具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器

摘要

公开了与具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器相关的方法和装置。在一示例中，公开了通过压控磁各向异性(VCMA)和自旋轨道转矩(SOT)技术的组合编程的三端子磁性隧道结(MTJ)存储元件。还公开了一种配置成通过VCMA和SOT技术对三端子MTJ存储元件进行编程的存储器控制器。所公开的器件通过使用较少写能量相比于常规器件提高了效率，同时具有比常规器件更简单和更可伸缩的设计。所公开的器件还具有提高的热稳定性而无需增加所需的切换电流，因为各状态之间的临界切换电流基本上是相同的。

说明书

引言

本公开一般涉及电子器件，尤其但不排他地涉及与具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器相关的方法和装置。

随机存取存储器(RAM)是现代数字电路架构的无处不在的组件。RAM可以是自立器件，或者可被集成到使用RAM的设备中，诸如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、或其他类似设备。RAM可以是易失性或非易失性的。易失性RAM每当功率被移除时丢失其存储的信息。非易失性RAM即使在功率被移除时也能维持其存储器内容。

磁阻随机存取存储器(MRAM)是具有与易失性存储器相当的响应(读和写)时间的非易失性存储器技术。存储在MRAM中的数据不随时间降级，并且与其他RAM技术相比，MRAM使用非常小的功率。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术形成对比，MRAM使用磁性存储元件。由此，MRAM具有使其成为通用存储器的候选者的若干期望特性，诸如高速度、高密度(即，小位单元尺寸)、低功耗、以及逻辑状态不随时间降级。

尽管有上述特性，但常规MRAM器件并不是理想的。自旋转移矩MRAM(例如，STT-MRAM)中的常规存储器元件(例如，磁性隧道结(MTJ))为具有共享读和写路径的双端子器件。共享读和写路径造成了关于读速度和写可靠性的问题。对于写，MTJ中的阻挡层应当足够薄(并且具有相对足够低的电阻)以流动切换所需的电流。然而，薄阻挡层更容易遭受因重复的写操作而引起的电介质击穿。此外，MTJ的状态可被读电流无意地翻转。这被称为“读扰乱”。随着MTJ技术在物理尺寸上缩小，切换电流趋于减小。然而，高速读操作通常需要更大的读电流。由此，高速MRAM，尤其是深度缩放的MTJ器件，可能遭受读扰乱。相应地，满足对耐写性(由于MTJ中的隧道阻挡上的应变)和读可靠性两者的可靠性要求是有挑战性的。

此外，常规底部钉扎双端子MTJ器件中的切换电流的不对称性与常规N型金属氧化物半导体(NMOS)驱动晶体管不兼容。在常规底部钉扎双端子MTJ器件中不存在临界切换电流(I_c)不对称性效应，因为自旋转矩在反平行至平行(AP→P)方向上比在平行至反平行(P→AP)方向上更高效，因此I_c0AP→P<I_c0P→AP。由此，自旋转矩效率在常规底部钉扎双端子MTJ器件中是不对称的，并且取决于相对磁化向量与极化之间的角度。此外，与常规底部钉扎双端子MTJ器件串联耦合的写晶体管的驱动功率也具有与该常规底部钉扎双端子MTJ器件的写I_c不对称性不兼容的不对称性。这导致写过程期间浪费的能量、复杂的MRAM和MTJ器件、读干扰和耐写性问题。

相应地，业界长期以来存在对在常规方法和装置有所改善的方法和装置的需要，包括改善的方法和由此所提供的装备。

概述

本概述提供本教导某些方面的基本理解。本概述并非详细穷尽性的，且既不意图标识所有关键特征，也不意图限定权利要求的范围。

提供了用于将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器的示例性方法和装置，该MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层。一种示例性方法包括：跨MTJ施加第一电压以通过感生跨氧化物阻挡层的电场来降低自由层的磁各向异性；以及跨基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以使得一电流流经该基本上平坦的自旋霍尔效应材料并由此将自旋轨道转矩施加到该自由层，从而导致该自由层在平行状态与反平行状态之间切换。该电场可以从自由层的自然发生的各向异性降低自由层的磁各向异性的方式来感生。自由层的降低的磁各向异性可以减小MTJ的切换电流。

在进一步示例中，提供了一种包括存储于其上的指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令在由处理器(诸如专用处理器)执行的情况下使该处理器执行前述方法中的至少一部分。该非瞬态计算机可读介质可与诸如移动设备、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理、固定位置数据单元、和/或计算机之类的设备集成。

在另一示例中，提供了一种包括存储器控制器的装备，该存储器控制器被配置成将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器，该MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层。该存储器控制器可以包括：用于跨MTJ施加第一电压以通过感生跨氧化物阻挡层的电场来降低自由层的磁各向异性的装置；以及用于跨该基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以使得一电流流经该基本上平坦的自旋霍尔效应材料，并由此将自旋轨道转矩施加到该自由层，从而导致该自由层在平行状态与反平行状态之间切换的装置。该电场可以从自由层的自然发生的各向异性降低自由层的磁各向异性的方式来感生。降低自由层的磁各向异性可以减小MTJ的切换电流。在一示例中，该用于跨MTJ施加第一电压的装置包括用于在基本上平坦的自旋霍尔效应材料与MTJ电极之间施加电压的装置。

该装备的至少一部分(例如，用于跨MTJ施加电压的装置)可被集成在半导体管芯中。此外，该装备的至少一部分(例如，用于跨MTJ施加电压的装置)可以是诸如移动设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理、固定位置数据单元、和/或计算机之类的设备的一部分。在进一步示例中，提供了一种包括存储于其上的指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令在由光刻设备执行的情况下使该光刻设备制造该设备的至少一部分。

在另一示例中，提供了一种包括存储器控制器的装置，该存储器控制器被配置成将数据写到具有磁阻隧道结(MTJ)的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器，该MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层。该存储器控制器被配置成跨MTJ施加第一电压以通过感生跨氧化物阻挡层的电场来降低自由层的磁各向异性。该存储器控制器还被配置成跨基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以使得一电流流经该基本上平坦的自旋霍尔效应材料，并由此将自旋轨道转矩施加到自由层，从而导致该自由层在平行状态与反平行状态之间切换。该存储器控制器可被配置成以从自由层的自然发生的各向异性降低自由层的磁各向异性的方式来感生电场。降低自由层的磁各向异性可以减小MTJ的切换电流。该存储器控制器可被配置成在基本上平坦的自旋霍尔效应材料与MTJ电极之间跨MTJ施加第一电压。

该装置的至少一部分(例如，存储器控制器)可被集成在半导体管芯上。此外，该装置的至少一部分可以包括诸如移动设备、基站、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理、固定位置数据单元、和/或计算机之类的设备，其中该装置的另一部分(例如，存储器控制器)是该设备的组成部分。在一示例中，存储器控制器与基站或移动设备中的至少一者集成。在进一步示例中，提供了一种包括存储于其上的指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令在由光刻设备执行的情况下使该光刻设备制造该设备的至少一部分。

前述内容宽泛地勾勒出本教导的一些特征和技术优点以使详细描述和附图可以被更好地理解。在详细描述中还描述了附加的特征和优点。本构思和所公开的示例可容易地被用作改动或设计用于实施与本教导相同的目的的其他结构的基础。此类等同构造并不脱离权利要求中所阐述的本教导的技术。作为这些教导的特性的发明性特征、连同进一步的目标和优点从详细说明和附图中被更好地理解。每一附图仅出于解说和描述目的来提供，且并不限定本教导。

附图简要说明

给出了附图以描述本教导的示例，并且附图并不作为限定。

图1描绘了一示例性无线通信网络。

图2描绘了示例性用户设备的功能框图。

图3描绘了示例性接入点的功能框图。

图4A描绘了具有压控磁各向异性的示例性磁阻隧道结。

图4B描绘了切换磁阻隧道结的自由层的状态所需施加的磁场的各向异性-依存性的示例性图表。

图5A描绘了其中逻辑1被写到三端子自旋轨道转矩(SOT)磁阻只读存储器(MRAM)的示例性写操作。

图5B描绘了其中逻辑0被写到三端子SOT-MRAM的示例性写操作。

图5C描绘了其中三端子SOT-MRAM的状态被读取的示例性读操作。

图6A描绘了用于将数据写到三端子自旋轨道转矩磁阻只读存储器的示例性方法。

图6B描绘了用于从三端子自旋轨道转矩磁阻只读存储器读取数据的示例性方法。

根据惯例，附图中所描绘的特征可能并非按比例绘制。相应地，出于清晰起见，所描绘的特征的尺寸可能被任意放大或缩小。根据惯例，为了清楚起见，某些附图被简化。因此，附图可能未绘制特定装置或方法的所有组件。此外，类似附图标记贯穿说明书和附图标示类似特征。

详细描述

引言

提供了与具有压控各向异性的自旋轨道转矩磁阻随机存取存储器相关的方法和装置。在一示例中，公开了通过压控磁各向异性(VCMA)和自旋轨道转矩(SOT)技术的组合编程的3端子磁性隧道结(MTJ)存储元件。

本文中所公开的示例性装置和方法有利地解决了长期以来的工业需求，以及其他先前未标识出的需求，并且缓解了常规方法和装置的不足。例如，本文中所公开的装置和方法所提供的优点是相比于常规器件的效率方面的改进。所公开的器件还使用较少写能量，同时具有比常规器件更简单和更可伸缩的设计。所公开的器件还具有提高的热稳定性而无需增加所需的切换电流，因为各状态之间的临界切换电流(例如，反平行至平行、平行至反平行)基本上是相同的。其他重要优点包括：所公开的器件不触发读扰乱、不具有耐写性问题、以及不具有数据保留问题。此外，所提供的器件中的至少一者易于制造。此外，所提供的自旋轨道转矩技术中不存在I_c不对称性效应。所公开的器件和技术的进一步优点是写入逻辑1和写入逻辑0要求基本上相同量的能量。

在本申请的文本和附图中公开了示例。可以设计替换示例而不会脱离这些示例的范围。另外，当前教导的常规元素可能不被详细描述、或者可能被省去以免湮没当前教导的诸方面。

如本文中所使用的，术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”。描述为“示例性”的任何示例不必被解释为优于或胜过其他示例。同样，术语“示例”并不要求所有示例都包括所讨论的特征、优点、或工作模式。术语“在一个示例中”、“示例”、“在一个特征中”和/或“特征”在本说明书中的使用并非必然引述相同特征和/或示例。此外，特定特征和/或结构可与一个或多个其他特征和/或结构组合。此外，由此描述的装置的至少一部分可被配置成执行由此描述的方法的至少一部分。

应该注意，术语“连接”、“耦合”或其任何变体意指在元件之间的直接或间接的任何连接或耦合，且可涵盖两个元件之间中间元件的存在，这两个元件经由该中间元件被“连接”或“耦合”在一起。元件之间的耦合和/或连接可为物理的、逻辑的、或其组合。如本文所采用的，元件可例如通过使用一条或多条导线、电缆、和/或印刷电气连接以及通过使用电磁能量被“连接”或“耦合”在一起。电磁能量可具有在射频区域、微波区域和/或光学(可见和不可见两者)区域中的波长。这些是若干非限定和非穷尽性示例。

应该理解，术语“信号”可包括任何信号，诸如数据信号、音频信号、视频信号、多媒体信号、模拟信号、和/或数字信号。信息和信号能使用各种各样的不同技艺和技术中的任一种来表示。例如，本说明书中描述的数据、指令、过程框、命令、信息、信号、位、和/或码元可由电压、电流、电磁波、磁场和/或磁粒子、光场和/或光粒子、和其任何组合来表示。

本文中使用诸如“第一”、“第二”等之类的指定对元素的任何引述并不限定那些元素的数量和/或次序。确切而言，这些指定被用作区别两个或更多个元素和/或者元素实例的便捷方法。因此，对第一元素和第二元素的引述并不意味着仅能采用两个元素，或者第一元素必须必然地位于第二元素之前。同样，除非另外声明，否则元素集合可包括一个或多个元素。另外，在说明书或权利要求中使用的“A、B、或C中的至少一者”形式的术语可被解读为“A或B或C或这些元素的任何组合”。

本文所使用的术语仅出于描述特定示例的目的，而并不旨在限定。如本文所使用的，单数形式的“一”、“某”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指示。并且，术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”在本文中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组的存在和/或添加。

所提供的装置可以是具有存储器的电子设备的一部分和/或耦合至该电子设备，该电子设备诸如但不限于：移动设备、移动电话、无线设备、个人数据助理、手持式计算机、便携式计算机、GPS接收机、导航设备、相机、音频播放器、摄录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视机、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶座舱控件和/或显示器、耦合至相机的显示器(例如，车辆中的后视和/或侧视相机)、电子照片帧、电子告示牌、电子标记、和/或投影仪。

术语“移动设备”可描述但不限于移动电话、移动通信设备、寻呼机、个人数字助理、个人信息管理器、移动手持式计算机、便携型计算机、无线设备、无线调制解调器、和/或通常由个人携带并且具有通信能力(例如，无线、蜂窝、红外、短程无线电等)的其他类型的便携式电子设备。并且，术语“用户装备(UE)”、“移动终端”、“移动设备”和“无线设备”可以是可互换的。

附图描述

图1描绘了用于演示多址通信原理的示例性无线通信网络100。无线通信网络100被配置成支持多个用户之间的通信。如所示的，无线通信网络100可被划分成一个或多个蜂窝小区102A-102G。蜂窝小区102A-102G中的通信覆盖可以由一个或多个接入点104A-104G提供。由此，接入点104A-104G中的每一者可以向对应蜂窝小区102A-102G提供通信覆盖。接入点104A-104G可以与多个用户设备106A-106L中的至少一个用户设备交互。

每个用户设备106A-106L可以在下行链路(DL)和/或上行链路(UL)上与接入点104A-104G中的一者或多者通信。一般而言，DL是从接入点到用户设备的通信链路，而UL是从用户设备到接入点的通信链路。接入点104A-104G可以经由有线或无线接口来耦合，从而允许接入点104A-104G彼此通信和/或与其他网络装备通信。相应地，每个用户设备106A-106L也可以经由接入点104A-104G中的一者或多者与另一用户设备106A-106L通信。例如，用户设备106J可以按以下方式与用户设备106H通信：用户设备106J可以与接入点104D通信，接入点104D可以与接入点104B通信，并且接入点104B可以与用户设备106H通信，从而允许在用户设备106J与用户设备106H之间建立通信。

无线通信网络100可以在较大地理区域上、较小地理区域上、以及具有较大地理区域与较小地理区域之间的大小的任何大小的区域上提供服务。例如，蜂窝小区102A-102G可以覆盖邻域内的几个街区或者在乡村环境中覆盖几平方英里。在一些系统中，蜂窝小区102A-102G中的每一者可被进一步划分成一个或多个扇区(未示出)。另外，接入点104A-104G可以向它们相应的覆盖区域(即，相应蜂窝小区102A-102G)内的用户设备106A-106L提供到其他通信网络(诸如因特网、蜂窝网络、专有网络等中的至少一者)的接入。在图1所示的示例中，用户设备106A、106H和106J包括路由器，而用户设备106B-106G、106I、106K和106L包括移动电话。然而，用户设备106A-106L中的每一者可以包括任何合适的通信设备。

本文中所公开的装置和方法的至少一部分可以在接入点104A-104G或用户设备106A-106L中的至少一者中实现。此外，本公开的示例可适于在包括磁阻随机存取存储器(MRAM)存储器的设备中采用。

图2描绘了可以对应于用户设备106A-106L中的至少一者的示例性用户设备200的示例性功能框图。图2还解说了可以在用户设备200中实现的不同组件。无线设备200是可被配置成包括由此描述的装置的设备的示例。

用户设备200可以包括配置成控制用户设备200的操作(包括执行由此描述的方法的至少一部分)的处理器205。处理器205也可被称为中央处理单元(CPU)和专用处理器。可包括只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)(例如，MRAM)中的至少一者的存储器210向处理器205提供指令和数据。在一示例中，处理器205可以包括配置成执行由此描述的方法的至少一部分的存储器控制器。在一示例中，处理器205可被耦合至配置成执行由此描述的方法的至少一部分的存储器控制器。在一示例中，处理器205可以是存储器控制器。处理器205可以基于存储在存储器210内的程序指令来执行逻辑和算术运算。存储器210中的指令可被执行以实现由此描述的方法的至少一部分。

处理器205可以包括使用一个或多个处理器实现的处理系统或者可以是其组件。这一个或多个处理器可用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件、专用硬件有限状态机、和/或能演算和/或操纵信息的任何其他合适实体来实现。

处理系统还可包括存储软件的非瞬态机器可读介质(例如，存储器210)。软件可意指任何类型的指令，无论其被称作软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、和/或其他。指令可以包括代码(例如，呈源代码格式、二进制代码格式、可执行代码格式、或任何其他合适的代码格式)。这些指令在由处理器205执行时可将处理器205转换成使该处理器执行由此描述的功能的专用处理器。

用户设备200还可以包括外壳215、发射机220和接收机225，以允许在用户设备200与远程位置之间进行数据的传送和接收。发射机220和接收机225可被组合成收发机230。天线235可被附连至外壳225并且电耦合至收发机230。用户设备200还可包括(未示出)多个发射机、多个接收机、多个收发机、和/或多个天线。

用户设备200可以进一步包括配置成处理数据的数字信号处理器(DSP)240。用户设备200还可进一步包括用户接口245。用户接口245可包括按键板、话筒、扬声器、和/或显示器。用户接口245可以包括向用户设备200的用户传达信息和/或从该用户接收输入的任何元件和/或组件。

用户设备200的各种组件可以通过总线系统250耦合在一起。例如，总线系统250可以包括数据总线，以及除了数据总线之外还有电源总线、控制信号总线、和/或状态信号总线。用户设备200的各组件可以使用不同的合适机制耦合在一起来彼此接受或提供输入。

图3描绘了示例性接入点300。接入点300可以对应于接入点104A-104G中的任一者。如所示的，接入点300包括执行用于与一个或多个用户设备302A-302B通信的各种操作的TX(发射)数据处理器310、码元调制器320、发射机单元(TMTR)330、天线340、接收机单元(RCVR)350、码元解调器360、RX(接收)数据处理器370、以及配置信息处理器380。用户设备302A-302B可以对应于多个用户设备106A-106L中的至少一个用户设备。接入点300还可以包括控制器382和配置成存储相关数据或指令的存储器384。这些单元可以经由总线386一起根据用于通信的一种或多种恰适无线电技术来执行专用处理以及针对接入点300的其他功能。

控制器382被配置成控制接入点300的操作。控制器382也可被称为中央处理单元(CPU)和专用处理器。在一示例中，控制器382可以包括配置成执行由此描述的方法的至少一部分的存储器控制器。在一示例中，控制器382可被耦合至配置成执行由此描述的方法的至少一部分的存储器控制器。在一示例中，控制器382可以是存储器控制器。可包括只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)(例如，MRAM)中的至少一者的存储器384向控制器382提供指令和数据。控制器382可以基于存储在存储器384内的程序指令来执行逻辑和算术运算。存储器384中的指令可被执行以实现由此描述的方法的至少一部分。

控制器382可以包括用一个或多个处理器实现的处理系统或者可以是其组件。这一个或多个处理器可用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件、专用硬件有限状态机、和/或能演算和/或操纵信息的任何其他合适实体来实现。

处理系统还可以包括存储软件的非瞬态机器可读介质(例如，存储器384)。软件可意指任何类型的指令，无论其被称作软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、和/或其他。指令可以包括代码(例如，呈源代码格式、二进制代码格式、可执行代码格式、或任何其他合适的代码格式)。这些指令在由控制器382执行时可将控制器382转换成使该处理器执行由此描述的功能的专用处理器。

接入点300可以包括无线局域网(WLAN)空中接口(例如，根据IEEE802.11x协议)或蜂窝空中接口(例如，根据LTE协议)中的至少一者。如所示的，接入点300包括与小型站点调制解调器394(诸如毫微微蜂窝小区站调制解调器(FSM))共处一地的802.11x接入点(AP)392。这些组件中的一者或多者的功能性可被直接集成到接入点300的控制器382中，或者以其他方式由接入点300的控制器382(有时与存储器384协同)执行。接入点300可以经由AP 392和/或FSM 394与用户设备302A-302B通信。单个用户设备(例如，用户设备302A)可以同时或在不同时间经由AP 392和FSM 394两者与接入点300通信。

一般而言，AP 392可在无线频谱的无执照部分(诸如，工业、科学和医疗(ISM)无线电频带)上提供空中接口(例如，根据IEEE 802.11x协议)，而FSM 394可在无线频带中被保留用于蜂窝通信的有执照部分上提供空中接口(例如，根据LTE协议)。然而，FSM 394还可被配置成在无线频谱的无执照部分上提供蜂窝(例如，LTE)连通性。这种类型的无执照蜂窝操作可包括在无线频谱的有执照部分(例如，LTE补充下行链路(SDL))中操作的锚定有执照载波和无线频谱的无执照部分(例如，无执照频谱中的LTE、高级LTE)的使用，或者可以是在不使用锚定有执照载波的情况下操作的自立配置(例如，LTE自立)。

图4A描绘了具有压控磁各向异性(VCMA)的示例性磁阻隧道结(MTJ)400。VCMA是由两种材料的界面处的电子密度的增大或减小导致的界面效应。电子密度可以通过跨两种材料施加一电压来修改，由此导致一电场来提升或降低界面电子密度。面内d轨道(界面自旋)的自旋密度与电子密度直接相关并且可以由所施加电压的幅值来控制。

MTJ 400可以是图5A-5C的MTJ 505的整合部分。MTJ 400包括顶部电极(TE)405、参考层(例如，钉扎层)410、阻挡层415、自由层420、金属层425、以及底部电极(BE)430。顶部电极405可以由Ta(钽)或Ru(钌)中的至少一者形成。参考层410可以由Fe(铁)、Co(钴)、CoFe(钴铁)、或CoFeB(钴铁硼)中的至少一者形成。阻挡层415可以由MgO(氧化镁)形成。自由层420可以由Fe、Co、CoFe、或CoFeB中的至少一者形成。金属层425可以由Ta形成。底部电极430可以由Ta或Ru中的至少一者形成。

自由层420的磁各向异性可以通过经由顶部电极405和底部电极430跨阻挡层415施加电压(Vmtj)435来操纵(例如，变化)。结果所得的电场440影响自由层420的磁各向异性，由此提供VCMA并修改切换自由层420的磁状态(平行或反平行)所需的电流。等式1示出了降低自由层420的各向异性场(H_k)对减小阈值电流密度(J_c)的影响：

其中H'_demag是联属于形状各向异性的取决于材料和形状的场；M_s是饱和磁化；K_u是自由层的取决于电压的磁各向异性；而V是所施加电压(例如，Vmtj>

图4B描绘了切换自由层的状态(即，磁化460)所需的所施加磁场455的各向异性-依存性的示例性图表450。如图4B中所示，随着所施加电压(例如，Vmtj 435)从零465增大到非零幅值470，切换自由层的状态所需的所施加磁场455被降低。

图5A描绘了其中逻辑1被写到具有磁阻隧道结(MTJ)505的三端子自旋轨道转矩(SOT)MRAM 500的写操作。

SOT-MRAM 500包括氧化镁(MgO)阻挡层510，其被定位成毗邻于参考层(RL)515(例如，钉扎层)和自由层(FL)520(例如，由CoFeB形成)或者定位在RL 515与FL 520之间。第一端子(T1)525和第二端子(T2)530由MTJ 505的第一电极535形成。第一电极535基本上平坦且基本上垂直于MTJ的堆叠。第一电极535由自旋霍尔效应(SHE)材料(例如，钽、铪、钨)形成。第三端子(T3)540由MTJ 505的第二电极545形成。

为了将逻辑1写到MRAM 500，通过第一电极535和第二电极545跨MTJ>偏置)。施加偏置电压降低了阻挡层510的磁各向异性，这进而修改了(例如，减小了)切换自由层520的磁状态所需的最小电流的幅值。当跨MTJ>偏置)时，导致一电流从第一端子(T1)525流向第二端子(T2)530。例如，写电压(V_写)被施加到第一端子(T1)525，而第二端子(T2)530处于较低电压(诸如地)。在不存在磁场的情况下，流经第一电极535得到的电流导致第一电极535的表面上的自旋累积，因为第一电极535由SHE材料形成。由SHE生成的自旋电流随后使用自旋转移矩(STT)将自由层520置于反平行(AP)磁状态。反平行状态导致MTJ>

图5B描绘了其中逻辑0被写到具有MTJ 505的三端子SOT-MRAM 500的写操作。为了将逻辑0写到MRAM 500，通过第一电极535和第二电极545跨MTJ>偏置)。施加偏置电压降低了阻挡层510的磁各向异性，这进而修改了(例如，减小了)切换自由层520的磁状态所需的最小电流的幅值。当跨MTJ>偏置)时，导致一电流从第二端子(T2)530流向第一端子(T1)525。例如，写电压(V_写)被施加到第二端子(T2)530，而第一端子(T1)525处于较低电压(诸如地)。在不存在磁场的情况下，流经第一电极535得到的电流导致第一电极535的表面上的自旋累积，因为第一电极535由SHE材料形成。由SHE生成的自旋电流随后使用STT将自由层520置于平行(P)磁状态。平行状态导致MTJ>

图5C描绘了其中具有MTJ 505的三端子SOT-MRAM 500的状态被读取的读操作575。为了读取MRAM 500，通过第一电极535和第二电极545跨MTJ 505施加读电压(V_读)。当施加读电压(V_读)时，第一端子(T1)525和第二端子(T2)530被保持在较低电压(诸如地)处。流经MTJ>

替换地，电流可以通过第一电极535与第二电极545之间的MTJ 505。MTJ 505对电流流动的电阻产生跨MTJ 505的压降。可以使用感测电路来将跨MTJ 505的压降与跨参考电阻的参考压降进行比较。跨MTJ 505的压降与参考压降之差指示MTJ 505呈现相对较低的电阻还是相对较高的电阻，其进而指示MTJ 505是处于平行(P)状态(即，逻辑0)还是处于反平行(AP)状态(即，逻辑1)。

图6A描绘了用于将数据写到具有MTJ的三端子自旋轨道转矩磁阻存储器的示例性方法600，该MTJ包括位于氧化物阻挡层与基本上平坦的自旋霍尔效应材料之间的自由层。用于写数据的方法600可通过由此描述的装置(诸如处理器205、控制器382和存储器控制器)执行。

在框605，跨MTJ施加第一电压以通过感生跨氧化物阻挡层的电场来降低自由层的磁各向异性。电场可以从自由层的自然发生的各向异性降低该自由层的磁各向异性的方式来施加。降低自由层的磁各向异性可以减小MTJ的切换电流。跨MTJ施加第一电压包括在基本上平坦的自旋霍尔效应材料与MTJ电极之间施加电压。

在框610，跨该基本上平坦的自旋霍尔效应材料施加第二电压以使得一电流流经该基本上平坦的自旋霍尔效应材料并由此将自旋轨道转矩施加到自由层，从而导致该自由层在平行状态与反平行状态之间切换。

图6B描绘了用于从具有MTJ的三端子自旋轨道转矩磁阻只读存储器读取数据的示例性方法650，该MTJ包括毗邻于自由层的氧化镁阻挡层。用于写数据的方法650可通过由此描述的装置(诸如处理器205、控制器382和存储器控制器)执行。

在框655，将MTJ的两个端子接地，使得没有电流基本上垂直于MTJ的堆叠地流经作为平坦的自旋霍尔效应材料的MTJ电极。

在框660，测量该MTJ的电阻并使用感测电路将其与参考电阻进行比较。比较结果产生该MTJ正存储逻辑1还是逻辑0。

前述框不限制诸各个示例。这些框可被组合和/或次序可被重新安排。

此外，本领域技术人员将领会，结合本文中所公开的示例描述的各种解说性逻辑块、模块、电路、和算法框可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和框在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明各示例的范围。

在一些方面，能在能够通过共享可用系统资源(例如，通过指定带宽、发射功率、编码、交织等中的一者或多者)来支持与多个用户通信的多址系统中采用本文中的教导。例如，本文中的教导能应用于以下技术中的任何一个技术或其组合：码分多址(CDMA)系统、多载波CDMA(MCCDMA)、宽带CDMA(W-CDMA)、高速分组接入(HSPA、HSPA+)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、单载波FDMA(SC-FDMA)系统、正交频分多址(OFDMA)系统、或者其他多址技术。采用本文中的教导的无线通信系统能被设计成实现一种或多种标准，诸如IS-95、cdma2000、IS-856、W-CDMA、TDSCDMA、以及其他标准。CDMA网络能实现诸如通用地面无线电接入(UTRA)、cdma2000、或其他某种技术的无线电技术。UTRA包括W-CDMA和低码片率(LCR)。cdma2000技术涵盖IS-2000、IS-95和IS-856标准。TDMA网络能实现诸如全球移动通信系统(GSM)等无线电技术。OFDMA网络可实现无线电技术，诸如演进UTRA(E-UTRA)、IEEE 802.11、IEEE 802.16、IEEE 802.20、Flash-OFDM RTM等。UTRA、E-UTRA、以及GSM是通用移动电信系统(UMTS)的部分。本文中的教导能在3GPP长期演进(LTE)系统、超移动宽带(UMB)系统和其他类型的系统中实现。LTE是使用E-UTRA的UMTS版本。UTRA、E-UTRA、GSM、UMTS和LTE在来自名为“第3代伙伴项目”(3GPP)的组织的文献中描述，而cdma2000在来自名为“第3代伙伴项目2”(3GPP2)的组织的文献中描述。尽管本公开的某些方面能用3GPP术语来描述，但是应当理解，本文中的教导能应用于3GPP(例如，Re199、Re15、Re16、Re17)技术以及3GPP2(例如，1xRTT，1xEV-DO RelO、RevA、RevB)技术和其他技术。这些技术能在新兴和未来的网络和接口中使用，包括长期演进(LTE)。

结合本文中所公开的示例描述的方法、序列和/或算法中的至少一部分可直接在硬件中、在由处理器执行的软件中、或者在这两者的组合中体现。在一示例中，处理器包括多个分立的硬件组件。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、和/或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质(例如，存储器)可被耦合至处理器，以使得处理器能从存储介质读取信息以及向存储介质写入信息。在替换方案中，存储介质可以与处理器集成。

此外，许多示例以将由例如计算设备的元件执行的动作序列的形式来描述。本文中描述的动作能由专用电路(例如，专用集成电路(ASIC))、由正被一个或多个处理器执行的程序指令、或由这两者的组合来执行。另外，本文描述的动作序列可被认为是完全体现在任何形式的计算机可读存储介质内，其内存储有一经执行就将使相关联的处理器(诸如，专用处理器)执行本文中描述的功能的至少一部分的相应计算机指令集。由此，各示例的各种方面可以用数种不同形式来体现，所有这些形式都已被构想为落在所要求保护的主题内容的范围内。此外，对于本文中所描述的每个示例，任何此类示例的对应电路可在本文中被描述为例如“配置成执行所描述的动作的逻辑”。

示例可包括实施本文描述的方法的计算机可读介质。相应地，本文的教导并不限于所解说的示例且任何用于执行本文所描述的功能的手段均被包括在本文的教导中。

所公开的设备和方法可被设计并且可被配置在以图形数据库系统2(GDSII)兼容格式、开放艺术系统交换标准(OASIS)兼容格式、和/或GERBER(例如，RS-274X等)兼容格式的计算机可执行文件中，该计算机可执行文件存储在非瞬态(即，非瞬时)计算机可读介质上。该文件可被提供给制造处理者，制造处理者用光刻设备基于该文件来制造集成器件。可使用沉积技术(诸如物理气相沉积(PVD，例如溅镀)、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、热化学气相沉积(热CVD)、和/或旋涂)来执行对材料的沉积以形成本文所描述的结构的至少一部分。蚀刻材料以形成本文所描述的结构的至少一部分可使用诸如等离子蚀刻之类的蚀刻技术来执行。在一示例中，集成器件在半导体晶片上。半导体晶片可被切割为半导体管芯并被封装在半导体芯片中。可在本文中描述的设备(例如，移动设备)中采用半导体芯片。

各示例可包括实施指令的非瞬态(即，非瞬时)机器可读介质和/或非瞬态(即，非瞬时)计算机可读介质，该指令在由处理器(诸如，专用处理器)执行时将处理器和任何其他协作设备转换为配置成执行由此描述的至少一部分功能的机器(例如，专用处理器)和/或将处理器和任何其他协作设备转换为由此描述的装置的至少一部分。

本申请中已描述或解说描绘的任何内容都不旨在指定任何组件、步骤、特征、对象、益处、优点、或等同物奉献给公众，无论这些组件、步骤、特征、对象、益处、优点或等同物是否记载在权利要求中。

尽管本公开描述了各示例，但是应当注意到，在其中可作出各种更换和改动而不会脱离如所附权利要求限定的这些示例的范围。