[发明专利]用于初始化翻转切换的MRAM器件的参考单元的方法和装置有效

专利信息
申请号: 200810001518.1 申请日: 2008-01-04
公开(公告)号: CN101226768A 公开(公告)日: 2008-07-23
发明(设计)人: M·C·H·拉莫雷;J·K·德布罗斯 申请(专利权)人: 国际商业机器公司
主分类号: G11C11/15 分类号: G11C11/15;G11C11/16
代理公司: 北京市中咨律师事务所 代理人: 于静;杨晓光
地址: 美国*** 国省代码: 美国;US
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 用于 初始化 翻转 切换 mram 器件 参考 单元 方法 装置
【说明书】:

技术领域

本发明通常涉及半导体存储器器件中的数据读出,更具体而言,涉及用于初始化翻转(toggle)切换的MRAM器件的参考单元的方法和装置。

背景技术

磁(或磁阻)随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性随机存取存储器技术,其可以替代动态随机存取存储器(DRAM)和/或静态随机存取存储器(SRAM)作为用于计算设备的标准存储器。使用MRAM作为非易失性存储器允许一开启系统就立即投入使用的“瞬时开启”系统,因此,节约了传统PC所需要的大量时间,例如,在系统启动期间将启动数据从硬盘传输到易失性DRAM。

磁存储器基元(也称为隧穿磁阻,或TMR器件)包括具有通过非磁性层(势垒)分隔并被设置到磁隧道结(MTJ)的结构中的铁磁性层。在存储器基元中将数字信息存储并表示为磁性层中的磁化矢量的方向。更具体而言,保持一个磁性层(也称为参考层)的磁矩沿预定的方向,而在操作期间在相对于参考层的固定磁化方向的相同方向与相反方向之间切换隧道势垒另一侧的磁性层(也称为“自由”层)的磁矩。还公知邻近隧道结的自由层的磁矩的取向为“平行”和“反平行”状态,其中平行状态指自由层和参考层的相同磁对准,而反平行状态指其之间的反向磁对准。

依赖于自由层的磁状态(平行或反平行),磁存储器基元响应跨隧道结势垒施加的电压而呈现两个不同的电阻值。由此,TMR器件的特定的电阻反映了自由层的磁化状态,其中当磁化是平行的时,电阻典型地为“低”,当磁化是反平行的时为“高”。因此,检测电阻的变化允许MRAM器件提供磁存储器基元中存储的信息(即读操作)。存在用于写MRAM单元的不同的方法;例如,通过施加场以超过临界曲线或稳定阈值来写Stoner-Wohlfarth星形MRAM单元,从而以平行或反平行状态磁对准自由层。制造自由层具有称为“易轴”(EA)的用于磁化方向的优选的轴,并典型地通过MTJ的本征各向异性、应变诱导各向异性以及形状各向异性的组合设定自由层。

当足够大的电流流动通过MRAM的字线和位线时,在写和位线的交叉处的这些电流的组合场将切换位于通电的写和位线的交叉处的特定的MTJ的自由层的磁化。选择电流水平以使组合场超过自由层的切换阈值。对于Stoner-Wohlfarth星形MRAM结构,EA与位线或字线的取向对准。当MRAM器件的横向尺寸减小时,会发生几个问题。第一,对于给定的形状和膜厚度切换场增加,因此需要较大的磁场用于切换。第二,减小了总切换体积(volume)使用于反转的能量势垒同样减小,其中能量势垒为将磁矩矢量从一个状态切换到另一个状态所需的能量。能量势垒决定了MRAM器件的数据保存和错误比率,因此如果势垒太小,由于热波动会发生非希望的反转。此外,对于小能量势垒,极难选择地切换阵列中的单个MRAM器件而不会非故意地切换其他的MRAM器件。第三,形状各向异性变得占统治地位,并且随着MRAM器件尺寸的减小,切换场变得对形状变化更加敏感。

在该方面,还曾经引入这样的MRAM器件,其中铁磁材料的自由层包括通过非磁性耦合层分离的多个(例如两个)铁磁性层。由于静磁耦合,两个铁磁性层的磁矩互相反平行。该配置允许一种改善了选择性的不同的写方法。示例性的配置在相对于字线和位线的取向的45°角处对准本征磁各向异性轴。可以构图该器件以包括形状各向异性,并且在示例性的配置中同样在相对字线和位线的取向的45°角处对准。

更具体而言,写方法依赖翻转或“自旋跳转(spin-flop)”现象,该现象平缓地旋转两个铁磁性层的磁矩矢量使它们交换方向。在X-Y场平面中,场跟随封闭轨迹或“翻转箱(box)”,该封闭径迹或“翻转箱”封闭了称为自旋跳转点的临界点。需要的场的量级取决于该自旋跳转点的位置。以定时的序列施加到字线和位线的电流波形诱导了可靠地翻转多膜自由层的状态的磁场轨迹,以便最靠近隧道势垒的膜的磁化切换方向(即“翻转”),并且在剩磁状态,自由层中的配对(partner)膜相对于前述膜保持反平行磁化。例如,可以在Savtchenko,等人的美国专利6,545,906中找到关于基于翻转的MRAM写的额外的信息。因此,为了将基于翻转的MTJ写为给定的状态,首先需要确定其初始状态,如需要那么就将其翻转。

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于国际商业机器公司,未经国际商业机器公司许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/200810001518.1/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top