[发明专利]用于自旋矩MRAM的混合读取方案

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求受益于2011年11月17日提交的美国临时申请No.61/561,138。

技术领域

在此描述的示例性实施例总的来说涉及集成的磁性装置，更具体地，涉及用于读取磁电阻存储器(magnetoresistive memories)的方法。

背景技术

磁电子装置、自旋电子装置和spintronic装置是对于使用主要由电子自旋导致的效应的装置的类似的术语。在许多信息装置中使用磁电子学提供非易失性的、可靠的、耐辐射的、高密度数据存储和取回。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向量的方向。一个磁性层中的磁化向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的，以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。与平行和反平行磁状态对应地，磁存储器元件分别具有低(逻辑0状态)和高(逻辑1状态)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(spin-torque)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。复位电流脉冲将使最终状态为平行或逻辑“0”。处于复位电流脉冲的相反极性的置位电流脉冲将使最终状态为反平行或逻辑“1”。已知在被图案化或以另外的方式布置使得电流基本上垂直于界面流动的MTJ装置和巨磁电阻装置中，以及在简单的线状结构中在电流基本上垂直于畴壁流动时，出现自旋矩转移(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。

自旋矩MRAM(ST-MRAM)(也称作自旋矩转移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MTJ尺度的降低而降低，因此ST-MRAM即使在大多数的先进技术节点也具有良好的比例缩放的潜力。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可能会限制ST-MRAM的缩放性。

以区块(banks)来限定存储器中存储的数据。排(rank)为处于第一方向(列)的多个区块，而通道是处于第二方向(行)的多个区块。用于访问该存储器的处理过程包括行和列识别以及读取或写入操作所需的若干时钟周期。用于数据传送的带宽可以包括数以千计比特的行。

对双数据速率(DDR)存储器中的区块的访问一般包括激活(ACTIVATE)操作，继之以若干读/写操作以及预充电(PRECHARGE)操作。激活操作打开通常具有1,000或更多比特的行(或页)。读/写操作执行打开的行中的列(例如，128比特)的读取或写入。预充电操作将该行关闭。

在激活操作期间，从存储器阵列读取数据页，并将其存储在局部数据存储锁存器中，以用于后续的来自以及去往局部数据存储锁存器的读取和写入操作。可以通过激活命令或执行相同操作的任何其它命令来发起激活操作。在预充电操作期间，来自局部数据存储锁存器的数据被写回到存储器阵列，结果，该页被认为关闭或在没有新的激活操作的情况下不可访问。可以通过预充电或自动预充电(AUTO-PRECHARGE)命令或者执行相同操作的任何其它命令来发起预充电操作。