CN108461101B - 存储单元与存储器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种存储单元与存储器。该存储单元包括MTJ模块，MTJ模块包括第一MTJ、第二MTJ以及设置在第一MTJ与第二MTJ间的压电层，第一MTJ包括由下至上依次设置的第一参考层、第一隔离层与第一自由层；第二MTJ设置在压电层的远离第一MTJ的表面上，第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层、第二隔离层与第二参考层，且第一参考层与第二参考层的磁化方向相同，第一参考层的磁化方向与第一自由层的磁化方向的位置关系为第一位置关系，第二参考层的磁化方向与第二自由层的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当第一位置关系与第二位置关系相同时，第一MTJ与第二MTJ的电阻值不相等。该存储单元的存储密度高。

Description

存储单元与存储器

技术领域

本申请涉及计算机存储技术领域，具体而言，涉及一种存储单元与存储器。

背景技术

磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory，简称MRAM)由于具有高密度、寿命长以及非易失等优点，被认为是未来最广泛应用的“通用”处理器。它的核心工作单元是由“磁参考层/隔离层/磁自由层”三明治结构组成的磁隧道结(MTJ)。

第一代的MRAM主要是依靠字线和位线产生的奥斯特磁场来实现写入过程，但是它需要通入足够大的电流来产生足够强的磁场，从而实现自由层磁矩的翻转。这个过程将会消耗很大的能量，同时写入信息的错误率很高，对工艺的精度的要求也相当的高。

为了改善MRAM的性能，第二代的MRAM采用自旋转移矩(Spin Transfer Torque，STT)效应来实现写入过程。通过改变电流的极性，使得自由层的磁矩与自旋极化电流的极化方向相同，进而实现自由层与参考层的磁矩平行或反平行排列，实现低阻态和高阻态的转换，它们分别对应于信息存储中的“0”和“1”。

STT-MRAM不仅具有传统MRAM的优势，而且大大降低了写入错误信息的概率，具有很好的应用前景。尽管STT存储技术在许多方面优于其他存储技术，但它是依靠电流来实现写入机制的，这意味着它在写入数据时会产生热量，目前信息写入所需的电流密度仍然比较高。此外其存储容量也受到大的写入电流密度的限制，从而也限制STT-MRAM的运用范围。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种存储单元与存储器，以解决现有技术中的存储器的存储密度较低的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种存储单元，该存储单元包括MTJ模块，上述MTJ模块包括：第一MTJ，包括由下至上依次设置的第一参考层、第一隔离层与第一自由层；压电层，设置在上述第一自由层的远离上述第一隔离层的表面上；以及第二MTJ，设置在上述压电层的远离上述第一MTJ的表面上，上述第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层、第二隔离层与第二参考层，其中，上述第一参考层与上述第二参考层的磁化方向相同，上述第一参考层的磁化方向与上述第一自由层的磁化方向的位置关系为第一位置关系，上述第二参考层的磁化方向与上述第二自由层的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当上述第一位置关系与上述第二位置关系相同时，上述第一MTJ与上述第二MTJ的电阻值不相等。

进一步地，上述压电层的材料选自硫化镉、铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡与钛酸铅中的一种或多种。

进一步地，上述压电层的厚度在1～500nm之间。

进一步地，上述压电层使得上述第一自由层与上述第二自由层翻转90°的最小电压为阈值电压，上述存储单元的读出电压小于上述阈值电压。

进一步地，上述第一参考层和/或上述第二参考层的材料选自铁磁材料与非磁材料，或者上述第一参考层和/或上述第二参考层的材料选自铁磁材料与反铁磁材料。

进一步地，上述第一隔离层和/或上述第二隔离层包括AlOx层和/或MgO层。

进一步地，上述第一自由层和/或上述第二自由层的材料选自铁、钴、硼与镍中的一种或多种。

进一步地，上述MTJ模块还包括：第一缓冲层，设置在上述第一MTJ与上述压电层之间；第二缓冲层，设置在上述第二MTJ与上述压电层之间。

进一步地，上述第一缓冲层和/或上述第二缓冲层的原料选自Ta、Cu、Ag、Au、TaN、Ti、Co与FeNi中的一种或多种。

进一步地，上述MTJ模块还包括：第一电极，设置在上述第一MTJ远离上述压电层的表面上；第二电极，设置在上述第二MTJ远离上述压电层的表面上。

进一步地，上述存储单元还包括：开关电路，与上述MTJ模块电连接，用于控制上述MTJ模块的写入电压与读出电压。

进一步地，上述第一MTJ与上述第二MTJ为面内磁化MTJ或垂直磁化MTJ。

进一步地，第一方向垂直于上述存储单元的厚度方向，上述第一MTJ与上述第二MTJ为面内磁化MTJ，且上述第一MTJ与上述第二MTJ沿上述第一方向上的截面为椭圆形，且磁化易轴沿椭圆的长轴方向。

进一步地，第一方向垂直于上述存储单元的厚度方向，上述第一MTJ与上述第二MTJ为垂直磁化MTJ，且上述第一MTJ与上述第二MTJ沿上述第一方向上的截面为圆形。

根据本申请的另一方面，提供了一种存储器，包括存储单元，该存储单元为上述的任一种存储单元。

应用本申请的技术方案，该存储单元中的两个MTJ通过压电层隔离，当写入电流流经压电层时，压电层会产生一个应力，该应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向发生旋转，控制写入电流，使得写入电流经压电层时，压电层产生的应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向发生90°的旋转，使得对应的自由层与参考层的磁化方向的夹角是90°,并且，实验证明该当自由层的磁化方向在此位置时，自由层的磁矩的能量也是位于最小值，因此，该状态也能稳定存在，进而再结合STT的作用，使得存储单元具有三个电阻状态，进而可以在一个存储单元中记录三个比特信息，提高了存储单元的存储密度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的存储单元的结构示意图；

图2(a)示出了本申请的一种实施例提供的外加电场为0时的面内磁滞回线；

图2(b)示出了本申请的一种实施例提供的在外加电场下的面内磁滞回线；

图3示出了MTJ中的自由层与参考层的不同位置关系对应的能量曲线；

图4示出了本申请的一种实施例提供的存储单元的结构示意图；

图5示出了本申请的另一种实施例提供的存储单元的电路图；

图6示出了本申请的一种实施例提供的存储器的电路图；

图7示出了实施例1的写入操作示意图；以及

图8示出了实施例2的写入操作示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一电极；2、第一参考层；3、第一隔离层；4、第一自由层；5、第一缓冲层；6、压电层；7、第二缓冲层；8、第二自由层；9、第二隔离层；10、第二参考层；11、第二电极；01、MTJ模块；021、开关器；022、字线；023、位线；210、源极线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的存储器的存储密度较低，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种存储单元与存储器。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种存储单元，如图1所示，该存储单元包括第一MTJ、压电层6与第二MTJ，其中，第一MTJ包括由下至上依次设置的第一参考层2、第一隔离层3与第一自由层4；第二MTJ设置在上述压电层6的远离上述第一MTJ的表面上，上述第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层8、第二隔离层9与第二参考层10。上述第一参考层2与上述第二参考层10的磁化方向相同，且二者的磁化方向默认是固定不变的，通过改变自由层的磁化方向来改变自由层与参考层的磁化方向的位置关系，并且定义上述第一参考层2的磁化方向与上述第一自由层4的磁化方向的位置关系为第一位置关系，定义上述第二参考层10的磁化方向与上述第二自由层8的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当上述第一位置关系与上述第二位置关系相同时，上述第一MTJ与上述第二MTJ的电阻值不相等。

上述提到的第一位置关系与上述第二位置关系相同包括以下几种情况，第一种情况：第一自由层与第一参考层为平行状态，且同时，第二自由层与第二参考层为平行状态；第二种情况：第一自由层与第一参考层为反平行状态，且同时，第二自由层与第二参考层为反平行状态；第三种情况：第一自由层与第一参考层为垂直状态，且同时，第二自由层与第二参考层为垂直状态。

上述提到的压电层由压电材料形成，压电材料为对该材料施加电压时，其自身会产生机械应力的材料。压电材料由于在电场中会自发极化，产生其独特的物理性质，也逐渐的成为非易失性随机存储材料的一个重要研究方向。此外最近的消息报道称，已经能够制备出高质量的压电材料，厚度仅为2～3nm，这将进一步推动压电材料的运用。然而其中最重要的一个方面是压电材料在电极化过程中会产生足够强的应力，它能改变相邻磁性层磁矩的分布，使磁化强度发生翻转。

上述存储单元中的两个MTJ通过压电层隔离，当写入电流流经压电层时，压电层会产生一个应力，该应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向同时发生旋转，控制写入电流，使得写入电流经压电层时，压电层产生的应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向发生90°的旋转，即使得对应的自由层与参考层的磁化方向的夹角是90°，并且，如图2(a)与图2(b)所示，这两个图中，横坐标表示自由层的外加磁场的强度，纵坐标表示归一化的磁场强度，纵坐标越大，表示该状态剩磁较大，大部分磁矩排列比较一致，状态比较稳定。图2(a)示出了在外加电场为0时的第一易轴与第一难轴，第一易轴表示磁化方向与参考层的磁化方向平行时的面内磁滞回线，该面内磁滞回线的剩磁比较大，表示自由层的磁化方向与参考层的磁化方向平行的状态较稳定，第一难轴表示磁化方向与参考层的磁化方向夹角为90°时的面内磁滞回线；图2(b)示出了在外加电场为10KV/cm时的第二易轴与第二难轴，在外加电场为10KV/cm时，自由层的磁化方向与参考层的磁化方向夹角为90°时的面内磁滞回线的剩磁比较大，表示自由层的磁化方向与参考层的磁化方向夹角为90°的状态较稳定，此状态对应的面内磁滞回线为第二易轴，第二难轴表示磁化方向与参考层的磁化方向平行时的面内磁滞回线。也就是说通过外加电场，可以制作一个稳定的状态，即自由层的磁化方向与参考层的磁化方向夹角为90°的状态。

且图3证明了，该当自由层的磁化方向在此位置时，自由层的磁矩的能量也是位于最小值，进一步证明了该状态可以稳定存在。进而再结合STT的作用中的两个稳定存在的状态(平行与反平行)，每个MTJ具有三个稳定的电阻状态，在实际应用的过程中，在写入电流的作用下，存储单元具有三个稳定电阻状态，进而可以在一个存储单元中记录三个比特信息，提高了存储单元的存储密度。

本申请的压电层的材料可以是任何一种具有压电效应的材料，即在电流流过时，会产生应力的材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料。

为了进一步保证该材料具有较大的压电系数，即较小的电流流过时，也会产生较大的应力，使得自由层的磁化方向容易发生变化，进一步使得其发生90°翻转所需的阈值电压就越小，进而使得存储单元的写入电流较小，存储器的能耗降低，本申请的一种实施例中，上述压电层的材料选自硫化镉、铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡与钛酸铅中的一种或多种。

本申请的一种实施例中，上述压电层的厚度在1～500nm之间，本领域技术人员可以根据选择的压电层的材料，将压电层设置为合适的厚度。

为了避免在读操作时不会对存储器件存储状态进行写入等误操作，本申请的一种实施例中，上述存储单元的读出电压小于上述阈值电压，其中，上述压电层使得上述第一自由层与上述第二自由层翻转90°的最小电压为阈值电压。

本申请的另一种实施例中，上述第一参考层和/或上述第二参考层的材料选自铁磁材料与非磁材料，或者上述第一参考层和/或上述第二参考层的材料选自铁磁材料与反铁磁材料。

本申请中的第一MTJ与第二MTJ可以同时为面内磁化MTJ或者垂直磁化MTJ，对于面内磁化MTJ，就是指自由层与参考层的磁化方向位于薄膜平面内。对于垂直磁化MTJ，就是指自由层与参考层的磁化方向均垂直于薄膜平面(即各层的厚方向)。

对于面内磁化MTJ来说，两个参考层可以是铁磁材料与反铁磁材料的直接钉扎，但是并不限于这种方式，还也可以是人工合成的反铁磁钉扎(SAF)结构(该结构包括两个铁磁层，这两个铁磁层可以是多个结构层形成的复合层，它们的磁矩反平行，两个铁磁层之间被一个非磁金属层隔开。比如FeCo/Ru/FeCo结构)。其中，铁磁层的材料包括但不限于铁、钴、硼、镍以及它们的合金。反铁磁层的材料包括但不限于FeMn、IrMn等。

对于垂直磁化MTJ来说，两个参考层可以是铁磁材料与非磁材料组成的多层膜结构，还也可以是人工合成的反铁磁(SAF)结构，该结构中包括但不限于Co/Pt多层膜结构。

但第一参考层与第二参考层的结构并不限于上述提到的具体结构，本领域技术人员根据实际情况可以选择合适的材料与结构作为第一参考层与第二参考层，并且可以设置二者为相同或者不同。

本申请的第一隔离层与第二隔离层的材料可以是现有技术中的任何用于隔离参考层与自由层的材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料。

为了进一步保证隔离层具有较好的隔离效果，上述第一隔离层和/或上述第二隔离层包括AlOx层和/或MgO层。

本申请的一种实施例中，上述第一自由层和/或上述第二自由层的材料选自铁、钴、硼与镍中的一种或多种。具体的，这两个自由层可以是这些元素单独的结构层，也可以是这些元素形成的合金层。

但是上述两个自由层的材料并不限于上述提到的元素，本领域技术人员可以选择现有技术中的任何可以作为自由层的材料。

为了更好地诱导自由层的磁化方向的取向，本申请的一种实施例中，如图4所示，上述MTJ模块还包括第一缓冲层5与第二缓冲层7，其中，第一缓冲层5设置在上述第一MTJ与上述压电层6之间；第二缓冲层7设置在上述第二MTJ与上述压电层6之间。

上述第一缓冲层和/或上述第二缓冲层的原料选自Ta、Cu、Ag、Au、TaN、Ti、Co、CoPt与FeNi中的一种或多种。但是并不限于这些材料，本领域技术人员可以选择任何磁性以及非磁性金属材料形成的单个缓冲层或多个缓冲层的复合层。

本申请的一种实施例中，如图4所示，上述MTJ模块还包括第一电极1与第二电极11，第一电极1设置在上述第一MTJ远离上述压电层6的表面上；第二电极11设置在上述第二MTJ远离上述压电层6的表面上。

上述第一电极与第二电极的材料均为导电材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的导电材料形成第一电极与第二电极，例如可以选择非磁金属材料或磁性金属材料。

为了更好地控制MTJ模块的工作，本申请的一种实施例中，如图5所示，上述存储单元还包括开关电路，该电路与上述MTJ模块电连接，用于控制上述MTJ模块的写入电压与读出电压。

如图5所示，该开关电路包括字线022、位线023以及与之电连接的开关器021，上述的开关器包括但不限于二极管(Diode)选择器或互补金属氧化物半导体晶体管(CMOS)等。作为优选，如图5所示，开关器021为互补金属氧化物半导体晶体管(CMOS)，且图中示出了与其源极电连接的源极线210。字线022与CMOS的栅极电连接，CMOS的漏极与MTJ模块电连接。

本申请中的第一MTJ与上述第二MTJ为面内磁化MTJ或垂直磁化MTJ，即二者是相同的，同时是面内磁化MTJ或者同时是垂直磁化MTJ。本领域技术人员可以根据实际情况设置。

当上述第一MTJ与上述第二MTJ为面内磁化MTJ时，上述第一MTJ与上述第二MTJ沿上述第一方向上的截面为椭圆形，且磁化易轴沿椭圆的长轴方向，其中，第一方向垂直于上述存储单元的厚度方向。这样设置使得自由层近似为一单畴结构。

本申请的另一种实施例中，第一方向垂直于上述存储单元的厚度方向，上述第一MTJ与上述第二MTJ为垂直磁化MTJ，且上述第一MTJ与上述第二MTJ沿上述第一方向上的截面为圆形。这样设置使得形状各向异性大大降低，避免形成复杂的畴结构。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种存储器，该存储器包括存储单元，该存储单元为上述任一种存储单元。

该存储器由于包括上述的存储单元，使得其的存储密度增大。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例进行说明。

实施例1

如图6所示，存储器包括多个相同的存储单元，每个存储单元包括MTJ模块01以及与MTJ模块电连接的开关电路，其中，MTJ模块的结构如图7所示。且MTJ模块中的两个MTJ均为面内磁化MTJ。两个MTJ中的参考层的磁化方向相同，且两个MTJ中的自由层与参考层处于相同的位置关系时，两个MTJ的电阻值不同。其中，压电层为PMN-PT(高性能铌镁酸铅晶体)层。该开关电路包括字线022、位线023以及与之电连接的开关器021，开关器为CMOS，且图中源极线21与CMOS的源极电连接的，字线022与CMOS的栅极电连接，CMOS的漏极与MTJ模块01电连接。

图2(a)和图2(b)分别为存储单元的应力调制的面内磁滞回线，控制写入电流，使得第一自由层与上述第二自由层翻转90°，并且由图2(a)和图2(b)可知，该状态是稳定的。

在正常的工作状态下，控制写入电流使得压电层两端的电压不小于使自由层的磁化方向发生90°翻转所需的阈值电压，但必须低于其击穿电压，但压电层两端的电压都将远远小于传统STT-MRAM的开关电压。

在读的过程中，只需要很小的电流，使得压电层上面的电势降远远小于阈值电压，从而避免写入等误操作。

以该存储器中的一个存储单元为例，其写入操作示意图为图7，图中，沿着时间轴方向的MTJ模块表示状态逐渐变化的写入过程，该写入过程无需额外的设备，和传统STT-MRAM的写入过程一样。

图7中只示出了存储单元中的MTJ模块，并且，磁性层中的方向表示该磁性层的磁化方向。

该MTJ模块的初始状态设置为“00”，其对应的磁电阻大小记为R₁。其中，第一MTJ中的第一自由层4与第一参考层2的磁化方向反平行，第二自由层8与第二参考层10的磁化方向平行。

其次，通入一个与图中的I₀反方向的电流-I₀，该电流的强度极小(远小于传统模式的写入电流)，该电流流过压电层时，电压层的电势降使得压电层产生了应力，该应力使得第一自由层4与第二自由层8的磁化方向发生了90°的旋转，如图7所示，此时，第一MTJ中的第一自由层4与第一参考层2的磁化方向之间的夹角为90°，第二自由层8与第二参考层10的磁化方向之间的夹角为90°。由于压电层6具有良好的非易失性，所以在断电之后仍能保持这种磁化状态，此时的信息状态记为“01”，其对应的磁电阻的大小记为R₂。按照STT作用的基本原理，在这种情况下，如果没有压电层，无论通入的电流强度有多大，自由层中的磁化方向是不会发生变化的。

再次，通入I₀，由于两个MTJ中的第一自由层4与第二自由层8的磁化方向已经发生了约90°的翻转，所以只需要加一个很小的电流，在STT的作用下实现第一自由层4与第一参考层2的磁化方向平行，且第二自由层8与第二参考层10的磁化方向反平行。如图7所示，此时的信息状态记为“10”，其对应的磁电阻的大小记为R₃。

最后，通入一个与I₀反方向的较大电流-I₁，使得STT的作用大于压电层的应力，这样使得两个MTJ的状态恢复到第一个状态。

将本实施例中的第一MTJ和第二MTJ的位置互换，并不影响整体的效果，在应力的调制下，同样可以实现一个存储单元内3个比特信息的写入。

实施例2

如图6所示，存储器包括多个相同的存储单元，每个存储单元包括MTJ模块01以及与MTJ模块电连接的开关电路，其中，MTJ模块的结构如图4所示。且MTJ模块中的两个MTJ均为垂直磁化MTJ。两个MTJ中的参考层的磁化方向相同，且两个MTJ中的自由层与参考层处于相同的位置关系时，两个MTJ的电阻值不同。该开关电路包括字线022、位线023以及与之电连接的开关器021，开关器为CMOS，且图中源极线21与CMOS的源极电连接的，字线022与CMOS的栅极电连接，CMOS的漏极与MTJ模块电连接。

在正常的工作状态下，控制写入电流使得压电层两端的电压不小于使自由层的磁化方向发生90°翻转所需的阈值电压，但必须低于其击穿电压，但压电层两端的电压都将远远小于传统STT-MRAM的开关电压。

在读的过程中，只需要很小的电流，使得压电层上面的电势降远远小于阈值电压，从而避免写入等误操作。

以该存储器中的一个存储单元为例，其写入操作示意图如图8所示，图中，沿着时间轴方向的MTJ模块表示状态逐渐变化的写入过程，该写入过程无需额外的设备，和传统STT-MRAM的写入过程一样。

图8中只示出了存储单元中的MTJ模块，并且，磁性层中的方向表示该磁性层的磁化方向。

该MTJ模块的初始状态设置为“00”，其对应的磁电阻大小记为R₄。其中，第一MTJ中的第一自由层4与第一参考层2的磁化方向反平行，第二自由层8与第二参考层10的磁化方向平行。

其次，通入一个与图中的I₂反方向的电流-I₂，该电流的强度极小(远小于传统模式的写入电流)，该电流流过压电层时，电压层的电势降使得压电层产生了应力，该应力使得第一自由层4与第二自由层8的磁化方向发生了90°的旋转，如图8所示，此时，第一MTJ中的第一自由层4与第一参考层2的磁化方向之间的夹角为90°，第二自由层8与第二参考层10的磁化方向之间的夹角为90°。由于压电层具有良好的非易失性，所以在断电之后仍能保持这种磁化状态，此时的信息状态记为“01”，其对应的磁电阻的大小记为R₅。按照STT作用的基本原理，在这种情况下，如果没有压电层，无论通入的电流强度有多大，自由层中的磁化方向是不会发生变化的。

再次，通入I₂，由于两个MTJ中的第一自由层4与第二自由层8的磁化方向已经发生了90°的翻转，所以只需要加一个很小的电流，在STT的作用下实现第一自由层4与第一参考层2的磁化方向平行，且第二自由层8与第二参考层10的磁化方向反平行。如图8所示，此时的信息状态记为“10”，其对应的磁电阻的大小记为R₆。

最后，通入一个与I₂反方向的较大的电流I₃，使得STT的作用大于压电层的应力，这样使得两个MTJ的状态恢复到第一个状态。

将本实施例中的第一MTJ和第二MTJ的位置互换，并不影响整体的效果，在应力的调制下，同样可以实现一个存储单元内3个比特信息的写入。

这两个实施例中的存储器相对于传统的STT-MRAM，具有三电阻状态，可以在一个存储单元里面记录3个比特的信息，有效地提高了数据存储密度，降低了芯片面积，此外对于阻尼较大的材料也能够实现快速的写入。本申请的存储器可用于对读写速度、能耗或辐照等恶劣环境有特殊需求的微处理器和数字电路等。

另外，需要说明的是，上述两个实施例对应的信息状态均有“00”、“01”与“10”，但是在两个实施例中，其对应的MTJ模块的内部状态实际是不同的，也就是说，两个实施例中的“00”、“01”与“10”没有对应的相等或者其他的关系。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的存储单元中的两个MTJ通过压电层隔离，当写入电流流经压电层时，压电层会产生一个应力，该应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向发生旋转，控制写入电流，使得写入电流经压电层时，压电层产生的应力使得第一自由层的磁化方向与第二自由层的磁化方向发生90°的旋转，使得对应的自由层与参考层的磁化方向的夹角是90°,并且，实验证明该当自由层的磁化方向在此位置时，自由层的磁矩的能量也是位于最小值，因此，该状态也能稳定存在，进而再结合STT的作用，使得存储单元具有三个电阻状态，进而可以在一个存储单元中记录三个比特信息，提高了存储单元的存储密度。

2)、本申请的存储器由于包括上述的存储单元，使得其的存储密度增大。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种存储单元，其特征在于，所述存储单元包括MTJ模块(01)，所述MTJ模块(01)包括：

第一MTJ，包括由下至上依次设置的第一参考层(2)、第一隔离层(3)与第一自由层(4)；

压电层(6)，设置在所述第一自由层(4)的远离所述第一隔离层(3)的表面上；以及

第二MTJ，设置在所述压电层(6)的远离所述第一MTJ的表面上，所述第二MTJ包括由下至上依次设置的第二自由层(8)、第二隔离层(9)与第二参考层(10)，

其中，所述第一参考层(2)与所述第二参考层(10)的磁化方向相同，所述第一参考层(2)的磁化方向与所述第一自由层(4)的磁化方向的位置关系为第一位置关系，所述第二参考层(10)的磁化方向与所述第二自由层(8)的磁化方向的位置关系为第二位置关系，当所述第一位置关系与所述第二位置关系相同时，所述第一MTJ与所述第二MTJ的电阻值不相等，

所述第一位置关系与所述第二位置关系相同包括以下三种情况：第一种情况，所述第一自由层与所述第一参考层为平行状态，且同时所述第二自由层与所述第二参考层为平行状态；第二种情况，所述第一自由层与所述第一参考层为反平行状态，且同时所述第二自由层与所述第二参考层为反平行状态；第三种情况，所述第一自由层与所述第一参考层为垂直状态，且同时所述第二自由层与所述第二参考层为垂直状态。

2.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述压电层(6)的材料选自硫化镉、铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡与钛酸铅中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述压电层(6)的厚度在1～500nm之间。

4.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述压电层(6)使得所述第一自由层(4)与所述第二自由层(8)翻转90°的最小电压为阈值电压，所述存储单元的读出电压小于所述阈值电压。

5.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第一参考层(2)和/或所述第二参考层(10)的材料选自铁磁材料与非磁材料，或者所述第一参考层(2)和/或所述第二参考层(10)的材料选自铁磁材料与反铁磁材料。

6.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第一隔离层(3)和/或所述第二隔离层(9)包括AlOx层和/或MgO层。

7.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第一自由层(4)和/或所述第二自由层(8)的材料选自铁、钴、硼与镍中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述MTJ模块(01)还包括：

第一缓冲层(5)，设置在所述第一MTJ与所述压电层(6)之间；以及

第二缓冲层(7)，设置在所述第二MTJ与所述压电层(6)之间。

9.根据权利要求8所述的存储单元，其特征在于，所述第一缓冲层(5)和/或所述第二缓冲层(7)的原料选自Ta、Cu、Ag、Au、TaN、Ti、Co与FeNi中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述MTJ模块(01)还包括：

第一电极(1)，设置在所述第一MTJ远离所述压电层(6)的表面上；以及

第二电极(11)，设置在所述第二MTJ远离所述压电层(6)的表面上。

11.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元还包括：

开关电路，与所述MTJ模块(01)电连接，用于控制所述MTJ模块(01)的写入电压与读出电压。

12.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第一MTJ与所述第二MTJ为面内磁化MTJ或垂直磁化MTJ。

13.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，第一方向垂直于所述存储单元的厚度方向，所述第一MTJ与所述第二MTJ为面内磁化MTJ，且所述第一MTJ与所述第二MTJ沿所述第一方向上的截面为椭圆形，且磁化易轴沿椭圆的长轴方向。

14.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，第一方向垂直于所述存储单元的厚度方向，所述第一MTJ与所述第二MTJ为垂直磁化MTJ，且所述第一MTJ与所述第二MTJ沿所述第一方向上的截面为圆形。

15.一种存储器，包括存储单元，其特征在于，所述存储单元为权利要求1至14中任一项所述的存储单元。

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