[发明专利]磁性随机存取存储器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年9月26日在日本提交的在先日本国专利申请第2011-209906号的优先权并以其为基础，其全部内容在此通过引用被并入。

技术领域

发明的实施方式涉及一种使用了磁阻效应元件、二极管以及晶体管的磁性随机存取存储器。

背景技术

伴随着云计算时代的开启，为了处理大规模增加的信息而对于信息处理高速化的需求日益增加。在个人计算机时代中庞大到无法处理的信息一直是由利用者耗费时间来应对的。但是，在云计算的世界中由于信息是实时处理的，因此不可能为了处理信息而令用户耗费时间。

另一方面，为了高速地处理信息而使用了SRAM（Static Random Access Memory：静态随机存取存储器）和MPU（Micro-Processing Unit：微处理器），但是在云计算的世界中向便携式终端发送数据和在便携式终端接收数据而实时地灵活运用庞大的信息，因此在随时消耗电力的SRAM和MPU中功耗成为问题。为了补充大的功耗需要大的电池，因此离日常的信息的便携化变得遥远。

在全世界范围内加速开发了为了功耗的降低而期待的非易失性存储器。例如举出MRAM（磁性随机存取存储器）、FeRAM（强介电体存储器）、PRAM（相变存储器）、ReRAM（电阻变化型存储器）。这些存储器中MRAM唯一具有重写次数非常多、写入、读出速度快这样的特征，具有能够实现非易失性的工作存储器的潜力。

但是，与SRAM相比MRAM的写入时间、读出时间都要长1位数左右。在MRAM中，能够通过提高写入电流来将写入时间高速化、通过提高读出电阻差来将读出时间高速化。即，因为能够实现高速读出，所以期待读出电阻差的进一步提高。

为了使用MRAM来实现与SRAM相同的高速工作，读出时提高输出、写入时降低电流是必不可少的。但是，读出输出在使用已有的技术的前提下不可能提高超过200%，无法以与SRAM相同的速度读出数据“1”和数据“0”的信息。

发明内容

本发明要解决的课题在于提供一种能够实现高速工作的磁性存储器。

本实施方式的磁性存储器，其特征在于，具备：磁阻效应元件，具有根据自旋注入写入而磁化的方向不变的第1磁性层、磁化的方向可变的第2磁性层、以及设置在所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的隧道势垒层；第1布线，与所述磁阻效应元件的所述第1磁性层以及所述第2磁性层中的一个磁性层电连接；选择晶体管，该选择晶体管的源极/漏极中的一个与所述磁阻效应元件的所述第1磁性层以及所述第2磁性层中的另一个电连接；第2布线，与所述选择晶体管的源极/漏极中的另一个电连接；二极管，该二极管的一个端子与所述磁阻效应元件的所述第1磁性层以及所述第2磁性层中的另一个电连接；第3布线，与所述二极管的另一端子电连接；以及读出放大器，与所述第3布线电连接。

根据上述结构，能够提供一种能够高速工作的磁性存储器。

附图说明

图1是示出第1实施方式的MRAM的存储单元的图。

图2是说明第1实施方式的存储单元的写入方法的图。

图3是说明第1实施方式的存储单元的读出方法的图。

图4是示出PIN二极管的I-V特性的图。

图5是示出使用具有图4所示的特性的二极管来进行第1实施方式的存储单元的读出时流过二极管25的电流的图。

图6是示出施加于MTJ元件的电压差与选择晶体管的电阻Rtr相对于MTJ元件的电阻Rmtj之比的依赖性的图。

图7是示出MTJ元件的电阻差变成最大的选择晶体管的电阻和MTJ元件的电阻之比相对于MTJ元件的MR的图。

图8是示出SIM肖特基二极管的I-V特性的图。

图9是示出第2实施方式的MRAM的存储单元的图。

图10是示出第2实施方式的存储单元的写入方法的图。

图11是示出第2实施方式的存储单元的读出方法的图。

图12是示出流过二极管的电流Ion和电流Ioff的电流比关于Rdiode/Rmtj之比的依赖性的图。

图13是示出第1实施方式的存储单元的配置例的第1具体例的电路图。

图14是示出第1实施方式的存储单元的配置例的第2具体例的电路图。

图15（a）、15（b）、15（c）是说明第1实施方式的存储单元的配置的一个例子的图。

图16（a）、16（b）是说明二极管的例子的图。