專利名稱：磁性存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到自由選擇存取型式的一種磁性存儲(chǔ)器(MRAM)，磁性存儲(chǔ)器具有由很多存儲(chǔ)器單元組成的存儲(chǔ)器單元區(qū)，存儲(chǔ)器單元是矩陣形狀地安排在由字線和讀出線(Senseleitung)的交叉點(diǎn)上的，并且存儲(chǔ)器單元的邏輯數(shù)據(jù)內(nèi)容是由一種磁性狀態(tài)定義的，具有從屬于字線的一個(gè)尋址電路，借助于此尋址電路在一個(gè)或多個(gè)被選定的，其數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)該被讀取的存儲(chǔ)器單元的字線上加上一個(gè)電壓，并且具有從屬于讀出線的計(jì)算電路，借助于此計(jì)算電路測(cè)定或計(jì)算與一個(gè)或多個(gè)被選定的存儲(chǔ)器單元數(shù)據(jù)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
在這種矩陣組織的磁性存儲(chǔ)器(MRAMs)中，數(shù)據(jù)信息是以磁化方向形式包括在安排在字線和讀出線交叉點(diǎn)上的磁性存儲(chǔ)器單元的一個(gè)信息載體層上。為了讀取一個(gè)存儲(chǔ)器單元，或者在讀出線上或者在字線(隨后的始終是字線)上加上一個(gè)讀取電壓，和經(jīng)過(guò)字線或讀出線，通過(guò)反應(yīng)存儲(chǔ)狀態(tài)的存儲(chǔ)器單元的阻抗而改變的信號(hào)，借助于從屬的字線放大電路或讀出線放大電路進(jìn)行計(jì)算。
在存儲(chǔ)器單元阻抗中的相對(duì)差別根據(jù)信息內(nèi)容(“1”或“0”)不同很典型地大約為20％，比較來(lái)說(shuō)這是一個(gè)很小的數(shù)值。阻礙確定阻抗差別的還有，所有其它的存儲(chǔ)器單元形成與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元平行路徑，并且這樣就形成了一個(gè)大的寄生阻抗，而寄生阻抗已經(jīng)在大約每個(gè)字線100個(gè)單元時(shí)成數(shù)量級(jí)地削弱應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元阻抗差別的效能，并且用這種方式不利地影響經(jīng)過(guò)讀出線采集的信號(hào)(讀出信號(hào)Sensesignal)，這個(gè)信號(hào)用下面的一個(gè)計(jì)算電路進(jìn)行分析。
在磁性存儲(chǔ)器單元上由于制造決定地而出現(xiàn)在一個(gè)批號(hào)內(nèi)的，一個(gè)晶片上的，和甚至一個(gè)單個(gè)的磁性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器單元區(qū)內(nèi)的存儲(chǔ)器單元絕對(duì)阻抗的波動(dòng)。其結(jié)果是，絕對(duì)的阻抗測(cè)量不提供用于確定應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)狀態(tài)的可用的估算。
一種至今已知的確定存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)內(nèi)容的進(jìn)行方式，如下所述存儲(chǔ)器單元通過(guò)激活所屬的字線和讀出線，并且在存儲(chǔ)器單元上加上一個(gè)讀取電壓，和計(jì)算存儲(chǔ)器單元的信號(hào)，而被讀取。這樣得到的測(cè)量-信號(hào)，例如是電容性地被緩沖存儲(chǔ)。隨后存儲(chǔ)器單元用一個(gè)已知的數(shù)值(“1”或“0”)新描述，又重新被讀取，并且將新的測(cè)量-信號(hào)與緩沖存儲(chǔ)的測(cè)量-信號(hào)相比較，以便這樣就可以求得真正的存儲(chǔ)狀態(tài)。在這里明顯的缺點(diǎn)是過(guò)程要分成多個(gè)步驟。
在一個(gè)其它的，以前已經(jīng)知道的規(guī)定中，使用位于存儲(chǔ)器單元內(nèi)的磁參考層。在這里再次可以在永磁的和變化的磁參考層之間作區(qū)分。由于在永磁的參考層中將出現(xiàn)與上述絕對(duì)阻抗的波動(dòng)同一個(gè)問(wèn)題，在這里不再進(jìn)一步分析。為了讀取一個(gè)存儲(chǔ)器單元，在磁參考層的磁性定向方面變化的磁參考層可以用通過(guò)字線或讀出線的一個(gè)電流，在一個(gè)定義的方向磁性定向(參考方向)。定向的方向改變，和從而絕對(duì)阻抗改變，在這種情況下替代絕對(duì)阻抗值被計(jì)算?？梢栽O(shè)置成與數(shù)據(jù)內(nèi)容相等的信息載體層的磁化方向，在這里保持不變，和相對(duì)軟磁化的參考層被反向磁化。也可以使用一種存儲(chǔ)器，在其中參考層是磁性比較硬的層和信息載體層被換向。
所有至今已知的方法和存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)是，存儲(chǔ)器單元的信息的讀取是通過(guò)依次進(jìn)行的過(guò)程進(jìn)行的，這意味著比較大的時(shí)間花費(fèi)。
提給本發(fā)明的任務(wù)是，提供一個(gè)磁性存儲(chǔ)器，在其中不會(huì)出現(xiàn)由于依次進(jìn)行的過(guò)程或由于方法決定的信息的重新寫入而引起的時(shí)間損失，并且此存儲(chǔ)器使得與制造條件決定的存儲(chǔ)器單元絕對(duì)阻抗波動(dòng)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)處理成為可能。
此任務(wù)是通過(guò)按照權(quán)利要求1的一個(gè)磁性存儲(chǔ)器解決的。即該存儲(chǔ)器是自由選擇存取型式(MRAM)的磁性存儲(chǔ)器，具有一個(gè)存儲(chǔ)器單元區(qū)，是由很多存儲(chǔ)器單元組成的，存儲(chǔ)器單元是矩陣形狀地安排在字線和讀出線交叉點(diǎn)上的，并且存儲(chǔ)器單元的邏輯數(shù)據(jù)內(nèi)容是由一個(gè)磁性狀態(tài)定義的，具有一個(gè)分配組字線的尋址電路，借助于尋址電路在一個(gè)或多個(gè)被選定的其數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)該被讀取的存儲(chǔ)器單元的字線上加上一個(gè)讀取電壓，并且具有分配給讀出線的一個(gè)計(jì)算電路，借助于計(jì)算電路測(cè)得或計(jì)算與被選定的一個(gè)或一些存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，計(jì)算電路具有一個(gè)比較電路，借助于比較電路由參考元件提供的參考信號(hào)與應(yīng)讀取的這個(gè)或這些存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)進(jìn)行比較。
按照本發(fā)明考慮了計(jì)算電路具有一個(gè)比較電路，借助于比較電路將參考元件提供的參考信號(hào)與被選定的一個(gè)或一些存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)相比較。
本發(fā)明建議，將讀取過(guò)程從晶片或批號(hào)的絕對(duì)阻抗波動(dòng)的影響中這樣解脫出來(lái)，即考慮了在存儲(chǔ)器芯片上構(gòu)成的一個(gè)參考元件。從而有可能讀取存儲(chǔ)器單元的信息，而絕對(duì)阻抗的巨大波動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生效果。達(dá)到這一點(diǎn)的辦法是用存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)和用參考元件的參考信號(hào)在比較電路中形成一個(gè)差信號(hào)。
適當(dāng)?shù)氖牵藭r(shí)比較電路是由一個(gè)差分放大器構(gòu)成的，一個(gè)電阻是從屬于差分放大器的，電阻的一端與差分放大器的一個(gè)輸入端和其另一端與輸出端相連的，并且是與差分放大器輸入端的電阻串聯(lián)連接的。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)異的發(fā)展中，字線和讀出線可以單個(gè)通過(guò)接地開(kāi)關(guān)與地連接。從而得出的優(yōu)點(diǎn)是，明顯地減少了由存儲(chǔ)器單元整體形成的大量的寄生元件，如果在信號(hào)測(cè)量時(shí)將不需要的字線和讀出線接地。
優(yōu)異的是可以將參考元件如此構(gòu)成的，將電特性或磁特性與存儲(chǔ)器單元的特性相匹配，并且必要時(shí)通過(guò)同一的特性改變可以調(diào)整到存儲(chǔ)器單元的特性上的，并且在此安排在存儲(chǔ)器單元區(qū)以外。優(yōu)異的是參考元件直接與參考放大器電路相連，參考放大器電路將參考元件的信號(hào)處理成為參考信號(hào)。
當(dāng)存儲(chǔ)器單元的磁特性或電特性在存儲(chǔ)器單元區(qū)內(nèi)波動(dòng)過(guò)大時(shí)，在本發(fā)明的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)中可以有利的是，將存儲(chǔ)器單元區(qū)分成為具有近似相同電特性或磁特性的連接在一起的存儲(chǔ)器單元的多個(gè)不同的單元區(qū)，并且一個(gè)自己的參考元件或參考信號(hào)是從屬于這些單元區(qū)的，這樣應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元和參考元件的讀出信號(hào)的差信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量保持不變。
為了與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元具有盡可能相同的磁特性或電特性，參考元件可以優(yōu)異地構(gòu)成為位于存儲(chǔ)器單元區(qū)內(nèi)的一個(gè)存儲(chǔ)器單元。按此優(yōu)異的是，將參考元件的讀出線與參考放大器電路相連。構(gòu)成為如此可自由選擇的空間可變的參考單元可以適當(dāng)?shù)剡@樣選擇，參考元件位于應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元的旁邊。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)異的實(shí)施例中，參考元件不位于相同的字線上而且也不位于相同的讀出線上，而是在被選定的存儲(chǔ)器單元相鄰的字線和/或讀出線上。在這種情況下合適的是將參考元件的字線與比較電路相連。
按照本發(fā)明的一個(gè)另外的優(yōu)異的實(shí)施例，安排了多個(gè)與應(yīng)被讀取的存儲(chǔ)器單元相鄰的參考元件，不與應(yīng)讀取的存儲(chǔ)器單元的字線重疊的參考元件的字線是，共同與比較電路相連的。按此在一個(gè)其它的實(shí)施形式中可以考慮，在參考元件的讀出線上加上與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元的字線不同的電平。
適當(dāng)?shù)厝缦陆⒋鎯?chǔ)器單元區(qū)的存儲(chǔ)器單元將字線安排在一個(gè)基片上，在字線上安排了一個(gè)第一個(gè)磁性材料層，一個(gè)磁性隧道勢(shì)壘層和一個(gè)第二個(gè)磁性材料層，在這些層上與字線交叉地安排了讀出線。層系統(tǒng)的磁導(dǎo)是與由第一個(gè)和第二個(gè)磁性材料層構(gòu)成的兩個(gè)金屬電極的費(fèi)米能級(jí)上的能級(jí)密度成正比的。電極是磁性的，因此電流經(jīng)過(guò)隧道勢(shì)壘時(shí)分成兩個(gè)自旋溝道，此時(shí)這些溝道的自旋方向是依據(jù)不同類型磁層的磁化指向的，此磁層在磁性上比另外的磁層硬。在自旋溝道其中各自之一的隧道電流與在勢(shì)壘兩邊的能級(jí)密度在這個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上是成正比的。如果比較軟的層的磁化方向針對(duì)比較硬的層變化，兩個(gè)自旋溝道的比較軟的層的能量級(jí)密度同時(shí)改變。其后果是通過(guò)勢(shì)壘總電流也改變。
用同樣適當(dāng)?shù)姆椒ù鎯?chǔ)器單元也可以由層序列建立的，而層序列是由一種第一類型的磁層，脫耦層，一種第二類型的磁層和又是脫耦層和很多這樣的安排構(gòu)成的，此安排的層序列是安排在相互交叉的讀出線和字線之間的。通過(guò)磁化方向的，例如第一類型的磁層相對(duì)于第二類型的磁層的旋轉(zhuǎn)，層序列堆的電阻變化。在第一和第二類型磁層的一個(gè)平行的磁化和一個(gè)反平行的定向之間的電阻差可以因此通過(guò)一個(gè)電阻差代表比特狀態(tài)。
本發(fā)明的適當(dāng)?shù)倪M(jìn)一步結(jié)構(gòu)由從屬權(quán)利要求得出。
以下本發(fā)明借助于多個(gè)，在附圖中表示的實(shí)施例進(jìn)一步敘述。附圖表示附

圖1穿過(guò)具有相互交叉讀出線和字線的磁性存儲(chǔ)器的一個(gè)截面簡(jiǎn)圖；附圖2穿過(guò)CPP-元件的一個(gè)截面簡(jiǎn)圖；附圖3具有計(jì)算電路原理接線圖的磁性存儲(chǔ)器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；附圖4信號(hào)形成的重要元件的接線簡(jiǎn)附圖5具有位于存儲(chǔ)器單元區(qū)以外的參考元件的計(jì)算電路的磁性存儲(chǔ)器的接線簡(jiǎn)圖；附圖6具有計(jì)算電路的磁性存儲(chǔ)器的接線簡(jiǎn)圖，此計(jì)算電路具有在存儲(chǔ)器單元區(qū)之外的參考元件，此存儲(chǔ)器單元區(qū)具有組合在區(qū)中的磁性存儲(chǔ)器單元；附圖7具有經(jīng)過(guò)讀出線測(cè)量參考信號(hào)的，位于存儲(chǔ)器單元區(qū)外面的參考元件的計(jì)算電路的磁性存儲(chǔ)器的一個(gè)接線簡(jiǎn)圖；附圖8具有經(jīng)過(guò)字線測(cè)量參考信號(hào)的，位于存儲(chǔ)器單元區(qū)以內(nèi)的參考單元的計(jì)算電路的磁性存儲(chǔ)器的一個(gè)接線簡(jiǎn)圖；附圖9具有計(jì)算電路原理接線圖的磁性存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，計(jì)算電路經(jīng)過(guò)字線測(cè)定參考信號(hào)；附圖10在一個(gè)參考單元的輔助下，形成信號(hào)的重要元件的接線簡(jiǎn)圖；附圖11具有在存儲(chǔ)器單元區(qū)內(nèi)的參考單元的計(jì)算電路，經(jīng)過(guò)與一個(gè)開(kāi)關(guān)連接的字導(dǎo)線用來(lái)測(cè)定參考信號(hào)的磁性存儲(chǔ)器的一個(gè)接線簡(jiǎn)圖；附圖12具有在存儲(chǔ)器單元區(qū)內(nèi)計(jì)算電路和多個(gè)參考單元的，經(jīng)過(guò)字線用來(lái)測(cè)定參考信號(hào)的磁性存儲(chǔ)器的一個(gè)接線簡(jiǎn)圖，在附圖1表示了通過(guò)具有存儲(chǔ)器單元1的磁性存儲(chǔ)器的一個(gè)截面圖。在一個(gè)基片2上安排了讀出線4，在其上在此之上，安排了垂直于讀出線4布置的字線3。在字線和讀出線3和4之間的交叉點(diǎn)上安排了一個(gè)層序列，而層序列是磁性材料7的由一個(gè)第一層，一個(gè)隧道勢(shì)壘層6和一個(gè)第二磁層5，而這些層形成了存儲(chǔ)器單元1。兩個(gè)磁層5和7，一個(gè)用作為信息存儲(chǔ)和另外的用作為參考層。以下假設(shè)磁層7是信息載體層和磁層5是參考層，參考層是由比信息載體層7磁性較軟的材料構(gòu)成的。為了寫入或讀出存儲(chǔ)器單元1，在相應(yīng)的字線3上加上一個(gè)電壓和從屬的讀出線4至少是虛擬接地的。為了讀取存儲(chǔ)器單元，在這里可以將參考層5的磁化方向有目的地改變，以便得到信息載體層7的磁性狀態(tài)。
層系統(tǒng)的磁導(dǎo)是與由第一和第二磁性材料層(5和7)構(gòu)成的兩個(gè)金屬電極的費(fèi)米能級(jí)上的能量級(jí)密度成正比的，金屬電極之一是與字線(3)和其它的與讀出線4相連的。電極是磁性的，從而電流通過(guò)隧道勢(shì)壘層6分成兩個(gè)自旋溝道，此時(shí)這些隧道的自旋方向是按照不同類型(5或7)的磁層的磁化，這個(gè)磁層在磁性上比另外的硬。此時(shí)在自旋溝道各自之一上的隧道電流是與在此自旋方向上的勢(shì)壘兩邊的能量級(jí)密度成正比的。如果比較軟的層的磁化方向針對(duì)比較硬的改變，則兩個(gè)自旋溝道的比較軟的層的能量級(jí)密度也同時(shí)改變。其后果是通過(guò)勢(shì)壘改變總電流。
附圖2表示了通過(guò)磁性存儲(chǔ)器單元1的另外發(fā)展的一個(gè)橫截面，是以一個(gè)層序列堆的形式，層序列堆是由一個(gè)第一類型8的磁層，脫耦層9，一個(gè)第二類型10的磁層和又是脫耦層8，和很多這樣的安排組成的。形成為磁性存儲(chǔ)器單元1的層序列堆是安排在相互交叉的讀出線4和垂直于讀出線4分布的字線3之間的。
在附圖3上表示的一個(gè)矩陣形狀的磁性存儲(chǔ)器的接線簡(jiǎn)圖，表示了安排在字線3(數(shù)目M)和讀出線4(數(shù)目N)交叉點(diǎn)上的存儲(chǔ)器單元1。讀出線4是各自經(jīng)過(guò)寫入電流開(kāi)關(guān)13A與寫入電源13，以及經(jīng)過(guò)讀取開(kāi)關(guān)12B與讀出線放大器電路12相連的。為了讀取存儲(chǔ)器單元1在字線3上加上一個(gè)電壓。例如當(dāng)應(yīng)該讀取存儲(chǔ)器單元1A時(shí)，而存儲(chǔ)器單元1A是直接被存儲(chǔ)器單元1B，1C和1D包圍著的，則在字線3A上加上一個(gè)讀取電壓V，打開(kāi)寫入電流開(kāi)關(guān)13A，和閉合讀取開(kāi)關(guān)12B。自己調(diào)整的信號(hào)電流Is經(jīng)過(guò)應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的讀出線4A借助于讀出線放大電路12進(jìn)行計(jì)算，而讀出線放大電路12的輸入端12C是虛擬接地的。電流-電壓變換器12A在此用作為將信號(hào)電流Is轉(zhuǎn)換為應(yīng)檢測(cè)的信號(hào)ΔV的變換器，而信號(hào)電流由于存儲(chǔ)器單元1A在其兩種信息狀態(tài)(“1”和“0”)時(shí)的阻抗差ΔR/R承載著一個(gè)信息。缺點(diǎn)是，其它的存儲(chǔ)器單元1形成了通向應(yīng)讀取的存儲(chǔ)器單元1A的平行路徑。當(dāng)輸入端12C不是虛擬接地時(shí)，而是經(jīng)過(guò)一個(gè)阻抗耦合時(shí)，則其它的存儲(chǔ)器單元1的平行路徑總的相加為寄生的總阻抗Zp，總阻抗是按照下列公式計(jì)算的Zp=(N+M-1)(M-1)(N-1)R≈1M-1R;]]>此時(shí)N＞＞M(其中R表示一個(gè)單個(gè)的存儲(chǔ)器單元1的阻抗)。對(duì)于應(yīng)檢測(cè)的信號(hào)ΔV則意味著，信號(hào)擺幅相對(duì)于單個(gè)的絕緣的存儲(chǔ)器單元，按照下述公式減少至少數(shù)量級(jí)為(大約系數(shù)為104)，如果假設(shè)每個(gè)字線只有大約100個(gè)單元時(shí)。ΔV=11+M-1M·ΔRR·ΔR/RM·R·ILESEM≤ΔR/RM·R·ILESEM]]>其中ILESE為I讀取。
用M時(shí)則需要的功率更大，以便使元件1A在讀取過(guò)程時(shí)變換程序，則按照公式增加用M時(shí)為了對(duì)讀取過(guò)程重新編程，單元1A所需的功率則按公式ELESE=(MΔVΔR/R)2·MR·Δt]]>其中ELESE為E讀取。
更強(qiáng)地增加，使得當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間為10ns時(shí)，對(duì)于100個(gè)字線，R＝105Ω，ΔR/R＝20％ΔV＝50mV在存儲(chǔ)器單元中每個(gè)讀取過(guò)程損耗大約5nJ，這對(duì)使用來(lái)說(shuō)過(guò)高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
通過(guò)將應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的讀出線4A虛擬接地，和所有不需要的讀出線4經(jīng)過(guò)接地開(kāi)關(guān)接地，則形成寄生阻抗網(wǎng)絡(luò)和從而形成總阻抗的主要元件的數(shù)量明顯減少。在這種情況下E讀取只還與M成正比，而不是與M的三次方成正比。
在附圖4上簡(jiǎn)化表示了寄生網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)接線簡(jiǎn)圖，在經(jīng)過(guò)接地開(kāi)關(guān)14將不需要的讀出線4接地的條件下。讀出線4A的接地開(kāi)關(guān)14A是打開(kāi)的。在此得出的并聯(lián)-和串聯(lián)電路的寄生網(wǎng)絡(luò)22和23如下組合在一起網(wǎng)絡(luò)22是由字線3A的M-1個(gè)存儲(chǔ)器單元阻抗的一個(gè)并聯(lián)電路(表示了兩個(gè)元件)組成的，總網(wǎng)絡(luò)23出現(xiàn)(N-1)次，此時(shí)子網(wǎng)絡(luò)24各自由M-1個(gè)存儲(chǔ)器單元阻抗的一個(gè)并聯(lián)電路組成的(表示了兩個(gè)元件)。通向讀出線放大器電路12的輸入端12C是虛擬接地的。因此輸出信號(hào)ΔV主要由電流-電壓變換器12A的阻抗Ru和應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的阻抗Rs和阻抗的變化ΔRs按照公式ΔV=RURS·ΔRSRS·V]]>決定的。
因?yàn)榇鎯?chǔ)器單元絕對(duì)阻抗Rs的由磁性存儲(chǔ)器的制造過(guò)程引起的變動(dòng)，絕對(duì)地確定阻抗對(duì)于確定應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的存儲(chǔ)狀態(tài)不是可使用的方法。
確定應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的存儲(chǔ)狀態(tài)的一個(gè)方法，可以是下面的進(jìn)行方法。通過(guò)在字線3A上加上一個(gè)讀取電壓V，測(cè)量應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的阻抗，將結(jié)果緩沖存儲(chǔ)，將存儲(chǔ)器單元1A重新編程到一個(gè)定義的存儲(chǔ)狀態(tài)上，和將重新測(cè)量存儲(chǔ)器單元1A的阻抗以后得到的結(jié)果與以前的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到了數(shù)據(jù)狀態(tài)。但是這種方法的缺點(diǎn)是，信息在讀取以后必須重新寫入，和讀取過(guò)程分成為單個(gè)的依次應(yīng)先后處理的步驟。信息重新寫入是不必要的，如果存儲(chǔ)器單元是由所謂的硬-軟系統(tǒng)組成的，在此系統(tǒng)上使用的磁參考層在磁性上軟于信息載體層，因?yàn)樵谶@種情況下磁參考層在其磁化方向上變化了。
在附圖5上表示了磁性存儲(chǔ)器的接線簡(jiǎn)圖，磁性存儲(chǔ)器具有位于存儲(chǔ)器單元區(qū)11以外的，一個(gè)附加的參考單元17和具有一個(gè)從屬的參考放大器電路18，和具有一個(gè)比較電路16，比較電路將參考放大器電路18的信號(hào)與讀出線放大器電路12的信號(hào)進(jìn)行比較。參考單元17的電特性或磁特性是與存儲(chǔ)器單元1的電特性或磁特性相匹配的。這可以通過(guò)改變參考單元本身(例如元件的面積)或由一個(gè)從屬的電阻網(wǎng)絡(luò)的匹配，或由參考放大器電路18的阻抗18A的匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于讀取過(guò)程經(jīng)字線3A給應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A，加上一個(gè)讀取電壓V。自己調(diào)整的信號(hào)電流經(jīng)過(guò)讀出線4A進(jìn)行采集和通過(guò)讀出線放大器電路12進(jìn)行計(jì)算。這樣得到的讀出信號(hào)Vs與參考放大器電路18的參考信號(hào)Vr借助于比較電路16進(jìn)行計(jì)算，比較電路提供來(lái)自Vs和Vr的信號(hào)差，以下被稱為測(cè)量-信號(hào)Vm。這種電路的基本思路是，存儲(chǔ)器單元1的特性通過(guò)存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)Vs與對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器單元的電特性或磁特性的一個(gè)信號(hào)構(gòu)成差值，在借助比較電路16的計(jì)算時(shí)消除了，使得只有存儲(chǔ)器單元的磁化狀態(tài)決定阻抗測(cè)量的結(jié)果。從而在理想情況下，避免了由制造條件決定的存儲(chǔ)器單元從批到批的存儲(chǔ)器單元的，或者甚至一個(gè)晶片的全部存儲(chǔ)器之間由制造決定的絕對(duì)阻抗波動(dòng)的干擾性影響。
在附圖6上可以看到本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施形式。將阻抗特性相似的存儲(chǔ)器單元組合成單元區(qū)19，自有的讀取電壓Vi從屬于這些單元區(qū)19，或者將讀出線放大器電路12的阻抗12A和/或?qū)膶儆趨⒖挤糯笃麟娐?8的阻抗18A與這些單元區(qū)相匹配，或者在參考元件17上加上不同的電壓Vg，使得，測(cè)量信號(hào)Vm近似地沒(méi)有存儲(chǔ)器單元1的電特性或磁特性的干擾性影響。對(duì)此適當(dāng)?shù)鼐哂袕膶賲⒖荚?7的參考放大器電路18也是可多重存在的。為了定義單元區(qū)19和進(jìn)行參考特性的調(diào)整必須對(duì)磁性存儲(chǔ)器進(jìn)行測(cè)量。在此對(duì)于磁性存儲(chǔ)器的要克服的離散度設(shè)置了界限。
附圖7表示了本發(fā)明的一個(gè)其它的變型，在這里考慮了，參考元件是由放到存儲(chǔ)器單元區(qū)11內(nèi)的一個(gè)參考單元1R構(gòu)成的。參考單元1R的信號(hào)，在這里此信號(hào)合理地是由與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A相鄰的存儲(chǔ)器單元構(gòu)成的，經(jīng)過(guò)讀出線4B輸入給參考放大器電路18。參考單元1R是通過(guò)應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的字線3A加上讀取電壓V。在比較測(cè)量信號(hào)Vs和Vr時(shí)在此出現(xiàn)問(wèn)題，即比較電路16的初始信號(hào)Vm為零，如果應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A和參考單元1R具有相同的存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)，也就是說(shuō)，存儲(chǔ)器單元1A的一個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)不可能單義地從屬于電壓Vm。
在附圖8的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)異的實(shí)施中，現(xiàn)在不再位于應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A相同的字線3A上的參考單元1R的信號(hào)經(jīng)過(guò)字線3B輸入給參考放大器電路18。存儲(chǔ)器單元1E在這里代表參考單元1R的當(dāng)量元件。為了確定存儲(chǔ)狀態(tài)，在參考單元1R位于其上的讀出線4B上和在應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的字線3A上加上一個(gè)讀取電壓V。
在附圖9上表示了具有集成構(gòu)造的參考單元1R的一個(gè)磁性存儲(chǔ)器的接線簡(jiǎn)圖。存儲(chǔ)器單元1D，1B和1R在此直接與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A相鄰。所有不參與測(cè)量的讀出線4和字線3經(jīng)過(guò)閉合的接地開(kāi)關(guān)14接地(14A至14D是斷開(kāi)的)。在字線3A和讀出線4B上加上讀取電壓V。應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的信號(hào)經(jīng)過(guò)讀出線4A傳導(dǎo)到由讀取開(kāi)關(guān)12B接通的讀出線放大器電路12上，此讀出線放大器電路12在輸出端上準(zhǔn)備好讀出信號(hào)Vs。參考單元1R的信號(hào)經(jīng)過(guò)字線3B和參考開(kāi)關(guān)18B傳導(dǎo)到參考放大器電路18，和處理成參考信號(hào)Vr。比較電路16將兩個(gè)信號(hào)Vr和Vs繼續(xù)處理成測(cè)量信號(hào)Vm。
在應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的讀出線4A上的存儲(chǔ)器單元1B朝兩端方向通過(guò)參考放大器電路18的輸入端和讀出線放大器電路12的輸入端虛擬接地，并且因而不會(huì)對(duì)參考單元1R的信號(hào)有不利的影響。存儲(chǔ)器單元1D朝兩端方向上用在字線3A上和在讀出線4B上的讀取電壓V相連的和因而對(duì)測(cè)量信號(hào)Vm不會(huì)帶來(lái)不利的影響。
在附圖10上簡(jiǎn)化表示了，在不需要的讀出線4和字線3經(jīng)過(guò)接地開(kāi)關(guān)14接地的條件下，寄生阻抗1F出現(xiàn)了(N-2)次(在附圖中只表示了兩個(gè))和寄生阻抗1G出現(xiàn)了(M-2)次(在附圖中只表示了兩個(gè))作為并聯(lián)電路。如已經(jīng)敘述過(guò)的，朝兩個(gè)方向用讀取電壓V連接的存儲(chǔ)器單元1D不會(huì)影響信號(hào)。同樣朝兩端方向上經(jīng)過(guò)參考放大器電路18和讀出線放大器電路12的輸入端虛擬接地的存儲(chǔ)器單元1B也不會(huì)影響。從電路上可看出來(lái)，參考信號(hào)Vr幾乎只取決于參考單元1R的阻抗。
沒(méi)有磁參考層5參與的一個(gè)靜態(tài)測(cè)量，在此測(cè)量時(shí)比較存儲(chǔ)器單元和參考單元兩個(gè)信號(hào)，此測(cè)量的缺點(diǎn)是，當(dāng)各信息載體層7的磁化方向相同時(shí)，即存儲(chǔ)器單元的磁化狀態(tài)相同時(shí)，不可能區(qū)分，是否兩個(gè)單元邏輯上載著的是1還是0。
在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，將存儲(chǔ)器單元和/或參考單元的存儲(chǔ)內(nèi)容在測(cè)量信號(hào)Vm一個(gè)第一測(cè)量(開(kāi)始)以后改寫，以便得到一個(gè)定義狀態(tài)，和在一個(gè)第二測(cè)量時(shí)得到測(cè)量信號(hào)Vm(結(jié)束)。然后將存儲(chǔ)狀態(tài)通過(guò)以下表格描述。
如果將信號(hào)變化ΔVm包括在信號(hào)計(jì)算中，則得出只有正符號(hào)的信號(hào)(Vm(結(jié)束)和在下列表格中的ΔVm)，和不需要帶有在存儲(chǔ)器單元和/或參考單元的轉(zhuǎn)換磁性以前的符號(hào)確定的求取信號(hào)，這導(dǎo)致了讀取速度略有加快
缺點(diǎn)是有必要依次相繼地求取存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)。
例如按照上述方式和方法已確定了存儲(chǔ)器單元和參考單元的存儲(chǔ)狀態(tài)以后，為確定存儲(chǔ)內(nèi)容曾需要參考單元的信號(hào)Vr，通過(guò)信號(hào)Vr的存儲(chǔ)和在考慮參考單元的已知的存儲(chǔ)狀態(tài)的條件下，可以用比較用的這些信息可以進(jìn)行任何其它的讀取過(guò)程。如果在存儲(chǔ)芯片的均勻性允許這一點(diǎn)時(shí)，甚至一個(gè)一次性的確定參考單元的參考信號(hào)Vs和參考單元的存儲(chǔ)狀態(tài)，對(duì)于所有其它的讀取過(guò)程可能就足夠了，這相當(dāng)于一個(gè)快速和靜態(tài)的讀取。
在存儲(chǔ)器單元1A和參考單元1R的信號(hào)相同時(shí)，也可以借助于磁參考層5進(jìn)行確定，并不必須在轉(zhuǎn)換磁性以前和以后記錄測(cè)量信號(hào)Vm。
在這樣一種動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，通過(guò)使讀出電流Ir流過(guò)參考單元IR的讀出線4B使參考單元1R的磁參考層5換向，其磁性明顯地軟于信息載體層7。此時(shí)磁參考層5的磁性方向?qū)?zhǔn)垂直于參考單元1R信息載體層7的磁化方向和垂直于流過(guò)讀出線4B的讀出線電流Ir。從而參考單元1R的阻抗與在參考單元1R中存儲(chǔ)的信息無(wú)關(guān)，也即反映出存儲(chǔ)器單元1的電特性和磁特性與存儲(chǔ)在參考單元中的信息無(wú)關(guān)，并且Vm的符號(hào)單義地確定應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A的信息內(nèi)容。在此假設(shè)，信息載體層的磁化方向平行于讀出線分布，也可以想象，磁化方向是垂直于讀出線分布的，然后當(dāng)然為了存儲(chǔ)器單元的編程，磁參考層的“換向區(qū)”必須由字線來(lái)建立。
通過(guò)這種進(jìn)行方法，存儲(chǔ)器單元在確定了存儲(chǔ)狀態(tài)以后不必重新寫入，或進(jìn)入一個(gè)定義的狀態(tài)，這意味著時(shí)間上的很大節(jié)約。
在附圖11上為了清楚起見(jiàn)，畫(huà)上了通過(guò)參考單元1R讀出線4B的傳感電流Ir。在被表示的例子中，一次地安排了參考放大器電路18，并且參考單元1R的各自字線3是通過(guò)激活開(kāi)關(guān)20與參考放大器電路18相連的。
在附圖12上表示了本發(fā)明的一個(gè)另外的實(shí)施結(jié)構(gòu)。在被表示的應(yīng)用中現(xiàn)在為了平衡在存儲(chǔ)器單元區(qū)11之內(nèi)的存儲(chǔ)器單元1的阻抗中的很大的側(cè)面陡度，對(duì)不同參考單元1H的多個(gè)信號(hào)取平均值。對(duì)與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元1A對(duì)稱和相鄰安置的參考單元1H經(jīng)過(guò)讀出線4B和4C，通過(guò)讀出線電流開(kāi)關(guān)21加上一個(gè)讀出線電流Ir，從而將參考單元1H的磁參考層5帶入中性的磁化方向。在此實(shí)例中為四個(gè)參考單元1H的信號(hào)由字線3B和3C經(jīng)過(guò)激活開(kāi)關(guān)20輸入到參考放大器電路18上。參考放大器電路18在此是這樣匹配的，使得參考信號(hào)Vr位于正確的電平上。
權(quán)利要求
1. 自由選擇存取型式(MRAM)的磁性存儲(chǔ)器，具有一個(gè)存儲(chǔ)器單元區(qū)(11)，是由很多存儲(chǔ)器單元(1)組成的，存儲(chǔ)器單元是矩陣形狀地安排在字線(3)和讀出線(4)交叉點(diǎn)上的，并且存儲(chǔ)器單元的邏輯數(shù)據(jù)內(nèi)容是由一個(gè)磁性狀態(tài)定義的，具有一個(gè)分配給字線(3)的尋址電路，借助于尋址電路在一個(gè)或多個(gè)被選定的其數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)該被讀取的存儲(chǔ)器單元(1)的字線(3)上加上一個(gè)讀取電壓(V)，并且具有分配給讀出線(4)的一個(gè)計(jì)算電路，借助于計(jì)算電路測(cè)得或計(jì)算與被選定的一個(gè)或一些存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，其特征為，計(jì)算電路具有一個(gè)比較電路(16)，借助于比較電路由參考元件提供的參考信號(hào)(Vr)與應(yīng)讀取的這個(gè)或這些存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)(Vs)進(jìn)行比較。
2.按照權(quán)利要求1的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，安排了開(kāi)關(guān)(14)，通過(guò)這些開(kāi)關(guān)字線(3)和讀出線(4)可以單獨(dú)地與機(jī)殼相連接。
3.按照權(quán)利要求1至2之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，被選定的這個(gè)或這些存儲(chǔ)器單元和參考單元至少在一端是虛擬接地的。
4.按照權(quán)利要求1至3之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，比較電路(16)提供來(lái)自讀出信號(hào)(Vs)和參考信號(hào)(Vr)的一個(gè)差信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求1至4之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考元件的電特性或磁特性是與存儲(chǔ)器單元(1)的電特性或磁特性相匹配的。
6.按照權(quán)利要求1至5之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考元件(17)是安排在存儲(chǔ)器單元區(qū)(11)以外的，并且參考元件的電特性或磁特性是可以調(diào)整變化的。
7.按照權(quán)利要求1至6之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考元件(17)是與一個(gè)參考放大器電路(18)相連的。
8.按照權(quán)利要求1至7之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，存儲(chǔ)器單元區(qū)是劃分成為具有近似相同電特性或磁特性的相關(guān)連的存儲(chǔ)器單元的多個(gè)不同的單元區(qū)(19)的，并且一個(gè)匹配的參考信號(hào)或一個(gè)自己的參考元件是從屬于每個(gè)元件區(qū)的。
9.按照權(quán)利要求1至5之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考元件是由存儲(chǔ)器單元區(qū)的一個(gè)存儲(chǔ)器單元(1)(參考單元)構(gòu)成的。
10.按照權(quán)利要求9的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考單元(1R)的信號(hào)是經(jīng)過(guò)讀出線(4)與參考放大器電路(18)相連的。
11.按照權(quán)利要求9至10之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，由存儲(chǔ)器單元區(qū)的一個(gè)存儲(chǔ)器單元構(gòu)成的參考元件(1R)位于應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元(1A)的相鄰字線(3)和/或讀出線(4)上。
12.按照權(quán)利要求9和11之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考單元(1R)的字線(3)是與參考放大器電路(18)相連的。
13.按照權(quán)利要求12的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，安排了，與與讀取存儲(chǔ)器單元(1A)相鄰布置的多個(gè)參考單元。
14.按照權(quán)利要求13的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考單元是共同與參考放大器電路(18)相連的。
15.按照權(quán)利要求13至14之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，參考單元是可以加上與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元那樣的另外的電平的。
16.按照權(quán)利要求1至15之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，比較電路(16)是由一個(gè)差分放大器(16A)構(gòu)成的，一個(gè)電阻(16B)是從屬于差分放大器的，電阻的其中一端是與差分放大器(16A)的輸入端和電阻的另一端是與差分放大器(16A)的輸出端相連的，并且電阻是與差分放大器的輸入端串聯(lián)的。
17.按照權(quán)利要求1至16之一的磁性存儲(chǔ)器，其特征為，一方面用于將參考元件(17)或?qū)⒖紗卧?1R)的信號(hào)處理成為參考信號(hào)(Vr)的參考放大器電路(18)和另一方面讀出線放大器電路(12)是串聯(lián)在比較電路(16)上的，而讀出線放大電路將應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元(1A)的信號(hào)處理成為讀出信號(hào)(Vs)。
18.磁性存儲(chǔ)器單元，其特征為，字線(4)是安排在一個(gè)基片(2)上的，在這些字線上安排了一個(gè)第一磁性材料(5)的，一個(gè)磁性隧道勢(shì)壘(6)的和一個(gè)第二磁性材料(7)的層，在這些層上與字線交叉地安排的是讀出線(4)。
19.按照權(quán)利要求18的磁性存儲(chǔ)器單元，其特征為，第一磁性材料在磁性上比第二層磁性材料軟。
20.按照權(quán)利要求18或19的磁性存儲(chǔ)器單元，其特征為，第一類型(8)的磁層形成為一個(gè)磁參考層，和第二類型的磁層(10)形成為一個(gè)信息載體層。
21.磁性存儲(chǔ)器單元，其特征為，存儲(chǔ)器單元是通過(guò)一個(gè)第一類型(8)的磁層的，脫耦層(9)的，一個(gè)第二類型(10)的磁層和脫耦層的，和多層的這種安排的層序列構(gòu)成的，這些層序列是安排在，互相交叉的讀出線(4)和字線(3)之間的。
22.按照權(quán)利要求21的磁性存儲(chǔ)器單元，其特征為，第一類型(8)的磁層在磁性上比第二類型(10)的磁層軟。
23.按照權(quán)利要求21或22的磁性存儲(chǔ)器單元，其特征為，第一類型(8)的磁層形成為磁參考層和第二類型(10)的磁層形成為信息載體層。
24.自由選擇存取型式(MRAM)的具有一個(gè)存儲(chǔ)器單元區(qū)(11)的磁性存儲(chǔ)器單元的讀取方法，存儲(chǔ)器單元區(qū)是由很多存儲(chǔ)器單元(1)組成的，這些存儲(chǔ)器單元是矩陣形狀地安放在字導(dǎo)線(3)和讀出線(4)的交叉點(diǎn)上的，并且其邏輯數(shù)據(jù)內(nèi)容是由一種磁性狀態(tài)定義的，具有從屬于字線(3)的一個(gè)尋址電路，借助于此尋址電路在一個(gè)或多個(gè)被選定的存儲(chǔ)器單元(1)的字線(3)上加上一個(gè)讀取電壓(V)，而被選定的存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)該被讀取，和具有從屬于讀出線(4)的一個(gè)計(jì)算電路，借助于計(jì)算電路求得或計(jì)算與被選定的這個(gè)或這些存儲(chǔ)器單元數(shù)據(jù)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，其特征為，將參考元件提供的參考信號(hào)(Vr)與應(yīng)讀取的這個(gè)或這些存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)(Vs)進(jìn)行比較。
25.按照權(quán)利要求24的方法，其特征為，存儲(chǔ)參考元件的參考信號(hào)(Vr)，并且在進(jìn)一步的確定存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)內(nèi)容時(shí)，將用于比較的存儲(chǔ)的參考信號(hào)與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)進(jìn)行比較。
26.按照權(quán)利要求24或25的方法，其特征為，對(duì)多個(gè)安排在與這個(gè)/這些應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元相鄰的參考元件的信號(hào)進(jìn)行算。
27.按照權(quán)利要求26的方法，其特征為，多個(gè)參考元件的信號(hào)共同通過(guò)一個(gè)參考放大器電路(18)進(jìn)行計(jì)算。
28.按照權(quán)利要求26至27之一的方法，其特征為，在參考單元上加上如同應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元的另外的電平。
29.按照權(quán)利要求24至28之一的方法，其特征為，一個(gè)/這些參考元件是由一個(gè)磁參考層的，一個(gè)隧道勢(shì)壘和一個(gè)信息載體層的一個(gè)層序列或由磁參考層的，脫耦層的，信息載體層和脫耦層的，和一個(gè)多層的這樣的安排的一個(gè)層序列建立的，當(dāng)將參考信號(hào)(Vr)與讀出信號(hào)(Vs)進(jìn)行比較時(shí)，使構(gòu)成為存儲(chǔ)器單元的一個(gè)/這些參考元件的磁參考層的磁化方向指向垂直于信息載體層的磁化方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及自由選擇存取型磁性存儲(chǔ)器,它有一個(gè)由很多存儲(chǔ)器單元組成的存儲(chǔ)器單元區(qū),而存儲(chǔ)器單元是矩陣式安排在字線和讀出線交叉點(diǎn)上的,并且其邏輯數(shù)據(jù)內(nèi)容由磁性狀態(tài)定義,具有從屬于字線的尋址電路,借助此電路在被選定的存儲(chǔ)器單元的字線上加上一讀取電壓,而被選定的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)被讀取,并且具有一個(gè)從屬于讀出線的計(jì)算電路,借助此電路測(cè)定或計(jì)算與被選定存儲(chǔ)器單元數(shù)據(jù)內(nèi)容相應(yīng)的信號(hào),此時(shí)計(jì)算電路具有一個(gè)比較電路,借助此電路將參考元件提供的參考信號(hào)與應(yīng)讀取存儲(chǔ)器單元的讀出信號(hào)比較。
文檔編號(hào)G11C11/16GK1254929SQ9912447
公開(kāi)日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月19日
發(fā)明者H·范登伯格 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司