Selective Data Writing in IrMn-Based Perpendicular Magnetic Tunnel Junction Array Through Voltage-Gated Spin-Orbit Torque

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作者
Weixiang Li,Zhaochun Liu,Shouzhong Peng,Jiaqi Lu,Jiahao Liu,X. M. Li,Shiyang Lu,Y. Otani,Weisheng Zhao
出处
期刊:IEEE Electron Device Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:45 (5): 921-924 被引量:9
标识
DOI:10.1109/led.2024.3369616
摘要

The interplay of spin-orbit torque (SOT) and voltage-controlled magnetic anisotropy (VCMA) has great potential to be the next-generation writing method for low-power, fast-speed, and high-density memory applications. In this letter, we first experimentally demonstrate field-free voltage-gated SOT switching in IrMn-based perpendicular magnetic tunnel junctions (MTJs) with a diameter of 80 nm. Then we fabricate a memory array that integrates multiple MTJs on a shared IrMn strip. When a gate voltage of 0.8 V is applied to an MTJ in the array, the SOT critical current density decreases by 70%, resulting in a substantial 91% reduction in total power consumption. Through this voltage-gated SOT switching, selective data writing in the MTJ array is accomplished. Moreover, the endurance of more than ${1} \times {10} ^{{12}}$ and the write error rate below ${8} \times {10} ^{-{5}}$ are achieved. These findings demonstrate the high performance of voltage-gated SOT devices and contribute to its practical application in magnetic random-access memory.

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