具有逐步复位能力的NVM突触元件制造技术

提供一种模拟磁阻随机存取存储器(MRAM)单元。所述模拟MRAM单元包含磁性自由层，所述磁性自由层具有第一畴、第二畴及畴壁，所述第一畴具有第一磁化方向，所述第二畴具有与所述第一磁化方向相反的第二磁化方向，所述畴壁位于所述第一畴与所述第二畴之间。所述模拟MRAM单元进一步包含磁性钉扎层。模拟MRAM单元还包含磁性自由层与磁性钉扎层之间的绝缘隧道势垒。模拟MRAM单元另外包含邻近于磁性自由层定位的电极，所述电极经配置以通过供应电流来产生热以减小磁性自由层的电导率率。生热以减小磁性自由层的电导率率。生热以减小磁性自由层的电导率率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有逐步复位能力的NVM突触元件

技术介绍

[0001]本专利技术总体上涉及存储器装置，并且具体涉及具有逐步复位能力的非易失性存储器突触元件。
[0002]使用非易失性存储器(NVM)的模拟乘法
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加法加速器作为实现非常低的功耗的方式已经引起了极大的兴趣。为了在模拟乘法
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加法加速器中的模拟突触元件中使用，不同NVM类型(诸如相变存储器(PCM)、电阻式随机存取存储器(RRAM)、磁阻式随机存取存储器(MRAM)等)正处于严肃的研究中。尽管每个NVM类型具有优点和缺点，MRAM的显著优点是允许对称的设置(电导率率增加)/复位(电导率率减小)操作。
[0003]然而，当使用MRAM作为模拟突触元件时，存在以下问题：当应用设置操作时，设置操作有时超过其上限，并且不容易减小电导率率。使用静磁场的常规RESET方法具有以下缺点：(1)强磁场是必要的；以及(2)RESET方法被强制应用于所有突触元件。
[0004]此外，当MRAM用作模拟突触元件时，(1)其不能集成到大规模集成(LSI)电路中，以及(2)RESET操作不能与所选突触元件一起应用(但是必须应用于所有突触元件)。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的实施例，提供一种模拟磁阻随机存取存储器(MRAM)单元。所述模拟MRAM单元包含磁性自由层，所述磁性自由层具有第一畴(domain)、第二畴及畴壁，所述第一畴具有第一磁化方向，所述第二畴具有与所述第一磁化方向相反的第二磁化方向，所述畴壁位于所述第一畴与所述第二畴之间。所述模拟MRAM单元进一步包含磁性钉扎层。模拟MRAM单元还包含磁性自由层与磁性钉扎层之间的绝缘隧道势垒。模拟MRAM单元另外包含邻近于磁性自由层定位的电极，所述电极经配置以通过供应电流来产生热以减小磁性自由层的电导率率。
[0006]在本专利技术的一个或多个实施例中，模拟MRAM单元包括在突触元件中。
[0007]在本专利技术的一个或多个实施例中，该电极仅降低多个突触元件中的突触元件的磁性自由层的电导率率。
[0008]在本专利技术的一个或多个实施例中，该模拟MRAM进一步包括选择电路，该选择电路被配置为从该多个突触元件中仅选择用于电导率率减小的该突触元件。
[0009]在本专利技术的一个或多个实施例中，电极被配置成通过提供电流来产生热量，以减小磁性自由层的电导率率，从而使磁性自由层的至少一部分的磁化方向随机化。
[0010]在本专利技术的一个或多个实施例中，从电极产生热量仅在形成存储器阵列的多个MRAM单元当中的模拟MRAM单元中产生局部磁场。
[0011]根据本专利技术的其他方面，提供一种用于复位模拟MRAM的方法。所述方法包含检测所述模拟MRAM的磁性自由层的状态。所述磁性自由层具有第一畴、第二畴和畴壁，所述第一畴具有第一磁化方向，所述第二畴具有与所述第一磁化方向相反的第二磁化方向，所述畴壁位于所述第一畴与所述第二畴之间。检测状态基于第一和第二磁化方向被对准并且畴壁被移除。该方法还包括向电极提供电流以产生热量以使单元的磁化随机化，以及响应于第
一和第二磁化方向对齐并且畴壁被移除而将磁转矩施加到磁性自由层的至少被加热部分以使被加热部分的磁化方向反转并形成畴壁。
[0012]在一个或多个实施例中，该方法还包括向选择电路施加一个或多个控制信号，该选择电路被配置成仅从多个NVM中为电导率率降低选择模拟NVM。
[0013]根据本专利技术的又一些实施例，提供一种模拟磁阻随机存取存储器(MRAM)。所述MRAM包含多个MRAM单元。所述多个单元中的每包括磁性自由层，所述磁性自由层具有第一畴、第二畴和畴壁，所述第一畴具有第一磁化方向，所述第二畴具有与所述第一磁化方向相反的第二磁化方向，所述畴壁位于所述第一畴与所述第二畴之间。所述多个单元中的每一者进一步包含磁性钉扎层。所述多个单元中的每一者还包含所述磁性自由层与所述磁性钉扎层之间的绝缘隧道势垒。多个单元中的每另外包括邻近磁性自由层定位的电极，该电极被配置为通过供应电流来产生热以减小磁性自由层的电导率率。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施例中，其中多个MRAM单元中的每一者耦合到用于加热多个MRAM单元中的选定一者或一者以上的电极的相应热选择电路。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施例中，多个模拟MRAM单元中的每一个包括在多个突触元件中的相应突触元件中。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施例中，该电极降低该多个突触元件中的仅选定突触元件的该磁性自由层的电导率率。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施例中，该模拟MRAM单元进一步包括选择电路，该选择电路被配置成用于针对电导率率降低来选择该多个突触元件中的一个或多个但少于全部。
[0018]根据本专利技术的又一方面，提供一种用于复位具有多个MRAM单元的模拟磁阻随机存取存储器(MRAM)的方法。所述方法包含检测所述多个MRAM单元中的每一者的磁性自由层的状态。所述磁性自由层具有第一畴、第二畴和畴壁，所述第一畴具有第一磁化方向，所述第二畴具有与所述第一磁化方向相反的第二磁化方向，所述畴壁位于所述第一畴与所述第二畴之间。检测状态基于第一和第二磁化方向被对准并且畴壁被移除。该方法还包括响应于检测到第一和第二磁化方向被对准并且畴壁被移除而选择多个MRAM单元中的一个或多个用于复位操作。所述方法还包含：将电流供应到所述多个MRAM单元中的所述选定一者或一者以上的电极以产生热量以使所述单元的所述磁化随机化；以及将磁性扭矩施加到磁性自由层的至少经加热部分以使所述经加热部分的所述磁化方向反转且形成所述畴壁。
[0019]从以下将结合附图阅读的对其说明性实施例的详细描述，这些和其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
[0020]以下描述将参考以下附图提供优选实施例的细节，其中：
[0021]图1是示出可应用本专利技术的模拟MRAM单元的四个示例性导电状态的示意图；
[0022]图2是示出根据本专利技术的实施例的示例性模拟MRAM单元的框图；
[0023]图3是根据本专利技术的实施例的示范性模拟MRAM单元的示意图；
[0024]图4是示出了根据本专利技术实施例的用于对所选非易失性存储器(NVM)元件执行逐步复位的示例性方法的流程图；
[0025]图5是示出根据本专利技术的实施例的示例性模拟MRAM单元的框图；
[0026]图6是示出根据本专利技术的实施例的模拟MRAM单元的示例性结构的框图；
[0027]图7是示出根据本专利技术的实施方式的示例性神经网络单元计算的框图；
[0028]图8是示出根据本专利技术的实施例的使用NVM的示例性模拟乘加操作的框图；
[0029]图9是示出根据本专利技术的实施例的示例性两层感知器的框图；
[0030]图10是示出了根据本专利技术实施例的使用多个NVM的示例性模拟乘加操作的框图；
[0031]图11示出了根据本专利技术的实施方式的可以应用本专利技术的示例性计算装置；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种模拟磁阻随机存取存储器(MRAM)单元，包括：磁性自由层，所述磁性自由层具有第一畴、第二畴和畴壁，所述第一畴具有第一磁化方向，所述第二畴具有与所述第一磁化方向相反的第二磁化方向，所述畴壁位于所述第一畴与所述第二畴之间；磁性钉扎层；在所述磁性自由层和所述磁性钉扎层之间的绝缘隧道势垒；以及电极，所述电极位于所述磁性自由层附近，被配置为通过供应电流来产生热以减小所述磁性自由层的电导率率。2.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述磁性钉扎层包括至少一种反铁磁性材料。3.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述第一畴和所述第二畴包括磁性元件。4.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述模拟MRAM单元包含在突触元件中。5.根据权利要求4所述的模拟MRAM单元，其中，所述电极仅降低多个突触元件中的所述突触元件的所述磁性自由层的电导率率。6.根据权利要求5所述的模拟MRAM单元，其进一步包括选择电路，所述选择电路被配置为从所述多个突触元件中仅选择用于电导率率减小的所述突触元件。7.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述模拟MRAM是水平磁化的。8.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述模拟MRAM是垂直磁化的。9.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述电极与所述磁性自由层的一部分接触。10.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其进一步包括经配置以控制电流到所述电极的施加的至少一个热控制晶体管。11.根据权利要求10所述的模拟MRAM单元，其中，所述至少一个热控制晶体管经配置以响应于施加到所述至少一个热控制晶体管的栅极和漏极的相应控制信号而将电流供应到所述电极。12.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述电极被放置在所述第一端和第二端之中的第一端处以使至少所述第一端的磁化方向随机化。13.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述电极被配置为通过提供所述电流以减小所述磁性自由层的电导率率以随机化所述磁性自由层的至少一部分的磁化方向来产生热量。14.根据权利要求1所述的模拟MRAM单元，其中，所述模拟MRAM单元集成在大规模集成电路中。...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩科晶代，冈崎笃也，安田岳雄，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：