專利名稱：磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的寫/讀結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)字線和位線進(jìn)行尋址的MRAM(磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或?qū)?讀存儲(chǔ)器)的寫/讀結(jié)構(gòu)，具有-許多鐵磁存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元布置在構(gòu)成矩陣行列的、字線與位線的交叉點(diǎn)處，此外，所述存儲(chǔ)單元分別由至少兩個(gè)用隔離層隔開的鐵磁層組成，且其垂直于層序列的電阻值總是大于所述字線或位線的電阻值，并取決于所述鐵磁層的磁化狀態(tài)。
眾所周知，MRAM為非易失的寫/讀存儲(chǔ)器，與其它類型的非易失存儲(chǔ)器和諸如DRAM、FRAM(鐵電RAM)、EEPROM(電可擦可編程ROM或只讀存儲(chǔ)器)、FLASH等易失的存儲(chǔ)器相比，所述MRAM的突出之處在于如下優(yōu)點(diǎn)，即具有數(shù)量級(jí)最大為100G比特/芯片的非常高的存儲(chǔ)密度，而且工序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此每比特具有較低的制造成本。
優(yōu)選地，MRAM的單元區(qū)由布置成矩陣形的金屬字線和位線、也即所謂的寫入線和讀取線組成，這些寫入線和讀取線在xy坐標(biāo)系中沿x方向和y方向上下錯(cuò)開地布置，并且在它們之間的、字線與位線的交叉處設(shè)置有鐵磁存儲(chǔ)單元。這些鐵磁存儲(chǔ)單元由至少兩個(gè)上下錯(cuò)開放置的、被磁隔離的鐵磁層組成，這是通過裝設(shè)在該鐵磁層之間的隔離層來實(shí)現(xiàn)的。該隔離層可以是譬如由氧化鋁(Al2O3)組成的隧道勢(shì)壘，或是譬如由銅組成的非鐵磁導(dǎo)層。
所述的鐵磁層譬如由鐵、鈷、鎳、坡莫合金(NiFe)等組成，其中還可以包含諸如鉑等能促成細(xì)晶核狀態(tài)的添加物。
所述的鐵磁層的層厚可以為3～20nm，而置于其間的所述隔離層可以為1～3nm厚。
每個(gè)存儲(chǔ)單元的鐵磁層具有不同大小的切換場(chǎng)，因此可以利用構(gòu)成印刷線路的字線和位線中所流經(jīng)的開關(guān)電流來彼此獨(dú)立地對(duì)所述的鐵磁層進(jìn)行反復(fù)磁化。在此，各個(gè)存儲(chǔ)單元的電阻所具有的電阻值取決于構(gòu)成該存儲(chǔ)單元的鐵磁層的相對(duì)磁化如果兩個(gè)鐵磁層相互平行地磁化，則該存儲(chǔ)單元的電阻值為R0，而當(dāng)所述兩個(gè)鐵磁層為反平行磁化時(shí)，電阻值便為R0+ΔR(ΔR＞0)。比值ΔR/R0約為0.1…0.2。該效應(yīng)被稱為磁阻效應(yīng)。也可以為該鐵磁存儲(chǔ)單元采取磁阻存儲(chǔ)單元的概念。
此時(shí)，對(duì)于所述鐵磁層的兩個(gè)電阻值、也即平行磁化的電阻值R0和反平行磁化的電阻值R0+ΔR，可以給其分配二進(jìn)制存儲(chǔ)器的數(shù)值“0”和“1”。
如果不考慮必須用所述的印刷線路來實(shí)現(xiàn)為此所需的切換場(chǎng)強(qiáng)，那么寫入MRAM基本上是比較簡(jiǎn)單的。事實(shí)證明，比較困難的是把以電阻值形式存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)單元中的信息可靠而又盡可能簡(jiǎn)單地讀出來，也就是說不需要那些勢(shì)必增大存儲(chǔ)單元面積和使制造過程變得復(fù)雜的選擇晶體管。
為了不采用選擇晶體管而能安全可靠地進(jìn)行讀出，已經(jīng)作出了各種努力。在讀取以單元面積為4F2(F＝最小的結(jié)構(gòu)尺寸)的高存儲(chǔ)密度而布置的存儲(chǔ)單元時(shí)，主要的問題在于每個(gè)存儲(chǔ)單元、也即需要測(cè)量其電阻值的每個(gè)電阻單元由許多并聯(lián)的電流回路進(jìn)行了“分流”，因此特別在較大的存儲(chǔ)單元區(qū)內(nèi)要想正確地確定電阻值便成為了問題。
為了克服該困難，迄今已知有如下兩種用于MRAM的讀取方法在第一種方法中，將所述的字線和位線相互電隔離開，而讀電流只流經(jīng)少量的、譬如10個(gè)串聯(lián)的存儲(chǔ)單元。然后，借助較復(fù)雜的電路從該讀電流的變化中推斷出相關(guān)存儲(chǔ)單元的電阻值(對(duì)此參見D.D.Tang，P.K.Wang，V.S.Speriosu，S.Le，R.E.Fontana，S.Rishton，IEDM 95-997)。
在該方法中，必須要有寫電流流經(jīng)在相關(guān)存儲(chǔ)單元處交叉的兩個(gè)印刷線路(字線和位線)。所述串聯(lián)的存儲(chǔ)單元數(shù)目是通過隨數(shù)量的增加而變得更小的相對(duì)總電阻變化和變得更困難的電流變化測(cè)量來限制的。相互串聯(lián)的少量存儲(chǔ)單元給該存儲(chǔ)區(qū)的外圍帶來了較高的電路費(fèi)用，而且還由此給讀取電子裝置帶來了較大的面積需要。
第二種讀取方法在于，除了所選定的存儲(chǔ)單元處的字線外，將所有的字線和位線都置為“0”電位。所選字線處的電位不等于0，而所選位線和其它所有位線則利用用于測(cè)量電流的運(yùn)算放大器被置為“虛擬”零電位(對(duì)此參見DE 197 40 942 A1)。
上述兩種方法都有個(gè)缺點(diǎn)，即它們所基于的是確定單個(gè)存儲(chǔ)單元的電阻絕對(duì)值，由此對(duì)如下方面提出了極高的技術(shù)要求，即必須在整個(gè)存儲(chǔ)單元區(qū)上和在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體板上準(zhǔn)確地、可再現(xiàn)地和均勻地調(diào)準(zhǔn)所述的電阻值。同樣還需注意的是，當(dāng)ΔR/R0出現(xiàn)小的溫度波動(dòng)變化時(shí)也可能引起所述的電阻值發(fā)生變化，這將會(huì)使可靠地確定單個(gè)存儲(chǔ)單元的磁化狀態(tài)變得較為困難，并由此使其讀出變得困難。另外，在所述的第二種方法中，有限的位線電阻將導(dǎo)致只有在所述位線的末端才滿足所述的虛擬零電位條件，所以當(dāng)位線較長(zhǎng)時(shí)會(huì)造成起負(fù)面作用的寄生漏電流。
本發(fā)明的任務(wù)在于為MRAM創(chuàng)造一種寫/讀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在構(gòu)造簡(jiǎn)單的同時(shí)還能可靠地讀取所述的存儲(chǔ)單元區(qū)，而且不會(huì)對(duì)正確地、可再現(xiàn)地和均勻地調(diào)準(zhǔn)單個(gè)存儲(chǔ)單元電阻值提出不實(shí)際的高要求。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于權(quán)利要求1的前序部分所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，該任務(wù)由如下方式來實(shí)現(xiàn)-所述的鐵磁存儲(chǔ)單元分別被連接在所述的字線之一和所述的位線之一之間，-至少一個(gè)參考存儲(chǔ)單元具有已知的磁化狀態(tài)，而且-借助電阻橋來確定每個(gè)存儲(chǔ)單元與所述參考存儲(chǔ)單元的電阻比。
因此在本發(fā)明的寫/讀結(jié)構(gòu)中，不是象普通的現(xiàn)有技術(shù)一樣通過對(duì)電阻值進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量來測(cè)定各個(gè)存儲(chǔ)單元的磁化狀態(tài)，而是利用一種構(gòu)成“電阻網(wǎng)格”的存儲(chǔ)單元區(qū)的特殊外部布線、并通過與已知磁化狀態(tài)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行比較來測(cè)定所述的磁化狀態(tài)，也即鐵磁層的平行或反平行磁化。在此，必須設(shè)定至少一個(gè)存儲(chǔ)單元作為參考存儲(chǔ)單元，其中也可以優(yōu)選地使所述存儲(chǔ)單元的整個(gè)列和/或整個(gè)行具有一種已知的磁化狀態(tài)。對(duì)此，這種已知的磁化狀態(tài)譬如是具有低電阻值R0的兩個(gè)鐵磁層的平行磁化，或者是具有電阻值R0+ΔR(ΔR＞0)的所述兩個(gè)電阻層的反平行磁化。該已知的磁化狀態(tài)可以在本來的讀過程之前寫入。
所述的電阻比較是通過電阻橋、亦即半橋或全橋來實(shí)現(xiàn)的，且該電阻橋由上述的電阻網(wǎng)格的外部布線來產(chǎn)生。
在所述電阻橋的中間接頭上產(chǎn)生一些電壓，從該電壓可以推斷所述電阻橋中電阻的相對(duì)大小，并由此推斷出在各個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)所存儲(chǔ)的信息，也即“0”(譬如平行磁化)或“1”(譬如反平行磁化)。
若所述電阻橋上的橫向電壓無窮小，則所述的電阻是一致的，并譬如均為值R0。但是，若所述的橫向電壓不等于0，則所考察的電阻具有一個(gè)不同于所述參考存儲(chǔ)單元電阻的值，即譬如R0+ΔR。
在進(jìn)行讀取時(shí)，譬如在所述的參考存儲(chǔ)單元上施加一個(gè)-V/2的電壓，而隨后在需讀取的存儲(chǔ)單元上施加電壓+V/2。
所述各個(gè)存儲(chǔ)單元的材料是相同的，正如上文所講述過的一樣位于鐵磁層之間的隔離層可以譬如由Al2O3或銅組成，其層厚為1～3nm，而所述的鐵磁層本身則通常由具有相應(yīng)添加物(譬如鉑)的鐵、鈷、鎳、坡莫合金構(gòu)成，且層厚為3～20nm。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選擴(kuò)展方案中規(guī)定，在所述的各個(gè)電阻橋中采用電流跟隨器或放大器來進(jìn)行所述的電阻比較，而且所述電流跟隨器或放大器的輸出電壓與所述電阻網(wǎng)格中的字線數(shù)量m無關(guān)。由此可以采用較大的單元區(qū)，使得所述的存儲(chǔ)單元區(qū)相對(duì)于讀取電子裝置的面積比也被提高。
本發(fā)明的一個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)在于，它可以不用選擇晶體管而實(shí)現(xiàn)具有存儲(chǔ)單元的大存儲(chǔ)單元區(qū)，其中借助所述的電流跟隨器可以使讀取存儲(chǔ)單元時(shí)所獲得的測(cè)試信號(hào)與存儲(chǔ)單元區(qū)的大小無關(guān)。
利用本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的其它優(yōu)點(diǎn)可以綜合如下-所述的讀取電子裝置構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，而且只有區(qū)別各電阻橋?qū)ΨQ與不對(duì)稱的任務(wù)。
-與現(xiàn)有技術(shù)相反，所述的測(cè)試信號(hào)完全與各電阻單元的絕對(duì)值無關(guān)；它只取決于施加給所述存儲(chǔ)單元區(qū)的電壓和各存儲(chǔ)單元的磁阻效應(yīng)ΔR/R0。
-在制造存儲(chǔ)單元區(qū)的過程中降低了對(duì)精度、再現(xiàn)性和均勻性的技術(shù)要求，因?yàn)樗龅淖x取只是基于存儲(chǔ)單元區(qū)內(nèi)彼此相鄰的電阻的比較。與現(xiàn)有技術(shù)中通常確定電阻的絕對(duì)值相比，在本發(fā)明的寫/讀結(jié)構(gòu)中整個(gè)測(cè)試信號(hào)被考慮用來區(qū)分所述的兩種電阻狀態(tài)，而不只是包含在測(cè)試量的較小變化之中。
-取決于溫度的電阻變化對(duì)測(cè)試信號(hào)沒有影響，因?yàn)樗鼈冊(cè)谒龅臉螂娐分幸驯幌?br> -無需選擇晶體管就可讀取較大的存儲(chǔ)單元區(qū)，這在每比特的存儲(chǔ)密度、處理簡(jiǎn)單性和成本方面意味較大的優(yōu)點(diǎn)。
-由于對(duì)稱性的原因，所述字線和位線的導(dǎo)線電阻至少部分地是不起作用的。
下面借助示出了實(shí)施例的附圖來詳細(xì)闡述本發(fā)明。其中

圖1示出了無選擇晶體管的MRAM存儲(chǔ)單元區(qū)的透視圖，圖2示出了對(duì)應(yīng)于圖1的存儲(chǔ)單元區(qū)的電路透視圖，圖3示出了讀取過程中的圖2存儲(chǔ)單元區(qū)，圖4示出了字線電壓為-V/2或+V/2時(shí)的半橋電路，圖5示出了位線電壓為-V/2或+V/2時(shí)的半橋電路，圖6～8示出了用于解釋從橋上提取電壓的橋式電路，圖9示出了用于解釋怎樣根據(jù)所述的電阻值來獲得不同邏輯狀態(tài)的橋式電路，圖10示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的、具有電流跟隨器的橋式電路，以及圖11和12示出了無電流跟隨器(圖11)與有電流跟隨器(圖12)的橋式電路之間的比較。
圖1示出了無選擇晶體管的MRAM存儲(chǔ)單元區(qū)，它具有由鐵磁存儲(chǔ)單元1、字線WL和位線BL組成的所謂“4F2”存儲(chǔ)單元。在此，所述的存儲(chǔ)單元1位于字線WL和位線BL之間的交叉處，并總是由其中間設(shè)有隔離層4的鐵磁層2、3組成。所述的隔離層4可以是譬如由氧化鋁組成的隧道勢(shì)壘，或者是譬如由銅組成的非鐵磁導(dǎo)層。
所述的字線WL和位線BL沿y和x方向延伸，使得所述的存儲(chǔ)單元1構(gòu)成一個(gè)類似矩陣形的電阻網(wǎng)格。
單個(gè)存儲(chǔ)單元1的電阻值取決于所述兩個(gè)鐵磁層2、3的磁化方向。在所述鐵磁層2、3為相互平行磁化的情況下，所述的電阻較小且值為R0，而在所述電阻層2、3為反平行磁化的情況下，所述的電阻值大小為R0+ΔR，ΔR＞0。
構(gòu)成印刷線路的字線WL和位線BL譬如可由鋁制成。鐵磁層2、3的優(yōu)選厚度譬如為3～20mm，而所述隔離層4的厚度譬如為1～3mm。
通過在某一字線WL和某一位線BL上施加相應(yīng)的電壓，該字線WL和位線BL的交叉點(diǎn)處的存儲(chǔ)單元的鐵磁層被平行或反平行磁化。
于是，譬如可以把具有低電阻值的平行磁化指定為邏輯“0”，而具有高電阻值的反平行磁化則對(duì)應(yīng)于邏輯“1”。
圖2示出了類似于圖1的存儲(chǔ)單元區(qū)的電路圖，其中，此處給m個(gè)字線WL施加電壓U1、U2、…、Um，以及給n個(gè)位線施加電壓U1’、U2’、…、Un’。各個(gè)存儲(chǔ)單元是用電阻R11、R21、…、R12、R22、…Rik、…、Rmn來表示的。從圖2可以看出各個(gè)存儲(chǔ)單元是怎樣構(gòu)成一個(gè)電阻網(wǎng)格的，其中，單個(gè)電阻Rik的電阻值取決于其磁化狀態(tài)(具有低電阻值的平行磁化和具有高電阻值的反平行磁化)。
現(xiàn)在給兩個(gè)任意的字線WL施加一個(gè)-V/2或+V/2的電壓，使得Ui＝-V/2以及Uk＝+V/2。在其余的字線WL上施加“0”電位。當(dāng)i＝1和k＝2時(shí)該情形如圖3所示。
通過并聯(lián)連接，每個(gè)位線BL中處于“0”電位的電阻R31、R41、…、R32、R42、…、R3k、R4n、…、Rmn形成了一些半橋，如圖4所示，其中此處的電阻R1’表示所述相互并聯(lián)的電阻R31、R41、…、Rm1的電阻。相應(yīng)地也適用于電阻R2’和R3’。
在此，所述的電壓U1’、U2’、U3’、…、Ui’(i＝1，2，…，n)取決于每個(gè)半橋內(nèi)的兩個(gè)電阻之比如果譬如R11＝R21，則U1’＝0。若U1’＜0，則R11＜R21。相反，當(dāng)U1’＞0時(shí)則可得出R11＞R21。
對(duì)于電壓降為U1’、…Ui’的橫向電阻Ri’，下式成立R0/(m-2)≤Ri′≤(R0+ΔR)/(m-2)(1)當(dāng)所有電阻R3i、R4i、…、Rmi表現(xiàn)為鐵磁層的平行磁化時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)所述的下限R0/(m-2)，而當(dāng)所有這些電阻被反平行磁化時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)所述的上限(R0+ΔR)/(m-2)。
為了替代給兩個(gè)字線WL施加電壓-V/2或+V/2，也可以給兩個(gè)位線BL施加該電壓。該情形如圖5所示，其中此處的電壓U1、U2、…、Ui(i＝1，2，…，m)給出了關(guān)于電阻比Rik/Rik+1(i＝1，2，…，m，k-1…n)的信息。
利用這種方式可以相互比較任意的行或列。
在對(duì)這種MRAM進(jìn)行寫入的過程中，同時(shí)提供一個(gè)合適大小的電流流過各字線WL和位線BL。由此，位于該字線和位線的交叉處的存儲(chǔ)單元可以將其鐵磁層2、3轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)于邏輯“0”或“1”的平行或反平行磁化狀態(tài)。
此時(shí)，接下來進(jìn)行讀取的前提條件是，一個(gè)字線、譬如電壓為U1的第一字線的所有存儲(chǔ)單元譬如被轉(zhuǎn)變成一個(gè)已知的磁化狀態(tài)，也即鐵磁層2、3譬如被轉(zhuǎn)變成平行的磁化，但無需知道相應(yīng)的電阻值R0。
在讀取時(shí)，給兩個(gè)字線、譬如給圖2～4所示的電壓為U1和U2的第一和第二字線施加所述的電位-V/2和+V/2。電壓源的中間接點(diǎn)也位于0電位，就如同被低歐姆地相互連接的其余字線WL3～WLm一樣。由此產(chǎn)生的半橋的橫向電阻Ri’是由連接在每個(gè)位線BL上的電阻R3i～Rmi(i＝1，2，…n)通過并聯(lián)后構(gòu)成的。該電阻Ri’位于上文表達(dá)式(1)所給出的間隔之內(nèi)，且其上的電壓降為Ui’(i＝1，2，…，n)，而此電壓降可以比較所述的電阻R2i和R1i，如圖6～8所示。
圖6～8示出了圖4中最上邊那個(gè)半橋例子的橋電壓Ui’(i＝1，…，n)。流經(jīng)電阻R1’的電流I(參見圖6)是通過由兩個(gè)電壓U1和U2彼此獨(dú)立地產(chǎn)生的電流I1(參見圖7)和I2(參見圖8)進(jìn)行疊加而得出的，其中另一電壓源用一個(gè)短路橋來代替(參見圖7和8)。該電流I在所述電阻R1’兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓U1’，該電壓可以對(duì)比地表達(dá)關(guān)于所述電阻R11和R21的電阻值情況。
電流I1、I2和I由下式詳細(xì)給出I1=U1R11+R1′R21R1′+R21R21R1′+R21=U1R21R11R1′+R11R21+R1′R21----(2)]]>I2=U2R11R11R1′+R11R21+R1′R21----(3)]]>I=I1+I2=U1R21+U2R11R11R1′+R11R21+R1′R21----(4)]]>于是由此可得出電壓U1’U1′=IRI′=V2R1′(R11-R21)2R11R1′+R11R21+R1′R21----(5)]]>對(duì)于電壓U1’，可以根據(jù)電阻R11和R21或所述鐵磁層2、3的磁化電阻而得出如下值 一般地，對(duì)于矩陣電阻Rji與第一字線WL1上的電阻R1i之間的比較，適用于如下關(guān)系 當(dāng)譬如借助所述位線BL上的比較器為所述兩個(gè)第一字線確定完電阻值之后，可以依次重復(fù)其它字線對(duì)、也即譬如字線WL1和WL2、WL1和WL4、…、WL1和WLm的過程，直到所述矩陣內(nèi)的所有電阻磁化狀態(tài)被測(cè)完。
在此，所述的電壓Ui’一般地適用于下式Ui′=IR1′=V2R1′RIiRi′+RIiRji+Ri′Rji(i=l.....n,j=3...m)----(8)]]>利用上面講述的關(guān)系式(1)可由此得出V2ΔR/RΔR/R(m-1)+m≤U1′≤V2ΔR/RΔR/R+m----(9)]]>作為實(shí)施例，對(duì)于具有1000個(gè)位線BL(n＝1000)和100個(gè)字線WL(m＝100)的、且磁阻效應(yīng)為ΔR/R0＝0.2以及電壓源均為1V的存儲(chǔ)單元區(qū)，可以得出對(duì)于第i個(gè)半橋中電阻相同的情況，Ui’＝0，而當(dāng)?shù)趇個(gè)半橋中的電阻不相同時(shí)，則Ui’＜0，其中1.67mV≤|Ui’|≤2.00mV，而且與電阻值R0無關(guān)。
在該情形下，若R0＝100kΩ，則所述電流源的負(fù)荷為1000×10μA＝10mA，如果R0＝1MΩ，則所述負(fù)荷為1000×1mA＝1mA。
圖9示出了如下一種情況，其中對(duì)于所述第一字線WL1的所有存儲(chǔ)單元，寫入了具有低電阻值R0的鐵磁層2、3的平行磁化狀態(tài)。從所述橋電壓Ui’＝0的無窮小值中可以得出，該半橋的其它電阻也為值R0。但是，如果該值為負(fù)，則這些電阻具有較高的值R0+ΔR。于是存在如下狀態(tài)U1′＝0＝＝＞R21＝R0＜0＝＝＞R21＝R0+ΔRU2′＝0＝＝＞R22＝R0＜0＝＝＞R22＝R0+ΔR(10)U3′＝0＝＝＞R23＝R0＜0＝＝＞R23＝R0+ΔRUj′＝0＝＝＞R2i＝R0(i＝1…n)＜0 ＝＝＞R2i＝R0+ΔR在上述實(shí)施例中，為了區(qū)別小電阻值(平行磁化)和大電阻值(反平行磁化)而引入了所述的橫向電壓。在此，當(dāng)存儲(chǔ)單元區(qū)具有大數(shù)量m的字線或n的位線時(shí)，所述的信號(hào)便近似地與m(或n)成比例地變小。為了避免該缺點(diǎn)，在所述各個(gè)電阻橋中采用電流跟隨器來進(jìn)行電阻比較，且該電流跟隨器的輸出電壓與電阻網(wǎng)格中的字線數(shù)量m(或位線數(shù)量n)無關(guān)。
這另外還帶來了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是可以采用較大的存儲(chǔ)單元區(qū)，由此提高了存儲(chǔ)單元區(qū)相對(duì)于讀取電子裝置的面積比。
圖10示出了一個(gè)實(shí)施例，其中在各個(gè)電阻橋的輸出端裝設(shè)了所述的電流跟隨器5。
利用該電流跟隨器可克服如下缺點(diǎn)，即當(dāng)字線數(shù)量m非常大時(shí)所述的電壓Ui’將趨向于0。這種關(guān)系在下面可以借助圖11來進(jìn)行解釋。
根據(jù)等式(5)首先有U1′=IR1′=V2R1′(R11-R21)R11R1′+R11R21+R1′R21----(11)]]>利用R11＝R0和R21＝R0+ΔR可以得出|U1′|V2ΔR2R0+ΔR+(R0+R21ΔR)R0/R1′----(12)]]>然后利用R0/(m-2)≤|R1’|≤(R0+ΔR)/(m-2)得出V2ΔR/R0ΔR/R0(m-1)+m≤|U1′|≤V2ΔR/R0ΔR/R0+m----(13)]]>從而得出；當(dāng)m→∞時(shí)|U1’|→0 (14)作為實(shí)施例，利用m＝100個(gè)字線、ΔR/R0＝0.2以及U＝2V得到對(duì)于第i個(gè)半橋中電阻相同的情況，Ui’＝0，以及在第i個(gè)半橋中的電阻不相同的情況下，Ui’＜0，其中1.67mV≤|U1’|≤2.0mV。
圖12示出了通過采用電流跟隨器5所實(shí)現(xiàn)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)首先，各電流適用于下式-I=I1-I2=V2R11-V2R21----(15)]]>利用R11＝R0、R21＝R0+ΔR得出-I=V2R0-V2(R0+ΔR)=V2ΔRR0(R0+ΔR)----(16)]]>利用Uia’＝-Rf·I得出U1a′=RfV2ΔRR0(R0+ΔR)=RfR0V2ΔR/R0(1+ΔR/R0)----(17)]]>從等式(17)可以看出，所述的輸出電壓U1a’與m無關(guān)，并由此與字線的數(shù)量無關(guān)。
對(duì)于ΔR/R0＝0.2、U＝2V以及Rf＝R0(Rf為電流跟隨器5的電阻值)的具體實(shí)施例可以得到對(duì)于第i個(gè)半橋中電阻相同的情況，U1a’＝0，以及當(dāng)?shù)趇個(gè)半橋中的電阻不相同時(shí)，則U1a’＝0.2/1.2V＝0.166V，且與m無關(guān)。
權(quán)利要求
1.經(jīng)字線(WL)和位線(BL)進(jìn)行尋址的MRAM的寫/讀結(jié)構(gòu)，具有-許多鐵磁存儲(chǔ)單元(1)，這些存儲(chǔ)單元布置在構(gòu)成矩陣行列的、字線與位線的交叉點(diǎn)處，此外，所述存儲(chǔ)單元分別由兩個(gè)用隔離層(4)隔開的鐵磁層(2，3)組成，且其垂直于層序列的電阻值總是大于所述字線(WL)或位線(BL)的電阻值，并取決于所述鐵磁層(2，3)的磁化狀態(tài)，其特征在于-所述的鐵磁存儲(chǔ)單元分別被連接在所述的字線之一和所述的位線之一之間，-至少一個(gè)參考存儲(chǔ)單元具有已知的磁化狀態(tài)，而且-借助電阻橋來確定每個(gè)存儲(chǔ)單元(1)與所述參考存儲(chǔ)單元的電阻比。
2.如權(quán)利要求1所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于一行和/或一列的所述存儲(chǔ)單元(1)為參考存儲(chǔ)單元。
3.如權(quán)利要求1所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的電阻橋?yàn)榘霕蚧蛉珮颉?br> 4.如權(quán)利要求1～3之一所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于可以給所述參考存儲(chǔ)單元和另一存儲(chǔ)單元施加電壓-V/2和+V/2。
5.如權(quán)利要求1～4之一所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述隔離層為一種勢(shì)壘層，或?yàn)橐环N由非鐵電材料組成的導(dǎo)層。
6.如權(quán)利要求5所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的勢(shì)壘層由Al2O3組成。
7.如權(quán)利要求5所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的隔離層由銅組成。
8.如權(quán)利要求1～7之一所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的隔離層具有的層厚為1～3nm。
9.如權(quán)利要求1～8之一所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的鐵磁層(2，3)具有的層厚為3～20nm。
10.如權(quán)利要求1～9之一所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的電阻橋裝設(shè)有電流跟隨器(5)。
11.如權(quán)利要求10所述的寫/讀結(jié)構(gòu)，其特征在于每行或每列裝設(shè)有一個(gè)電流跟隨器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MRAM的寫/讀結(jié)構(gòu),其中在讀取過程中采用了一些電阻橋,在該電阻橋內(nèi)將具有已知磁化狀態(tài)的存儲(chǔ)單元同需測(cè)量的存儲(chǔ)單元進(jìn)行比較。
文檔編號(hào)G11C11/02GK1343359SQ00804980
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2000年1月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月13日
發(fā)明者W·雷斯納, S·施瓦茨 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司