【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自旋电子学，特别是涉及自旋轨道矩磁随机存储单元及其读写方法、磁随机存储器。
技术介绍
1、当前计算机体系结构中，限制计算性能提高的主要瓶颈就是存储器性能。存储器是计算机体系结构中的重要组成部分，对计算机的速度、集成度和功耗等都有重要的影响。大数据时代人们对存储器在功耗、存储速度和集成度方面有了更高的要求，而传统的存储器难以同时兼顾各项性能指标。近年来，新兴非易失性存储器受到了学术界和工业界的广泛重视，被认为是可以突破深亚微米下传统集成电路功耗瓶颈的关键技术之一。磁随机存储器(magnetic random access memory，mram)作为一种新兴非易性失存储器，因其具有读写速度快、能耗低、寿命长和工艺兼容性好等优势，是最具大规模产业化前景的新一代非易失性存储器之一，有望成为下一代通用存储器。
2、mram可包括自旋阀(spin valve)或磁性隧道结(magnetic tunnel junction，mtj)，其均包括磁性自由层、磁性固定层、以及夹在二者之间的间隔层，其中自旋阀的间隔层可包括非磁金属材料，磁性隧道结的间隔层可包括非磁绝缘材料。当自由层的磁化方向平行于固定层的磁化方向时，自旋阀或磁性隧道结具有低电阻；反之，其具有高电阻。自旋阀和磁性隧道结的低阻态和高阻态可分别对应于二进制数据的“0”和“1”，或者反之亦可。传统的mram借助电流产生的磁场来改变两磁层的相对磁化取向。为了降低电流密度，后来提出了利用由电流产生的自旋转移矩(spin transfer moment,stt)来改变自
3、为了解决该问题，工业界与学术界已有多种尝试。例如设计加入外加磁场来实现自由层的确定性翻转，但这一需求不利于制作高密度大容量存储器，而且性能和功耗也会受到影响。或者通过stt辅助翻转来实现自由层的确定性翻转，但这使得能耗增加。再或者通过几何结构对称性的设计来实现自由层的确定性翻转，但这也增加了微加工工艺的难度。
技术实现思路
1、本专利技术提供了自旋轨道矩磁随机存储单元及其读写方法、磁随机存储器，解决了现有方法在实现自由层翻转时所存在性能降低、能耗增加以及难度增加的问题。
2、本专利技术提供一种自旋轨道矩磁随机存储单元，包括：
3、磁性隧道结，包括依次层叠的磁性自由层、间隔层和磁性固定层，所述磁性自由层具有方向可变的垂直磁化，磁性固定层具有方向固定的垂直磁化；
4、反常自旋轨道矩层，与磁性自由层接触，所述反常自旋轨道矩层具有方向可变的面内磁化，用于产生反常自旋霍尔效应；所述磁性固定层远离所述反常自旋轨道矩层的一端设有第一电极，所述反常自旋轨道矩层两侧分别设有第二电极和第三电极；
5、所述第二电极和第三电极用于施加面内电流或反向面内电流，所述反常自旋轨道矩层根据反常自旋霍尔效应接收面内电流或反向面内电流并产生面外自旋流，对磁性自由层的磁化方向进行翻转，实现数据的写入；
6、向所述第二电极和第一电极或第三电极和第一电极施加偏压，读取自旋轨道矩磁随机存储单元的阻态，实现数据的读取。
7、优选的，所述面内电流和反向面内电流均为电荷电流，当电荷电流与反常自旋轨道矩层的磁矩的面内磁化方向同向时，产生自旋极化方向相同的面外自旋流并流入磁性自由层，将磁性自由层的垂直磁矩的磁化方向翻至与自旋极化方向同向，磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向与磁性固定层的磁矩的垂直磁化方向平行，写入数据。
8、优选的，当电荷电流与反常自旋轨道矩层的磁矩的面内磁化方向反向时，产生自旋极化方向相反的面外自旋流并流入磁性自由层，将磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向翻至与自旋极化方向同向，磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向与磁性固定层的磁矩的垂直磁化方向反平行，写入数据。
9、优选的，通过采用原子层沉积、磁控溅射沉积或亚大气压化学气相沉积对磁性自由层、间隔层、磁性固定层和反常自旋轨道矩层进行沉积。
10、优选的，所述磁性自由层、间隔层、磁性固定层和反常自旋轨道矩层的形状包括圆形、椭圆形、以及多边形。
11、优选的，还包括写字线、读字线、源线、写位线、读位线、nmos管n1和n2，所述nmos管n1的栅极与写字线连接，其源极与写位线连接，其漏极和源线分别与第二电极和第三电极连接；所述源线接地；
12、所述nmos管n2的栅极与读字线连接，其源极与读位线连接，其漏极与第一电极连接；
13、增加写字线电压，nmos管n1打开，对写位线施加正电压，即可写入并保存数据“1”；对写位线施加负电压，即可写入并保存数据“0”；
14、增加读字线电压，nmos管n2打开，对读位线施加正电压，在磁随机存储器单元处于“1”状态时，磁随机存储器单元为低阻态，通过nmos管n2源漏极的电流增大，读取“1”；在磁随机存储器单元处于“0”状态时，磁随机存储器单元为低阻态，通过nmos管n2源漏极的电流减小，读取“0”。
15、一种自旋轨道矩磁随机存储单元的读写方法，该方法用于上述的自旋轨道矩磁随机存储单元进行读写，包括写入阶段和读取阶段；
16、所述写入阶段包括：
17、向所述反常自旋轨道矩层施加面内电流，依据反常自旋霍尔效应产生自旋极化方向相同的面外自旋流，该自旋流流入磁性自由层后，将磁性自由层的磁化方向翻至与自旋极化方向同向，写入数据；
18、向所述反常自旋轨道矩层施加反向面内电流，依据反常自旋霍尔效应产生自旋极化方向相反的面外自旋流，该自旋流流入磁性自由层后，将磁性自由层的磁化方向翻至与自旋极化方向同向，写入数据；
19、所述读取阶段包括：
20、向所述第二电极或第三电极与第一电极施加偏压，基于自旋阀或者磁隧道结基本原理，当磁性自由层的磁矩与磁性固定层平行时测得低电阻，反平行时测得高电阻，即读取到写入的数据。
21、一种磁随机存储器，包括上述的自旋轨道矩磁随机存储单元。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
23、本专利技术的磁性自由层具有方向可变的垂直磁化，磁性固定层具有方向固定的垂直磁化，反常自旋轨道矩层具有面内磁化方向，可产生反常自旋霍尔效应。同时在磁性固定层上设有第一电极，在反常自旋轨道矩层两侧分别设有第二电极和第三电极，本专利技术通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，所述面内电流和反向面内电流均为电荷电流，当电荷电流与反常自旋轨道矩层的磁矩的面内磁化方向同向时，产生自旋极化方向相同的面外自旋流并流入磁性自由层，将磁性自由层的垂直磁矩的磁化方向翻至与自旋极化方向同向，磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向与磁性固定层的磁矩的垂直磁化方向平行，写入数据。
3.如权利要求2所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，当电荷电流与反常自旋轨道矩层的磁矩的面内磁化方向反向时，产生自旋极化方向相反的面外自旋流并流入磁性自由层，将磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向翻至与自旋极化方向同向，磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向与磁性固定层的磁矩的垂直磁化方向反平行，写入数据。
4.如权利要求1所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，通过采用原子层沉积、磁控溅射沉积或亚大气压化学气相沉积对磁性自由层、间隔层、磁性固定层和反常自旋轨道矩层进行沉积。
5.如权利要求1所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征
6.如权利要求1所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，还包括写字线、读字线、源线、写位线、读位线、NMOS管N1和N2，所述NMOS管N1的栅极与写字线连接，其源极与写位线连接，其漏极和源线分别与第二电极和第三电极连接；所述源线接地；
7.一种自旋轨道矩磁随机存储单元的读写方法，其特征在于，该方法用于对权利要求1-6任一项所述的自旋轨道矩磁随机存储单元进行读写，包括写入阶段和读取阶段；
8.一种磁随机存储器，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任一项所述的自旋轨道矩磁随机存储单元。
...【技术特征摘要】
1.一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，所述面内电流和反向面内电流均为电荷电流，当电荷电流与反常自旋轨道矩层的磁矩的面内磁化方向同向时，产生自旋极化方向相同的面外自旋流并流入磁性自由层，将磁性自由层的垂直磁矩的磁化方向翻至与自旋极化方向同向，磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向与磁性固定层的磁矩的垂直磁化方向平行，写入数据。
3.如权利要求2所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，当电荷电流与反常自旋轨道矩层的磁矩的面内磁化方向反向时，产生自旋极化方向相反的面外自旋流并流入磁性自由层，将磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向翻至与自旋极化方向同向，磁性自由层的磁矩的垂直磁化方向与磁性固定层的磁矩的垂直磁化方向反平行，写入数据。
4.如权利要求1所述的一种自旋轨道矩磁随机存储单元，其特征在于，通过...
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