[发明专利]静磁场辅助的阻性感测元件

说明书

背景技术

数据存储器件一般以快速且高效的方式工作以存取数据。一些存储器件利用固态存储器单元的半导体阵列来存储数据的独立位。这类存储器单元可以是易失性的或者非易失性的。易失性存储器单元通常只在持续向该器件提供操作功率时保持存储在存储器中的数据。非易失性存储器单元即使在不施加操作功率的情况下通常也能保持存储在存储器中的数据。

阻性感测存储器(RSM)单元可以被配置成具有不同的电阻以存储不同的逻辑状态。随后可以在读取操作期间通过施加读取电流并感测与跨单元的压降相关的信号来检测单元的电阻。RSM单元的示例性类型包括阻性随机存取存储器(RRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)以及自旋扭矩转移随机存取存储器(STTRAM或STRAM)。

在这些和其它类型的器件中，通常期望在降低功耗、减少开关电流以及降低设计复杂性的同时提高性能。

发明内容

本发明的多个实施例一般涉及用于向诸如自旋扭矩转移随机存取存储器(STRAM)之类的非易失性存储器单元写入数据的装置和关联方法。

根据一些实施例，阻性感测元件(RSE)具有热辅助区、磁隧穿结(MTJ)以及钉扎区(pinned region)。当用自旋极化电流向MTJ写入第一逻辑状态时，钉扎和热辅助区各自具有基本上为零的净磁矩。当用静磁场向MTJ写入第二逻辑状态时，钉扎区具有基本上为零的净磁矩，并且热辅助区具有非零的净磁矩。

根据其它实施例，提供了具有热辅助区、磁隧穿结(MTJ)以及钉扎区的阻性感测元件(RSE)。用自旋极化电流向MTJ写入第一逻辑状态，同时钉扎和热辅助区各自的净磁矩为零。用静磁场向MTJ写入第二逻辑状态，同时钉扎区的净磁矩为零并且热辅助区被激活以产生非零的净磁矩。

鉴于以下结合附图的详细讨论，可以理解表征本发明多个实施例的这些和多种其它特征和优势。

附图说明

图1大体上示出数据存储器件的功能框图。

图2概括示出单位单元的功能框图。

图3概括示出根据本发明多个实施例构建和操作的图2中存储器单元的结构。

图4示出根据本发明多个实施例构建并操作的示例性阻性感测元件。

图5示出根据本发明多个实施例构建并操作的示例性阻性感测元件。

图6示出根据本发明多个实施例构建并操作的替换示例性阻性感测元件。

图7示出根据本发明多个实施例构建并操作的替换示例性阻性感测元件。

图8概括示出根据本发明多个实施例的阻性感测元件的示例性操作。

图9提供根据本发明多个实施例的阻性感测元件的示例性操作。

图10示出根据本发明多个实施例构建并操作的示例性阻性感测元件阵列。

图11是单极写入操作的流程图，概括示出根据本发明多个实施例所执行的步骤。

具体实施方式

图1提供根据本发明多个实施例构建和操作的数据存储器件100的功能框图。器件100包括顶层控制器(CPU)102、接口(I/F)电路104和非易失性数据存储阵列106。I/F电路104在控制器102的指导下操作以在阵列106和主机器件之间传递数据。

图2示出可以在图1的阵列106中使用的单位单元110构造的功能框图。单位单元110具有与开关器件114串联连接的阻性感测元件(RSE)112。开关器件114在如图所示的打开位置时用于增加单位单元110的电阻，以便有效地防止电流通过该单元。闭合位置允许读取和写入电流通过单位单元110。

图3在120处示出示例性RSE构造。RSE 120被配置成自旋扭矩转移随机存取存储器(STRAM)单元，包括从由阻挡层128(诸如氧化镁，MgO)分隔的两个铁磁层124、126形成的磁隧穿结(MTJ)122。与铁磁层124、126的相对磁化方向相关联地确定MTJ 122的电阻：当磁化沿同一方向(平行)时，MTJ处于低阻态(R_L)；当磁化沿相反方向(逆平行)时，MTJ处于高阻态(R_H)。

通过将参考层耦合到钉扎磁化层(例如永磁体等)，固定参考层126的磁化方向。可以通过使由参考层126中的磁化极化过的驱动电流流过，改变自由层124的磁化方向。