[發(fā)明專利]一種CP構(gòu)架的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其信息讀取方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010146346.4
• 申請(qǐng)日: 2010-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN101847433A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐曉莉;張懷武;荊玉蘭;蘇樺;鐘智勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G11C7/06
• 分類號(hào): G11C7/06;G11C11/16
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁性材料與元器件領(lǐng)域，涉及磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(Magnetic?Random?AccessMemory，MRAM)，具體涉及一種交叉點(diǎn)型(Cross-Point，CP)構(gòu)架MRAM及其信息讀取方法。

背景技術(shù)

磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)是一種基于巨磁電阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息存儲(chǔ)的器件。MRAM由呈陣列分布的信息存儲(chǔ)單元構(gòu)成，每個(gè)信息存儲(chǔ)單元就是一個(gè)磁性隧道結(jié)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括偏置層、鐵磁層F2、隧穿層和鐵磁層F1。磁性隧道結(jié)在外加磁場(chǎng)作用下，可實(shí)現(xiàn)鐵磁層F2和鐵磁層F1的磁矩方向相同和相反兩種狀態(tài)：當(dāng)鐵磁層F2和鐵磁層F1的磁矩方向相同時(shí)，磁性隧道結(jié)呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，用于存儲(chǔ)信息“0”；當(dāng)鐵磁層F2和鐵磁層F1的磁矩方向相反時(shí)，磁性隧道結(jié)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，用于存儲(chǔ)信息“1”。

由于MRAM基于巨磁電阻效應(yīng)，只要外磁場(chǎng)不發(fā)生變化，存儲(chǔ)信息就不會(huì)發(fā)生改變，因而MRAM在掉電情況下也能保存數(shù)據(jù)；另外，由于避免了電流的周期性刷新，MRAM的功耗大大低于各種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。因此，以MRAM技術(shù)為核心的存儲(chǔ)技術(shù)，不但能克服動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)應(yīng)用中的弊端，成為替代DRAM的最佳方案，而且還兼具了其它存儲(chǔ)器，如靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)速度快、閃存(FLASH)非揮發(fā)性等特點(diǎn)，同時(shí)還具有能耗低、抗輻射能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、可實(shí)現(xiàn)單內(nèi)存架構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，因而成為當(dāng)前最具發(fā)展前途的隨機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)。

將磁性隧道結(jié)信息存儲(chǔ)單元組成一個(gè)M行N列的平面陣列，每一列磁性隧道結(jié)信息存儲(chǔ)單元的上端面采用一根字線相互連通，每一行磁性隧道結(jié)信息存儲(chǔ)單元的下端面采用一根位線相互連通，就構(gòu)成如圖2所示MRAM的基本構(gòu)架，即交叉點(diǎn)型(Cross-Point，CP)構(gòu)架。MRAM存儲(chǔ)信息的讀取是這樣的：如對(duì)第m行(1≤m≤M)、第n列(1≤n≤N)的單元進(jìn)行信息讀取時(shí)，通過第n列字線送入檢測(cè)電流I，然后通過檢測(cè)第m行、第n列單元字線和位線之間的電壓高低來判斷該單元的存儲(chǔ)信息(若該單元存儲(chǔ)的是“0”，即該單元呈低阻狀態(tài)，則該單元字線和位線之間的電壓為低電壓；若該單元存儲(chǔ)的是“1”，即該單元呈高阻狀態(tài)，則該單元字線和位線之間的電壓為高電壓)。

CP構(gòu)架的MRAM雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信息存儲(chǔ)密度較高，但CP構(gòu)架的MRAM的位線和字線之間沒有做到電氣絕緣。在對(duì)第m行、第n列的單元信息讀取時(shí)，如圖3所示，檢測(cè)電流I并非全部從第m行、第n列的單元流過，而是有大部分從其它單元流過，最終又匯聚到第m行位線流出。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在一個(gè)容量為4k的CP構(gòu)架MRAM中，該漏電流將高于流過讀取單元電流的30倍，從而使讀出信號(hào)的高阻與低阻態(tài)難于判斷，無法確定單元存儲(chǔ)的是“1”還是“0”。由于漏電流流經(jīng)的非讀取單元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且對(duì)不同的讀取單元，漏電流流經(jīng)的非讀取單元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，因而無法直接測(cè)定該漏電流的大小。根據(jù)研究表明只有當(dāng)隧道結(jié)存儲(chǔ)單元電阻超過500kΩ且巨磁電阻變化率大于20％時(shí)，才能有效抑制由于無電氣絕緣所產(chǎn)生的漏電流。在目前能制備的隧道結(jié)存儲(chǔ)單元上要達(dá)到如此高的電阻是非常困難的。

為了解決上述CP構(gòu)架MRAM在信息讀取過程中的誤判問題，有人提出了一種稱為1T1MTJ構(gòu)架的MRAM，即在位線和字線之間的每個(gè)信息存儲(chǔ)單元上串接一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)，使字、位線電氣絕緣，以避免在讀寫過程中電流流過非讀寫單元造成的損失。但由于在這種結(jié)構(gòu)中每一個(gè)存儲(chǔ)單元都需要接一個(gè)MOSFET，這需要在電路上專門布上感線來控制MOSFET的選通與關(guān)斷，這增加了布線及工藝制備上的難度。另外，由于在這種構(gòu)架形式的MRAM中，存儲(chǔ)單元大小與DRAM一樣都由MOSFET的大小決定，而作為存儲(chǔ)單元的隧道結(jié)尺寸可做來遠(yuǎn)比MOSFET小，因而采用1T1MTJ這種讀寫構(gòu)架形式不能進(jìn)一步提高存儲(chǔ)密度。

還有人提出在對(duì)某存儲(chǔ)單元讀取的過程中，對(duì)其它非讀取單元的位線與字線間加以同讀取單元相同大小的偏置電壓，以保證非讀取單元上無漏電流通過(見美國(guó)專利US’6317375)。但采取這種方式不但每根字線與位線上需要增加兩個(gè)解碼譯碼開關(guān)，還會(huì)造成能源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種CP構(gòu)架的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其信息讀取方法。所提供的CP構(gòu)架的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在不降低存儲(chǔ)密度的前提下，使讀出信號(hào)具有更高的準(zhǔn)確率，以消除由于存儲(chǔ)單元讀取時(shí)漏電流過大帶來的誤碼率。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：