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1、成果简介随着互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺尺寸的持续缩小，晶 体管的漏电流不断增加，静态功耗逐渐成为传统存储器和逻辑电路总 能耗的主要来源。新兴的非易失性存储技术能够使存储数据掉电不丢 失，有望解决上述静态功耗问题。其中，基于磁隧道结（MTJ）的磁 性随机存取存储器（MRAM）因其具有高读写速度、良好的工艺兼容 性、无限制写入次数等优势而被证明是最具潜力的非易失性存储器。目前MRAM的主流写入方式是自旋转移矩（Spin Transfer Torque，STT），然而STT-MRAM存储位元的两个写入方向之间存在严重的非对称性，一方面源于访问控制晶体管的源极退化（Source degene
2、ration）， 另一方面源于自旋转移矩固有的效率非对称性。为满足存储器的性能 要求，位元的访问控制晶体管的尺寸必须按照性能较差的写入方向的要求进行设计，从而导致另一个写入方向的写入电流过大，写入功耗 和写入电压都过高，引起存储器性能的恶化。近期自旋轨道矩(Spin orbit torque，SOT)被提出作为一种新型 的MRAM写入方式。与自旋转移矩相比，自旋轨道矩能够实现更快 的写入速度和更低的写入功耗，而且，写入电流不经过磁隧道结，极 大降低了势垒击穿的风险。但是自旋轨道矩磁隧道结SOT-MTJ是三端 口器件，所以SOT-MRAM的存储位元必须配备两个访问控制晶体管， 降低了存储密度。此
3、外在SOT-MRAM中，由晶体管源极退化引起的 写入操作非对称性也未能得到解决。该项目开发出一种高密度磁性存储器件，其在一条厚度为 0-20nm的重金属条状薄膜或反铁磁条状薄膜上制造多个磁隧道结， 每个磁隧道结代表一个存储位元。磁隧道结从下到上由厚度为0-3nm 的第一铁磁金属，厚度为0-2nm的第一氧化物，厚度为0-3nm的第 二铁磁金属，厚度为0-20nm的第一合成反铁磁层和厚度为10-200nm 的第X顶端电极构成，其中X的值为磁隧道结代表的位元编号；重金 属条状薄膜或反铁磁条状薄膜的两端分别镀有第一底端电极和第二 底端电极。可应用于高密度存储器和逻辑电路；采用单向电流写入数 据，提高电路集成度，降低写入功耗和写入电压，减小读取干扰，有 利于减少工艺复杂度和制造成本。
