磁存储单元_原创精品文档.pdfVIP

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN101777569A

(43)申请公布日2010.07.14

(21)申请号CN201010033996.8

(22)申请日2010.01.12

(71)申请人清华大学

地址100084北京市100084-82信箱

(72)发明人邓宁陈培毅曲秉郡张磊张树超董浩任敏

(74)专利代理机构北京市立方律师事务所

代理人张磊

(51)Int.CI

H01L27/22

H01L43/08

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

磁存储单元

(57)摘要

本发明提出一种磁存储单元，包

括：第一晶体管，所述第一晶体管的栅电

极与位线相连；位于所述第一晶体管的沟

道绝缘层和栅电极之间的磁性隧道结

MTJ；和第二晶体管，所述第二晶体管的

源/漏极之一与所述MTJ串行连接，其中，

所述磁存储单元的写操作由所述第一晶体

管控制，所述磁存储单元的读操作由所述

第二晶体管控制。本发明将磁存储单元的

写操作和读操作分别设在两个通路上进

行，从而在保证磁存储单元性能的基础

上，大大地减小了写操作时所需的晶体管

的沟道宽度，从而减小整个磁存储单元的

面积。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种磁存储单元，其特征在于，包括：

第一晶体管，所述第一晶体管的栅电极与位线相连；

位于所述第一晶体管的沟道绝缘层和栅电极之间的磁性隧道结MTJ；和

第二晶体管，所述第二晶体管的源/漏极之一与所述MTJ串行连接，其中，所述磁

存储单元的写操作由所述第一晶体管控制，所述磁存储单元的读操作由所述第二晶

体管控制。

2.如权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，所述第一晶体管和第二晶体管为

NMOS管。

3.如权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，所述MTJ的固定层与所述第二

晶体管的源/漏极之一以及所述第一晶体管的沟道绝缘层相连，所述MTJ的自由层

与所述第一晶体管的栅电极相连。

4.如权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，所述栅电极为金属栅电极或多晶

硅栅电极。

5.如权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，在写操作时，关闭所述第二晶体

管并在所述位线施加电压，以及在所述第一晶体管的源极和漏极之间施加偏压，所

述源极和漏极之间的电流通过量子隧穿效应穿过所述MTJ以产生不同方向的写电

流。

6.如权利要求5所述的磁存储单元，其特征在于，在写操作时，所述第一晶体管提

供电流的面积为沟道长度和宽度的乘积。

7.如权利要求1所述的磁存储单元，其特征在于，在读操作时，开启所述第二晶体

管，并在所述位线和所述第二晶体管之间施加偏压，根据通过所述第二晶体管的电

流值判断所述MTJ的磁化取向以读取所述MTJ存储的信息。

8.如权利要求7所述的磁存储单元，其特征在于，如果通过所述第二晶体管的电流

大于预设电流，则判断所述MTJ的自由层和固定层的磁化方向平行；如果通过所

述第二晶体管的电流小于预设电流，则判断所述MTJ的自由层和固定层的磁化方

向相反。

Claim9.如权利要求1-8任一项所述的磁存储单元，其特征在于，所述磁存储单

元用在高密度自旋转移矩存储器中。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造技术领域，特别涉及一种磁存储单元。

背景技术

高密度、高速、低功耗的非挥发存储技术是存储技术的发展目标，而通用存储技术

就不具备上述优点。磁随机存储器(MRAM)已经有商业化的芯片，但是由于其磁场

写入方式的限制，因此很难发展成为未来的通用存储技术。目前，基于自旋转移矩

的磁非挥发存储器(STT-RAM)是纯电流写入方式，在保留了MRAM