利用自旋-轨道扭矩辅助的电压控制磁化切换技术实现可靠的非易失性存储器

《ACS Nano》：Spin–Orbit Torque-Assisted Voltage-Controlled Magnetization Switching for Reliable Nonvolatile Memory

电压控制磁存储器（VC-MRAM）利用Ta/Mo种子层实现三端集成，支持VCMA、SOT及混合模式。混合模式下采用亚临界SOT电流辅助VCMA驱动，使写误码率降低两个数量级，优化能量延迟积，适用于计算内存中的二进制神经网络处理。

　　

电压控制型磁性或磁电随机存取存储器（VC-MRAM或MeRAM）利用电压控制磁各向异性（VCMA）效应，能够在亚纳秒时间尺度上实现高效的超快设备切换，其写入能量E_w低于飞焦耳。然而，由于电压切换的振荡特性导致的高写入错误率（WER）阻碍了其发展，并需要精确控制写入脉冲的时序。理想情况下，自旋-轨道扭矩（SOT）也能支持超快磁化切换，前提是电流超过由磁各向异性决定的临界阈值。在这里，我们展示了一种兼容后端生产线的设备，该设备采用Ta/Mo种子层，能够在VC模式、SOT模式或混合模式下运行。在混合模式下，我们施加亚临界SOT电流来辅助VCMA诱导的切换。VC-MRAM的WER降低了两个数量级以上，这归因于磁化动态的改变以及操作过程中微磁自由能的变化。WER的提高使得能量-延迟乘积优于传统的VC-MRAM方案。进一步模拟表明，这种改进的性能使SOT辅助的VC-MRAM成为计算内存应用（包括二进制神经网络）的有希望的候选者。