用于场复位自旋矩MRAM的结构和操作方法技术

对自旋矩磁电阻存储器阵列编程，所述自旋矩磁电阻存储器阵列包括导电复位线，所述导电复位线设置得接近多个磁电阻比特中的每一个并被配置来将所述多个磁电阻存储器元件设置到具有与该磁电阻比特的膜平面垂直的磁化的已知状态。所述导电复位线被设置为使得在预定的幅度、持续时间和方向的电流流过所述第一导电复位线时以与所述膜平面垂直的主要分量施加所述磁场。可以设置另一导电复位线，其中所述磁场生成在两个导电复位线之间。可以在所述导电复位线或多个所述导电复位线的一部分周围设置磁导性铁磁材料，以通过将磁导性铁磁材料的边缘设置在所述膜平面的相反侧上使所述磁场汇集在期望的方向上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于场复位自旋矩MRAM的结构和操作方法优先权数据本申请要求于2010年9月30日提交的序列号为12/895,057的美国专利申请的优先权，通过引用将其并入在此。
在此描述的示例性实施例一般涉及磁电阻存储器(magnetoresistivememories),尤其涉及读取和编程具有场复位能力的自旋矩(spin torque)磁电阻随机存取存储器(MRAM)的结构和方法。
技术介绍
磁电子装置、自旋电子装置和spintronic装置，是对于利用主要由电子自旋导致的效应的装置的类同的术语。在许多信息装置中使用磁电子学(magnetoelectronics)提供非易失性的、可靠的、耐辐射的、高密度的数据存储和取回。所述许多的磁电子信息装置包括(但是不限于):磁电阻随机存取存储器(MRAM)、磁性传感器、和用于盘驱动器的读/写头。典型地，MRAM包括磁电阻存储器元件的阵列。每一个磁电阻存储器元件典型地具有如下的结构，其包括由不同的非磁性层分开的多个磁性层的结构，诸如磁隧道结(MTJ)，并呈现出取决于该装置的磁性状态的电阻。信息被存储为磁性层中的磁化矢量的方向。一个磁性层中的磁化矢量被磁性地固定或钉扎，而另一磁性层的磁化方向可以是自由在相同的和相反的方向(其分别被称作“平行”和“反平行”状态)之间切换。与所述平行和反平行磁性状态对应地，磁存储器元件分别具有低电阻状态和高电阻状态。因此，电阻的检测允许磁电阻存储器元件(诸如，MTJ装置)提供存储在所述磁存储器元件中的信息。存在两种完全不同的方法来对自由层编程:场切换和自旋矩切换。在场切换式MRAM中，使用与MTJ比特相邻的电流承载线来产生作用在自由层上的磁场。在自旋矩式MRAM中，利用通过MTJ自身的电流脉冲实现切换。自旋极化的隧穿电流承载的角动量使得自由层反转，最终状态(平行或反平行)由电流脉冲的极性决定。已知在被图案化或以另外的方式布置使得流动基本上垂直于界面流动的MTJ装置和巨磁电阻装置中，以及在电流基本上垂直于畴壁流动时在简单的线状结构中，出现自旋矩转变(spin torque transfer)。任何这样的呈现出磁电阻的结构潜在地可以成为自旋矩磁电阻存储器元件。在某些装置设计中，MTJ的自由磁性层可以具有磁化在膜平面中的稳定的磁性状态，而在其它情况中，稳定的状态具有与所述平面垂直的磁化。面内(in-plane)装置典型地具有由自由层的面内形状限定的磁易轴,而垂直装置典型地采用具有垂直磁各向异性(PMA)的材料，其产生垂直易轴。自旋矩MRAM (ST-MRAM)(也称作自旋矩转变RAM (STT-RAM))是一种正在兴起的存储器技术，其潜在地可用于非易失性，具有以比场切换式MRAM高得多的密度的不受限制的耐久性和快速写入速度。由于ST-MRAM切换电流要求随着MTJc尺寸的降低而降低，因此ST-MRAM具有即使在大多数的先进技术节点也能良好地比例缩放的潜力。然而，MTJ电阻的增加的易变性，以及在两个电流方向维持相对高的通过比特单元选择装置的切换电流，会限制ST-MRAM的缩放性。通常写入电流在一个方向上相比另一个方向上要高，因此选择装置必须能够传递两个电流中的较大的那个。另外，ST-MRAM切换电流要求随着写入电流脉冲持续时间的降低而增加。因此，最小ST-MRAM比特单元方法可能需要相对长的切换时间。管理随着ST-MRAM比例缩放而增加的MTJ电阻易变性的一个方法是:使用自参考(self-referenced)的读取操作来决定比特的状态。一个这样的自参考读取操作将把比特偏置到期望的电压，并保持反映所需电流的参考，然后将该比特切换到已知状态。可以通过将把该比特偏置在新的状态所需的电流与原始状态中所需的电流进行比较，来确定该比特的原始状态。电流没有改变将指示原始状态与所切换的状态匹配，而电流在期望方向的改变将指示原始状态与所切换的状态相反。在自参考读取操作可以克服MTJ电阻变化的影响的情况下，这也可能增加读取时间要求。自参考读取操作所需的相对长的时间结合相对长的ST-MRAM写入时间(与例如静态随机存取存储器(SRAM)相比)，使得高连续带宽的读取和写入方法(如动态随机存取存储器(DRAM)所使用的那些)更加合乎期望。在DRAM所使用的方法中，同时读取大的页的(数千个)比特，并且将每一个值都存储在锁存器中，然后以高得多的速度从该部件读出该页比特的子集。对于DRAM中的写入，数据被类似地写入到页的子集，之后存在完成该写入处理所需的时间。DRAM接口，诸如同步动态随机存取存储器(SDRAM)和双数据速率(DDR)DRAM，被设计来使连续带宽最大化同时允许DRAM技术的自然慢的随机周期时间。ST-MRAM可以受益于类似的方法；然而，一个关键挑战将是管理以高的带宽读和写比特的大的页所需的功率。因此，期望提供ST-MRAM结构和方法，其缩短了自参考读取操作，降低了在对多个比特执行自参考读取操作时的功率要求，或者，使得存储器能够与仅需要在一个具有较低临界电流(critical current)要求的方向施加电流通过MTJ的ST-MRAM切换一起工作。此夕卜，从随后的具体实施方式和所附权利要求，结合附图和前述的
以及
技术介绍
，示例性实施例的其它期望的特征和特性将变得明白。概要提供了一种用于编程和读取自旋矩磁电阻随机存取存储器的方法和装置。一种自旋矩磁电阻存储器包括:多个磁电阻存储器元件，由限定膜平面的多个层形成；第一导电复位线，其位置与所述多个磁电阻存储器元件中的每一个相邻，并且被配置来通过在预定的幅度、持续时间和方向的电流流过所述第一导电复位线时产生具有与所述膜平面垂直的主要分量的磁场，来将所述多个磁电阻存储器元件设置为具有与所述膜平面垂直的磁化的已知磁性状态；第一磁导性(permeabIe )铁磁材料，位于所述第一导电复位线的至少一个侧面上，并且具有与所述膜平面平行设置的并且位于所述膜平面外的至少一个边缘；位线，耦接到所述多个磁电阻存储器元件；以及，耦接到所述位线的电路，其被配置来通过所述位线施加自旋矩转变电流到所述多个磁电阻存储器元件中的选定的磁电阻存储器元件。另一示例性实施例包括操作自旋矩磁电阻存储器的方法，所述自旋矩磁电阻存储器包括耦接到多个磁电阻存储器元件中的每一个的位线、耦接到所述位线的电路、以及接近于所述多个磁电阻存储器元件设置的导电复位线，所述磁电阻存储器元件中的每一个限定具有与其垂直的磁易轴的平面，所述方法包括:通过施加复位电流通过所述导电复位线以施加与所述多个磁电阻存储器元件中的每一个的所述平面垂直的汇集的磁场的主要分量；以及通过从所述电路向所述位线施加自旋矩转变电流通过所述多个磁电阻存储器元件中的选定的磁电阻存储器元件来将所选定的磁电阻存储器元件编程到第二状态。附图说明下面将结合附图说明本专利技术的实施例，在附图中相同的附图标记表示相同的元件。图1是一种典型的场切换式MRAM存储器元件阵列；图2示出了在典型的场切换式MRAM存储器元件阵列的存储器元件处产生的磁场；图3是一种典型的自旋矩存储器单元；图4是示例性的MRAM集成阵列的两个单元的部分截面图5是示例性的MRAM集成阵列的两个单元的另一示例性部分截面图6是MRAM集成阵列的两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.30 US 12/895,0571.一种自旋矩磁电阻存储器，包括: 多个磁电阻存储器元件，其由多个层形成，所述多个层限定膜平面； 第一导电复位线，设置得与所述多个磁电阻存储器元件中的每一个相邻，并且被配置来通过在预定幅度、持续时间和方向的电流流过所述第一导电复位线时产生具有与所述膜平面垂直的主要分量的磁场，将所述多个磁电阻存储器元件设置到具有与所述膜平面垂直的磁化的已知磁性状态； 第一磁导性铁磁材料，设置在所述第一导电复位线的至少一个侧面上，并且其至少一个边缘设置得与所述膜平面平行并且在所述膜平面外； 位线，耦接到所述多个磁电阻存储器元件；以及 耦接到所述位线的电路，所述电路被配置来通过所述位线施加自旋矩转变电流到所述多个磁电阻存储器元件中的选定的磁电阻存储器元件。2.如权利要求1所述的自旋矩磁电阻存储器，其中所述第一导电复位线被配置来产生相对于所述磁电阻存储器元件中的每一个磁电阻存储器元件的所述多个层的所述膜平面成约90度角的磁场。3.如权利要求1 所述的自旋矩磁电阻存储器，还包括: 第二导电复位线，设置得与所述多个磁电阻存储器元件中的每一个相邻，其中所述第一导电复位线和所述第二导电复位线在它们之间产生所述磁场，以及； 第二磁导性铁磁材料，在所述膜平面的与设置在所述第一导电复位线上的所述第一磁导性铁磁材料的至少一个边缘相反的一侧上，被设置在所述第二导电复位线的至少一个侧面上，并且其至少一个边缘设置得与所述膜平面平行并且在所述膜平面外。4.如权利要求3所述的自旋矩磁电阻存储器，其中所述多个磁电阻存储器元件中的每一个被设置在所述第一导电复位线和所述第二导电复位线之间，所述第一导电复位线和所述第二导电复位线设置在所述多个层的所述膜平面的相反的侧上。5.如权利要求4所述的自旋矩磁电阻存储器，其中所述第一磁导性铁磁材料设置在所述第一导电复位线的三个侧面上，而所述第二磁导性铁磁材料设置在所述第二导电复位线的三个侧面上，并且所述复位线被配置来汇集由流过每一所述第一导电复位线和所述第二导电复位线的电流产生的磁场，以使得该磁场具有施加到所述多个磁电阻元件的最大垂直分量。6.如权利要求4所述的自旋矩磁电阻存储器，还包括: 第二导电复位线，设置得与所述多个磁电阻存储器元件中的每一个相邻，并且被配置来通过在预定幅度、持续时间和方向的电流流过该第二导电复位线时产生具有与所述膜平面垂直的主要分量的磁场，将所述多个磁电阻存储器元件设置到具有与所述膜平面垂直的磁化的已知磁性状态，所述第一导电复位线和所述第二导电复位线设置在所述多个磁电阻存储器元件中的每一个的相反的侧上，并被配置为使电流以相同的方向流过所述第一导电复位线和所述第二导电复位线。7.如权利要求1所述的自旋矩磁电阻存储器，其中所述第一导电复位线设置在所述多个层的所述膜平面中。8.如权利要求7所述的自旋矩磁电阻存储器，其中所述第一磁导性铁磁材料设置在所述膜平面的第一侧上的所述第一导电复位线上，所述第二磁导性铁磁材料设置在所述膜平面的第二侧上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·琼，
申请(专利权)人：艾沃思宾技术公司，
类型：
国别省市：