一种电流驱动磁化翻转的方法技术

本发明专利技术公开了一种电流驱动磁化翻转的方法，涉及磁存储单元磁矩翻转技术领域，目的是保持写入速度的情况下降低磁存储单元的写入能耗或在不增加能耗的情况下降低其写入时间，包括以下步骤：第一脉冲阶段：注入第一自旋极化电流，用于使磁矩翻过翻转势垒，第一自旋极化电流小于磁存储单元的击穿脉冲，第一自旋极化电流作用时间累积的能量不低于翻转势垒；第二脉冲阶段：注入第二自旋极化电流，第二自旋极化电流用于克服热骚动能进而避免磁矩回翻，使磁矩完成翻转；第二自旋极化电流小于第一自旋极化电流且不大于常规固定自旋极化电流；第一脉冲阶段和第二脉冲阶段总能耗不大于常规固定自旋极化电流翻转的能耗；本发明专利技术具有能耗低或速度快的优点。低或速度快的优点。低或速度快的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电流驱动磁化翻转的方法


[0001]本专利技术涉及磁存储单元磁矩翻转
，更具体的是涉及电流驱动磁化翻转的方法


技术介绍

[0002]在磁性多层膜中存在一种新颖的自旋转移效应STT，即自旋极化电流将在磁性层中转移角动量，利用其可实现对磁矩的转动甚至导致磁性层磁化方向的完全翻转。而目前磁性随机存储器MRAM就是利用该效应，在磁性随机存储器的隧道结存储单元中，注入脉冲自旋极化电流产生自旋转移矩，在隧道结单元中产生高、低电阻态，实现“0”、“1”信号的存储，满足磁性随机存储器的应用要求。目前，对于STT
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MRAM来说，在进行“0”、“1”信号的写入时采用的都是固定脉冲电流大小及脉冲作用时间的方法。
[0003]脉冲大小及作用时间决定着存储器件的写入能耗，而脉冲作用时间同时也决定着该存储器件的写入速度。随着目前磁性随机存储器MRAM的发展，在保持目前存储单元能耗不提升的基础上，加快单元的写入速度将更加满足高速存储器发展的需求；同时，降低器件总体能耗也是目前存储器件发展的迫切需求。但目前的研究表明，利用自旋转移效应带动磁性层翻转实现单元的“0”、“1”信号存储，最小的电流脉冲及脉冲作用时间就在3MA/cm2、20ns左右，如若这两个参数进一步降低，将由于注入的自旋转移矩大小及作用时间不够，不能带动磁矩有效翻转，实现信号的“0”、“1”存储。而如果大幅升高电流脉冲，虽可以有效的降低脉冲作用时间、提升写入速度，但是写入能耗将成倍增加。
[0004]如果基于目前的磁存储单元材料和结构，在不高于目前脉冲作用能耗的基础上，实现脉冲作用时间缩短，则可以实现更高写入速度的MRAM；而如若不增加写入时长的情况下，降低STT
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MRAM写入能耗，都将对目前STT
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MRAM的发展起到积极的推动作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：保持写入速度的情况下降低磁存储单元的写入能耗或在不增加能耗的情况下降低其写入时间。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种电流驱动磁化翻转的方法。
[0006]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]一种电流驱动磁化翻转的方法，通过自旋极化电流使磁存储单元发生磁矩翻转，包括以下步骤：
[0008]第一脉冲阶段：注入第一自旋极化电流J1，其作用时间为t1，用于使磁矩翻过势垒，第一自旋极化电流J1小于磁存储单元的击穿脉冲，且第一自旋极化电流J1作用时间t1累积的能量不低于所述磁存储单元的翻转势垒；
[0009]第二脉冲阶段：注入第二自旋极化电流J2，其作用时间为t2，用于克服热骚动能进而避免磁矩回翻，使磁矩完成翻转；第二自旋极化电流J2小于第一自旋极化电流J1；
[0010]第一脉冲阶段和第二脉冲阶段累积的总能量满足以下条件：
[0011][0012]t1+t2≤tref；
[0013]其中，S为所述磁存储单元的横截面面积，R为所述磁存储单元的电阻值，Eref为采用常规的固定自旋极化电流作用固定时间tref的方法实现磁矩翻转的能耗。
[0014]优选地，所述磁存储单元的材质为CoFeB。
[0015]优选地，所述磁存储单元的横截面直径为80nm。
[0016]优选地，所述第一自旋极化电流J1为9MA/cm2，所述t1为1ns，所述第二自旋极化电流J2为3MA/cm2，所述t2为11ns。
[0017]优选地，所述第一自旋极化电流J1为3MA/cm2，所述t1为13ns，所述第二自旋极化电流J2为1MA/cm2，所述t2为7ns。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]通过第一脉冲阶段和第二脉冲阶段采用不同大小自旋极化电流替代传统的常规固定自旋极化电流，能够保证磁矩顺利完成翻转以实现写入；通过合适的自旋极化电流组合可以实现在相同写入速度下降低能耗；自旋极化电流还可以实现在相同能耗下缩短写入时间。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的流程示意图；
[0021]图2是本专利技术和采用常规固定自旋极化电流进行翻转的时间
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自旋极化电流关系图；
[0022]图3是采用常规固定自旋极化电流进行翻转的时间
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磁化强度关系图；
[0023]图4是实施例1的时间
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磁化强度关系图；
[0024]图5是实施例2的时间
‑
磁化强度关系图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0026]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]如图1所示，本实施例提供一种电流驱动磁化翻转的方法，通过自旋极化电流使磁存储单元发生磁矩翻转，包括以下步骤：
[0029]第一脉冲阶段：注入第一自旋极化电流J1，其作用时间为t1，用于使磁矩翻过势垒，第一自旋极化电流J1小于磁存储单元的击穿脉冲，且第一自旋极化电流J1作用时间t1
累积的能量不低于所述磁存储单元的翻转势垒；对于隧道结存储单元，其磁矩发生由正方向到负方向的翻转时，也就是Z到
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Z方向，磁矩翻转需要克服的翻转势垒为一固定值，该值决定于选用的结构及采用的材料，在这里在脉冲作用时间内只要积累足够克服势垒高度的能量就能实现磁矩第一阶段的翻转，也就是Z方向到X方向。
[0030]第二脉冲阶段：注入第二自旋极化电流J2，其作用时间为t2，用于克服热骚动能进而避免磁矩回翻，使磁矩完成翻转；第二自旋极化电流J2小于第一自旋极化电流J1；克服热骚动能，使磁矩稳定到不会回翻的状态，利用磁存储单元自身的各向异性能作用，在一定时间内即可使磁矩由X方向翻转到
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Z方向，完成信息的写入。
[0031]第一脉冲阶段和第二脉冲阶段累积的总能量满足以下条件：
[0032][0033]t1+t2≤tref；
[0034]其中，S为所述磁存储单元的横截面面积，R为所述磁存储单元的电阻值，Eref为采用常规的固定自旋极化电流作用固定时间tref的方法实现磁矩翻转的能耗。
[0035]参阅图2，图2为本专利技术和采用常规固定自旋极化电流进行翻转的时间
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自旋极化电流关系图，其中实线代表本专利技术的方案，虚线代表采用常规固定自旋极化电流进行翻转的方案，可以明显看出采用常规固定自旋极化电流进行翻转是恒定的自旋极化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流驱动磁化翻转的方法，通过自旋极化电流使磁存储单元发生磁矩翻转，其特征在于，包括以下步骤：第一脉冲阶段：注入第一自旋极化电流J1，其作用时间为t1，用于使磁矩翻过势垒，第一自旋极化电流J1小于磁存储单元的击穿脉冲，且第一自旋极化电流J1作用时间t1累积的能量不低于所述磁存储单元的翻转势垒；第二脉冲阶段：注入第二自旋极化电流J2，其作用时间为t2，用于克服热骚动能进而避免磁矩回翻，使磁矩完成翻转；第二自旋极化电流J2小于第一自旋极化电流J1；第一脉冲阶段和第二脉冲阶段累积的总能量满足以下条件：t1+t2≤tref；其中，S为所述磁存储单元的横截面面积，R为所述磁存储单元的电阻值，Eref为采用常规的固定自旋极化电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟皓，迟克群，唐晓莉，金立川，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：