[發(fā)明專利]在自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中加電期間的數(shù)據(jù)保護(hù)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980143154.3
• 申請(qǐng)日: 2009-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102197433A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊賽森;升·H·康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 高通股份有限公司
• 主分類號(hào): G11C11/16
• 分類號(hào): G11C11/16
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 宋獻(xiàn)濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)有關(guān)。更明確地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例與自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)中加電期間的數(shù)據(jù)保護(hù)有關(guān)。

背景技術(shù)

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)是現(xiàn)代數(shù)字架構(gòu)的普遍存在的組件。RAM可為獨(dú)立裝置或可集成或嵌入于使用RAM的裝置(例如，微處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)、芯片上系統(tǒng)(SoC)及如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解的其它類似裝置)中。RAM可為易失性或非易失性的。每當(dāng)電力被移除時(shí)，易失性RAM就失去其所存儲(chǔ)的信息。即使當(dāng)電力從非易失性RAM移除時(shí)，所述存儲(chǔ)器也可維持其存儲(chǔ)內(nèi)容。雖然非易失性RAM具有能夠在未施加電力的情況下維持其內(nèi)容的優(yōu)點(diǎn)，但常規(guī)非易失性RAM與易失性RAM相比具有較慢的讀取/寫入時(shí)間。

磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)為具有與易失性存儲(chǔ)器相當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(讀取/寫入)時(shí)間的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。與隨電荷或電流流動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的常規(guī)RAM技術(shù)相比來(lái)說(shuō)，MRAM使用磁性元件。如圖1A及圖1B中所說(shuō)明，磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲(chǔ)元件100可由兩個(gè)磁性層110及130形成，磁性層110及130中的每一者可保持一磁場(chǎng)，所述兩者通過(guò)絕緣(隧道勢(shì)壘)層120而分離。所述兩個(gè)層中的一者(例如，固定層110)被設(shè)置為具有特定極性。另一層(例如，自由層130)的極性132能夠自由改變以與可施加的外部場(chǎng)的極性匹配。自由層130的極性132的改變將改變MTJ存儲(chǔ)元件100的電阻。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)極性對(duì)準(zhǔn)(圖1A)時(shí)，出現(xiàn)低電阻狀態(tài)。當(dāng)極性未對(duì)準(zhǔn)(圖1B)時(shí)，那么出現(xiàn)高電阻狀態(tài)。已簡(jiǎn)化MTJ?100的說(shuō)明，且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，所說(shuō)明的每一層可包含一個(gè)或一個(gè)以上材料層，如此項(xiàng)技術(shù)中所已知。

參看圖2A，針對(duì)讀取操作說(shuō)明常規(guī)MRAM的存儲(chǔ)器單元200。單元200包括晶體管210、位線220、數(shù)字線230及字線240。可通過(guò)測(cè)量MTJ?100的電阻來(lái)讀取單元200。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)激活相關(guān)聯(lián)晶體管210來(lái)選擇特定MTJ?100，此激活可使電流從位線220切換通過(guò)MTJ?100。由于隧道磁阻效應(yīng)，MTJ?100的電阻基于兩個(gè)磁性層(例如，110、130)中的極性的定向而改變，如上文所論述。任一特定MTJ?100內(nèi)的電阻可根據(jù)因自由層的極性而產(chǎn)生的電流來(lái)確定。按照慣例，如果固定層110及自由層130具有相同極性，那么電阻為低，且讀取“0”。如果固定層110及自由層130具有相反極性，那么電阻較高，且讀取“1”。

參看圖2B，針對(duì)寫入操作說(shuō)明常規(guī)MRAM的存儲(chǔ)器單元200。MRAM的寫入操作為磁性操作。因此，晶體管210在寫入操作期間是斷開(kāi)的。電流傳播經(jīng)過(guò)位線220及數(shù)字線230以建立磁場(chǎng)250及260，磁場(chǎng)250及260可影響MTJ?100的自由層的極性及因此影響單元200的邏輯狀態(tài)。因此，可將數(shù)據(jù)寫入到MTJ?100且存儲(chǔ)在MTJ?100中。

MRAM具有使其成為通用存儲(chǔ)器的候選者的若干合意特性，例如高速度、高密度(即，較小的位單元大小)、低電力消耗及無(wú)隨時(shí)間的降級(jí)。然而，MRAM具有可縮放性問(wèn)題。具體地說(shuō)，當(dāng)位單元變得較小時(shí)，用于切換存儲(chǔ)器狀態(tài)的磁場(chǎng)增加。因此，電流密度及電力消耗增加以提供較高磁場(chǎng)，從而限制MRAM的可縮放性。

不同于常規(guī)MRAM，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)使用在穿過(guò)薄膜(自旋過(guò)濾器)時(shí)變?yōu)榻?jīng)自旋極化的電子。STT-MRAM也被稱為自旋轉(zhuǎn)移力矩RAM(STT-RAM)、自旋力矩轉(zhuǎn)移磁化切換RAM(自旋RAM)及自旋動(dòng)量轉(zhuǎn)移(SMT-RAM)。在寫入操作期間，經(jīng)自旋極化的電子對(duì)自由層施加力矩，所述力矩可切換自由層的極性。讀取操作與常規(guī)MRAM的類似之處在于，使用電流來(lái)檢測(cè)MTJ存儲(chǔ)元件的電阻/邏輯狀態(tài)，如前文中所論述。如圖3A中所說(shuō)明，STT-MRAM位單元300包括MTJ?305、晶體管310、位線320及字線330。為讀取及寫入操作兩者而接通晶體管310，以允許電流流經(jīng)MTJ?305，使得可讀取或?qū)懭脒壿嫚顟B(tài)。