CN111863061A - 磁性随机存储器及其数据读/写操作方法 - Google Patents

磁性随机存储器及其数据读/写操作方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种磁性随机存储器及其数据读/写操作方法，其包括二个磁性隧道结、开关管、自旋霍尔金属；所述开关管的栅端连接写字线、漏极连接写位线；所述自旋霍尔金属第一端连接所述开关管的源极，第二端连接源极线；所述二个磁性隧道结的自由层间隔连接所述自旋霍尔金属上方，固定磁化层分别通过二极管连接至第一读字线与第二读字线。通过本申请的存储器，能减少开关管数量，读/写操作分别降低字线/位线负载电容，有效提升读/写速度，减少静态与动态功耗。

Description

磁性随机存储器及其数据读/写操作方法
技术领域
本申请涉及磁性随机存储器技术领域，特别是关于一种增加存储单元密集性的磁性随机存储器及其数据读/写操作方法。
背景技术
现行SOT-MRAM(自旋性磁性随机存储器)，其是利用自旋霍尔效应进行写操作，具体方法是在Hall金属中施加不同的方向电流，利用霍尔效应，改变参考层磁性极化方向，从而改变MTJ的等效阻值，可以看出电流并没有直接穿透MTJ势垒层；而读操作可以采用原方法不变，从而实现了读写路径分开。
在一些常态SOT-MRAM设计上，如美国专利号US10483457B1，其公开一种具有差分单元的SOT-MRAM，其存储单元包括两个MTJ、两个写开关管以及三个读开关管；其中MTJ是自上而下依次是固定层(相邻MTJ的极化方向相同)、势垒层和自由层构成，自旋霍尔金属位于底部。其写操作原理是：将BL和BL0置成相应电平(低高，或者高低)，再将WWL置成高电平，此时由于通过自旋霍尔金属的电流方向相反，导致此相邻MTJ的自由层极化方向相反，说明已经成功将数据写入单元中；进行读操作时，分别将BL和SL置成Vread和低电平，再将RWL置成高电平，此时不同阻态的MTJ读通路将呈现不同电流，再将两电流信号送到电流灵敏放大器进行判别，从而完成读操作。
这种设计中，每一单元除两个磁性隧道结MTJ与一个自旋霍尔金属，还需求二个写开关管与三个读开关管，也就是共五个开关管来操作一个存储单元的读写，大幅增加了芯片制造成本。其次，读写通路分别需要打开三个读开关管和两个写开关管，若每行包含2k个单元，即需求2k+1个开关管，因此字线负载电容较大，会明显降低写速度；同理，此方案读速度也会下降。更进一步的，开关管数量增加，会导致静态功耗增大；负载电容增加，也会增加电路读写的动态功耗。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种回避位线操作并通过单一开关管配合读写操作，缩短读/写延迟的磁性随机存储器及其数据读/写操作方法。
本申请的目的及解决其技术问题，是采用以下技术方案来实现的。
本申请提供一种磁性随机存储器，包括：二个磁性隧道结、开关管、自旋霍尔金属；
所述开关管的栅端连接写字线、漏极连接写位线；所述自旋霍尔金属第一端连接所述开关管的源极，第二端连接源极线；所述二个磁性隧道结的自由层间隔连接所述自旋霍尔金属上方，固定磁化层分别通过二极管连接至第一读字线与第二读字线。
在本申请的实施例中，所述自旋霍尔金属的物理上方连接所述二个磁性隧道结的自由层。
在本申请的实施例中，所述自旋霍尔金属的外形为U型自旋霍尔金属。
在本申请的实施例中，所述二个磁性隧道结的固定磁化层磁化方向一致。
在本申请的实施例中，进行写操作时，所述开关管打开期间，电流流过所述U型自旋霍尔金属，使得同一个电流对所述二个磁性隧道结的自由层形成相反的磁化方向，所述二个磁性隧道结分别写成低阻态/高阻态，或者高阻态/低阻态。
在本申请的实施例中，所述自旋霍尔金属的外形为I型自旋霍尔金属。
在本申请的实施例中，所述二个磁性隧道结的固定磁化层的磁化方向为相反。
在本申请的实施例中，进行写操作时，所述开关管打开期间，电流流过所述I型自旋霍尔金属，使得同一个电流对所述二个磁性隧道结的自由层形成相同的磁化方向，所述二个磁性隧道结分别写成低阻态/高阻态，或者高阻态/低阻态。
在本申请的实施例中，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接所述二极管的阴极，各所述二极管的阳极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线；或者，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接所述二极管的阳极，各所述二极管的阴极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线。
在本申请的实施例中，所述二极管为薄膜肖特基势垒二极管。
在本申请的实施例中，所述磁性隧道结上方分别蚀刻所述二极管。
在本申请的实施例中，所述开关管为场效应晶体管。
在本申请的实施例中，在读操作期间，设置所述第一读字线与第二读字线为合理电位，设置所述源极线为低电位或接地。
本申请提供一种磁性随机存储器的数据读/写操作方法。其中数据写操作方法包括：设置所述源极线、所述第一读字线与所述第二读字线为接地；设置所述写位线和所述写字线设置为工作电平，打开所述开关管以形成所述写位线至所述源极线的方向的电流；通过所述自旋霍尔金属的电流产生自旋霍尔效应，将所述二个磁性隧道结的自由层极化方向改变，所述二个磁性隧道结阻态特性依所述方向分别为低阻与高阻；对所述写位线与所述源极线放电，完成写0操作。
本申请提供一种磁性随机存储器的数据读/写操作方法。其中数据写操作方法包括：设置所述写位线、所述第一读字线与所述第二读字线为接地；设置所述源极线和所述写字线设置为工作电平，打开所述开关管以形成所述源极线至所述写位线的方向的电流；通过所述自旋霍尔金属的电流产生自旋霍尔效应，将所述二个磁性隧道结的自由层极化方向改变，所述二个磁性隧道结阻态特性依所述方向分别为高阻与低阻；对所述写位线与所述源极线放电，完成写1操作。
本申请提供一种磁性随机存储器的数据读/写操作方法。其中数据读操作方法包括：设置所述第一读字线与所述第二读字线为合理电位；设置所述源极线、所述写位线与所述写字线为低电位或接地；其中，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接各所述二极管的阴极，各所述二极管的阳极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线，电流通过各所述二极管、所述二个磁性隧道结至所述源极线；或者，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接所述二极管的阳极，各所述二极管的阴极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线，电流通过所述源极线、所述二个磁性隧道结至各所述二极管；所述二个磁性隧道结中，高阻值者呈现出相对小电流、低阻值者呈现相对大电流，所述大电流与所述小电流通过转换电路转换为逻辑信号。
在本申请的实施例中，所述转换电路为电流灵敏放大器。
本申请磁性随机存储器，每行单元数与开关管数是相应的，每行包含2k个单元，每行即包含2k个开关管，通过减少开关管的数量以有效的缩减MRAM单元阵列面积，进而降低芯片制造成本；其次，读操作时，无需读位线操作，故无位线负载电容，进而提升读速度，写操作时，字线负载电容减少，进而提升写速度，即读/写操作分别的降低字线/位线负载电容，以有效的提升读/写速度，减少静态与动态功耗。其三，因读操作时无读位线操作，因操作时序相对简单。
综合上文，本发明SOT-MRAM单元具有阵列面积小、读写功耗低、读操作时序简单等优点，适用于SOT-MRAM存储器电路设计中。
附图说明
图1为美国专利专利号US10483457B1的SOT-MRAM单元示意图；
图2为本申请实施例的磁性随机存储器的第一种单元垂直型配置电路示意图；
图3为本申请实施例的磁性随机存储器的第一种单元水平型配置电路示意图；
图4为本申请实施例的磁性随机存储器的第二种单元垂直型配置电路示意图；图5为本申请实施例的磁性随机存储器的第二种单元水平型配置电路示意图。
图6为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路写0操作示意图；
图7为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路写1操作示意图；
图8为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路读操作示意图；
图9为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路空闲操作示意图；
图10为本申请实施例的磁性随机存储器的单元操作时序图；
图11为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路形成阵列示意图。
具体实施方式
请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本申请具体实施例，其不应被视为限制本申请未在此详述的其它具体实施例。
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本申请所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本申请，而非用以限制本申请。
本申请的说明书和权利要求书以及上述附图中的述语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情形下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他譬的变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本申请说明书中使用的术语仅用来描述特定实施方式，而并不意图显示本申请的概念。除非上下文中有明确不同的意义，否则，以单数形式使用的表达涵盖复数形式的表达。在本申请说明书中，应理解，诸如“包括”、“具有”以及“含有”等术语意图说明存在本申请说明书中揭示的特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性，而并不意图排除可存在或可添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性。附图中的相同参考标号指代相同部分。
附图和说明被认为在本质上是示出性的，而不是限制性的。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。另外，为了理解和便于描述，附图中示出的每个组件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本申请不限于此。
在附图中，为了清晰、理解和便于描述，夸大设备、系统、组件、电路的配置范围。将理解的是，当组件被称作“在”另一组件“上”时，所述组件可以直接在所述另一组件上，或者也可以存在中间组件。
另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述组件，但是不排除任何其它组件。此外，在说明书中，“在......上”意指位于目标组件上方或者下方，而不意指必须位于基于重力方向的顶部上。
为更进一步阐述本申请为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施例，对依据本申请提出的一种磁性随机存储器及其数据读/写操作方法，其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为美国专利专利号US10483457B1的SOT-MRAM单元示意图，其公开一种具有差分单元的SOT-MRAM，其存储单元包括两个磁性隧道结MTJ(410，420)、两个写开关管(482，492)以及三个读开关管(452，462，472)；其中磁性隧道结MTJ是自上而下依次是固定层(相邻磁性隧道结MTJ的极化方向相同)、势垒层和自由层构成，自旋霍尔金属位于底部。其写操作原理是：将BL和BL0置成相应电平(低高，或者高低)，再将WWL置成高电平，此时由于通过自旋霍尔金属的电流方向相反，导致此相邻MTJ的自由层极化方向相反，说明已经成功将数据写入单元中；进行读操作时，分别将BL和SL置成Vread和低电平，再将RWL置成高电平，此时不同阻态的MTJ读通路将呈现不同电流，再将两电流信号送到电流灵敏放大器进行判别，从而完成读操作。
然而，该发明电路中每位SOT-MRAM单元除了包含两个磁性隧道结MTJ和一个自旋霍尔金属，还需要两个写开关管和三个读开关管，此方法增加了芯片阵列成本，进一步增加了芯片制造成本。其次，该发明电路中读写通路分别需要打开三个开关管和两个开关管，假设每行包含2k个单元，那么每行包含2k+1个开关管，因此字线负载电容较大，会明显降低写速度；同理，此方案读速度也会下降。其三，开关管数量增加，会导致静态功耗增大；负载电容增加，也会增加电路读写的动态功耗。
图2为本申请实施例的磁性随机存储器的第一种单元垂直型配置电路示意图，图3为本申请实施例的磁性随机存储器的第一种单元水平型配置电路示意图。两者的运作原理相同，电路运作原理相同，请配合参阅。本申请提供一种磁性随机存储器，包括：二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)、开关管MOS1、自旋霍尔金属；所述开关管MOS1的栅端连接写字线WWL、漏极连接写位线WBL；所述自旋霍尔金属HALL1第一端连接所述开关管MOS1的源极，第二端连接源极线SL；所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的自由层间隔的连接所述自旋霍尔金属HALL1上，固定磁化层分别的通过二极(D1，D2)管连接至第一读字线RWL1与第二读字线RWL2。
在本申请的实施例中，所述自旋霍尔金属的物理上方连接所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的自由层。
在本申请的实施例中，所述自旋霍尔金属的为U型自旋霍尔金属HALL1。以此，两个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的固定磁化层磁化方向一致，方便磁性隧道结MTJ固定磁化层工艺制作。
在本申请的实施例中，进行写操作时，所述开关管MOS1打开期间，电流流过所述U型自旋霍尔金属HALL1，使得同一个电流对所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的自由层形成相反的磁化方向，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)分别写成低阻态/高阻态，或者高阻态/低阻态。
图4为本申请实施例的磁性随机存储器的第二种单元垂直型配置电路示意图，图5为本申请实施例的磁性随机存储器的第二种单元水平型配置电路示意图。与前述不同在于，所述自旋霍尔金属为I型自旋霍尔金属HALL2。两个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的固定磁化层磁化方向相反，工艺上采用同层光罩平移制作得到(可以采用先此光罩版制作其中一磁化方向的MTJ；再采用同样光罩版平移制作相反磁化方向的MTJ)。
在本申请的实施例中，进行写操作时，所述开关管MOS1打开期间，电流流过所述I型自旋霍尔金属HALL2，使得同一个电流对所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的自由层形成相同的磁化方向，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)分别写成低阻态/高阻态，或者高阻态/低阻态。
在本申请的实施例中，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)固定磁化层连接所述二极管(D1，D2)的阴极，各所述二极管(D1，D2)的阳极分别的连接到所述第一读字线RWL1和所述第二读字线RWL2；或者，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)固定磁化层连接所述二极管(D1，D2)的阳极，各所述二极管(D1，D2)的阴极分别的连接到所述第一读字线RWL1和所述第二读字线RWL2。
在本申请的实施例中，所述二极管(D1，D2)为肖特基势垒二极管。
在本申请的实施例中，所述二极管(D1，D2)为薄膜二极管。
在本申请的实施例中，所述磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)上方分别蚀刻所述二极管(D1，D2)。
在本申请的实施例中，所述开关管MOS1为场效应晶体管。
在本申请的实施例中，在读操作期间，设置所述第一读字线RWL1与第二读字线RWL2为合理电位，设置所述源极线SL为低电位或接地。更进一步，在读操作时，所述第一读字线RWL1与第二读字线RWL2均置为VREAD(请配合参阅图2以利于理解VREAD，VREAD大于肖特基势垒二极管的开启电平,并保证在磁性隧道结MTJ流过可分辨的电流差)，同时将源极线SL置为GND；或者将所述第一读字线RWL1与第二读字线RWL2均置为VDD，同时将源极线SL置为VREAD；在保证两磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)感知电流差的同时，可以适当调整VREAD以节省功耗。
图6为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路写0操作示意图，图7为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路写1操作示意图，图8为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路读操作示意图，图9为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路空闲操作示意图。
可选的，如图6、图7所示，请同时结合图10所示本申请实施例的磁性随机存储器的单元操作时序图。当单元进行数据写操作时，其包括：设置所述写位线WBL和所述源极线SL分别施加相应电平；设置所述写字线WWL置为高电平；通过所述自旋霍尔金属HALL1的电流产生自旋霍尔效应，以将所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的自由层极化方向改变，以改变所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)阻态特性。在一些实施例中，写0操作时，写位线WBL的电平设为VWBL(位线写入电平)，源极线SL的电平设为GND，写字线WWL的电平设置为VDD，第一读字线RWL1与第二读字线RWL2的电平亦设置为GND。即是指：设置所述源极线SL、所述第一读字线RWL1与所述第二读字线RWL2为接地GND；设置所述写位线WBL和所述写字线WWL设置为工作电平(VWBL；VDD)，打开所述开关管MOS1以形成所述写位线WWL至所述源极线SL的方向的电流；通过所述自旋霍尔金属(HALL1/HALL2)的电流产生自旋霍尔效应，将所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的自由层极化方向改变，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)阻态特性依所述方向分别为低阻与高阻；对所述写位线WWL与所述源极线SL放电，完成写0操作
在一些实施例中，写1操作时，写位线WBL的电平设为GND，源极线的电平设为VWSL(源极线写入电平)，写字线WWL的电平设置为VDD，第一读字线RWL1与第二读字线RWL2的电平亦设置为GND。其中，VDD/VWBL/VWSL的电位皆高于GND。D即是指：设置所述写位线WWL、所述第一读字线RWL1与所述第二读字线RWL2为接地GND；设置所述源极线SL和所述写字线WWL设置为工作电平(VWSL；VDD)，打开所述开关管MOS1以形成所述源极线SL至所述写位线WBL的方向的电流；通过所述自旋霍尔金属(HALL1/HALL2)的电流产生自旋霍尔效应，将所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)的自由层极化方向改变，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)阻态特性依所述方向分别为高阻与低阻；对所述写位线WBL与所述源极线SL放电，完成写1操作。
可选的，如图8所示，请同时结合图10所示本申请实施例的磁性随机存储器的单元操作时序图。当单元进行读操作时，其包括：设置所述第一读字线RWL1与所述第二读字线RWL2为合理电位；设置所述源极线SL、所述写位线WBL与所述写字线WWL为低电位或接地；其中，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)固定磁化层连接各所述二极管(D1，D2)的阴极，各所述二极管(D1，D2)的阳极分别的连接到所述第一读字线RWL1和所述第二读字线RWL2，电流通过各所述二极管(D1，D2)、所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)至所述源极线SL，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)中。或者，所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)固定磁化层连接所述二极管(D1，D2)的阳极，各所述二极管(D1，D2)的阴极分别的连接到所述第一读字线RWL1和所述第二读字线RWL2，电流通过所述源极线SL、所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)至各所述二极管(D1，D2)；所述二个磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)中，高阻值者呈现出相对小电流、低阻值者呈现相对大电流，所述大电流与所述小电流通过转换电路转换为逻辑信号。在一些实施例中，单元进行读操作时：将第一读字线RWL1和第二读字线RWL2均置为VREAD电平，并将源极线SL置为低电平或是GND，此时电流通路由VREAD经过两二极管(D1，D2)、两磁性隧道结(MTJ1，MTJ2)流到源极线SL，高阻值者呈现出相对小电流、低阻值者呈现相对大电流，再将电流送给电流灵敏放大器(上述转换电路，图未示)将电流信号转换成逻辑高低电平信号。
可选的，如图9，请同时结合图10所示本申请实施例的磁性随机存储器的单元操作时序图。当单元不进行读写操作时，即空闲操作时，写字线WWL、写位线WBL、源极线SL、第一读字线RWL1以及第二读字线RWL2均置为低电平，如接地GND或低于VDD/VWBL/VWSL的电平。
图11为本申请实施例的磁性随机存储器的单元垂直型配置电路形成阵列示意图，请配合图2、图6至图10以利于理解。
可选的，以4×4阵列示意图为例：假设阵列选中Cell 22；针对此单元进行写“1”操作时，此时在WBL2和SL2分别施加0V和0.9V电平(其它行的WBL和SL均为0V)，然后将WWL2充电至0.9V,此时写通路形成了自SL2到WBL2方向的电流，进一步将MTJ1和MTJ2分别写高阻和低阻态，完成后，将WBL2和SL2放电至0V，即完成写“1”操作。针对此单元进行读操作时，假设MTJ1和MTJ2分别为高阻和低阻：将RWL20和RWL21均充电至0.4V,再将SL2置为0V(其它行的SL均为0.4V,防止此列RWL20和RWL21有电流通过其它行)，由于MTJ1和MTJ2分别为高阻和低阻，那么RWL20流过电流小于RWL21流过的电流，再通过电流灵敏放大器放大转换成逻辑“1”状态。
相类似的，假设阵列选中Cell 22；针对此单元进行写“0”操作时，此时在WBL2和SL2分别施加0.9V和0.0V电平(其它行的WBL和SL均为0V)，然后将WWL2充电至0.9V,此时写通路形成了自WBL2到SL2方向的电流，进一步将MTJ1和MTJ2分别写低阻态和高阻态，完成后，将WBL2和SL2放电至0V，即完成写“0”操作。针对此单元进行读操作时，假设MTJ1和MTJ2分别为低阻和高阻：将RWL20和RWL21均充电至0.4V,再将SL2置为0V(其它行的SL均为0.4V,防止此列RWL20和RWL21有电流通过其它行)，由于MTJ1和MTJ2分别为低阻和高阻，那么RWL20流过电流大于RWL21流过的电流，再通过电流灵敏放大器放大转换成逻辑“0”状态。
可选的，图3至图5的存储器结构，其运作原理亦等同或相近于图2、图6至图9所示，在此不再赘述。
可选的，图3至图5的存储器结构，亦可以扩张为如图10的阵列结构，其运作原理亦等同或相近于图11所示，在此不再赘述。
本申请磁性随机存储器，每行单元数与开关管数是相应的，每行包含2k个单元，每行即包含2k个开关管，通过减少开关管的数量以有效的缩减MRAM单元阵列面积，进而降低芯片制造成本；其次，读操作时，无需读位线操作，故无位线负载电容，进而提升读速度，写操作时，字线负载电容减少，进而提升写速度，即读/写操作分别的降低字线/位线负载电容，以有效的提升读/写速度，减少静态与动态功耗。其三，因读操作时无读位线操作，因操作时序相对简单。
综合上文，本发明SOT-MRAM单元具有阵列面积小、读写功耗低、读操作时序简单等优点，适用于SOT-MRAM存储器电路设计中。
“在本申请的一实施例中”及“在各种实施例中”等用语被重复地使用。此用语通常不是指相同的实施例；但它也可以是指相同的实施例。“包含”、“具有”及“包括”等用词是同义词，除非其前后文意显示出其它意思。
以上所述，仅是本申请的具体实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以具体实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种磁性随机存储器，其特征在于，包括：
二个磁性隧道结、开关管、自旋霍尔金属；
所述开关管的栅端连接写字线、漏极连接写位线；
所述自旋霍尔金属第一端连接所述开关管的源极，第二端连接源极线；
所述二个磁性隧道结的自由层间隔连接所述自旋霍尔金属上方，固定磁化层分别通过二极管连接至第一读字线与第二读字线。
2.如权利要求1所述磁性随机存储器，其特征在于，所述自旋霍尔金属的外形为U型自旋霍尔金属；所述二个磁性隧道结的固定磁化层磁化方向一致。
3.如权利要求2所述磁性随机存储器，其特征在于：进行写操作时，所述开关管打开期间，电流流过所述U型自旋霍尔金属，使得同一个电流对所述二个磁性隧道结的自由层形成相反的磁化方向，所述二个磁性隧道结分别写成低阻态/高阻态，或者高阻态/低阻态。
4.如权利要求1所述磁性随机存储器，其特征在于，所述自旋霍尔金属的外形为I型自旋霍尔金属；所述二个磁性隧道结的固定磁化层的磁化方向为相反。
5.如权利要求4所述磁性随机存储器，其特征在于，进行写操作时，所述开关管打开期间，电流流过所述I型自旋霍尔金属，使得同一个电流对所述二个磁性隧道结的自由层形成相同的磁化方向，所述二个磁性隧道结分别写成低阻态/高阻态，或者高阻态/低阻态。
6.如权利要求1所述磁性随机存储器，其特征在于，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接所述二极管的阴极，各所述二极管的阳极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线；或者，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接所述二极管的阳极，各所述二极管的阴极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线。
7.如权利要求1所述磁性随机存储器，其特征在于，在读操作期间，设置所述第一读字线与第二读字线为合理电位，设置所述源极线为低电位或接地。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的磁性随机存储器的数据写操作方法，其特征在于，所述方法包括：
设置所述源极线、所述第一读字线与所述第二读字线为接地；
设置所述写位线和所述写字线设置为工作电平，打开所述开关管以形成所述写位线至所述源极线的方向的电流；
通过所述自旋霍尔金属的电流产生自旋霍尔效应，将所述二个磁性隧道结的自由层极化方向改变，所述二个磁性隧道结阻态特性依所述方向分别为低阻与高阻；
对所述写位线与所述源极线放电，完成写0操作。
9.一种如权利要求1至7中任一项所述的磁性随机存储器的数据写操作方法，其特征在于，所述方法包括：
设置所述写位线、所述第一读字线与所述第二读字线为接地；
设置所述源极线和所述写字线设置为工作电平，打开所述开关管以形成所述源极线至所述写位线的方向的电流；
通过所述自旋霍尔金属的电流产生自旋霍尔效应，将所述二个磁性隧道结的自由层极化方向改变，所述二个磁性隧道结阻态特性依所述方向分别为高阻与低阻；
对所述写位线与所述源极线放电，完成写1操作。
10.一种如权利要求1至7中任一项所述的磁性随机存储器的数据读操作方法，其特征在于，所述方法包括：
设置所述第一读字线与所述第二读字线为合理电位；
设置所述源极线、所述写位线与所述写字线为低电位或接地；
其中，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接各所述二极管的阴极，各所述二极管的阳极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线，电流通过各所述二极管、所述二个磁性隧道结至所述源极线；或者，所述二个磁性隧道结固定磁化层连接所述二极管的阳极，各所述二极管的阴极分别的连接到所述第一读字线和所述第二读字线，电流通过所述源极线、所述二个磁性隧道结至各所述二极管；所述二个磁性隧道结中，高阻值者呈现出相对小电流、低阻值者呈现相对大电流，所述大电流与所述小电流通过转换电路转换为逻辑信号。
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