專利名稱：磁性隨機(jī)存取存儲器以及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲器，特別是涉及一種磁性隨機(jī)存取存儲器(Magnetic Random Access Memory, MRAM)。
背景技術(shù)：
磁性隨機(jī)存取存儲器具有非揮發(fā)性、高密集度、高讀寫速度、抗輻射線 等等優(yōu)點。寫入數(shù)據(jù)時， 一般所使用的方法為兩條電流線(Write Bit Line及 Write Word Line)感應(yīng)；茲場所交集選4奪到的單元，藉由改變存^f諸層,茲性材并牛 的磁化方向，來更改磁性單元的磁電阻值。而在讀取存儲數(shù)據(jù)時，讀出放大 器提供電流至選擇到的磁性存儲單元，并讀取磁性單元的電阻值，以判定存 儲數(shù)據(jù)的數(shù)字值。
此磁性存儲單元，為多層磁性金屬材料的堆棧結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)是由軟鐵磁 材料(Soft Magnetic Layer)層、穿隧能障層(Tunnel Barrier layer)、 硬鐵磁材料 (Hard Magnetic Layer)層與非磁性導(dǎo)電層 (Nonmagnetic conductor)所堆棧組成。藉由穿遂能障層的兩側(cè)的鐵磁材料的磁化方向平行 或反平行，以決定存儲'T'或"0"的狀態(tài)。
圖1示出了一磁性存儲單元的基本結(jié)構(gòu)。參閱圖1,要存取寫入一磁性 存儲單元，也是需要交叉且通入適當(dāng)電流的電流線100、 102,其依照操作的 方式，又例如稱為位線與字線。當(dāng)二導(dǎo)線通入電流后會產(chǎn)生二個方向的磁場， 以得到所要的磁場大小與方向，以施加在磁性存儲單元104上。磁性存儲單 元104是迭層結(jié)構(gòu)，包4舌一i茲性固定層(magnetic pinned layer)在一預(yù)定方 向具有固定的》茲4匕向量(magnetization)， 或是總/f茲3巨(total magnetic moment)。利用磁性自由層與磁性固定層彼此間磁化向量的角度差異，產(chǎn)生不 同的磁電阻大小，來讀取數(shù)據(jù)。又，如果要寫入數(shù)據(jù)，也可以施加一寫入磁 場，決定磁性自由層在無磁場下的磁化向量方向。藉由輸出電極106、 108， 可以讀出此存儲單元所存的數(shù)據(jù)。關(guān)于磁性存儲器的操作細(xì)節(jié)，是一般熟此 技藝者可以了解，不繼續(xù)描述。
圖2示出了磁性存儲器的存儲機(jī)制。在圖2中，磁性固定層104a有固定 的》茲距方向107?！菲澬宰杂蓪?04c，位于石茲性固定層104a上方，其中間由一 穿隧能障層104b所隔離。磁性自由層104c有一磁距方向108a或是108b。 由于磁距方向107與磁距方向108a平行，其產(chǎn)生的磁阻例如代表"0"的數(shù) 據(jù)，反之，磁距方向107與磁距方向108b反平行，其產(chǎn)生的磁阻例如代表'T， 的數(shù)據(jù)。
上述圖2的磁性自由層104c是單層結(jié)構(gòu)，在操作上容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤。
形，其自由層以鐵磁/非磁性金屬/鐵磁三層結(jié)構(gòu)取代單層鐵磁材料。自由層 是人造反4失石茲性(Synthetic Anti-Ferreoraagnet)的結(jié)構(gòu)，上下二個牽失石茲層 各有一磁化向量。為了降低鄰近單元在寫入數(shù)據(jù)時的干擾情形，上下兩層的 鐵磁層以反平行排列，形成封閉的磁力線。另外配合栓扣操作模式，并把寫 入位線及寫入字線和自由層的^f茲性易軸夾45度，提供的電流以一定的順序?qū)?入，此方法可以有效的解決干擾的問題。
然而業(yè)者仍積極研發(fā)磁性存儲器的設(shè)計，也期望同時達(dá)到縮d、元件尺寸， 也提升元件集成度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種磁性隨機(jī)存取存儲器，能維持快速存取操作的同時，也 可以縮小元件尺寸，提升元件集成度。
本發(fā)明提供一種磁性隨機(jī)存取存儲器的操作法，可以有效存取提出的磁 性隨機(jī)存取存儲器。
本發(fā)明提出 一種磁性隨機(jī)存取存儲器，包括至少 一條第 一 方向?qū)懭腚娏?線以及多條第二方向?qū)懭腚娏骶€，其實質(zhì)上與第一方向?qū)懭腚娏骶€垂直交叉， 形成有多個交叉區(qū)域。多個磁性存儲單元，分別位于這些交叉區(qū)域，依照時 序接收一感應(yīng)石茲場。相鄰每至少二個磁性存儲單元是串4關(guān)或并聯(lián)連接，以構(gòu) 成至少一存儲單元。每一個磁性存儲單元的一自由層的一易軸與一固定層的 一磁化向量實質(zhì)上垂直，且易軸與第一方向?qū)懭腚娏骶€有約45度的一夾角。 一讀取位線電路連接到存儲單元的一第一端點。 一讀取字線電路連接到存儲 單元的一第二端點。
本發(fā)明提出一種磁性隨機(jī)存取存儲器的操作方法，用以操作前述的磁性
隨機(jī)存取存儲器，包括施加一第一電流給第一方向電流線，產(chǎn)生一第一階
段的感應(yīng)f茲場；施加一第二電流給第二方向電流線，產(chǎn)生一第二階段的該感 應(yīng)磁場；以及讀取存儲單元的一總^磁電阻，以決定存儲單元所存儲的一數(shù)據(jù)。 本發(fā)明也提出一種磁性隨機(jī)存取存儲器電路，包括多條第一方向?qū)懭腚?流線；多條第二方向?qū)懭腚娏骶€，實質(zhì)上與這些第一方向?qū)懭腚娏骶€垂直交 叉，形成有多個交叉區(qū)域。多個磁性存儲單元分別位于所述交叉區(qū)域，其中， 每一個磁性存儲單元的自由層的易軸與其固定層的磁化向量實質(zhì)上垂直，且 易軸與第一方向?qū)懭腚娏骶€有約45度的一夾角。其中，屬于相同的第一方向 寫入電流線所驅(qū)動的相鄰每至少二個這些磁性存儲單元為一存儲單元構(gòu)成多 條存儲列(column)。另外此電路還包括多個第一開關(guān)；多個讀出放大器，分別 藉由第一開關(guān)連接到存儲行的存儲單元；以及多個第二開關(guān)，分別連接存儲單 元到一地電位。
本發(fā)明使用擾動型磁性存儲單元，以串聯(lián)或是并聯(lián)的方式連接以達(dá)到縮 小存儲單元元件尺寸，也可以提升元件集成度。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較 佳實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1示出了一磁性存儲單元的基本結(jié)構(gòu)。 圖2示出了磁性存儲器的存儲機(jī)制。
圖3示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，所采用磁性存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4示出了圖3所示實施例采用的一般擾動型^f茲性存取存儲器的電路示 意圖。
圖5示出了前案采用的并聯(lián)的電路與存儲機(jī)制示意圖。 圖6示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，磁性隨機(jī)存取存儲器單元的并聯(lián)電路 示意圖。
圖7示出了依據(jù)本發(fā)明另一實施例，磁性隨機(jī)存取存儲器單元的并聯(lián)電 路示意圖。
圖8示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，磁性隨機(jī)存取存儲器單元的串聯(lián)電路 示意圖。
圖9示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，磁性隨機(jī)存取存儲器的陣列示意圖。
圖10示出了本發(fā)明一實施例所釆用的讀取操作機(jī)制示意圖。 圖11示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，寫入操作流程示意圖。 圖12示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，要改變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)的操作 波形418示意圖。
圖13示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，不要改變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)的操 作波形420示意圖。
附圖符號說明100、102:電流線
104石茲性存儲單元
104a:磁性固定層
104b:穿隧能障層
104c.磁性自由層
107、108a、 108b: f茲3巨方向106、108:電極
190磁性存儲單元結(jié)構(gòu)
192下固定層
194磁性耦合間隔層
196上固定層
198穿隧能障層
200下自由層
202石茲性耦合間隔層
204上自由層
206》茲化向量
208/磁化向量
210石茲性固定迭層
212、214:石茲化向量
216磁性自由迭層
302驅(qū)動單元
304驅(qū)動單元
306多任務(wù)器
310—316:存儲單元318讀取電路線
350、 352:存儲單元
354開關(guān)晶體管
400存儲單元
402開關(guān)晶體管
404:開關(guān)晶體管
406讀出放大器
408存儲單元
410磁場波形
412時間點
414平行態(tài)
416反平4亍態(tài)
418磁場波形
420磁場波形
S100-S110 :步驟。
具體實施例方式
為了能更有效率提升操作速度，發(fā)明人已提出另一種擾動型(Wiggle Cell)存儲元件結(jié)構(gòu)。圖3示出了依據(jù)本發(fā)明實施例，所采用磁性存儲單元 結(jié)構(gòu)示意圖。參閱圖3,磁性存儲單元結(jié)構(gòu)190,僅示出了部分基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其 中， 一磁性固定迭層210,包括一下固定層192，有一磁化向量208。另外一 上固定層196,有一磁化向量206。在下固定層192與上固定層196之間有一 磁性耦合間隔層194所隔離。下固定層192與上固定層196的磁化向量208、 206有足夠強(qiáng)的磁性耦合強(qiáng)度，因此磁化向量的方向不會被外部磁場所改變。 又， 一磁性自由迭層216位于磁性固定迭層210的上方，藉由穿隧能障層198 隔離。磁性自由迭層216包括磁性的一下自由層200與磁性的一上自由層204。 下自由層200與上自由層204分別有磁化向量212與磁化向量214，且以磁 性耦合間隔層202隔離。此磁化向量212與磁化向量214互為反平行，但是 垂直于^f茲性固定迭層210的^t化向量206、 208。這里^f茲化向量212與214的 方向，在一般狀態(tài)且無外部磁場下是與磁性材料的 一 易軸(easy ax i s)方向一 致。換句話說，在無外部磁場的自然狀態(tài)下，磁性固定迭層210的磁化方向，
與磁性自由迭層216的磁化方向是垂直的。因此，磁化向量212與磁化向量 206的》茲電阻值實質(zhì)上是處于中間態(tài)，即是介于平行態(tài)與反平行態(tài)的;茲電阻 值之間，可做為一個參考磁電阻值狀態(tài)。
磁性自由迭層216的讀取操作，例如是取決于磁化向量212的方向是朝 左邊或是朝右邊。在讀取數(shù)據(jù)時施加適當(dāng)?shù)妮o助》茲場，例如將^f茲性自由迭層 216的磁化向量212水平旋轉(zhuǎn)90度。以上視圖示來看(未顯示)，例如以反時 針方向旋轉(zhuǎn)90度，則磁化向量212會與磁化向量206平行。但是，如果磁化 向量212原先是朝右方向，在反時針方向旋轉(zhuǎn)90度后，會與磁化向量206反 平行。因此，就可以判定磁性自由迭層216所存的數(shù)據(jù)。又，由于在自然狀 態(tài)下，磁性固定迭層210的磁化方向與磁性自由迭層216的石茲化方向是垂直
的，因此任何其它未施加磁場的存儲單元是處于中間態(tài)，都可以#:選取作為
參考之用。圖4顯示利用此種讀取方法的電路架構(gòu)，采取鄰近對角線存儲對 互為參考的讀取方式，達(dá)成存儲器快速讀取，以及信號穩(wěn)定的目的。
圖4示出了圖3所示實施例采用的一般擾動型磁性存取存儲器的電路示 意圖。如圖4所示。磁性存儲器電路例如包括多個前述的磁性存儲單元結(jié)構(gòu) 310-316,以構(gòu)成含有多個存儲列與多個存儲行的二維陣列。以磁性存儲單元 結(jié)構(gòu)310為例，例如雙箭頭310a是代表自由層的磁化向量的二個可能方向， 而單箭頭310b是代表固定層的磁化向量的方向。在自然狀態(tài)下，自由層的磁 化向量的方向與固定層的磁化向量的方向?qū)嵸|(zhì)上是垂直的。又、多條位電流 線BLi、 BLj分別對應(yīng)多條存儲列配置。多條字符電流線WWLi、 WWLj分別對 應(yīng)多條存儲行配置。多條讀取電路線(又或稱為感應(yīng)線sense line) 318,可 以分別讀取每一這些存儲單元結(jié)構(gòu)的一磁電阻值。 一驅(qū)動電路單元，其例如 包括位線驅(qū)動單元302與字線驅(qū)動單元304，控制位與字符電流線、這些位/ 字符電流線與這些讀取電路線，以對所選取的該存儲單元結(jié)構(gòu)施加存取所需 要的多個操作磁場，且讀取一》茲電阻值。
由于一般的磁性存儲器，釆取1T1MTJ的存儲架構(gòu)，也就是一存儲單元有 一開關(guān)晶體管的架構(gòu)，其元件的尺寸大致上為30F2- 40F2。雖然對于取代 eSRAM (Embedded SRAM)的產(chǎn)品較為容易，但若欲取代現(xiàn)有半導(dǎo)體存儲器中廣 為系統(tǒng)端應(yīng)用的eDRAM (Embedded DRAM)，其仍舊具有難度。
至少根據(jù)這樣的動機(jī)，本發(fā)明提出以多顆并聯(lián)或串聯(lián)的擾動型石茲性存儲 單元，與晶體管相接的電路架構(gòu)，能夠大幅提高磁性存儲器的集成密度，藉
此降低存儲器的生產(chǎn)成本，加速現(xiàn)有半導(dǎo)體存儲器在系統(tǒng)應(yīng)用的取代時程。
所謂的多顆并聯(lián)或串聯(lián)的擾動型磁性存儲單元，例如以二個存儲單元并 聯(lián)的電路而言，圖5示出了前案采用的并聯(lián)的電路與存儲機(jī)制示意圖。參閱
圖5,對于一條讀取位線(BL)上的相鄰二存儲單元350、 352，具有不同大小 的》茲性電阻Rl與R2，其另一端共同連接到一開關(guān)晶體管354。晶體管354 的柵極例如受字線的控制導(dǎo)通或關(guān)閉。導(dǎo)通時，可以連接到地電壓，構(gòu)成回 路，以讀取磁性電阻Rl與R2的總電阻。由于存儲單元的自由層與固定層的 組態(tài)有平行態(tài)與反平行態(tài)，分別產(chǎn)生R,眼，Rlmin， R2 " R2min。因此例如構(gòu)成ll, 10, 01， OO的四個二位數(shù)據(jù)。當(dāng)然并聯(lián)的電路也會有四個可區(qū)分的^茲電阻態(tài)。 如此的電^^可以減少晶體管的制作，并等效地縮小位尺寸。本發(fā)明一實施例 的多顆并聯(lián)或串聯(lián)的擾動型磁性存儲單元，采用如圖3的擾動型存儲單元， 采用大小相同的磁性電阻R1與R2 (即350與352采用相同元件)，亦有縮 小位尺寸的功效。
圖6示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，磁性隨機(jī)存取存儲器單元的電路示意 圖。參閱圖6，磁性存儲單元是采用例如圖3的擾動式存儲單元，因此如前 述，雙箭頭的方向代表自由層的易軸方向，也就是自由鐵磁層的二磁化向量 在自然狀態(tài)下的方向，其實質(zhì)上垂直于固定層的磁化向量。為配合拴扣的操 作模式，自由層的易軸方向?qū)嵸|(zhì)上與寫入字線WLO或是寫入位線(WBL)有45 度夾角。圖6的電路是由多個存儲單元400并聯(lián)連接構(gòu)成一存儲單元。在此， 寫入字線與寫入位線是二個延伸方向且垂直的電流線，其不必局限于"字符" 與"位"的描述名詞。當(dāng)依操作時序?qū)腚娏鹘o電流線時會產(chǎn)生磁場。存儲 單元400位于二電流線的交叉區(qū)域，經(jīng)感受到磁場方向時，其自由層的二磁 化向量會對應(yīng)旋轉(zhuǎn)，如此可以改變存儲的數(shù)據(jù)。
在此實施例中，對于讀取的電路而言，例如存儲單元的一電極層藉由開 關(guān)晶體管402連接到一地電壓。開關(guān)晶體管402的柵極例如藉由讀取字線輸 入控制信號使導(dǎo)通或關(guān)閉。另外，存儲單元的另一電極層例如分別藉由讀取 位線共同連接到另一開關(guān)晶體管404。開關(guān)晶體管404導(dǎo)通時，存儲單元400 會與讀出放大器(SA) 406連接，以感應(yīng)出并聯(lián)的總磁性電阻。由于，每個存 儲單元400由其特定的二個狀態(tài)磁性電阻Rmax， Rmin,因此存儲多位的數(shù)據(jù)， 但是共享一個存儲單元僅使用一個晶體管404連接到讀出放大器406，以及 一個晶體管402連接到地電壓。
基于并聯(lián)電路的變化，圖7示出了依據(jù)本發(fā)明另一實施例，磁性隨機(jī)存
取存儲器單元的電路示意圖。參閱圖7,存儲單元400也可以先藉由一內(nèi)部 的導(dǎo)線共同連接后，再藉由一讀取位線例如RBLO連接到讀出放大器406。也 就是說，讀取位線與讀取字線的電路可以依實際設(shè)計變化，以達(dá)到并聯(lián)的電 路即可。
圖8示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，磁性隨機(jī)存取存儲器單元的串聯(lián)電路 示意圖。參閱圖8，前述的圖6-7是并聯(lián)的電路，然而也可以改變成串聯(lián)的 連接，而存儲的多位數(shù)據(jù)也是根據(jù)存儲單元的總^t電阻來判斷。例如多個存 儲單元400串聯(lián)連接。如此，開關(guān)晶體管402連接到末端的一個存儲單元400。 開關(guān)晶體管404例如藉由讀取位電路連接到另一末端的一個存儲單元400。 如此，多個存儲單元400以串聯(lián)方式構(gòu)成一存儲單元。
進(jìn)一步設(shè)計，多個存儲單元可以組成存儲單元陣列達(dá)到磁性隨機(jī)存取存 儲器。圖9示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，磁性隨機(jī)存取存儲器的陣列示意圖。 參閱圖9,例如取如圖6的存儲單元且以二個存儲單元為一單元的實施例為 例，圖中僅繪出一部分的陣列，其依所要的存儲容量而定。
磁性隨機(jī)存取存儲器電路，包括多條第一方向?qū)懭腚娏骶€WLO、 WWL1… 以及多條第二方向?qū)懭腚娏骶€WBLO、 WBL1、 WBL2、 WBL3…，其實質(zhì)上與這些 第一方向?qū)懭腚娏骶€麗LO、 WWL1…垂直交叉，形成有多個交叉區(qū)域。多個磁 性存儲單元分別位于所述交叉區(qū)域。每一個磁性存儲單元的自由層的易軸與 其固定層的磁化向量實質(zhì)上垂直，且易軸與第一方向?qū)懭腚娏骶€有約45度的 一夾角。屬于相同的第一方向?qū)懭腚娏骶€WWLO、 WWL1所驅(qū)動的相鄰每至少二 個這些磁性存儲單元為一存儲單元構(gòu)成多條存儲列(column)。此電路還包括 多個第一開關(guān)404以及多個讀出放大器406，分別藉由第一開關(guān)404連接到 存儲列的存儲單元。另外多個第二開關(guān)402,分別連接存儲單元到一地電位。
例如藉由寫入字線WWL0與寫入位線WBL1可以分別選取操作存儲單元 408 。讀取的電路依照存儲列的數(shù)量也連接相同數(shù)量的讀出放大器(SAO、 SA1…)406以及開關(guān)晶體管(SW0、 SW1…)404。圖9僅是以圖6的結(jié)構(gòu)為 基礎(chǔ)所構(gòu)成的陣列。然而，其它的方式例如以圖7的并聯(lián)電路或是圖8的串 聯(lián)電路也可以構(gòu)成陣列，形成大容量存儲器。 z
以下描述以拴扣模式為基礎(chǔ)的操作波形。依照圖9的架構(gòu)，例如寫入字 線WWLO、 WWL1…是在水平的X軸方向，且例如位于存儲單元上方，用以產(chǎn)生
正Y軸方向的石茲場Hw。寫入位線WBLO、 WBL1…是在垂直的Y軸方向，且例如 位于存儲單元下方，用以產(chǎn)生正X軸方向的磁場HB。圖10示出了本發(fā)明一實 施例所采用的讀取操作機(jī)制示意圖。參閱圖IO,下面的磁場波形410是以圖 9的架構(gòu)為例做描述。存儲單元的自由層的二^t化向量以雙箭頭表示，而固 定層的磁化向量以單箭頭表示。在tO的時間點，存儲單元是在自然狀態(tài)，沒 有Hw與HB磁場，其自由層的二磁化向量與固定層的磁化向量實質(zhì)上垂直。
若要讀取存儲單元的數(shù)據(jù)，需要將自由層的二磁化向量旋轉(zhuǎn)90度，以讀 取和固定層的-茲化向量夾角組態(tài)產(chǎn)生的電阻，以決定是反平行態(tài)416或是平 行態(tài)414。依照拴扣模式的操作，例如先啟動H^磁場旋轉(zhuǎn)45度，接著啟動HB 磁場再旋轉(zhuǎn)45度，分二階段達(dá)到約90度旋轉(zhuǎn)。在tl的時間點412,由于自 由層的磁化向量被旋轉(zhuǎn)90度，因此與固定層的磁化向量是平行態(tài)或是反平行 態(tài)，其代表不同的存儲值。對于存儲單元的每個存儲單元在此tl時間點上， 皆處在平行態(tài)或是反平行態(tài)。于是藉由控制開關(guān)晶體管以及連接的讀取字線 和讀取位線，來讀取總磁電阻值?？偞烹娮柚蹬c參考值比較后可以得知多位 存儲的數(shù)據(jù)。
在讀取后，自由層被旋轉(zhuǎn)的磁化向量需要回到原狀態(tài)，因此先停止Hb磁 場，再停止FU茲場。
如果寫入數(shù)據(jù)到存儲單元，其寫入操作方式與讀取操作方式不同。圖11 示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例，寫入操作流程示意圖。圖12示出了依據(jù)本發(fā)明 一實施例，要改變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)的操作波形418示意圖。圖13示出 了依據(jù)本發(fā)明一實施例，不要改變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)的操作波形420示 意圖。圖12與圖13的前階段相同，但是后階段不同。參閱圖ll所示。在步 驟SIOO，決定要寫入a到存儲單元的其一存儲單元。在步驟SllO，依照如圖 12或圖13的時間點t0與tl、進(jìn)行讀取的前段操作，在時間點tl讀出目前 所存儲的數(shù)據(jù)為b，其中S100與S110可同時進(jìn)行或顛倒。于是，要決定是 否a=b。如果&=\),則以讀的波形結(jié)束，即是波形420,其磁化向量沒有被反 轉(zhuǎn)，與讀的操作相同。反之，如果a^b，則以波形418結(jié)束，其磁化向量被 反轉(zhuǎn)。波形418在時間點tl后，先停止》茲場Hw后才停止磁場HB。也就是說繼 續(xù)將自由層的》茲化向量旋轉(zhuǎn)90度，達(dá)到反轉(zhuǎn)結(jié)果，其存儲的數(shù)據(jù)因此凈￡改變。
上述的操作波形是基本的波形。如果需要也可以預(yù)先施加負(fù)磁場以確保 操作的準(zhǔn)確度。另外，也可以采用傳統(tǒng)式加^茲場偏壓(bias field)以降低寫
入電流的設(shè)計。更，上述的波形是將自由層的磁化向量順時針方向旋轉(zhuǎn)。如 杲要將磁化向量反時針方向旋轉(zhuǎn)，可以藉由改變施加電流的方向以負(fù)方向的 磁場(-Hw, -Hb)的第三象限迸行操作，其機(jī)制仍相同。
雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí) 此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視本發(fā)明的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種磁性隨機(jī)存取存儲器，包括:至少一條第一方向?qū)懭腚娏骶€；多條第二方向?qū)懭腚娏骶€，實質(zhì)上與該第一方向?qū)懭腚娏骶€垂直交叉，形成有多個交叉區(qū)域；多個磁性存儲單元，分別位于這些交叉區(qū)域，依照時序接收一感應(yīng)磁場，其中，相鄰每至少二個該磁性存儲單元串聯(lián)或并聯(lián)連接，以構(gòu)成至少一存儲單元，其中，每一這些磁性存儲單元的一自由層的一易軸與一固定層的一磁化向量實質(zhì)上垂直，且該易軸與該第一方向?qū)懭腚娏骶€有約45度的一夾角；一讀取位線電路，連接到該存儲單元的一第一端點；以及一讀取字線電路，連接到該存儲單元的一第二端點。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該讀取位線電路更 包括一開關(guān)，與該第一端點連接，以將該存儲單元總和的一磁性電阻輸出。
3. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該讀取字線電路更 包括一開關(guān)，與該第二端點連接到一地電壓。
4. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該存儲單元的該第 一端點藉由該讀取位線電路耦接到外部的一讀出放大器，該第二端點藉由該 讀取字線電路耦接到 一地電壓。
5. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該存儲單元的每一 個這些磁性存儲單元各有一平行態(tài)磁性電阻與一反平行態(tài)磁性電阻，構(gòu)成多 位的該存儲單元。
6. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該存儲單元的這些 磁性存儲單元是并聯(lián)，且該讀取位線電路有多條讀取位線，分別連接于這些 磁性存儲單元的 一 電極層與該第 一端點之間。
7. 如權(quán)利要求1所迷的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該存儲單元的這些 石茲性存儲單元并聯(lián)，且有對應(yīng)的一條讀取位線以及一共享聯(lián):才幾，其中，該共 享聯(lián)機(jī)用以共同連接這些磁性存儲單元的多個電極層，該讀取位線連接于該 共享聯(lián)機(jī)與該第 一端點之間。
8. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該存儲單元的這些 磁性存儲單元是串聯(lián)。
9. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，每一條該寫入字線 有一行的這些-茲性存儲單元，每相鄰二個這些^t性存儲單元構(gòu)成該存儲單元， 藉由二個開關(guān)以連接到一第電壓與一讀出放大器。
10. 如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，每一該磁性存儲單元的該自由層是一人造反鐵磁結(jié)構(gòu)，包括 一第一鐵磁層，有一第一自由磁化向量；一第二鐵磁層，有一第二自由磁化向量，與該第一自由磁化向量以反平 行耦合；以及一耦合層，在該第 一鐵》茲層與該第二鐵石茲層之間。
11. 如權(quán)利要求IO所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，這些磁性存儲單 元的該第一自由磁化向量與第二自由磁化向量，依照操作的一旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng) 旋轉(zhuǎn)約90度后，與該固定層的該磁化向量產(chǎn)生反平行的一最小磁電阻或是平 行的一最大磁電阻，藉以存儲一位的數(shù)據(jù)。
12. —種磁性隨機(jī)存取存儲器的操作方法，用以操作權(quán)利要求l所述的 磁性隨機(jī)存取存儲器，包括施加一第一電流給該第一方向電流線，產(chǎn)生一第一階段的該感應(yīng)^f茲場； 施加一第二電流給該第二方向電流線，產(chǎn)生一第二階段的該感應(yīng)^f茲場；以及讀取該存儲單元的一總^磁電阻，以決定該存儲單元所存儲的一數(shù)據(jù)。
13. 如權(quán)利要求12所述的磁性隨機(jī)存取存儲器的操作方法，更包括 如果不改變該存儲單元所存儲的該數(shù)據(jù)，則依時序進(jìn)行 停止施加該第二電流給該第二方向電流線；以及停止施加該第 一 電流給該第 一 方向電流線。
14. 如權(quán)利要求12所述的磁性隨機(jī)存取存儲器的操作方法，更包括 如果要改變該存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)，則決定要改變數(shù)據(jù)的該存儲單元與不改變數(shù)據(jù)的該存儲單元；對于不改變數(shù)據(jù)的該存儲單元，在讀取該存儲單元的該總磁電阻后，依 時序進(jìn)行停止施加該第二電流給該第二方向電流線；以及 停止施加該第一電流給該第一方向電流線；以及 對于要改變數(shù)據(jù)的該存儲單元，在讀取該存儲單元的該總磁電阻后，依 時序進(jìn)行停止施加該第一電流給該第一方向電流線；以及 停止施加該第二電流給該第二方向電流線。
15. 如權(quán)利要求12所述的磁性隨機(jī)存取存儲器的操作方法，其中，施加 該第一電流給該第一方向電流線產(chǎn)生在正Y軸方向的^茲場，施加該第二電流 給該第二方向電流線產(chǎn)生在正X軸方向的磁場。
16. —種^f茲性隨機(jī)存取存儲器電路，包括 多條第一方向?qū)懭腚娏骶€；多條第二方向?qū)懭腚娏骶€，實質(zhì)上與這些第一方向?qū)懭腚娏骶€垂直交叉，形成有多個交叉區(qū)域；多個磁性存儲單元，分別位于這些交叉區(qū)域，其中，每一這些磁性存儲單元的一自由層的一易軸與一固定層的一磁化向量實質(zhì)上垂直，且該易軸與 該第一方向?qū)懭腚娏骶€有約45度的一夾角，其中，屬于相同的該第一方向?qū)?入電流線所驅(qū)動的相鄰每至少二個這些磁性存儲單元為一存儲單元構(gòu)成多條 存儲行；多個第一開關(guān)；多個讀出放大器，分別藉由這些第一開關(guān)連接到這些存儲行的這些存儲 單元；以及多個第二開關(guān)，分別連接這些存儲單元到一地電位。
17. 如權(quán)利要求16所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該存儲單元的這 些存磁性儲單元是并聯(lián)連接于對應(yīng)的該第一開關(guān)與該地電位之間。
18. 如權(quán)利要求16所述的磁性隨機(jī)存取存儲器，其中，該存儲單元的這 些存磁性儲單元是串聯(lián)連接到對應(yīng)的該第 一開關(guān)與該地電位之間。
19. 如權(quán)利要求16所述的磁性隨機(jī)存取存儲器電路，其中，每一這些讀 出放大器感應(yīng)所選擇到的該存儲單元的總磁性電阻，以決定該存儲單元所存 儲的數(shù)據(jù)。
20. 如權(quán)利要求16所述的磁性隨機(jī)存取存儲器電路，其中，藉由該第一 方向?qū)懭腚娏骶€與該第二方向?qū)懭腚娏骶€提供給被選擇的磁性存儲單元，以 轉(zhuǎn)動在該自由層中約反平行的一對,茲化向量的方向。
全文摘要
一種磁性隨機(jī)存取存儲器，包括至少一條第一方向?qū)懭腚娏骶€以及多條第二方向?qū)懭腚娏骶€，其實質(zhì)上與第一方向?qū)懭腚娏骶€垂直交叉，形成有多個交叉區(qū)域。多個磁性存儲單元，分別位于這些交叉區(qū)域，依照時序接收一感應(yīng)磁場。相鄰每至少二個磁性存儲單元是串聯(lián)或并聯(lián)連接，以構(gòu)成至少一存儲單元。每一個磁性存儲單元的一自由層的一易軸與一固定層的一磁化向量實質(zhì)上垂直，且易軸與第一方向?qū)懭腚娏骶€有約45度的一夾角。一讀取位線電路連接到存儲單元的一第一端點。一讀取字線電路連接到存儲單元的一第二端點。
文檔編號G11C16/06GK101377954SQ20071014244
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者李元仁, 洪建中, 王丁勇, 高明哲 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院