[發明專利]存儲裝置

有效

• 申請號: 201110185434.X
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102314934A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 肥后豐;內田裕行;大森廣之;別所和宏;細見政功;山根一陽
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;G11C11/15
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 陳桂香;武玉琴

相關申請的交叉參考

本申請包含與2010年6月30日向日本專利局提交的日本優先權專利申請JP?2010-150178所公開的內容相關的主題，因此將該日本優先權申請的全部內容以引用的方式并入本文。

技術領域

本發明涉及包括多個存儲器件并根據自旋矩磁化反轉法(spin-torquemagnetization?inverting?method)在各存儲器件中記錄數據的存儲裝置(或存儲器)。

背景技術

隨著從移動終端到高性能服務器等各種信息設備的高速發展，上述設備中采用的構成存儲器和邏輯電路的器件也必須顯示出高度集成化、能夠高速操作并且低耗電等高性能。

特別地，半導體非易失性存儲器(semiconductor?nonvolatile?memory)取得了顯著發展。例如，作為大容量文件存儲器的閃存迅速普及以至于有取代硬盤驅動器的趨勢。

與此同時，以代碼存儲器(code?memory)應用和向工作存儲器(working?memory)的進一步發展為目標，被認為可替代現在普遍使用的存儲器的半導體非易失性存儲器的開發正在進展中。上述現在普遍使用的存儲器的代表性示例是NOR閃存、DRAM等，而上述被認為可替代現在普遍使用的存儲器的半導體非易失性存儲器的代表性示例是鐵電隨機存取存儲器(Ferroelectric?Random?Access?Memory，FeRAM)、磁性隨機存取存儲器(Magnetic?Random?Access?Memory，MRAM)、相變隨機存取存儲器(Phase?Change?Random?Access?Memory，PCRAM)等。上述被認為可替代現在普遍使用的存儲器的半導體非易失性存儲器中的部分存儲器已經投入到實際應用中。

作為典型的半導體非易失性存儲器的MRAM基于構成MRAM的磁體的磁化方向來存儲數據。因此，能夠以高速更新存儲的數據。另外，存儲于存儲位置處的數據能夠被無限次的更新。具體來講，存儲于存儲位置處的數據能夠被更新10¹⁵次以上。MRAM已經被用于工業自動化和航空電子設備等領域。

由于MRAM操作的高速度和高可靠性，期望未來MRAM向著代碼存儲器和/或工作存儲器發展。

然而，MRAM仍面臨著需要努力降低耗電、提高存儲容量的問題。

這些問題是由MRAM的記錄原理所導致的本質問題。根據基于MRAM的記錄原理的記錄方法，流過配線的電流產生的磁場引起磁化反轉。

作為解決上述問題的一種方法，正在研究不依賴于這種由電流產生的磁場的記錄方法(即，磁化反轉法)。該記錄方法包括自旋矩磁化反轉法，這種方法成為了廣泛研究和密集研究的主題。關于自旋矩磁化反轉法的更多信息，建議讀者參看例如美國專利第5,695,864號和日本專利特開第2003-17782號等文件。

如同MRAM，根據自旋矩磁化反轉法操作的存儲器件配置有磁性隧道結(Magnetic?Tunnel?Junction，MTJ)。

存儲器件的MTJ包括磁化固定層和存儲層。磁化固定層是以某一固定方向進行磁化的層，存儲層是不以固定方向進行磁化的層。通過在磁化固定層與存儲層之間設置隧道絕緣層來形成隧道結。

通過所謂的隧道磁阻效應(tunnel?magnetic?resistance?effect)從MTJ讀出數據0或數據1，在隧道磁阻效應中，MTJ的電阻根據磁化固定層的固定的磁化方向與存儲層的磁化方向之間形成的角度而變化。

另一方面，在寫入操作中，當通過磁化固定層的自旋極化離子(spinpolarized?ion)進入存儲層時，電子對磁性層施加轉矩，并且如果由于該轉矩而流過幅度至少等于提前預定的閾值的電流，存儲層的磁化方向就會反轉。

通過改變流入存儲器件的電流的極性來對寫入操作中被寫入存儲器件的數據0或數據1進行選擇。

在存儲器件的尺寸約為0.1μm的情況下，用于使存儲器件的存儲層的磁化方向反轉的電流的絕對值不大于1mA。

另外，該電流值與存儲器件的體積成比例的減小，這使得能夠進行縮放。

最重要的是，這種方式不需要MRAM所要求的用于產生電流生成的磁場的字線，該磁場作為用于記錄數據的磁場。因此，這種存儲器件具有單元結構簡單的優點。

在下面的說明中，將采用自旋矩磁化反轉法的MRAM稱為ST-MRAM(自旋矩磁性隨機存取存儲器)。