CN113887734B - 随机磁隧道结器件及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种随机磁隧道结器件及应用方法，属于半导体器件领域。所述随机磁隧道结器件包括：由顶端电极、参考层、隧穿势垒层和自由调控层依次层叠组成的叠层结构；其中，所述自由调控层包括：自由层、底端电极和位于磁隧道结周围任意位置的导线层，所述导线层用于产生调控所述自由层磁化取向的奥斯特场。本发明方案将传统通过势垒层两端电压控制器件翻转概率的方法修改为通过底端电极电压与磁场协同控制翻转概率，在自由层端增设一个奥斯特场，基于该奥斯特场进行自由层磁化取向控制。避免了传统方法中需要自旋转移矩电流需要连续不断的通过磁隧道结的超薄隧穿势垒层，从而造成势垒层寿命降低的问题。

Description

随机磁隧道结器件及应用方法

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体地涉及一种随机磁隧道结器件及一种随机磁隧道结器件的应用方法。

背景技术

随着集成电极技术手段的日益增强，适应于日益增大的计算需求，集成电路的规模和复杂程度越来越高，但是，随着人工智能、大数据、物联网的不断发展，需要解决的问题也越来越复杂。因为集成电路本身处理能力限制，集成电路的发展越来越表现的脱节。特别是在抽样、推理、优化、可逆计算等领域，由于基于二进制逻辑的传统图灵电子计算机并不擅长模拟微观量子世界的不确定性，导致计算量会随着复杂度增加而指数式地增长，使得计算很快变得不可能实现。基于此，建造以量子比特为基础的量子计算系统应运而生。

作为理想量子计算系统目标器件的磁隧道结器件虽然在速度、功耗等方面具有一定的综合优势。但是，随着计算速率和计算量的不断提升，整个系统对器件的系统设计对器件寿命有了很高的要求。特别是对于两端的自旋转移矩磁隧道结概率器件，由于自旋转移矩电流需要连续不断的通过磁隧道结的超薄隧穿势垒层，该电流会造成势垒层的老化，最终影响器件的使用寿命。此外，器件加工工艺上的一些不可控情况，会造成器件的差异较大，不利于大规模的器件集成。基于上述问题，亟需一种在保留磁隧道结基础特性的同时提高器件耐用性和更好的器件翻转概率一致性的磁隧道器件。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种基于奥斯特场控制的随机磁隧道结器件及应用方法，以至少解决现有磁隧道结用于量子计算系统存在的耐用性低和器件翻转概率一致性差的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种随机磁隧道结器件，所述器件为：由顶端电极、参考层、隧穿势垒层和自由调控层层叠组成的叠层结构；所述自由调控层包括：自由层、底端电极和导线层；所述导线层用于产生控制所述自由层磁化取向的奥斯特场。

可选的，所述顶端电极具有顶端电极端口；所述底端电极两端分别具有底端第一电极端口和底端第二电极端口；所述顶端电极端口、所述底端第一电极端口和所述底端第二电极端口用于单个或任意组合使用以调控所述随机磁隧道结器件的翻转概率。

可选的，所述自由层和所述参考层由铁、钴、硼和镍中的一种或多种材料制成，所述自由层和所述参考层的制作材料不同。

可选的，所述隧穿势垒层由氧化铝和氧化镁中的一种或多种材料制成。

可选的，所述顶端电极和所述底端电极由钽、铝、金、铬、铜、钼、钨和铂金中的一种或多种材料制成。

可选的，所述顶端电极端口、所述底端第一电极端口和所述底端第二电极端口均连接有一个电脉冲发生器或一个电偏置发生器。

本发明第二方面提供一种随机磁隧道结器件应用方法，所述随机磁隧道结为上述的随机磁隧道结器件，所述方法包括：S1）获取磁隧道结翻转概率需求值；S2）根据预设规则获得所述隧道结翻转概率需求值下的电压特性或奥斯特场强度；S3）根据所述电压特性调整顶端电极端口与底端第一电极端口和底端第二电极端口之间，或顶端电极端口与底端第一电极端口之间，或顶端电极端口与底端第二电极端口之间的电脉冲或电偏置；或根据所述奥斯特场强度对应调整导线层的过流电流。

可选的，所述方法还包括：生成所述预设规则，所述预设规则包括第一预设规则；所述生成预设规则，包括生成第一预设规则：在预设大小范围内逐级调整所述顶端电极端口、所述底端第一电极端口和/或所述底端第二电极端口上的电脉冲或电偏置；获得每一级调整后所述固定预设时间内的磁隧道结翻转概率；根据每一级调整后的电压值以及对应的磁隧道结概率，绘制对应的第一变化曲线，作为所述第一预设规则；其中，所述第一变化曲线上的每一点对应相同时刻下电压大小值对应的翻转概率。

可选的，所述获得每一级调整后所述固定预设时间内的磁隧道结翻转概率，包括：在固定预设时间内设置多个采集时刻，并在每一个采集时刻采集对应的阻态情况；其中，所述阻态情况包括高阻态和低阻态，每一个采集时刻仅表现一种阻态；统计所述固定预设时间内采集的高阻态次数和低阻态次数，并分别根据所述高阻态次数和所述低阻态次数与总采集次数的比值确定对应的高阻态概率和低阻态概率，作为磁隧道结翻转概率。

可选的，所述预设规则还包括第二预设规则；所述生成所述预设规则，还包括：生成第二预设规则，包括：确定所述顶端电极端口、所述底端第一电极端口和/或所述底端第二电极端口上的电脉冲或电偏置，在预设电流范围内逐级调整所述导线层的过流电流，并分别获得每一级调整的奥斯特场强度，其中在每一级调整后维持固定预设时间；获得每一级调整后所述固定预设时间内的磁隧道结翻转概率；根据每一级调整后的奥斯特场强度以及对应的磁隧道结概率，绘制对应的第二变化曲线，作为所述第二预设规则；其中，所述第二变化曲线上的每一点对应相同时刻下奥斯特场强度对应的翻转概率。

可选的，所述根据预设规则获得所述隧道结翻转概率需求值下的电压特性或奥斯特场强度，包括：将所述隧道结翻转概率需求值作为检索条件，在所述第一变化曲线或第二变化曲线中进行匹配检索，获得所述第一变化曲线或第二变化曲线上对应的特征点；基于所述特征点获得对应的电压值，将所述电压值作为所述隧道结翻转概率需求值下的电压特性；或基于所述特征点获得对应的奥斯特场强度，将所述奥斯特场强度作为所述隧道结翻转概率需求值下的奥斯特场强度。

通过上述技术方案，将传统通过电压控制器件翻转概率的方法修改为通过磁场控制翻转概率，在自由层端增设一个奥斯特场，基于该奥斯特场进行自由层磁化取向控制。避免了传统方法中需要自旋转移矩电流需要连续不断的通过磁隧道结的超薄隧穿势垒层，从而造成势垒层寿命降低的问题。且通过定量调整奥斯特场的磁场大小，可以定量调整器件的翻转概率，保证了器件翻转概率一致性控制的便捷性。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的随机磁隧道结器件的结构示意图；

图2是本发明一种实施方式提供的随机磁隧道结器件应用实施例一的步骤流程图；

图3是本发明一种实施方式提供的实施例一中获取电压特性的步骤流程图；

图4是本发明一种实施方式提供的隧道结器件组态变化规律曲线图；

图5是本发明一种实施方式提供的隧道结器件翻转概率与电压值对应关系曲线图；

图6是本发明一种实施方式提供的随机磁隧道结器件应用实施例二的步骤流程图；

图7是本发明一种实施方式提供的实施例二中获取奥斯特场强度的步骤流程图；

图8是本发明一种实施方式提供的隧道结器件翻转概率与奥斯特场强度对应关系曲线图。

附图标记说明

10-顶端电极；20-参考层；30-隧穿势垒层；40-自由层；50-底端电极；60-导线层；

1-顶端电极端口；2-底端第一电极端口；3-底端第二电极端口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

随着集成电极技术手段的日益增强，适应于日益增大的计算需求，集成电路的规模和复杂程度越来越高，但是，随着人工智能、大数据、物联网的不断发展，需要解决的问题也越来越复杂。因为集成电路本身处理能力限制，集成电路的发展越来越表现的脱节。特别是在抽样、推理、优化、可逆计算等领域，由于基于二进制逻辑的传统图灵电子计算机并不擅长模拟微观量子世界的不确定性，导致计算量会随着复杂度增加而指数式地增长，使得计算很快变得不可能实现。基于此，建造以量子比特为基础的量子计算系统应运而生，其由物理学家理查德·费曼在上世纪80年代提出，核心思想是使用量子本身去计算解决计算量暴增问题。然而，量子计算系统的基础单元量子比特的状态很难维持，且对工作环境要求较高，很难实现大规模的集成。因此，如果一个方法既具有传统CMOS工艺的高集成度和高可靠性，又能表达一定的量子不确定特性，将大大降低前面所提到问题的计算难度。由于微观量子在宏观上的表现是具有不确定性和一定的概率分布，所以，能够对概率行为进行一定调控的经典计算系统也可以有效的解决一些复杂问题，这种计算系统被称为概率计算系统。其基本单元为概率比特器件，可以调控随机数的产生概率。该器件也可被广泛应用于近年来得到了大量关注的存内计算、随机计算、数据加密、机器学习、和深度学习等。

基于上述对概率比特器件的功能需求，为了构建具有高可靠性且概率可调的概率器件，基于MRAM、RRAM、PCM等新型非易失存储器受到了广泛的研究，在RRAM和PCM上，均利用了写电压对延迟时间的依赖关系调控概率分布产生随机数。该方法因其对延迟时间的依赖性，且需要重置操作，所以在计算效率上有一定的局限性。而基于MRAM的双端器件则利用调控偏置电压的方法调控概率，具有更快的速度和更高的可靠性。

MRAM基础单元为磁隧道结，其在速度、耐用性、功耗等方面具有一定的综合优势。将其具有的特性用于概率计算可以有效地解决概率计算中的速度和可靠性问题，但是随着计算速率和计算量的不断提升，整个系统对器件的系统设计对器件寿命有了很高的要求。特别是对于两端的自旋转移矩磁隧道结概率器件，由于自旋转移矩电流需要连续不断的通过磁隧道结的超薄隧穿势垒层30，该电流会造成势垒层的老化，最终影响器件的使用寿命。此外，器件加工工艺上的一些不可控情况，会造成器件的差异较大，不利于大规模的器件集成。因此，如何能够解决器件寿命瓶颈及其一致性问题，成为磁隧道结概率器件的一个核心挑战。本发明便是基于磁隧道结用于概率计算存在的问题进行设计解决，在保留磁隧道结基础特性的同时提高器件耐用性和更好的器件翻转概率一致性。

图1是本发明一种实施方式提供的随机隧道结器件的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供一种随机隧道结器件，所述随机隧道结器件包括：由顶端电极10、参考层20、隧穿势垒层30和自由调控层依次层叠组成的叠层结构；其中，所述自由调控层包括：自由层40、底端电极50和位于底端电极下方的导线层60；所述导线层60用于产生控制所述自由层40磁化取向的奥斯特场。

在本发明实施例中，举例说明，电子想到达一座山另一侧时，经典物理学中，其必须具备足够的能量以支持它自身翻越过去。但是在量子领域，其不用翻越这座山也能到达另一侧，就如在山中增加了一条可以直接穿过的隧道。磁隧道结具有的磁隧道效应在外磁场的作用下，如果极化的方向一致，那电子进行隧穿的概率越大，宏观的表现就是小电阻；若极化方向反方向平行，则电子穿过去的概率更小，其在宏观上的变现便是大电阻。上述的宏观上的大电阻和小电阻对应的便是磁隧道结器件中的高阻态和低阻态，基于该特性进行磁隧道结结构了解。最基础的磁隧道结便是三明治结构，包括参考层20、隧穿层和自由层40。其中，参考层20和自由层40是两个铁磁层，隧穿层为氧化物势垒层。上述自由层40的极化方向可以切换，参考层20的极化方向固定，隧穿层便是电子需要穿过的隧道。用过改变自由层40的计划方向使得其与参考层20的极化方向相同或反向平行，实现高阻态和低阻态之间的切换。这也就是MRAM的存储原理，低阻态对应“0”，高阻态对应“1”。

在现有的磁隧道结中，主要的方式是通过自旋电流数据写入的方式，其利用自旋转移力矩效应摆脱了对外加磁场的依赖。自旋力矩效应是指当电流垂直流过自旋阀各层的时候，磁性自由层40会受到自旋转移力矩的作用，当这个力矩足够大时，能够诱使磁性自由层40磁矩翻转。但是，其需要自旋转移矩电流需要连续不断的通过磁隧道结的超薄隧穿势垒层30，这就势必会造成势垒层的老化，最终影响器件的使用寿命。所以传统的控制方法是在两个铁磁层提供电压，实现自旋转移矩电流的方式进行磁隧道结调控的，本发明是基于电磁调控的，即增加一个外设磁场，通过该外设磁场改变自由层40极化方向，从而避免电流直接流过势垒层，提高器件的耐用程度。基于此，本发明在传统三明治结构的自由层40端，增设一个调控层，该调控层提供了一个外设磁场，即奥斯特场，该奥斯特场定性的实现了器件的磁场控制的翻转概率调控。调控层包括交换偏置场层和底端电极50，三明治结构的另一侧包括一个顶端电极10，基于这两个电极进行增设的奥斯特场控制，从而定量的实现器件的磁场控制的翻转概率调控。

其中，奥斯特场的本质为电流周围存在磁场，电流是电荷定向运动产生的，所以通电导线周围的磁场实质上是运动电荷产生的。即在本发明中，通过对增加的导线层60增加电流，使其产生奥斯特场，该产生的奥斯特场作为自由层40的外设磁场。因为奥斯特场的产生特性，使得导线层60可以相对于自由层40可以远端设置，其在具有特殊结构需求时，具有很好的构建灵活性。

优选的，所述自由层40和所述参考层20由铁、钴、硼和镍中的一种或多种材料组合制成。

在本发明实施例中，上述已知，自由层40和参考层20均为铁磁材料，为了保证磁隧道结的基础特性，优选地自由层40和参考层20均选择矫顽力较大的材料，例如铁、钴、硼和镍中的单金属和这几种材料的合金金属。因为磁隧道结器件参考层20和自由层40之间的矫顽力需要不同，所以二者优选地选择不同的材料。

优选的，所述隧穿势垒层30由氧化铝和氧化镁中的一种或多种材料组合制成。

优选的，隧穿势垒层30需要为绝缘层，优选的氧化绝缘层，所以，优选地选用氧化铝和氧化镁中的一种或多种材料组合制成隧穿势垒层30。

优选的，述顶端电极10与所述底端电极50由钽、铝、金、铬、铜、钼、钨和铂金中的一种或多种材料组合制成。

优选的，所述顶端电极端口1、所述底端第一电极端口2和所述底端底端第二电极端口3均连接有一个电脉冲发生器或一个电偏置发生器；所述连接的一个电脉冲发生器或一个电偏置发生器用于根据用户需求发生适应大小的电脉冲或电偏置。

在本发明实施例中，自由调控层为自由层40施加了一个翻转磁场，该器件的翻转概率与翻转磁场的大小直接相关。优选的，所述磁隧道结器件具有三个端口，分别位于顶端电极10和底端电极50两端。电脉冲或电偏置可以加在任意端口上，且可以同时加在一到三个端口上。通过增加电脉冲或电偏置，改变翻转磁场的大小，实现对器件翻转概率的控制，所以在理想条件下，只要定量的控制了翻转磁场，便可以对应定量的控制器件的翻转概率。本发明便是基于该原理进行结构设计的，通过在所述顶端电极端口1、所述底端第一电极端口2和所述底端第二电极端口3均连接有一个电脉冲发生器或一个电偏置发生器；定量的进行电脉冲或电偏置控制，从而获取用户需求的翻转概率。

本发明实施方式提供了一种随机磁隧道结的应用方法，所述方法包括：

如图2，实施例一：

步骤S10A：获取用户磁隧道结翻转概率需求值。

具体的，根据用户的具体计算需求，其需要翻转概率不同的磁隧道结，传统的控制方法是进行电压控制，本发明是通过磁场控制。需要通过对磁场的定量控制实现对翻转概率的定量控制，以满足用户差异化的需求。而对于该器件的使用方法，测试该步骤的逆过程，需要了解用户差异化的需求，然后分析获得需要定量控制的磁场特性，基于该需要控制的磁场特性进行各电极端口输入控制。

步骤S20A：根据预设规则获得所述隧道结翻转概率需求值下的电压特性。

具体的，在本步骤中，需要获得用户需求翻转概率下对应的磁场强度，因为该磁场强度由电极端口的电偏置或电脉冲输入决定，所以可以将磁场强度对应转化为器件汇总的电压强度，依次便于进行数据采集和统计。不同的电压值对应不同的翻转磁场强度，然后对应不同的翻转概率，需要根据这种转化关系获得二者的对应值，需要预设准确的对应关系。所以，如图3，具体包括：

步骤S201A：获取预设规则。

具体的，想要获得翻转概率与电压之间的对应关系，首先需要了解二者的对应关系。如图4，在一个电压极性为负时，磁隧道结可以维持在低态电阻下；在电压反向并足够大的情况下，磁隧道结可以稳定在高态电阻。而在两种电压大小之间，一个固定大小的电压可以让磁隧道结的阻态实现高低态来回翻转变化。即一个电压既可以翻转低阻态到高阻态，也可以翻转高阻态到低阻态。而继续增加或降低电压时，磁隧道结高低阻态的占比也会发生变化，直至自由层40不发生来回翻转。通过上述各个电压下高低阻态所占比例进行统计，可以得到图5所示的概率分布图。从图5可以看出，随着电压的变化，在每一个特定的电压下，高低阻态出现的比例会不断地发生变化。本发明方案便是基于这种特性可以被用于概率计算。

在一个实施例中，基于上述图4绘制的特性，可见，电压极性为负时，磁隧道结可以维持在低态电阻下，针对该特性，当需要低阻态时，可以直接调整底端第一电极端口2或底端底端第二电极端口3之间的电脉冲和电偏置，使得自由层40与参考层20之间的极性相反，则可直接获得低阻态。

首先预设大小合适的电压范围，该电压范围对应图4中的维持低阻态和维持高阻态之内的区间。然后，在该范围内，进行电压逐级调节，调节的方式便是通过逐级调整所述顶端电极端口1、所述底端第一电极端口2和/或所述底端第二电极端口3上的电脉冲或电偏置。然后在每一次调节过后维持固定的预设时间，以便于进行翻转概率统计。如图3，在某一段电压值内，器件的阻态可以为高阻态也可以为低阻态，二者的翻转概率与电压相关。所以，在该固定预设时间内进行多次状态采集，例如采集10次，其中8次为高阻态，2次为低阻态，则其高阻态的概率为80%，低阻态的概率为20%，以此获得翻转概率。以此列推，获得改区间内多个电压值对应的翻转概率，然后基于这多个对应关系进行变化曲线绘制，该变化曲线便为预设规则，该变化曲线与图5类似。

步骤S202A：基于预设规则获得需要调整的电压特性。

具体的，获得变化曲线后，将用户需要的翻转概率带入该变化曲线中，获得对应需要的电压值。例如，用户需求翻转概率为高阻态概率60%，则在变化曲线中找到对应高阻态概率为60%的点，然后关联出对应的电压值，将电压值对应的顶端电极端口1、底端第一电极端口2和/或底端第二电极端口3的调控规则作为目标调控规则。

步骤S30A：根据所述电压特性调整顶端电极端口1、底端第一电极端口2和/或底端第二电极端口3之间的电脉冲或电偏置。

具体的，顶端电极端口1、底端第一电极端口2和/或底端第二电极端口3的调控规则后，直接通过电脉冲发生器或电偏置发生器进行各端口输入控制，使得其结果电压为目标电压，然后将该器件调整到用户需要的翻转概率。

如图6，实施例二：

在另一种可能的实施方式中，确定固定的顶端电极端口1、底端第一电极端口2和/或底端第二电极端口3的电偏置或电脉冲，然后在在规则下动态调整奥斯特场强度，同样可以获得如图5所示的规律，只是在该规律中，如图8，横坐标变为了奥斯特场强度。基于该特性，包括以下的执行步骤：

步骤S10B：获取用户磁隧道结翻转概率需求值。

步骤S20B：根据预设规则获得所述隧道结翻转概率需求值下的奥斯特场强度。

具体的，在本步骤中，需要获得用户需求翻转概率下对应的奥斯特场强度，因为该奥斯特场强度由导线层60的过流电流决定，所以可以将奥斯特场强度对应转化为导线层60的过流电流，以此便于进行数据采集和统计。不同的过流电流对应不同的奥斯特场强度，然后对应不同的翻转概率，需要根据这种转化关系获得二者的对应值，需要预设准确的对应关系。所以，如图7，具体包括：

步骤S201B：获取预设规则。

具体的，通过各个奥斯特场强度下高低阻态所占比例进行统计，可以得到图8所示的概率分布图。从图8可以看出，随着奥斯特场强度的变化，在每一个特定的奥斯特场强度下，高低阻态出现的比例会不断地发生变化。本发明方案便是基于这种特性可以被用于概率计算。

首先预设大小合适的电压，该电压对应图4中的维持低阻态和维持高阻态之内的区间。然后，预设合适的导线层60过流电流范围，基于该导线层60过流电流范围，进行导线层60过流电流范围逐级调节。然后在每一次调节过后维持固定的预设时间，以便于进行翻转概率统计和奥斯特场强度采集。如图3，在某一段电压值内，器件的阻态可以为高阻态也可以为低阻态，二者的翻转概率与奥斯特场强度相关。所以，在该固定预设时间内进行多次状态采集，例如采集10次，其中8次为高阻态，2次为低阻态，则其高阻态的概率为80%，低阻态的概率为20%，以此获得翻转概率。以此类推，获得改区间内多个奥斯特场强度对应的翻转概率，然后基于这多个对应关系进行变化曲线绘制，该变化曲线便为预设规则，该变化曲线与图8类似。

步骤S202B：基于预设规则获得需要调整的奥斯特场强度。

具体的，获得变化曲线后，将用户需要的翻转概率带入该变化曲线中，获得对应需要的奥斯特场强度值。例如，用户需求翻转概率为高阻态概率60%，则在变化曲线中找到对应高阻态概率为60%的点，然后关联出对应的奥斯特场强度，将奥斯特场强度对应的导线层60过流电流规则作为目标调控规则。

步骤S30B：根据所述奥斯特场强度调整导线层60的过流电流。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (8)

1.一种随机磁隧道结器件，其特征在于，所述随机磁隧道结器件包括：

由顶端电极、参考层、隧穿势垒层和自由调控层层叠组成的叠层结构；

所述自由调控层包括：自由层、底端电极和导线层；所述导线层用于产生控制所述自由层磁化取向的奥斯特场；

所述顶端电极具有顶端电极端口；

所述底端电极两端分别具有底端第一电极端口和底端第二电极端口；

所述导线层、所述顶端电极端口、所述底端第一电极端口和所述底端第二电极端口组合使用以调控所述随机磁隧道结器件的反转概率。

2.根据权利要求1所述的随机磁隧道结器件，其特征在于，所述自由层和所述参考层由铁、钴、硼和镍中的一种或多种材料制成，所述自由层和所述参考层的制作材料不同。

3.根据权利要求1所述的随机磁隧道结器件，其特征在于，所述隧穿势垒层由氧化铝和氧化镁中的一种或多种材料制成。

4.根据权利要求1所述的随机磁隧道结器件，其特征在于，所述顶端电极和所述底端电极由钽、铝、金、铬、铜、钼、钨和铂金中的一种或多种材料制成。

5.根据权利要求1所述的随机磁隧道结器件，其特征在于，所述顶端电极端口、所述底端第一电极端口和所述底端第二电极端口均连接有一个电脉冲发生器或一个电偏置发生器。

6.一种随机磁隧道结器件应用方法，其特征在于，所述随机磁隧道结器件为权利要求1-5中任一项权利要求所述的随机磁隧道结器件，所述方法包括：

S1)获取磁隧道结翻转概率需求值；

S2)根据预设规则获得所述隧道结翻转概率需求值下的电压特性和奥斯特场强度；

S3)根据所述电压特性调整顶端电极端口与底端第一电极端口和底端第二电极端口之间，或顶端电极端口与底端第一电极端口之间，或顶端电极端口与底端第二电极端口之间的电脉冲或电偏置；和

根据所述奥斯特场强度对应调整导线层的过流电流。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

生成所述预设规则，包括：

确定所述顶端电极端口、所述底端第一电极端口和/或所述底端第二电极端口上的电脉冲或电偏置，在预设电流范围内逐级调整所述导线层的过流电流，并分别获得每一级调整的奥斯特场强度，其中在每一级调整后维持固定预设时间；

获得每一级调整后所述固定预设时间内的磁隧道结翻转概率；

根据每一级调整后的奥斯特场强度以及对应的磁隧道结概率，绘制对应的变化曲线，作为所述预设规则；其中，

所述变化曲线上的每一点对应相同时刻下奥斯特场强度对应的翻转概率。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S2)中，所述根据预设规则获得所述隧道结翻转概率需求值下的电压特性和奥斯特场强度，包括：

将所述隧道结翻转概率需求值作为检索条件，在所述变化曲线中进行匹配检索，获得所述变化曲线上对应的特征点；

基于所述特征点获得对应的奥斯特场强度，将所述奥斯特场强度作为所述隧道结翻转概率需求值下的奥斯特场强度。

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