CN110021335B - 磁性隧道结的数据保存时间的获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性隧道结的数据保存时间的获取方法和装置。该方法包括：利用第一磁场初始化多个磁性隧道结使其均处于第一状态；向多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场，获取多个磁性隧道结的电阻总值随多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，第二磁场的磁化方向与第一磁场的磁化方向相反；根据第一变化关系获取磁性隧道结的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系；根据第二变化关系获取磁性隧道结的数据保存时间。本发明解决了相关技术对MTJ存储数据的数据保存时间进行测试时耗时较长的技术问题。

Description

磁性隧道结的数据保存时间的获取方法和装置

技术领域

本发明涉及电子领域，具体而言，涉及一种磁性隧道结的数据保存时间的获取方法和装置。

背景技术

近年来发展迅速的磁性随机存储器MRAM具有优异的特性，它克服了SRAM面积大，尺寸微缩后漏电大的缺点；克服了DRAM需要一直进行数据刷新，功耗大的缺点；相对Flashmemory来说读写时间和可读写次数优越几个数量级。MRAM目前主要存在的问题是：工艺方面尽量提高MRAM的良率还有待改善；在研发方面尽量减小MRAM的写入功耗，尽量缩小MRAM中磁记录单元磁性隧道结MTJ的尺寸，因为MTJ减小尺寸有利于降低MTJ功耗。然而在缩小MTJ尺寸的同时，MTJ的数据保存时间不可以受到影响。因此，在研发上需要在尽量减少MTJ的写入功耗、减小MTJ的尺寸的同时让MTJ的数据保存时间满足需求。一方面，材料设计需要提高MTJ的磁各向异性能，另一方面，需要快速准确地检测MTJ的数据保存时间。但是，相关技术对单个MTJ或者对多个MTJ的数据保存时间进行测试时，都需要进行若干次的电阻随磁场变化曲线扫描才能统计得出翻转概率随磁场变化曲线，得到一个有效数据大约要20分钟，耗时较长。而且每次测试得到的电阻随磁场变化数据需要进行统计运算才能得到MTJ的翻转概率随磁场变化曲线，需要进行大量的数据处理，需要额外的后处理程序和人工干预。

针对相关技术对MTJ存储数据的数据保存时间进行测试时耗时较长的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种磁性隧道结的数据保存时间的获取方法和装置，以至少解决相关技术对MTJ存储数据的数据保存时间进行测试时耗时较长的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种磁性隧道结的数据保存时间的获取方法，包括：利用第一磁场初始化多个磁性隧道结，使得所述多个磁性隧道结均处于第一状态；向所述多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场，获取所述多个磁性隧道结的电阻总值随所述多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，所述第二磁场的磁化方向与所述第一磁场的磁化方向相反，所述多个磁场强度包括第一磁场强度和第二磁场强度，所述第一磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结中的至少一个所述磁性隧道结从所述第一状态变为第二状态，所述第二磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结均从所述第一状态变为所述第二状态；根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系，其中，所述翻转概率用于指示所述磁性隧道结从所述第一状态变为所述第二状态的概率；根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的数据保存时间。

进一步地，所述根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的数据保存时间包括：根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的热稳定因子；利用所述热稳定因子获取所述磁性隧道结的数据保存时间。

进一步地，所述根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的热稳定因子包括：根据所述第二变化关系对以下公式中的所述磁性隧道结的热稳定因子Δ进行拟合，得到所述磁性隧道结的热稳定因子Δ：

其中，P为所述磁性隧道结的翻转概率，τ为通入到所述磁性隧道结的磁场的脉冲宽度，τ₀为所述磁性隧道结的临界翻转时间，H为所述第二磁场的磁场强度，H_S为正反翻转磁场非对称的偏移量，

为有效磁各向异性场。

进一步地，所述利用所述热稳定因子获取所述磁性隧道结的数据保存时间包括：按照以下公式利用所述热稳定因子获取所述磁性隧道结的数据保存时间t：t＝τ₀ expΔ＝τ₀ exp(E/k_BT)，其中，E为能量势垒高度，T为所述磁性隧道结所处的环境温度，k_B为波尔系数。

进一步地，在所述多个磁性隧道结串联连接的情况下，所述根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系包括：按照以下公式获取所述第二变化关系：P(H)＝C₁×R_total(H)+C₂，其中，R_total(H)表示所述第一变化关系，P(H)表示所述第二变化关系，C₁、C₂为常数。

进一步地，在所述多个磁性隧道结并联连接的情况下，所述根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系包括：按照以下公式获取所述第二变化关系：

其中，R_total(H)表示所述第一变化关系，P(H)表示所述第二变化关系，C₁、C₂为常数。

进一步地，所述多个磁性隧道结串联连接，其中，串联的多个磁性隧道结中的第一个所述磁性隧道结的一端与最后一个所述磁性隧道结的对应端分别引出一个测试电极，所述测试电极用于实现电学激励；或者所述多个磁性隧道结并联连接，其中，并联的多个磁性隧道结中的每一个所述磁性隧道结的一端与另一端分别引出一个所述测试电极。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种磁性隧道结的数据保存时间的获取装置，包括：初始化单元，用于利用第一磁场初始化多个磁性隧道结，使得所述多个磁性隧道结均处于第一状态；第一获取单元，用于向所述多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场，获取所述多个磁性隧道结的电阻总值随所述多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，所述第二磁场的磁化方向与所述第一磁场的磁化方向相反，所述多个磁场强度包括第一磁场强度和第二磁场强度，所述第一磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结中的至少一个所述磁性隧道结从所述第一状态变为第二状态，所述第二磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结均从所述第一状态变为所述第二状态；第二获取单元，用于根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系，其中，所述翻转概率用于指示所述磁性隧道结从所述第一状态变为所述第二状态的概率；第三获取单元，用于根据所述第二变化关系检测所述磁性隧道结的数据保存时间。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法。

在本发明实施例中，通过利用第一磁场初始化多个磁性隧道结使其均处于第一状态；向多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场以获取多个磁性隧道结的电阻总值随多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，第二磁场的磁化方向与第一磁场的磁化方向相反；根据第一变化关系获取磁性隧道结的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系；根据第二变化关系获取磁性隧道结的数据保存时间，达到了通过一次磁场扫描便可以快速获取到磁性隧道结的数据保存时间的目的，进而解决了相关技术对MTJ存储数据的数据保存时间进行测试时耗时较长的技术问题，从而实现了缩短获取磁性隧道结的数据保存时间的时间，提高获取磁性隧道结的数据保存时间的效率的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从反平行态到平行态的翻转的示意图；

图3是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从反平行态到平行态得到的R_H曲线的示意图；

图4是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从反平行态到平行态得到的P_H曲线的示意图；

图5是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从平行态到反平行态的翻转的示意图；

图6是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从平行态到反平行态得到的R_H曲线的示意图；

图7是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从平行态到反平行态得到的P_H曲线的示意图；

图8是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从反平行态到平行态的翻转的示意图；

图9是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从反平行态到平行态得到的R_H曲线的示意图；

图10是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从反平行态到平行态得到的P_H曲线的示意图；

图11是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从平行态到反平行态的翻转的示意图；

图12是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从平行态到反平行态得到的R_H曲线的示意图；

图13是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从平行态到反平行态得到的P_H曲线的示意图；以及

图14是根据本发明实施例的磁性隧道结的数据保存时间的获取装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

首先，在对本发明实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：

磁性隧道结MTJ：主要由两层磁性层以及介于磁性层中间的介质层组成。第一磁性层磁化方向固定，称为固定层，第二磁性层的磁化方向可通过磁场或电流改变，进而使得这两个磁性层处于平行态或反平行态，对应高电阻态或低电阻态，可以用来存储数据信息。

根据本发明实施例，提供了一种磁性隧道结的数据保存时间的测试方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，利用第一磁场初始化多个磁性隧道结，使得多个磁性隧道结均处于第一状态；

步骤S104，向多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场，获取多个磁性隧道结的电阻总值随多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，第二磁场的磁化方向与第一磁场的磁化方向相反，多个磁场强度包括第一磁场强度和第二磁场强度，第一磁场强度的第二磁场用于使得多个磁性隧道结中的至少一个磁性隧道结从第一状态变为第二状态，第二磁场强度的第二磁场用于使得多个磁性隧道结均从第一状态变为第二状态；

步骤S106，根据第一变化关系获取磁性隧道结的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系，其中，翻转概率用于指示磁性隧道结从第一状态变为第二状态的概率；

步骤S108，根据第二变化关系获取磁性隧道结的数据保存时间。

通过上述步骤，利用第一磁场初始化多个磁性隧道结使其均处于第一状态；向多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场以获取多个磁性隧道结的电阻总值随多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，第二磁场的磁化方向与第一磁场的磁化方向相反；根据第一变化关系获取磁性隧道结的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系；根据第二变化关系获取磁性隧道结的数据保存时间，达到了通过一次磁场扫描便可以快速获取到磁性隧道结的数据保存时间的目的，进而解决了相关技术对MTJ存储数据的数据保存时间进行测试时耗时较长的技术问题，从而实现了缩短获取磁性隧道结的数据保存时间的时间，提高获取磁性隧道结的数据保存时间的效率的技术效果。

在步骤S102提供的方案中，本发明实施例对多个磁性隧道结MTJ的个数N不做具体限定，其中，10<N<10000。多个MTJ可以组成MTJ阵列，该MTJ阵列可以在不超过1毫米*1毫米区域内。可选地，在MTJ阵列中，可以利用上下电极串联N个MTJ，第一个MTJ的一端和最后一个MTJ的对应端分别引出一个测试电极用于实现电学激励。可选地，在MTJ阵列中，还可以利用上下电极并联N个MTJ，每个MTJ的一端和另一端分别引出一个测试电极用于实现电学激励。

本发明实施例中的第一磁场可以为反向大磁场，利用该反向大磁场对多个MTJ进行初始化，以使得多个MTJ均处于第一状态，此处的第一状态可以是平行态，也可以是反平行态。此处第一磁场的磁场强度的大小必须保证能够使得多个MTJ均处于第一状态。

在步骤S104提供的方案中，在利用第一磁场初始化多个MTJ使其均处于第一状态之后，本发明实施例可以向多个MTJ依次通过多个磁场强度的第二磁场，其中，第二磁场的磁化方向与第一磁场的磁化方向相反，此处第二磁场可以为正向磁场。多个磁场强度中可以包括第一磁场强度和第二磁场强度，其中，第一磁场强度的第二磁场可以使得多个MTJ中的至少一个从第一状态变为第二状态，第二磁场强度的第二磁场可以使得多个MTJ均从第一状态变为第二状态，此处需要说明的是，第二状态与第一状态不同，当第一状态为平行态时，第二状态则为反平行态；当第一状态为反平行态时，第二状态则为平行态。将正向磁场由小到大依次通入多个MTJ，其中，每次通入一个磁场强度的正向磁场之后，多个MTJ中可能会有一个或者多个MTJ发生翻转，此时可以获取到多个MTJ的电阻总值，进而获取到电阻总值随第二磁场的变化曲线，该变化曲线即为多个MTJ的电阻总值随多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系。此处需要说明的是，基于多个MTJ的连接方式(串联或者并联)不同，多个MTJ的电阻总值的计算方式也不同，不同连接方式的多个MTJ的电阻总值的计算方式将会在下面的具体示例中进行详细介绍。

在步骤S106提供的方案中，在获取到第一变化关系之后，本发明实施例可以根据该第一变化关系获取MTJ的翻转概率随第二磁场的第二变化关系，也即根据MTJ的电阻总值随正向磁场的变化曲线获取MTJ的翻转概率随正向磁场的变化曲线。此处需要说明的是，MTJ的翻转概率可以用于指示MTJ从第一状态变为第二状态的概率，例如从平行态变为反平行态的概率，或者从反平行态变为平行态的概率。

需要说明的是，根据第一变化关系获取第二变化关系的方式与多个MTJ的连接方式相关，具体地：

在多个MTJ串联连接的情况下，根据第一变化关系获取磁性隧道结的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系可以包括：按照以下公式获取第二变化关系：P(H)＝C₁×R_total(H)+C₂，其中，R_total(H)表示第一变化关系，P(H)表示第二变化关系，C₁、C₂为常数。

在多个MTJ并联连接的情况下，根据第一变化关系获取磁性隧道结的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系可以包括：按照以下公式获取第二变化关系：

其中，R_total(H)表示第一变化关系，P(H)表示第二变化关系，C₁、C₂为常数。

在步骤S108提供的方案中，在获取到MTJ的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系之后，本发明实施例可以根据第二变化关系获取MTJ的数据保存时间。

可选地，根据第二变化关系获取磁性隧道结的数据保存时间可以包括以下步骤：

步骤S1062，根据第二变化关系获取磁性隧道结的热稳定因子；、

步骤S1064，利用热稳定因子获取磁性隧道结的数据保存时间。

需要说明的是，上述步骤S1062可以根据第二变化关系对以下公式1中的磁性隧道结的热稳定因子Δ进行拟合，得到磁性隧道结的热稳定因子Δ：

其中，P为磁性隧道结的翻转概率，τ为通入到磁性隧道结的磁场的脉冲宽度，τ₀为磁性隧道结的临界翻转时间，H为第二磁场的磁场强度，H_S为正反翻转磁场非对称的偏移量，

为有效磁各向异性场。

基于MTJ保存数据的原理，MTJ中写人一种状态的数据后，由于热激活的存在，MTJ可以在断电情况下克服两种状态之间的势垒由一种状态转化到另一种状态，导致数据丢失。状态丢失的平均时间即是数据保存时间。显然地数据保存时间和势垒高度及激活温度有关，其表达式为公式1，式中Δ即能量势垒相对热激活温度的比值定义为热稳定因子。

还需要说明的是，上述步骤S1064可以按照以下公式2利用热稳定因子获取MTJ的数据保存时间t：

t＝τ₀ expΔ＝τ₀ exp(E/k_BT) 公式2

其中，E为能量势垒高度，T为磁性隧道结所处的环境温度，k_B为波尔系数。

在利用外磁场对MTJ进行翻转的情形下，在相同的磁场强度下，MTJ的翻转概率有一定的随机性，显然，外磁场强度越大，翻转的可能性越大，外磁场强度越小，MTJ就只能由热激活等因素进行翻转，翻转概率就小。MTJ随外磁场变化的翻转概率表达式如公式2。

下面将分别就多个MTJ串联以及并联结构的数据保存时间的检测方法进行介绍，具体可以包括以下四种情况：

(1)MTJ串联，从反平行态到平行态。串联MTJ检测数据保存时间的原理为：大量MTJ器件逐个翻转，导致串联电阻的逐渐变化，并且该电阻和翻转概率直接对应。

图2是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从反平行态到平行态的翻转的示意图，结合图2，MTJ的数据保存时间的检测方法可以具体包括以下步骤：

步骤S11，反向大磁场初始化MTJ，所有MTJ处于反平行态；

步骤S12，正向磁场从H0扫描到Hm，测试串联电阻，得到如图3所示的R_H曲线，其中，H0为正向磁场的第一个磁场强度，Hm为正向磁场的最后一个磁场强度，R_H曲线表示串联电阻总值随磁场的变化关系。在扫描过程中，假设有m个MTJ已经翻转，则：

串联电阻总值Rtotal＝(N-m)×Rap+m×Rp，

Rmax＝N×Rap，Rmin＝N×Rp，

P＝m/N＝(Rmax-Rtotal)/(Rmax-Rmin) 式(1)。

步骤S13，由式(1)对R_H曲线进行约化变换，得到如图4所示的P_H曲线。

步骤S14，由公式1对图4中的曲线进行拟合，得到拟合参数△ap(即数据从反平行态AP到平行态P的热稳定因子)。

步骤S15，由公式2计算MTJ的数据保存时间。

(2)MTJ串联，从平行态到反平行态。

图5是根据本发明实施例的磁场扫描串联MTJ从平行态到反平行态的翻转的示意图，结合图5，MTJ的数据保存时间的检测方法可以具体包括以下步骤：

步骤S21，反向大磁场初始化MTJ，所有MTJ处于平行态；

步骤S22，正向磁场从H0扫描到Hm，测试串联电阻，得到如图6所示的R_H曲线。在扫描过程中，假设有m个MTJ已经翻转，则：

串联电阻总值Rtotal＝(N-m)×Rp+m×Rap，

Rmax＝N×Rap，Rmin＝N×Rp，

P＝m/N＝(Rmin-Rtotal)/(Rmin-Rmax) 式(2)

步骤S23，由式(2)对R_H曲线进行约化变换，得到如图7所示的P_H曲线。

步骤S24，由公式1对图7中的曲线进行拟合，得到拟合参数△p(即数据从平行态AP到反平行态P的热稳定因子)。

步骤S25，由公式2计算MTJ的数据保存时间。

式(1)和式(2)分别代表本发明的核心变换，通过串联电阻测试值Rtotal得到MTJ翻转概率。因为Rmin,Rmax,N都是常数，这两个关系式可以表达为以下线性关系，定义为变换关系曲线1：P(H)＝C₁×R_total(H)+C₂。

(3)MTJ并联，从反平行态到平行态。并联MTJ检测数据保存时间的原理为：大量MTJ器件逐个翻转，导致并联电阻的逐渐变化，并且该电阻和翻转概率直接对应。

图8是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从反平行态到平行态的翻转的示意图，结合图8，MTJ的数据保存时间的检测方法可以具体包括以下步骤：

步骤S31，反向大磁场初始化MTJ，所有MTJ处于反平行态；

步骤S32，正向磁场从H0扫描到Hm，测试并联电阻，得到如图9所示的R_H曲线。在扫描过程中，假设有m个MTJ已经翻转，则：

并联电阻总值

Rmax＝N×Rap，Rmin＝N×Rp，

步骤S33，由式(3)和式(4)对R_H曲线进行约化变换，得到如图10所示的P_H曲线。

步骤S34，由公式1对图10中的曲线进行拟合，得到拟合参数△ap(即数据从反平行态AP到平行态P的热稳定因子)。

步骤S35，由公式2计算MTJ的数据保存时间。

(4)MTJ并联，从平行态到反平行态。

图11是根据本发明实施例的磁场扫描并联MTJ从平行态到反平行态的翻转的示意图，结合图11，MTJ的数据保存时间的检测方法可以具体包括以下步骤：

步骤S41，反向大磁场初始化MTJ，所有MTJ处于反平行态；

步骤S42，正向磁场从H0扫描到Hm，测试并联电阻，得到如图12所示的R_H曲线。在扫描过程中，假设有m个MTJ已经翻转，则：

并联电阻总值

Rmax＝N×Rap，Rmin＝N×Rp，

步骤S43，由式(5)和式(6)对R_H曲线进行约化变换，得到如图13所示的P_H曲线。

步骤S44，由公式1对图13中的曲线进行拟合，得到拟合参数△p(即数据从平行态P到反平行态AP的热稳定因子)。

步骤S45，由公式2计算MTJ的数据保存时间。

上式(4)和式(6)分别代表本发明的核心变换，通过并联电阻测试值Rtotal得到MTJ翻转概率。因为Rmin,Rmax,N都是常数，这两个关系式可以表达为以下线性关系，定义为变换关系曲线2：

综上所述，针对串联MTJ的数据保存时间的检测方法可以描述为以下过程：

(1)用初始较大的磁场将串联的N个MTJ进行初始化，如加磁场H-(H+)让所有MTJ处于全0(平行态)或全1(反平行态)。

(2)全0(1)时，加负方向磁场H+(H-)，负方向的磁场从H0扫描到Hm，同时测量串联MTJ的总电阻值，得到串联MTJ电阻与磁场大小的R_H曲线，H0较小不足以翻转MTJ，Hm较大可以使所有MTJ都翻转。

(3)由串联MTJ总电阻与MTJ翻转概率的关系Rtotal＝(N-m)×Rap+m×Rp(MTJ从反平行态翻转到平行态)及Rtotal＝(N-m)×Rp+m×Rap(MTJ从平行态翻转到反平行态)，可以得到MTJ翻转概率与磁场的关系曲线P＝m/N，其中，m为MTJ翻转的个数。

(4)用得到的MTJ翻转概率与磁场的关系曲线对公式1进行拟合，得到拟合参数Δ、H_S、

的数值。

(5)利用拟合得到的MTJ热稳定因子Δ，由公式2可以得到MTJ的数据保存时间。

针对并联MTJ的数据保存时间的检测方法可以描述为以下过程：

(1)用初始较大的磁场将并联的N个MTJ进行初始化，如加磁场H-(H+)让所有MTJ处于全0(平行态)或全1(反平行态)。

(2)全0(1)时，加负方向磁场H+(H-)，负方向的磁场从H0扫描到Hm，同时测量并联MTJ的总电阻值，得到并联MTJ电阻与磁场大小的R_H曲线，H0较小不足以翻转MTJ，Hm较大可以使所有MTJ都翻转。

(3)由并联MTJ总电阻与MTJ翻转概率的关系

(MTJ从反平行态翻转到平行态)及

(MTJ从平行态翻转到反平行态)，可以得到MTJ翻转概率与磁场的关系曲线P＝m/N，其中，m为MTJ翻转的个数。

(4)用得到的MTJ翻转概率与磁场的关系曲线对公式1进行拟合，得到拟合参数Δ、H_S、

的数值。

(5)利用拟合得到的MTJ热稳定因子Δ，由公式2可以得到MTJ的数据保存时间。

本发明在芯片一个微小的区域内设计若干个(如N个)串联或并联的MTJ，串联或并联的MTJ通过两端电极引出。对所有的MTJ进行初始化，即加一个较大的磁场让每个MTJ都处于高阻态或低阻态。用与初始化磁场反方向的磁场对串联的MTJ扫描磁场，扫描磁场的同时测量串联或者并联MTJ的整体电阻值，直到扫描磁场足够大使所有串联或者并联的MTJ都翻转，从而得到串联或者并联MTJ电阻值几乎不会发生变化时停止。得到的串联或者并联MTJ的总电阻随磁场变化的曲线，由串联或者并联电阻与MTJ翻转概率的关系将曲线进行变换得到MTJ翻转概率与磁场大小的关系曲线。将得到的MTJ翻转概率与磁场大小的关系曲线对公式1进行拟合，得到拟合参数Δ、H_S、

的数值。再利用公式2与热稳定因子Δ可以得到MTJ的数据保存时间。

本发明测试速度相对于相关技术中的测试方法快两个数量级，仅需对串联或并联的MTJ进行一次磁场扫描即可拿到MTJ的翻转概率与磁场的曲线。通过一次磁场扫描获取的曲线可以直接转换为MTJ翻转概率与磁场的函数关系，不许繁杂的统计分析，可以节省大量的数据处理时间。

根据本发明实施例，还提供了一种磁性隧道结的数据保存时间的获取装置的装置实施例，需要说明的是，该磁性隧道结的数据保存时间的获取装置可以用于执行本发明实施例中的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法，也即本发明实施例中的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法可以在该磁性隧道结的数据保存时间的获取装置中执行。

图14是根据本发明实施例的磁性隧道结的数据保存时间的获取装置的示意图，如图14所示，该装置可以包括：

初始化单元22，用于利用第一磁场初始化多个磁性隧道结，使得多个磁性隧道结均处于第一状态；第一获取单元24，用于向多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场，获取多个磁性隧道结的电阻总值随多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，第二磁场的磁化方向与第一磁场的磁化方向相反，多个磁场强度包括第一磁场强度和第二磁场强度，第一磁场强度的第二磁场用于使得多个磁性隧道结中的至少一个磁性隧道结从第一状态变为第二状态，第二磁场强度的第二磁场用于使得多个磁性隧道结均从第一状态变为第二状态；第二获取单元26，用于根据第一变化关系获取磁性隧道结的翻转概率随多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系，其中，翻转概率用于指示磁性隧道结从第一状态变为第二状态的概率；第三获取单元28，用于根据第二变化关系获取磁性隧道结的数据保存时间。

需要说明的是，该实施例中的初始化单元22可以用于执行本发明实施例中的步骤S102，该实施例中的第一获取单元24可以用于执行本发明实施例中的步骤S104，该实施例中的第二获取单元26可以用于执行本发明实施例中的步骤S106，该实施例中的第三获取单元28可以用于执行本发明实施例中的步骤S108。上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。

可选地，第三获取单元28可以包括：第一获取模块，用于根据第二变化关系获取磁性隧道结的热稳定因子；第二获取模块，用于利用热稳定因子获取磁性隧道结的数据保存时间。

可选地，第一获取模块可以用于根据第二变化关系对以下公式中的磁性隧道结的热稳定因子Δ进行拟合，得到磁性隧道结的热稳定因子Δ：

其中，P为磁性隧道结的翻转概率，τ为通入到磁性隧道结的磁场的脉冲宽度，τ₀为磁性隧道结的临界翻转时间，H为第二磁场的磁场强度，H_S为正反翻转磁场非对称的偏移量，

为有效磁各向异性场。

可选地，第二获取模块可以用于按照以下公式利用热稳定因子检测磁性隧道结的数据保存时间t：t＝τ₀ expΔ＝τ₀ exp(E/k_BT)，其中，E为能量势垒高度，T为磁性隧道结所处的环境温度，k_B为波尔系数。

可选地，在多个磁性隧道结串联连接的情况下，第二获取单元26可以用于按照以下公式获取第二变化关系：P(H)＝C₁×R_total(H)+C₂，其中，R_total(H)表示第一变化关系，P(H)表示第二变化关系，C₁、C₂为常数。

可选地，在多个磁性隧道结并联连接的情况下，第二获取单元26可以用于按照以下公式获取第二变化关系：

其中，R_total(H)表示第一变化关系，P(H)表示第二变化关系，C₁、C₂为常数。

可选地，多个磁性隧道结可以串联连接，其中，串联的多个磁性隧道结中的第一个磁性隧道结的一端与最后一个磁性隧道结的对应端分别引出一个测试电极，测试电极用于实现电学激励。可选地，多个磁性隧道结还可以并联连接，其中，并联的多个磁性隧道结中的每个磁性隧道结的一端与另一端分别引出一个测试电极，测试电极用于实现电学激励。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述所述的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述所述的磁性隧道结的数据保存时间的获取方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁性隧道结的数据保存时间的获取方法，其特征在于，包括：

利用第一磁场初始化多个磁性隧道结，使得所述多个磁性隧道结均处于第一状态；

向所述多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场，获取所述多个磁性隧道结的电阻总值随所述多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，所述第二磁场的磁化方向与所述第一磁场的磁化方向相反，所述多个磁场强度包括第一磁场强度和第二磁场强度，所述第一磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结中的至少一个所述磁性隧道结从所述第一状态变为第二状态，所述第二磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结均从所述第一状态变为所述第二状态；

根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系，其中，所述翻转概率用于指示所述磁性隧道结从所述第一状态变为所述第二状态的概率；

根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的数据保存时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的数据保存时间包括：

根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的热稳定因子；

利用所述热稳定因子获取所述磁性隧道结的数据保存时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二变化关系获取所述磁性隧道结的热稳定因子包括：

根据所述第二变化关系对以下公式中的所述磁性隧道结的热稳定因子Δ及H_S、

进行拟合，得到所述磁性隧道结的热稳定因子Δ：

其中，P为所述磁性隧道结的翻转概率，τ为通入到所述磁性隧道结的磁场的脉冲宽度，τ₀为所述磁性隧道结的临界翻转时间，H为所述第二磁场的磁场强度，H_S为正反翻转磁场非对称的偏移量，

为有效磁各向异性场。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述热稳定因子获取所述磁性隧道结的数据保存时间包括：

按照以下公式利用所述热稳定因子获取所述磁性隧道结的数据保存时间t：

t＝τ₀expΔ＝τ₀exp(E/k_BT)

其中，E为能量势垒高度，T为所述磁性隧道结所处的环境温度，k_B为玻尔兹曼常数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述多个磁性隧道结串联连接的情况下，所述根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系包括：

按照以下公式获取所述第二变化关系：

P(H)＝C₁×R_total(H)+C₂

其中，R_total(H)表示所述第一变化关系，P(H)表示所述第二变化关系，C₁、C₂为常数。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述多个磁性隧道结并联连接的情况下，所述根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系包括：

按照以下公式获取所述第二变化关系：

其中，R_total(H)表示所述第一变化关系，P(H)表示所述第二变化关系，C₁、C₂为常数。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述多个磁性隧道结串联连接，其中，串联的多个磁性隧道结中的第一个所述磁性隧道结的一端与最后一个所述磁性隧道结的对应端分别引出一个测试电极，所述测试电极用于实现电学激励；或者

所述多个磁性隧道结并联连接，其中，并联的多个磁性隧道结中的每一个所述磁性隧道结的一端与另一端分别引出一个所述测试电极。

8.一种磁性隧道结的数据保存时间的获取装置，其特征在于，包括：

初始化单元，用于利用第一磁场初始化多个磁性隧道结，使得所述多个磁性隧道结均处于第一状态；

第一获取单元，用于向所述多个磁性隧道结依次通入多个磁场强度的第二磁场，获取所述多个磁性隧道结的电阻总值随所述多个磁场强度的第二磁场的第一变化关系，其中，所述第二磁场的磁化方向与所述第一磁场的磁化方向相反，所述多个磁场强度包括第一磁场强度和第二磁场强度，所述第一磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结中的至少一个所述磁性隧道结从所述第一状态变为第二状态，所述第二磁场强度的所述第二磁场用于使得所述多个磁性隧道结均从所述第一状态变为所述第二状态；

第二获取单元，用于根据所述第一变化关系获取所述磁性隧道结的翻转概率随所述多个磁场强度的第二磁场的第二变化关系，其中，所述翻转概率用于指示所述磁性隧道结从所述第一状态变为所述第二状态的概率；

第三获取单元，用于根据所述第二变化关系拟合出热稳定因子并由热稳定因子获取所述磁性隧道结的数据保存时间。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

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