[發明專利]使用附近的單元來提供磁存儲器陣列中的場輔助切換

有效

• 申請號: 201110386400.7
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102568561A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: A·K·勒洛夫斯;習海文
• 申請（專利權）人: 希捷科技有限公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張欣

技術領域

本發明涉及使用附近的單元來提供磁存儲器陣列中的場輔助切換的技術。

發明內容

本發明的各種實施例一般涉及用于將數據寫入諸如自旋扭矩轉移隨機存取存儲器(STRAM)存儲器單元之類的磁性存儲器單元的方法和裝置。

根據各種實施例，通過所選擇的磁性存儲器單元施加寫入電流以發起所述所選擇的單元磁旋進(precession)至期望磁狀態。同時有場輔助電流流經相鄰的存儲器單元來產生磁場，所述磁場輔助所選擇單元旋進至期望磁狀態。

以本發明各種實施例為表征的這些以及各種其它特征與優點可考慮以下具體討論與所附附圖來理解。

附圖說明

圖1提供根據本發明的各種實施例來構造和運作的數據存儲設備的功能框圖。

圖2描繪了圖1的存儲器模塊的一部分。

圖3示出了圖2的磁性存儲器單元的示例性構造。

圖4是根據一些實施例施加了場輔助寫入的存儲器模塊的一部分的功能示圖。

圖4A是對來自圖4的單元的俯視圖表示。

圖5示出施加到圖4中的單元的各自的電流。

圖6是示出可施加場輔助寫入的可選方式的功能框圖。

圖7是示出可施加場輔助寫入的還有另一種方式的功能框圖。

圖8是場輔助數據寫入例程的流程圖。

具體實施方式

本公開以數據可被寫入磁性存儲器單元(諸如但不限于自旋扭矩轉移隨機存取存儲器(STRAM)單元)的方式來闡述各種改進。

固態磁存儲單元陣列可被用于提供數據比特的非易失性存儲。一些磁存儲單元配置包括諸如磁性隧穿結(MTJ)之類的可編程電阻性元件。MTJ包括具有選定方向上的固定磁取向的釘扎基準層。自由層通過隧穿勢壘與該基準層分開，其中該自由層具有可選擇性變化的磁取向。自由層相對于固定層的取向建立了該單元的總電阻，該總電阻可在讀取感測操作期間檢測。

雖然已發現磁性存儲器單元能在緊湊的半導體陣列環境中高效率地存儲數據，但是與此類單元有關的一個問題是產生不同的編程狀態所需要的功率。例如，STRAM單元經常被配置為使用自旋扭矩來改變自由層的磁取向，藉此需要使用大量電流強度值來施加寫入電流。對于每一個電池，這可繼而需要相對較大的切換設備(如，nMOSFET)來容納這么大的電流強度。

降低所需用于切換每個單元中的自由層的電流強度的一般趨于降低存儲設備的總體能耗，這可降低熱產生、并延展電池操作應用中的電池壽命。較低的切換電流還可容許在每個存儲器單元中使用較小的轉換設備，藉此催生出更高密集封裝的、更高數據容量的陣列。

相應地，本公開一般涉及數據至磁性存儲器單元的場輔助寫入來降低編程電流強度。如下所述，寫入電流被施加到陣列中所選擇的存儲器單元來實現所選擇的編程的狀態。同時地在陣列中至少一個靠近的單元上施加場輔助電流。該場輔助電流并不足夠大到實現靠近的單元的編程狀態，但是卻足夠大到建立安培場，所述安培場輔助在所選擇的單元上的編程作用力(programming?effort)。可預料的是，使用這樣的場輔助電流將降低陣列的整體功耗并提供更快、更低電流的切換操作。

圖1提供根據本發明的各種實施例來構造和操作的數據存儲設備100的簡化框圖表示。可以構想，該設備構成可與便攜式電子設備配對以便為該設備提供數據存儲的存儲卡。然而，應當領會，所要求保護的主題內容并不如此限定。

設備100被示為包括控制器102和存儲器模塊104。控制器102提供對該設備的頂層控制，包括與主機(未單獨示出)的接口操作。控制器功能性可在硬件中或經由可編程處理器來實現，或可被直接納入存儲器模塊104。其他特征也可被納入設備100，包括但不限于I/O緩沖器、ECC電路系統和本地控制器高速緩存。

存儲器模塊104包括如圖2中一般示出的非易失性存儲單元106的固態陣列。每個單元106包括電阻性感測存儲元件108和切換設備110。存儲元件108在圖2中被表示為可變電阻器，因為其中這些元件將響應于對這些單元的編程輸入而建立不同的電阻。切換器件110在讀取操作和寫入操作期間促成對個體單元的選擇性訪問。

在一些實施例中，存儲單元106被表征為自旋扭矩轉移隨機存取存儲器(STRAM)單元。存儲元件108被表征為磁性隧穿結(MTJ)，并且切換器件被表征為nMOSFET(n溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管)。應當領會，其他單元配置也可被容易地使用。