磁性随机存取记忆单元、阵列及编程此种记忆单元的方法技术

本发明专利技术是关于一种磁性随机存取记忆胞、阵列及程式化此种记忆胞的方法。该磁性随机存取记忆胞，包含一第一字元线与垂直于第一字元线的一第一位元线。配置于第一字元线与第一位元线的一交叉处的是具有一垂直磁场方向的一磁性隧道连结元件。为了程式化磁性随机存取记忆胞，电流穿过接近记忆胞的两个位元线以及两个字元线而被驱动。因此磁性随机存取记忆胞具有一高磁转变与低程式化电流。本发明专利技术能够处理传统磁性随机存取记忆体元件的高磁场－强磁性转变点问题。而且本发明专利技术与传统磁性随机存取记忆体构造比较，可大幅降低习知磁性随机存取记忆胞元件使用的程式化电流。另外本发明专利技术在没有增加转变电流之下，能改良传统的磁性随机存取记忆体元件的再生性或稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种计算机储存器，且特别是有关于一种具有高磁转变且低程式化电流的垂直磁性随机存取记忆体(magnetic random accessmemory，MRAM)。
技术介绍
磁性随机存取记忆体记忆体(即内存，存储器，存储介质，以下均称为记忆体)为一种非挥发性记忆体，用于长期数据储存。磁性随机存取记忆体元件的读写功能，速度比一般长期储存元件较快，例如与硬式磁盘驱动器比较。此外，磁性随机存取记忆体元件比其它一般长期储存元件更精巧且低能耗。一种磁性随机存取记忆胞主要为磁性隧道连结(magnetic tunneljunction，MTJ)元件，它有两个强磁性层，藉由一薄绝缘阻障隧道将两个强磁性层分开。传导电子的一旋转-极化隧道介于两个强磁性层之间，主要为两个强磁性层的磁力矩方向定位，作为一磁性隧道连结的抗磁场。一典型磁性随机存取记忆体元件包括一记忆胞阵列。字元线沿着记忆胞的列，以及位元线沿着记忆胞的行。每一记忆胞位于每一字元线与位元线的交叉点，以磁化的方向储存位数据。在任何时间，每一记忆胞的磁化方向，为两个稳定方向的其中之一。这些两个稳定方向，为平行以及逆平行，代表逻辑值“1”与“0”。对在记忆胞交叉的一字元线以及一位元线提供电流，藉由两个垂直磁场改变记忆胞的磁化方向，当磁场合并时，将记忆胞的磁化方向从平行转到逆平行，或由逆平行转到平行。然而，在极小元件区，由于磁性随机存取记忆体的超顺磁-强磁性转换点，使记忆胞的转换并非经常稳定。有时，合并的磁场可能无法将一记忆胞从平行转到逆平行，或逆平行转到平行。因此，需要在没有增加转换电流之下，改良磁性随机存取记忆体记忆胞元件的再生性或稳定性。为了解决磁性随机存取记忆胞存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。有鉴于上述现有的磁性随机存取记忆胞存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的，能够改进一般现有的磁性随机存取记忆体记忆胞元件，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有的磁性随机存取记忆胞存在的缺陷，而提供一种新型结构的磁性随机存取记忆胞，所要解决的技术问题是使其在没有增加转变电流之下，改良磁性随机存取记忆体元件的再生性或稳定性，以解决现有习知的磁性随机存取记忆体的高磁场-强磁性转换点，使记忆胞的转换并非经常稳定，从而更加适于实用。本专利技术另一目的在于，提供一种磁性随机存取记忆胞程式化的方法，所要解决的技术问题是使其可大幅降低现有习知的磁性随机存取记忆胞元件使用的程式化电流，从而更加适于实用。本专利技术的再一目的在于，提供一种磁性随机存取记忆体阵列，所要解决的技术问题是使其在极小元件区的磁性随机存取记忆体具有高磁性稳定，以解决现有习知的磁性随机存取记忆体元件的高磁场-强磁性转变点问题。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种磁性随机存取记忆(MRAM)胞，其包括一第一字元线；一第一位元线，垂直于该第一字元线；以及一磁性隧道连结(MTJ)元件，位于该第一字元线与该第一位元线的一交叉处，该磁性隧道连结元件具有一垂直磁场方向。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的磁性随机存取记忆胞，其中所述的磁性隧道连结元件包括一自由层以及一稍层，该自由层比该稍层更接近于该第一位元线。前述的磁性随机存取记忆胞，其更包括一二极管位于该磁性隧道连结元件之下，该二极管与该第一字元线及该稍层有电的交流。前述的磁性随机存取记忆胞，其中所述的一第二位元线与一第三位元线接近并位于该第一位元线的各一侧边，以及一第二字元线与一第三字元线接近并位于该第一字位的各一侧边。前述的磁性随机存取记忆胞，其是借着驱动电流穿过该第二位元线与该第三位元线，以及该第二字元线与该第三字元线而被程式化。前述的磁性随机存取记忆胞，其中穿过该第二位元线的电流与穿过该第三位元线的电流是在一相对方向。前述的磁性随机存取记忆胞，其中穿过该第二字元线的电流与穿过该第三字元线的电流是在一相对方向。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种磁性随机存取记忆胞程式化的方法，适于具有顺着一垂直磁性方向的一磁性隧道连结元件的一磁性随机存取记忆胞，其包括以下步骤驱动在一第一方向穿过一第一位元线的电流，该第一位元线接近于一第二位元线，该第二位元线与该磁性随机存取记忆胞有电的交流；以及驱动在一第二方向穿过一第三位元线的电流，该第三位元线接近于该第二位元线，以及在相对于该第一位元线的一边，其中该第二方向相对于该第一方向。其中该磁性随机存取记忆胞被程式化成为具有一第一磁力方向。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其中所述的其中驱动在该第二方向穿过该第一位元线的电流以及驱动在该第一方向穿过该第三位元线的电流，以程式化该磁性随机存取记忆胞成为具有一第二磁化方向。前述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其更包括驱动在一第三方向穿过一第一字元线的电流，该第一字元线接近于一第二字元线，该第二字元线与该磁性随机存取记忆胞有电的交流；以及驱动在一第四方向穿过一第三字元线的电流，该第三字元线接近于该第二字元线，以及相对于该第一字元线的一边，其中该第四方向与该第一方向相对，其中该磁性随机存取记忆胞被程式化成为具有该第一磁化方向。前述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其更包括驱动在该第四方向穿过该第一字元线的电流以及驱动在该第三方向穿过该第三字元线的电流，以程式化该磁性随机存取记忆胞成为具有该第二磁化方向。前述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其中所述的磁性随机存取记忆胞是借着驱动穿过该第二位元线的电流与驱动穿过该第二字元线的电流而被读取。前述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其中流过该第一位元线的该第一方向的电流产生具有一第一内平面分力的一磁性场，以及其中流过该第二位元线的第二方向的电流产生具有一第二内平面分力的一磁性场。前述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其中所述的第一内平面分力抵消该第二内平面分力。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种磁性随机存取记忆体阵列，其包括平行的多数个字元线与平行的多数个位元线，每一该些位元线垂直于该些字元线；多数个磁性隧道连结元件，每一该些磁性隧道连结元件位于一字元线与一位元线的一交叉处，其中每一该些磁性隧道连结元件具有一垂直磁性方向。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的磁性随机存取记忆体阵列，其中每一该些磁性隧道连结元件包括一自由层与一稍层，该自由层比该稍层更接近于该些位元线。前述的磁性随机存取记忆体阵列，其中每一该些磁性隧道连结元件与位于其下方的一二极管有电的交流，该二极管与一字元线以及每一该些磁性隧道连结元件的该稍层有电的交流。前述的磁性随机存取记忆体阵列，其中每一该些磁性隧道连结元件是藉由驱动穿过两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性随机存取记忆（ＭＲＡＭ）胞，其特征在于其包括：一第一字元线；一第一位元线，垂直于该第一字元线；以及一磁性隧道连结（ＭＴＪ）元件，位于该第一字元线与该第一位元线的一交叉处，该磁性隧道连结元件具有一垂直磁场方向。

【技术特征摘要】
US 2003-11-17 10/715,6701.一种磁性随机存取记忆(MRAM)胞，其特征在于其包括一第一字元线；一第一位元线，垂直于该第一字元线；以及一磁性隧道连结(MTJ)元件，位于该第一字元线与该第一位元线的一交叉处，该磁性隧道连结元件具有一垂直磁场方向。2.根据权利要求1所述的磁性随机存取记忆胞，其特征在于其中所述的磁性隧道连结元件包括一自由层以及一稍层，该自由层比该稍层更接近于该第一位元线。3.根据权利要求2所述的磁性随机存取记忆胞，其特征在于其更包括一二极管位于该磁性隧道连结元件之下，该二极管与该第一字元线及该稍层有电的交流。4.根据权利要求1所述的磁性随机存取记忆胞，其特征在于其中所述的一第二位元线与一第三位元线接近并位于该第一位元线的各一侧边，以及一第二字元线与一第三字元线接近并位于该第一字位的各一侧边。5.根据权利要求4所述的磁性随机存取记忆胞，其特征在于其是借着驱动电流穿过该第二位元线与该第三位元线，以及该第二字元线与该第三字元线而被程式化。6.根据权利要求5所述的磁性随机存取记忆胞，其特征在于其中穿过该第二位元线的电流与穿过该第三位元线的电流是在一相对方向。7.根据权利要求6所述的磁性随机存取记忆胞，其特征在于其中穿过该第二字元线的电流与穿过该第三字元线的电流是在一相对方向。8.一种磁性随机存取记忆胞程式化的方法，适于具有顺着一垂直磁性方向的一磁性隧道连结元件的一磁性随机存取记忆胞，其特征在于其包括以下步骤驱动在一第一方向穿过一第一位元线的电流，该第一位元线接近于一第二位元线，该第二位元线与该磁性随机存取记忆胞有电的交流；以及驱动在一第二方向穿过一第三位元线的电流，该第三位元线接近于该第二位元线，以及在相对于该第一位元线的一边，其中该第二方向相对于该第一方向；其中该磁性随机存取记忆胞被程式化成为具有一第一磁力方向。9.根据权利要求8所述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其特征在于其中驱动在该第二方向穿过该第一位元线的电流以及驱动在该第一方向穿过该第三位元线的电流，以程式化该磁性随机存取记忆胞成为具有一第二磁化方向。10.根据权利要求8所述的磁性随机存取记忆胞程式化的方法，其特征在于其更包括驱动在一第三方向穿过一第一字元线的电流，该第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：何家骅，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]