料中能引起磁性的元素构成。所述掺杂在该相变材料中能引起磁性的元素优选地可以为铁磁性元素，所述铁磁性元素可以为一种或多种铁磁性单质金属元素。所述铁磁性单质金属元素优选地为过渡金属元素，可以为但不限于Co、Fe以及Ni。本发明第三实施例所述的相变材料与本发明第一实施例所述的相变材料相同。更为优选地，本发明第三实施例中，所述稀释型磁性相变材料为稀释型磁性Ge-Sb-Te材料。该稀释型磁性Ge-Sb-Te材料可由所述过渡金属元素掺杂Ge-Sb-Te材料产行铁磁性而形成。
此外，所述相变自旋非易失存储单元30与相变自旋非易失存储单元10的另一区别在于，本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元30中的间隔层304的材料除了可以为所述晶态或非晶态的相变材料外，还可以为习知的巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节中所采用的间隔层304的材料。
具体地，请参阅图9，本发明第三实施例a中，所述相变自旋非易失存储单元30为相变自旋非易失存储单元30a，该相变自旋非易失存储单元30a为巨磁阻效应节。其中，该相变自旋非易失存储单元10a间隔层304a的材料可为所述晶态相变材料，此外，也可以为常用的巨磁阻效应节所使用的导电材料。优选地，所述间隔层304a的材料为非铁磁性金属。本发明第三实施例a中，所述间隔层的材料为Cr。
请参阅图10，本发明第三实施例b中，所述相变自旋非易失存储单元30为相变自旋非易失存储单元30b，该相变自旋非易失存储单元30b为隧穿磁阻效应节。其中，该相变自旋非易失存储单元30b间隔层304b的材料为绝缘材料，该绝缘材料可以为所述非晶态相变材料，也可以为绝缘性金属氧化物，可以为但不限于MgO以及Al2O3中的至少一种。
本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元30（包括30a和30b）不仅可以降低功耗，还有效地简化了一般磁性器件磁性操控的方案和磁材料的选择。具体地，一般磁性器件通常利用电流引起的自旋转移矩来引起磁自由层磁化方向的变化（写入过程）或用来感知磁阻大小（读出过程），然而，这种方法依然相对复杂，仍然无法有效的大规模的工业化引用。而本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元30不仅可以使用自旋转移矩来引起磁自由层磁化方向的变化，还可以使用电流焦耳热效应引起相变材料的相变来驱动磁自由层中磁性的变化。此外，还可以同时使用所述自旋转移矩和焦耳热效应驱动磁自由层中磁性的变化，从而有效地的简化了磁的操控方案，而且提高了存储效率。另一方面，用所述稀释型磁性相变材料来取代现有技术中磁性器件中常用的磁性合金（此类磁性合金在现在芯片生产线上并不常用），可有效地降低生产成本以及利于大规模的生产应用。
本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元40可以为所述非易失存储器或忆阻器。其工作过程以及原理与本发明第一实施例提供的工作过程以及原理类似在此不再赘述。
请参阅图11，本发明第四实施例提供一种相变自旋非易失存储单元40，该相变自旋非易失存储单元40包括第一磁固定层402、第一间隔层404、磁自由层406、第二间隔层408、第二磁固定层410、第一电极412、第二电极414、第三电极416以及第四电极418，其中，所述第一磁固定层402、第一间隔层404、磁自由层406、第二间隔层408以及第二磁固定层410依次层叠设置，所述第一电极412设置在所述第一磁固定层402上，所述第二电极414设置在所述第二磁固定层410上，所述第三电极416和第四电极418设置在所述磁自由层406上且所述第三电极416和第四电极418间隔设置，其中，所述第一磁固定层402、磁自由层406以及第二磁固定层410的材料为所述稀释型磁性相变材料。
本发明第四实施例提供的相变自旋非易失存储单元40与所述相变自旋非易失存储单元20的结构基本相同，区别在于，所述相变自旋非易失存储单元40中的所述第一磁固定层402、磁自由层406以及第二磁固定层410的材料为所述稀释型磁性相变材料。
同样地，该相变自旋非易失存储单元40同时包括所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节。具体地，所述第一磁固定层402、第一间隔层404以及磁自由层406构成所述隧穿磁阻效应节。所述第二磁固定层410、第二间隔层408以及磁自由层406构成所述巨磁阻效应节。所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节共用所述磁自由层406。所述巨磁阻效应节用于写入数据，所述隧穿磁阻效应节用于读出数据。
所述第一磁固定层402、磁自由层406以及第二磁固定层410的材料以及功能与对应与本发明第三实施例提供的磁固定层302b、磁自由层306以及磁固定层302a相同。
所述第一间隔层404与所述间隔层304b的材料和功能相同。所述第二间隔层408与所述间隔层304a的材料和功能相同。
所述第一电极412以及第四电极418作为读出电极与所述隧穿磁阻效应节一起为该相变自旋非易失存储单元40读出数据。所述第二电极414与第三电极416作为写入电极与所述巨磁阻效应节一起为该相变自旋非易失存储单元40写入数据。
所述第一电极412设置在所述第一磁固定层202远离所述第一间隔层404的表面，所述第四电极418与所述第二间隔层408设置在所述磁自由层406的同一表面且相互间隔设置。所述第二电极414设置在所述第二磁固定层410远离所述第二间隔层408的表面。所述第三电极416与所述第一间隔层404设置在所述磁自由层406的同一表面且相互间隔设置。所述第一电极412、第二电极414、第三电极416以及第四电极418与所述第一电极108以及第二电极110的材料相同。
本发明第四实施例提供的相变自旋非易失存储单元40同时集成所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节且利用两个效应节分别实现数据的写入和读出。其中，所述隧穿磁阻效应节具有较高的绝对磁阻值，因而小电流就能产生大的电压降，从而可以使用小的读出电流来获取显著的读出电压，从而可以降低功耗。另外所述巨磁阻效应节绝对磁阻值较小，且所述材料都呈金属性，因此可以在低电压下工作，从而可以降低写入数据时的功耗。此外，该相变自旋非易失存储单元40还有效地简化了一般磁性器件磁性操控的方案和磁材料的选择。与本发明第三实施例提供的相变自旋非易失存储单元30类似地，该相变自旋非易失存储单元40不仅可以使用自旋转移矩来引起磁自由层磁化方向的变化，还可以使用电流焦耳热效应引起相变材料的相变来驱动磁自由层中磁性的变化。此外，还可以同时使用所述自旋转移矩和焦耳热效应驱动磁自由层中磁性的变化，从而有效地的简化了磁的操控方案，而且提高了存储效率。另一方面，用所述稀释型磁性相变材料来取代现有技术中磁性器件中常用的磁性合金（此类磁性合金在现在芯片生产线上并不常用），可有效地降低生产成本以及利于大规模的生产应用。
与本发明第三实施例类似地，本发明第四实施例提供的相变自旋非易失存储单元40可以为非易失存储器或忆阻器。其工作过程以及原理与本发明第三实施例提供的工作过程以及原理相同在此不再赘述。
请参阅图12，本发明第五实施例进一步提供一种相变自旋非易失存储单元50，该相变自旋非易失存储单元50包括第一磁固定层502、第一间隔层504、磁自由层506、第二间隔层508、第二磁固定层510、第一电极512、第二电极514、第三电极516以及第四电极518，其中，所述第一磁固定层502、第一间隔层504、磁自由层506、第二间隔层508以及第二磁固定层510依次层叠设置，所述第一电极512设置在所述第一磁固定层502上，所述第二电极514设置在所述第二磁固定层510上，所述第三电极516和第四电极518设置在所述磁自由层506上且所述第三电极516和第四电极518间隔设置，其中，所述第一磁固定层502、磁自由层506以及第二磁固定层510的材料为所述稀释型磁性相变材料且所述第一间隔层504的材料为所述非晶态相变材料，所述第二间隔层506的材料为所述晶态相变材料。
本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元50与本发明第四实施例提供的所述相变自旋非易失存储单元40的结构相同。区别在于，本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元50中除所述第一磁固定层502、磁自由层506以及第二磁固定层510的材料为所述稀释型磁性相变材料外，同时，所述第一间隔层504的材料为所述非晶态相变材料且所述第二间隔层506的材料为所述晶态相变材料。
本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元50与本发明第四实施例提供的所述相变自旋非易失存储单元40的工作原理相同以及应用方式（如存储器和忆阻器）相同，在此不再赘述。
本发明第五实施例提供的相变自旋非易失存储单元50同时集成所述巨磁阻效应节和隧穿磁阻效应节且利用两个效应节分别实现数据的写入和读出。其中，所述隧穿磁阻效应节具有较高的绝对磁阻值，因而小电流就能产生大的电压降，从而可以使用小的读出电流来获取显著的读出电压，从而可以降低功耗。另外所述巨磁阻效应节绝对磁阻值较小，且所述材料都呈金属性，因此可以在低电压下工作，从而可以降低写入数据时的功耗且提高该相变自旋非易失存储单元50的读写性能。此外，如上所述，采用所述相变材料作为所述相变自旋非易失存储单元50的间隔层可简化所述所述相变自旋非易失存储单元50制作工艺以及降低成本，而且提高该相变自旋非易失存储单元50的读写性能。另外，该相变自旋非易失存储单元50还有效地简化了一般磁性器件磁性操控的方案和磁材料的选择。该相变自旋非易失存储单元50不仅可以使用自旋转移矩来引起磁自由层磁化方向的变化，还可以使用电流焦耳热效应引起相变材料的相变来驱动磁自由层中磁性的变化。此外，还可以同时使用所述自旋转移矩和焦耳热效应驱动磁自由层中磁性的变化，从而有效地的简化了磁的操控方案，而且提高了存储效率。另一方面，用所述稀释型磁性相变材料来取代现有技术中磁性器件中常用的磁性合金（此类磁性合金在现在芯片生产线上并不常用），可有效地降低生产成本以及利于大规模的生产应用。相变材料目前尚没有在磁性技术中的应用，这种全相变材料的设计方案大大简化了材料方案，集电性质、磁性质于一身的相变材料可对存储产业和电子工业界产生巨大影响。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种相变自旋非易失存储单元，其特征在于，该相变自旋非易失存储单元包括磁固定层、间隔层、磁自由层，所述磁固定层、间隔层以及磁自由层依次层叠设置，其中，所述间隔层的材料为相变材料，所述相变材料为晶态相变材料或非晶态相变材料。
2.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，进一步包括第一电极与第二电极，所述第一电极设置在所述磁固定层上，所述第二电极设置在所述磁自由层上。
3.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述磁固定层与所述磁自由层的材料为磁性合金或磁性单质金属。
4.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述磁性材料为赫斯勒（Heusler）合金。
5.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料是(GeTe)x(Sb2Te3)y，其中x和y为整数。
6.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料是Sb-Te二元化合物与In、Ag、Bi、Ga、Se、Ti、Sn和Ge中至少一种的混合物。
7.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料为晶态相变材料，该晶态相变材料呈金属性。
8.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变材料为非晶态相变材料，该非晶态相变材料呈绝缘性。
9.如权利要求1所述的相变自旋非易失存储单元，其特征在于，所述相变自旋非易失存储单元进一步包括数据写入电路以及数据读出电路，所述数据写入电路和数据读出电路为恒流源或脉冲信号源。
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