[發(fā)明專利]具有短讀出時(shí)間的存儲(chǔ)設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 02126952.1
• 申請(qǐng)日: 2002-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1399276A
• 公開(kāi)（公告）日: 2003-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·T·特蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 惠普公司
• 主分類號(hào): G11C11/15
• 分類號(hào): G11C11/15;G11C7/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳立明,王勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域涉及電阻式交叉點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是有短讀出時(shí)間的存儲(chǔ)設(shè)備。

背景技術(shù)

磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“MRAM”)是推薦的非易失存儲(chǔ)器類型。從MRAM設(shè)備訪問(wèn)數(shù)據(jù)比從常規(guī)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)設(shè)備，例如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，訪問(wèn)數(shù)據(jù)要快得多。另外，MRAM是緊湊的，消耗的能量也要比常規(guī)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)設(shè)備要少。

圖1描繪了一個(gè)常規(guī)的MRAM存儲(chǔ)器陣列10，它在字線14和位線16的交叉點(diǎn)上是一個(gè)電阻存儲(chǔ)單元12。字線14沿著存儲(chǔ)器陣列10的行水平擴(kuò)展，位線16沿著存儲(chǔ)器陣列10的列垂直擴(kuò)展。每個(gè)存儲(chǔ)單元12能夠存儲(chǔ)二元狀態(tài)“0”和“1”。

圖2描繪了一個(gè)常規(guī)的存儲(chǔ)單元12。存儲(chǔ)單元12是一個(gè)自旋相關(guān)隧道效應(yīng)(“SDT”)設(shè)備。存儲(chǔ)單元12包括釘扎層24和自由層18。釘扎層24的磁化具有固定的取向，由箭頭26說(shuō)明。自由層18的磁化，由雙向箭頭28說(shuō)明，可以沿著自由層18的“易磁化軸”定向在兩個(gè)方向中的任意一個(gè)方向上。如果自由層18和釘扎層24的磁化方向相同，存儲(chǔ)單元12的取向就是“平行的”。如果它們的磁化方向相反，存儲(chǔ)單元12的取向就是“反平行的”。這兩個(gè)取向分別對(duì)應(yīng)于二元狀態(tài)“1”和“0”。

自由層18和釘扎層24由絕緣隧道阻擋層20分隔開(kāi)。絕緣隧道阻擋層20允許在自由層18和釘扎層24之間發(fā)生量子力學(xué)隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)是與電子自旋相關(guān)的，使得存儲(chǔ)單元12的電阻成為自由層18和釘扎層24的磁化的相對(duì)取向的函數(shù)。如果存儲(chǔ)單元12的取向是平行的，那么它的電阻就有“低”值R，如果它的方向是反平行的，那么其電阻就有“高”值R+ΔR。

存儲(chǔ)器陣列10中的每個(gè)存儲(chǔ)單元12可以有它的由寫(xiě)操作來(lái)改變的二元狀態(tài)。提供給在特定存儲(chǔ)單元12上交叉的字線14和位線16的寫(xiě)電流在與釘扎層24平行和反平行之間轉(zhuǎn)換自由層18的磁化。通過(guò)位線16的電流Iy產(chǎn)生磁場(chǎng)Hx。當(dāng)電流Ix通過(guò)字線14時(shí)會(huì)產(chǎn)生類似的磁場(chǎng)Hy。磁場(chǎng)Hx和Hy結(jié)合轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元12的磁化方向。可以讀取因?yàn)楦淖兇鎯?chǔ)單元磁化而產(chǎn)生的電阻變化以確定存儲(chǔ)單元12的二元狀態(tài)。

存儲(chǔ)器陣列10中的每個(gè)位線16被連接到一個(gè)開(kāi)關(guān)上(未示出)，而且每個(gè)開(kāi)關(guān)連接到一個(gè)讀出放大器(未示出)的輸入上。當(dāng)與存儲(chǔ)單元12相交的位線16被連接到讀出放大器的輸入上時(shí)，通過(guò)在特定存儲(chǔ)單元12的字線14上施加讀電壓，可以讀取選中的存儲(chǔ)單元12的二元狀態(tài)，或“位”。連接選中的位線16到讀出放大器的開(kāi)關(guān)可以交替地打開(kāi)或閉合以讀取選中的存儲(chǔ)單元12。

存儲(chǔ)器陣列10在讀出存儲(chǔ)單元12之間“穩(wěn)定”的需求會(huì)減慢常規(guī)存儲(chǔ)器陣列10中的讀操作。存儲(chǔ)器陣列10必須穩(wěn)定下來(lái)，因?yàn)槊看芜B接選中的位線16到讀出放大器的開(kāi)關(guān)是打開(kāi)或者閉合的，在位線16末端的電勢(shì)也發(fā)生變化。位線末端的電勢(shì)變化引起存儲(chǔ)單元12間的電壓也變化到一個(gè)不同的平衡狀態(tài)。控制讀操作的微處理器因而必須把穩(wěn)定時(shí)間合并到讀操作中以允許存儲(chǔ)器陣列10穩(wěn)定到存儲(chǔ)單元12的讀取之間期望的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定時(shí)間是不期望的，因?yàn)樵诿總€(gè)單位時(shí)間中能讀取的存儲(chǔ)單元12很少。

因而存在著減少存儲(chǔ)器陣列中的讀時(shí)間的需要。

發(fā)明內(nèi)容

按照第一方面，存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)減少的讀出時(shí)間。存儲(chǔ)設(shè)備包括一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器陣列，并交叉字線和位線。一組(bank)讀出放大器選擇開(kāi)關(guān)有選擇地耦合位線到一個(gè)讀出放大器。可以閉合該組讀出放大器選擇開(kāi)關(guān)中的每個(gè)開(kāi)關(guān)以允許讀出放大器讀出選中的存儲(chǔ)單元的二元狀態(tài)。一組讀/寫(xiě)選擇開(kāi)關(guān)有選擇地耦合位線到列寫(xiě)入電流源和參考電勢(shì)電壓。可以分別閉合該組讀/寫(xiě)選擇開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)以耦合選中的位線到參考電勢(shì)電壓。在讀操作期間，操作該組讀出放大器選擇開(kāi)關(guān)和該組讀/寫(xiě)選擇開(kāi)關(guān)以使存儲(chǔ)器陣列中的位線保持在等電位狀態(tài)。

按照第一方面，陣列不受位線同讀出放大器的連接和斷開(kāi)的干擾。被設(shè)置在參考電勢(shì)電壓的讀出放大器向作為該組讀/寫(xiě)開(kāi)關(guān)的位線提供相同的電位。因?yàn)榇鎯?chǔ)器陣列中的位線不受等電位狀態(tài)干擾，因而不需要由轉(zhuǎn)換到放大器而引起的穩(wěn)定時(shí)間。讀出時(shí)間因而短于常規(guī)設(shè)備中的讀出時(shí)間。

下面結(jié)合附圖由詳細(xì)描述將使其它方面和優(yōu)點(diǎn)變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

圖1說(shuō)明常規(guī)的存儲(chǔ)單元陣列；

圖2說(shuō)明常規(guī)存儲(chǔ)單元的二元狀態(tài)；

圖3是一種存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)施方案的示意圖；

圖4是說(shuō)明圖3中所說(shuō)明的存儲(chǔ)設(shè)備的寫(xiě)操作的流程圖；

圖5是圖3中說(shuō)明的存儲(chǔ)設(shè)備的讀時(shí)序圖；