磁性赛道存储器的阵列体系结构及操作制造技术

一种包括磁性赛道存储器的高密度存储体系结构及操作方法。该体系结构包括多个磁性存储结构；与每个结构相关联的传感器；引发激活多个结构当中的单个结构以便进行位读取或位存储操作的轨道选择信号的第一解码器；施加第一信号以便在第一位置处形成与要存储在该结构中的值相关联的新存储磁畴的位驱动器；以及施加使每个形成的磁畴向该结构的第二位置前进的第二信号的第二解码器。传感器读取存储在该结构的第二位置处的磁畴处的位值。随后，形成与刚读取的值相关联的新磁畴，以便在读取操作结束时使该结构返回到它的原始状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁性赛道存储器的阵列体系结构及操作
技术介绍
磁性赛道存储器(magnetic racetrack memory)是其中沿着磁性材料(例如铁磁材料)的细条或柱将数据存储成磁畴的非易失性存储技术。这种细条或柱称为赛道 (racetrack)或轨道(track)，通常具有大约 h = 20nm, 1 = 3 μ m，w = 90nm(例如，在 90nm 技术中)数量级的尺度。每个磁畴是由紧靠轨道的一部分的导线中的电流所引起的磁场建立的。沿着轨道的长度通过的电流通过自旋动量转移的机制使磁畴沿着轨道的长度移动。 特定磁畴的状态通过沿着轨道将该磁畴移动到可以通过紧靠的磁性隧道结(MTJ)感测其磁极性的位置来确定。MTJ的电阻随施加磁场而变化。由于这个原因，可将MTJ用作磁场传感器。当前，还不存在以提供高密度存储器的形式并入这种磁性赛道存储器的存储技术。期望能够提供包括磁性赛道的阵列的高密度存储技术以及操作该阵列以便提供高密度存储技术的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了包括非易失性磁性赛道存储结构的阵列的高密度存储系统以及操作高密度存储器的方法。在一个实施例中，该高密度存储系统包括多个磁性存储结构，每个结构由磁性材料形成；与每个磁性存储结构相关联的感测装置；引发用于激活多个磁性存储结构中的单个磁性存储结构以便进行位读取或位存储操作的轨道选择信号的第一解码器装置；在位存储操作期间施加第一信号以便在激活的磁性存储结构的第一位置处形成与要存储在激活的磁性存储结构中的位值相关联的新存储磁畴(magnetic memory domain)的位驱动装置； 以及施加用于使每个形成的存储磁畴向激活的存储结构的第二位置前进的第二信号的第二解码器，其中该感测装置读取存储在激活的存储结构的第二位置处的磁畴处的存储器位值。按照本专利技术的进一步实施例，提供了一种操作包括多个磁性存储结构的高密度存储器阵列的方法，该方法包括引发用于激活多个磁性存储结构中的单个磁性存储结构的轨道选择信号；以及在激活的结构上进行位存储操作，其包括a)对激活的磁性存储结构施加第一信号以便在其第一位置处形成磁性赛道存储磁畴，第一信号的极性与用于存储在磁性赛道存储磁畴处的存储器位值相对应；b)施加第二信号以便使具有所存储的位值的所形成的赛道磁畴沿着轨道的长度向读取位置前进一段距离；以及重复步骤a)和b)以便将多个数据位存储在磁性存储结构中。在进一步的实施例中，提供了一种操作包括多个磁性存储结构的高密度存储器阵列的方法，该方法包括引发用于激活多个磁性存储结构中的单个磁性存储结构的轨道选择信号；a)使感测装置实现读取存储在激活的存储结构的第二位置处的磁畴处的存储器位值；b)在读取了存储器位值之后，施加第一信号以便在激活的存储结构的第一位置处形成新存储磁畴，第一信号的极性与最近读取的所存储的存储器位的位值相关联；以及c)施加第二信号以便使所形成的新存储磁畴向激活的存储结构的第二位置前进，从而在位读取操作结束时使磁性存储结构返回到它的原始状态。并且，在这个实施例中，该方法进一步包括重复位读取操作a)，b)和c)，以便读取存储在磁性存储结构中的多个数据位。在进一步的实施例中，提供了一种用于高密度存储系统的存储单元结构，其包括 多个可选磁性存储结构，每个结构由磁性材料形成；与每个磁性存储结构相关联的感测装置，用于生成代表存储在在磁性存储结构中设置的存储磁畴中的位值的感测信号；为在磁性存储结构的第一位置处形成磁性赛道存储磁畴提供第一信号的靠近磁性存储结构的导电结构，第一信号的极性与用于存储在磁性赛道存储磁畴处的存储器位值相对应；与可选磁性存储结构相关联的第一晶体管装置，该第一晶体管装置具有用于接收选择磁性存储结构的选择信号的栅极端，以及当被选择时，该第一晶体管将推进信号耦合到磁性存储结构， 以便使存储磁畴沿着存储结构向读取位值的第二位置前进；以及与可选磁性存储结构相关联的第二晶体管装置，该第二晶体管装置具有接收选择信号的栅极端，以及当被选择时，该第二晶体管读取第二位置处的磁性赛道存储磁畴位值，并且将感测信号从感测装置耦合到感测放大器，以便在位读取操作期间提供位值输出。附图说明本领域技术人员可以从如下结合附图所做的详细描述中明显看出本专利技术的目的、 特征和优点，在附图中图1例示了按照一个实施例的单独磁性赛道存储装置的示意性剖视图及其相关联的单元电路(unit cell circuit)；图2例示了图1的装置执行的read_bit操作的示范性时序图；图3例示了单元的2维阵列的平面图，每个单元包括各自具有相关联的图1的电路的多条存储轨道；图4例示了用于高密度赛道存储器阵列的装置体系结构的概念性单元平面图；以及图5例示了按照本专利技术一个实施例的磁性赛道存储单元的电路示意图。 具体实施例方式本专利技术提供了高密度磁性赛道存储装置及其操作方法。该高密度磁性赛道存储装置由“单元(unit cell)”的二维阵列形成，如图1所示，每个单元包括铁磁材料的“Μ”条单独的磁性赛道存储“轨道” 10。图1具体例示了能够沿着其长度存储“N”个位15，以及如图所示包括相关联的单元读写电路的单独轨道10的示范性示意剖视图。在一个实施例中，单条磁性赛道存储轨道可以存储最多达1千位(例如，约1000个位)。如图1所示，以及如图3更详细显示，包括“Μ”条单独轨道10的每个单元25通过沿着特定方向穿过阵列的一条“推进线(PL)” 14和一条“感测线(SL) ” 18，和在一个示范性实施例中沿着正交方向穿过阵列的M条“字线(WL) ”对和一条“场线(field line,FL) "28 来访问。应该理解，也可以构想其它取向。M条WL的每一条用于选择M条轨道之一，而PL、7SL和FL为单元内的所有M条轨道服务。在每个单元25内，设置了基本上垂直于并靠近每条轨道的一端(例如，在90nm技术中近似20nm)的FL 28。在操作时，施加FL电流脉冲以便在每条轨道内建立磁畴。沿着轨道长度的这个位置称为“位写入位置”或“位存储位置”。并且，如图1所示，在每个单元内，将M条WL的每一条与第一晶体管(例如FET 20)的栅极连接，FET 20将PL 14与相应轨道的一端11连接。将该轨道的相对端19与电源电压VDD 13连接。这种配置使施加在 PL 14上的电流脉冲可以使磁畴沿着所选轨道前进一个位位置。在每个单元25内，将M条WL的每一条与晶体管装置(例如，FET 21)的栅极连接， FET 21将SL与靠近相应轨道10 (例如，在90nm技术中近似20nm)的MTJ装置40的一端连接。将MTJ的相对端与电源电压例如VDD或地或GND电平连接。这种配置使所选MTJ 40 的电阻以及因此使轨道10上紧邻的磁畴的状态可以经由感测线SL 18而被感测。沿着轨道长度的这个位置称为“读取位置”，处于该轨道的与写入位置相对的一端上。在一个实施例中，如图1所示，按FIFO操作每条轨道10，将位写入处于轨道的一端 11处的写入位置中，并且沿着轨道将它们移动到处于附近位置的MTJ装置40可以读取它们的相对轨道端19。在一个实施例中，以与沿着一条轨道存储的位相对应的N个位的块为单位访问数据，使得在块操作之间将数据存储在沿着轨道的已知位置中。一个块操作(write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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·德布罗斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：