[发明专利]自旋转移转矩存储器自基准读取方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2008年11月5日提交的美国临时专利申请No.61/111,354的权益，其整个内容通过引用结合于此。 

背景技术

普及性计算和手持/通信产业的快速发展引起对大容量非易失性固态数据存储设备的爆炸式需求。闪存是一种这样的设备，但闪存具有若干缺陷，例如慢存取速度(～ms写和～50-100ns读)、有限的使用寿命(～10³-10⁴次编程循环)以及片上系统(SoC)的集成难度。闪存(NAND或NOR)在32nm节点及以上也面对重大的缩放(scaling)问题。 

磁阻随机存取存储器(MRAM)是非易失性和通用存储器的另一种候选。MRAM具有非易失、快的写/读速度(＜10ns)、几乎无限的编程寿命(＞10¹⁵次循环)和零待机功率的特征。MRAM的基本组件是磁性隧道结(MTJ)。数据存储是通过在高阻态和低阻态之间切换MTJ的阻抗来实现的。MRAM通过使用电流感应的磁场来切换MTJ的磁化从而切换MTJ阻抗。随着MTJ尺寸缩小，切换磁场幅度增大且切换变化变得更严重。 

自旋极化电流可用来诱发MRAM设计中的磁化切换。自旋转矩转移RAM(STRAM)使用流过MTJ的(双向)电流以实现阻抗切换。STRAM的切换机构是局部约束的并且相信STRAM具有比传统MRAM更好的缩放特性。然而，读取STRAM单元随着单元减小而受到挑战。 

概述 

本公开涉及自旋转移转矩随机存取存储器自基准读操作以及执行该操作的装置。具体地说，本公开涉及自旋转移转矩随机存取存储器自基准读操作。 

一种读取磁性隧道结数据单元的示例性方法包括跨磁性隧道结数据单元施加读取电压并形成读取电流。磁性隧道结数据单元具有第一阻态。读取电压足以切换磁性隧道结数据单元阻抗。该方法包括检测读取电流并确定在施加步骤期间读取电流是否保持恒定。如果读取电流在施加步骤期间保持恒定，则磁性隧道结数据单元的第一阻态是读取电压足以将磁性隧道结数据单元切换至的阻态。 

自基准读取磁性隧道结数据单元的另一示例性方法包括跨磁性隧道结数据单元施加读取电流并形成读取电压。磁性隧道结数据单元具有第一阻态。读取电流足以切换磁性隧道结数据单元阻抗。该方法包括检测读取电压并确定在施加步骤期间读取电压是否保持恒定。如果读取电压在施加步骤期间保持恒定，则磁性隧道结数据单元的第一阻态是读取电流足以将磁性隧道结数据单元切换至的阻态。 

另一实施例包括磁性存储装置，该磁性存储装置具有：一旦施加自旋极化切换电流就可在高阻数据状态和低阻数据状态之间切换的磁性隧道结数据单元；以及电连接于磁性隧道结数据单元的切换电流或电压源。电压或电流差示器电耦合于磁性隧道结数据单元以当切换电流或电压施加于磁性隧道结数据单元时检测小于50纳秒的时间间隔内读取电流和读取电压的变化。 

附图简述 

考虑下面与附图相结合的本公开的各实施例的详细描述，可以更加全面地理解本公开： 

图1是处于低阻态的示例性自旋转移转矩MTJ存储单元的横截面示意图； 

图2是处于高阻态的另一自旋转移转矩MTJ存储单元的横截面示意图； 

图3是自旋转移转矩MTJ存储单元的示意性电路图； 

图4是示例性自旋转移转矩MTJ存储器读取检测装置的示意性电路图； 

图5是图5所示的读取检测装置的示例性详细信号时序图； 

图6是自旋转移转矩MTJ存储单元的静态R-V(阻抗-电压)曲线图，其中阻态从高阻态切换至低阻态； 

图7是当自旋转移转矩MTJ存储单元处于高阻态时在高至低阻态切换电压下的读取电流检测的示例性详细信号时序图； 

图8是当自旋转移转矩MTJ存储单元处于低阻态时在高至低阻态切换电压下的读取电流检测的示例性详细信号时序图； 

图9是自旋转移转矩MTJ存储单元的静态R-I(阻抗-电流)曲线图，其中阻态从高阻态切换至低阻态； 

图10是当自旋转移转矩MTJ存储单元处于高阻态时在高至低阻态切换电压下的读取电流检测的示例性详细信号时序图； 

图11是当自旋转移转矩MTJ存储单元处于低阻态时在高至低阻态切换电压下的读取电流检测的示例性详细信号时序图； 

图12A是当施加足以将MTJ从高阻态切换至低阻态的电压时感测读取电流的示例性自基准读取方法的流程图；