[发明专利]自参考型MRAM元件及其读取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用线性感测信号来确保低读取磁场的自参考型磁随机存取存储器(MRAM)。

背景技术

使用了所谓的自参考型读取操作的磁随机存取存储器(MRAM)单元典型地包括磁隧道结，其由磁存储层、薄绝缘层和感测层形成，该磁存储层具有方向可以从第一稳定方向到第二稳定方向改变的磁化强度，该感测层具有可逆的方向。自参考型MRAM单元允许在低功耗以及增加的速度的情况下执行读取和写入操作。

然而，在读取操作期间，由于本地的磁杂散场产生存储层和感测层之间的双极耦合，在闭合的磁通量配置中将该感测层的磁化强度与存储层的磁化强度耦合。读取操作期间，切换感测层磁化强度则将需要应用足够高的磁场来克服双极耦合。当应用场循环来测量感测层的磁滞回线时，双极耦合导致磁滞回线的漂移(或偏差)。这种双极耦合取决于存储层和感测层的厚度和磁化强度，以及取决于磁隧道结的尺寸。特别地，双极耦合随磁隧道结直径的减少而增加，并且可能因此当按比例缩小MRAM单元时成为主要问题。

US20090190390涉及一种MRAM单元，包括具有沿第一轴的第一磁化强度的第一磁性层结构；第二磁性层结构，以及位于第一和第二磁性层结构之间的非磁性间隔层。该第二磁性层结构具有沿着第二轴的第二磁化强度，将该第二轴以相对于第一轴的角度进行布置，使得通过改变第二磁化强度的方向，可以确定沿着第一轴的第一磁化强度的方向。

发明内容

本公开涉及一种MRAM元件，包括具有结阻抗的磁隧道结，其包括，具有当磁隧道结处于低温阈值时沿着第一方向牵制的磁化强度的存储层，具有感测磁化强度的感测层，以及被包括在存储层和感测层之间的隧道阻挡层；该磁隧道结具有与高结阻抗值和低结阻抗值之间的差相对应的磁阻，在所述高结阻抗值处所述感测磁化强度反平行于所述存储磁化强度，以及在所述低结阻抗值处所述感测磁化强度平行于所述存储磁化强度；所述MRAM元件进一步包括对准设备，其布置用于沿着基本上垂直于所述第一方向的第二方向提供具有磁各向异性的感测磁化强度；以及第一场线，用于提供第一读取磁场，其适于调整围绕第二方向的感测磁化强度，以便在至少是所述磁阻的大约20％的范围内改变结阻抗；所述对准设备进一步被布置，使得该结阻抗在所述范围内线性变化。

在一个实施例中，所述对准设备可以包括第二反铁磁性层，其与感测层交换耦合，以便当磁隧道结处于低温阈值时并且不存在第一读取磁场的情况下，沿着第二方向牵制所述感测磁化强度。

在另一个实施例中，第二反铁磁性层和感测层之间的交换耦合可以是这样的，使得当磁隧道结处于低温阈值时并且施加该第一读取磁场时，感测磁化强度是围绕第二方向可调整的。

在又一个实施例中，第二反铁磁性层和感测层之间的交换耦合使阻抗响应曲线漂移，使得结阻抗在所述范围内线性变化。

在又一个实施例中，所述对准设备可以包括与第一场线基本上正交并且适于施加第二场电流的第二场线，以便使所述感测磁化强度沿着第二方向饱和。

在又一个实施例中，该MRAM元件可以进一步包括第一反铁磁性层，其交换耦合所述存储层，以便当磁隧道结处于低温阈值时且当施加第一读取磁场时，沿着第一方向牵制所述存储磁化强度。

本公开还涉及一种用于读取上述MRAM元件的方法，包括：

在第一读取方向上调整感测磁化强度；

测量第一结阻抗值；

在第二读取方向上调整感测磁化强度；

测量第二结阻抗值；

其中所述调整感测磁化强度在至少为磁阻的大约20％的范围内围绕第二方向执行；并且其中该结阻抗在所述范围内线性变化。

在此公开的自参考型MRAM单元可以在使用低读取磁场时，在增加的可靠性的情况下被读取，并且相比较于传统的自参考型MRAM单元具有降低的功耗，甚至在存在强双极偏移的情况下也如此。

附图说明

在通过示例方式给出并且通过附图说明的实施例的描述的辅助的情况下，可以更好地理解本发明，其中：

图1说明了根据实施例的一种随机存取存储器(MRAM)元件，其包括存储层和感测层；

图2表示根据实施例的存储层的顶视图(图2a)以及感测层的顶视图(图2b和2c)，说明了存储磁化强度以及感测磁化强度的布置；

图3说明了根据实施例的磁隧道结的阻抗响应曲线；以及

图4说明了根据另一实施例的磁隧道结的阻抗响应曲线；以及

图5表示根据实施例的MRAM元件。

具体实施方式