[發(fā)明專利]磁性存儲(chǔ)單元的寫入方法與磁性存儲(chǔ)陣列結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710091820.6
• 申請(qǐng)日: 2007-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN101271727A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李元仁;高明哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G11C11/16
• 分類號(hào): G11C11/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 陶鳳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁性存儲(chǔ)單元的技術(shù)，且特別涉及一種磁性存儲(chǔ)單元的寫入方法與磁性存儲(chǔ)陣列結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

磁性存儲(chǔ)器，例如磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Magnetic?Random?AccessMemory，MRAM)也是一種非易失性存儲(chǔ)器，有非易失性、高密集度、高讀寫速度、抗輻射線等優(yōu)點(diǎn)。其是利用相鄰穿遂絕緣層的磁性物質(zhì)的磁化向量，由于平行或反平行的排列所產(chǎn)生磁阻的大小來記錄0或1的數(shù)據(jù)。寫入數(shù)據(jù)時(shí)，一般所使用的方法為兩條電流線，例如位線(Bit?Line，BL)及寫入字線(Write?Word?Line，WWL)感應(yīng)磁場(chǎng)所交集選擇到的磁性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。同時(shí)藉由改變自由層磁化向量(Magnetization)方向，來更改其磁電阻值。而在讀取儲(chǔ)存數(shù)據(jù)時(shí)，讓選擇到的磁性存儲(chǔ)單元流入電流，從讀取的電阻值可以判定儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的數(shù)字值。

圖1繪示磁性存儲(chǔ)單元的基本結(jié)構(gòu)。參閱圖1，要存取磁性存儲(chǔ)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，例如又可以稱為寫入字線與位線，其僅是物件的描述用詞，以達(dá)到二維陣列存儲(chǔ)單元的分別控制。

當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)線通入電流后會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方向的磁場(chǎng)，以得到所要的磁場(chǎng)大小與方向，以施加在磁性存儲(chǔ)單元104上。磁性存儲(chǔ)單元104是迭層結(jié)構(gòu)，包括磁性固定層(magnetic?pinned?layer)在預(yù)定方向具有固定的磁化向量(magnetization)，或是總磁矩(total?magnetic?moment)。利用磁阻的大小，來讀取數(shù)據(jù)。又，藉由輸出電極106、108，可以讀出此存儲(chǔ)單元所存的數(shù)據(jù)。關(guān)于磁性存儲(chǔ)器的操作細(xì)節(jié)，是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以了解，不繼續(xù)描述。

圖2繪示磁性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)機(jī)制。于圖2，磁性固定層104a有固定的磁矩方向107。磁性自由層104c，位于磁性固定層104a上方，其中間由絕緣層104b所隔離。磁性自由層104c有磁矩方向108a或是108b。由于磁矩方向107與磁矩方向108a平行，其產(chǎn)生的磁阻例如代表“0”的數(shù)據(jù)，反之磁矩方向107與磁矩方向108b反平行，其產(chǎn)生的磁阻例如代表“1”的數(shù)據(jù)。

一般，如圖2的單層的自由層104c，會(huì)有存取錯(cuò)誤的可能。針對(duì)上述等問題，為了降低鄰近細(xì)胞元在寫入數(shù)據(jù)時(shí)的干擾情形，傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)方式是將自由層以鐵磁(FM)/非磁性金屬(M)/鐵磁(FM)三層結(jié)構(gòu)取代單層鐵磁材料，而構(gòu)成磁性自由迭層166，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在非磁性金屬層152上下的兩層是鐵磁性金屬層150、154，以反平行排列，形成封閉的磁力線。在下面的磁性固定迭層168，藉由穿隧絕緣層(tunnel?barrier?layer，T)156，與磁性自由迭層166隔開。磁性固定迭層168包括上固定層(top?pinned?layer，TP)158、非磁性金屬層160、以及下固定層(bottom?pinned?layer，BP)162。在上固定層與下固定層有固定的磁化向量。另外還有基層164在底部，例如是反鐵磁層。

針對(duì)三層結(jié)構(gòu)的磁性自由迭層166，把位線BL與寫入字線WWL相對(duì)自由迭層166的磁場(chǎng)易向軸(magnetic?anisotropic?axis)，使有45度的夾角，其磁場(chǎng)易向軸方向就是所謂的易軸(easy?axis)方向。如此，位線BL與寫入字線WWL可分別對(duì)自由迭層166，依照先后關(guān)系，施加與易軸夾角為45度的磁場(chǎng)，以旋轉(zhuǎn)自由迭層166的磁化向量。存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)是由鐵磁性金屬層154與上固定層158的兩個(gè)磁化向量的方向來決定。

另外，除了將自由層改變?yōu)槿龑咏Y(jié)構(gòu)外，傳統(tǒng)技術(shù)還提出以拴扣模式(toggle?mode)的操作模式來旋轉(zhuǎn)自由層的磁化向量。圖4繪示外加磁場(chǎng)對(duì)三層結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。參閱圖4，粗箭頭代表外加磁場(chǎng)，其長(zhǎng)度代表大小。兩個(gè)細(xì)箭頭代表在自由迭層的上下鐵磁層的兩個(gè)磁化向量方向。當(dāng)外加磁場(chǎng)太小時(shí)，兩個(gè)磁化向量的方向不改變。當(dāng)外加磁場(chǎng)大到一個(gè)程度時(shí)，兩個(gè)磁化向量會(huì)有一個(gè)張角。當(dāng)外加磁場(chǎng)過大時(shí)，則兩個(gè)磁化向量會(huì)沿著外加磁場(chǎng)的方向。拴扣模式的操作是屬于上述的第二種情形。