非易失性存储阵列和地址转换方法技术

非易失性存储阵列包括由字线ＷＬ１，…，ＷＬ６和位线ＢＬ１，…，ＢＬ８所组成的网格。在多个存储单元２１０中，每个存储单元位于一条字线和一条位线的交叉区域。用于读／写包括多个位的数据字的读／写电路２８０可用于将数据字的每一对连续位映射到位于不同的字线和不同的位线两者的交叉区域的相应的一对存储单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非易失性存储阵列的读和写，特别是磁性随机存取存储器(MRAM)，以及涉及一种将用于访问非易失性存储器的地址进行转换的方法。
技术介绍
随着存储器大小的增长，使用非易失性存储器的应用范围急剧扩大。例如，已经可以诸如利用MP3编码将音频存储在非易失性固态存储器中。期望在可预知的未来，也能够以合理的成本将电影存储在非易失性存储器中。使用这种非易失性存储器使得相对便宜和可靠的再现(rendering)设备成为可能，例如MP3播放器，并在手持的类似计算机的设备，诸如PDA和新一代移动电话中开启了许多新的应用。磁性或磁阻随机存取存储器(MRAM)目前被许多公司认为是闪存的后继品。除了最快的静态RAM(SRAM)存储器之外，它有潜力替代所有的存储器。这就是非易失性存储器，它意味着不需要电能来保持所存储的信息。可见这是优于大部分其它类型的固态存储器的优点。MRAM概念使用了作为信息存储器的磁性多层设备中的磁化方向，以及用于信息读出的所得到的电阻差。每个磁性存储单元都能够存储至少两个状态，它们表示或者“1”或者“0”。磁性存储单元的阵列通常被称为磁性RAM或MRAM。存在着不同种类的磁阻(MR)效应，例如各向异性磁阻(AMR)效应和巨磁电阻效应(GMR)。对于MRAM，优选使用隧道磁阻(TMR)效应。在磁隧道结(MTJ)中，利用薄膜的层积来形成存储单元，在这些薄膜中至少两个是铁磁的或亚铁磁的，并且由绝缘的隧道阻挡来分离。由两个铁磁或亚铁磁层之间的传导电子的自旋极化隧穿产生磁致电阻。在垂直于叠层的平面的方向上流动的隧穿电流取决于这两个铁磁或亚铁磁层的磁矩的相对取向。观察到当所述膜的磁化方向平行时，隧穿电流最大(或因此电阻最小)，而当所述膜的磁化方向反平行时，隧穿电流最小(或因此电阻最大)。MTJ存储元件通常包括分层的结构，其中包含固定或不能动的(pinned)铁磁层(PFL)、自由铁磁层(FFL)和它们之间的电介质阻挡。PFL层具有总是指向同一个方向的磁矢量。FFL层的磁矢量是自由的，但限制在层的易磁化轴(easy axis)之内，它主要是由元件的物理尺寸所决定的。自由层的磁矢量指向如下两个方向中的一个平行或反平行于固定层的磁化方向，这与所述易磁化轴相符。沿着这个易磁化轴，FFL层的这两个可能的磁化方向定义了存储单元的两个状态。PFL层的磁化方向比FFL的磁化方向更难以改变。在由经过位线和字线的电流所产生的场的范围中，PFL的磁化方向是固定或不能动的。用于写存储单元的磁场足够大，以便反转FFL的磁化方向，但不是PFL的方向。这样，在MRAM中的存储单元的操作期间，PFL的磁化不改变方向。为了访问存储元件，字线和位线分别在位于该MTJ叠层之下和之上的两个金属层中形成图案。每个存储元件都位于字线和位线的交叉点区域。字线沿着存储元件的行延伸，而位线沿着存储元件的列延伸。在读取期间，将电流引导通过要读取的单元。由于单元共享字线和位线，因此公知地每个单元使用一个晶体管，以便控制读取电流馈送通过哪一个单元。这种MRAM被称为1T1MTJ MRAM(每个MTJ单元一个晶体管)。US5,640,343介绍了一种可选择的MRAM，它为每个单元使用了一个二极管来控制读取。这种所谓的0T1MTJ MRAM的优点是它占用了较小的芯片面积。附图说明图1示出了公知的0T1MTJ MRAM。磁阻存储单元的MRAM阵列包括一组在一个水平面上作为平行字线WL1、WL2和WL3的导电轨迹，以及一组在另一水平面上作为平行位线BL1、BL2和BL3的导电轨迹。位线在不同的方向上取向，通常与字线呈直角，以致于从上面看去两组线相交叉。存储单元，例如典型的存储单元10，位于垂直地间隔在线间的交叉区域中的字线和位线的每个交叉点上。以垂直叠层的形式设置存储单元10，并且其包括类似二极管的器件7以及磁隧道结(MTJ)8。在阵列的操作期间，电流在垂直方向上流经单元10。经过存储单元的垂直电流通路使得存储单元占用非常小的表面积。字线的触点、MTJ、二极管和位线的触点都占用同样的面积。该阵列形成在衬底之上，例如是可存在其它电路(未示出)的硅衬底。类似二极管的器件和MTJ的详细结构与本专利技术没有关系。当FFL的磁化方向从平行于PFL的磁化方向切换到反平行于PFL的磁化方向的时候，MTJ8改变电阻。如将要解释的，出现这种情况归因于当电流流经位线和字线时所产生的磁场。当有足够大的电流流经MRAM的字线和位线两者时，在字线和位线的交叉点如此组合的电流的自场将会旋转位于所激发的字线和位线交叉点上的单个特定MTJ的FFL的磁化。设计电流电平，以便使组合的自场超过FFL的切换场。将该自场设计为比旋转PFL的磁化所需的场要小得多。设计单元阵列体系结构，以便使写电流不流经MTJ本身。通过使读出电流垂直地流过二极管和MTJ，从PFL经过隧道结阻挡流至FFL(或反之亦然)，来读取存储单元。通过当比写电流小得多的读出电流垂直地流过MTJ时测量存储单元的电阻，来确定存储单元的状态。这种读出或读取电流的自场是可以忽略的，并且也不会影响存储单元的磁状态。隧道电流是自旋极化的，这意味着从铁磁层之一，例如PFL流出的电流主要由一种自旋类型的电子所组成(上旋或下旋，这取决于铁磁层的磁化的取向)。当两个层的磁矩平行时，电荷载流子的隧穿可能性是最高的，而当磁矩反平行时，该可能性最低。结果，FFL的两个可能的磁化方向唯一地定义了存储单元的两个可能的位状态(0或1)。为了对0T1MTJ MRAM进行读和写，只需要位线和字线；不需要来自阵列外部的其它控制线来读或写存储单元的存储状态。这就提供了一种非常有效的存储阵列。通过使电流Ib流经位线BL3，并使电流Iw流经连接到单元10的字线WL3，来对选择的单元，例如图1的单元10进行写入。位线控制电路附加在位线上，并且控制电流Ib。字线控制电路附加在字线上，并且控制电流Iw。由于Ib或者Iw单独在单元的区域中产生的磁场小于改变单元中的磁状态所需的磁场，因此半选的单元(那些只有Ib或Iw单独流过的单元)没有被写入。然而，Ib和Iw的磁场的组合足以改变所选择的存储单元10的状态。电流Ib或Iw中的至少一个必须是可反转的，以便写入单元10的两个不同的磁状态。位线也连接到读出电路，该读出电路是位线控制电路的一部分。写操作期间位线的电压电平接近电压Vb，以便于提供双向电流。字线的电压电平接近一个更高的正电压Vw。选择电压电平以保证阵列中的所有二极管都被反向偏置，以便使电流Ib和Iw不垂直流经任何存储单元。在读取操作中，通过将字线WL3电压下拉至Vb，并将位线BL3电压升高至Vw，从而将正向偏置电压建立在所选择的单元10上。在读取期间，未选择的位线BL1、BL2保持在备用电压电平Vb上，而未选择的字线WL1、WL2保持在备用电压电平Vw上。半选的单元从字线到位线具有零电压降，并且不导通。所选择的存储单元的电阻决定了从位线经由该所选择的存储单元流至字线的读出电流。在读出电路中，该电流与一个参考电流进行比较，其差值被放大来读取在所选择的单元10中存储的数据，其中该参考电流的值设置为存储单元的两个可能状态的预期值的一半的值。特别对于移动设备来说，降低存储设备的功耗是非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储阵列，包括：第一组多条导电线（以下称为“字线”）；第二组多条导电线（以下称为“位线”）；多个存储单元，每个存储单元位于所述字线之一和所述位线之一的交叉区域；以及读／写电路，用于读／写包括多个位 的数据字；该电路可用于将该数据字的每对连续位映射到位于不同字线和不同位线两者交叉的区域的相应的一对存储单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2003-3-20 03100725.51.一种非易失性存储阵列，包括第一组多条导电线(以下称为“字线”)；第二组多条导电线(以下称为“位线”)；多个存储单元，每个存储单元位于所述字线之一和所述位线之一的交叉区域；以及读/写电路，用于读/写包括多个位的数据字；该电路可用于将该数据字的每对连续位映射到位于不同字线和不同位线两者交叉的区域的相应的一对存储单元。2.如权利要求1所述的非易失性存储阵列，其中通过读取位bi(i＝1...N)的当前值，并且只在该当前值与bi的新值不同时执行对位bi的写操作；以及同时执行对位bi的有条件的写操作和对位bi+1的读操作，该读/写电路可用于写入具有多个连续位bi的数据字。3.如权利要求1所述的非易失性存储阵列，其中数据字包括由字存储器地址所表示的多个连续位bi(i＝1...N)；所述读/写电路可用于将所述字存储器地址转换为相应的位b1的物理存储器地址，其中该位b1的物理存储器地址包括字线号y1和位线号x1，并通过每次增加所述位线号以及改变所述字线号(yi+1≠yi)来为该字中的所述连续位产生各自的位地址。4.如权利要求3所述的非易失性存储阵列，其中所述读/写电路可用于确定yi+1为yi+1＝y1+((x1+i+1)MOD 2)，如果y1是奇数，以及yi+1＝y1-((x1+i+1)MOD 2)，如果y1是...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎藩金，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]