[發(fā)明專(zhuān)利]磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210223483.2
• 申請(qǐng)日: 2012-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103021449A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 北川英二
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株式會(huì)社東芝
• 主分類(lèi)號(hào): G11C11/16
• 分類(lèi)號(hào): G11C11/16;H01L27/22
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李渤

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2011年9月26日在日本提交的在先日本國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第2011-209906號(hào)的優(yōu)先權(quán)并以其為基礎(chǔ)，其全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用被并入。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種使用了磁阻效應(yīng)元件、二極管以及晶體管的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)

伴隨著云計(jì)算時(shí)代的開(kāi)啟，為了處理大規(guī)模增加的信息而對(duì)于信息處理高速化的需求日益增加。在個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代中龐大到無(wú)法處理的信息一直是由利用者耗費(fèi)時(shí)間來(lái)應(yīng)對(duì)的。但是，在云計(jì)算的世界中由于信息是實(shí)時(shí)處理的，因此不可能為了處理信息而令用戶(hù)耗費(fèi)時(shí)間。

另一方面，為了高速地處理信息而使用了SRAM（Static?Random?Access?Memory：靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）和MPU（Micro-Processing?Unit：微處理器），但是在云計(jì)算的世界中向便攜式終端發(fā)送數(shù)據(jù)和在便攜式終端接收數(shù)據(jù)而實(shí)時(shí)地靈活運(yùn)用龐大的信息，因此在隨時(shí)消耗電力的SRAM和MPU中功耗成為問(wèn)題。為了補(bǔ)充大的功耗需要大的電池，因此離日常的信息的便攜化變得遙遠(yuǎn)。

在全世界范圍內(nèi)加速開(kāi)發(fā)了為了功耗的降低而期待的非易失性存儲(chǔ)器。例如舉出MRAM（磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、FeRAM（強(qiáng)介電體存儲(chǔ)器）、PRAM（相變存儲(chǔ)器）、ReRAM（電阻變化型存儲(chǔ)器）。這些存儲(chǔ)器中MRAM唯一具有重寫(xiě)次數(shù)非常多、寫(xiě)入、讀出速度快這樣的特征，具有能夠?qū)崿F(xiàn)非易失性的工作存儲(chǔ)器的潛力。

但是，與SRAM相比MRAM的寫(xiě)入時(shí)間、讀出時(shí)間都要長(zhǎng)1位數(shù)左右。在MRAM中，能夠通過(guò)提高寫(xiě)入電流來(lái)將寫(xiě)入時(shí)間高速化、通過(guò)提高讀出電阻差來(lái)將讀出時(shí)間高速化。即，因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)高速讀出，所以期待讀出電阻差的進(jìn)一步提高。

為了使用MRAM來(lái)實(shí)現(xiàn)與SRAM相同的高速工作，讀出時(shí)提高輸出、寫(xiě)入時(shí)降低電流是必不可少的。但是，讀出輸出在使用已有的技術(shù)的前提下不可能提高超過(guò)200%，無(wú)法以與SRAM相同的速度讀出數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的課題在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高速工作的磁性存儲(chǔ)器。

本實(shí)施方式的磁性存儲(chǔ)器，其特征在于，具備：磁阻效應(yīng)元件，具有根據(jù)自旋注入寫(xiě)入而磁化的方向不變的第1磁性層、磁化的方向可變的第2磁性層、以及設(shè)置在所述第1磁性層與所述第2磁性層之間的隧道勢(shì)壘層；第1布線(xiàn)，與所述磁阻效應(yīng)元件的所述第1磁性層以及所述第2磁性層中的一個(gè)磁性層電連接；選擇晶體管，該選擇晶體管的源極/漏極中的一個(gè)與所述磁阻效應(yīng)元件的所述第1磁性層以及所述第2磁性層中的另一個(gè)電連接；第2布線(xiàn)，與所述選擇晶體管的源極/漏極中的另一個(gè)電連接；二極管，該二極管的一個(gè)端子與所述磁阻效應(yīng)元件的所述第1磁性層以及所述第2磁性層中的另一個(gè)電連接；第3布線(xiàn)，與所述二極管的另一端子電連接；以及讀出放大器，與所述第3布線(xiàn)電連接。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠提供一種能夠高速工作的磁性存儲(chǔ)器。

附圖說(shuō)明

圖1是示出第1實(shí)施方式的MRAM的存儲(chǔ)單元的圖。

圖2是說(shuō)明第1實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入方法的圖。

圖3是說(shuō)明第1實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的讀出方法的圖。

圖4是示出PIN二極管的I-V特性的圖。

圖5是示出使用具有圖4所示的特性的二極管來(lái)進(jìn)行第1實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的讀出時(shí)流過(guò)二極管25的電流的圖。

圖6是示出施加于MTJ元件的電壓差與選擇晶體管的電阻Rtr相對(duì)于MTJ元件的電阻Rmtj之比的依賴(lài)性的圖。

圖7是示出MTJ元件的電阻差變成最大的選擇晶體管的電阻和MTJ元件的電阻之比相對(duì)于MTJ元件的MR的圖。

圖8是示出SIM肖特基二極管的I-V特性的圖。

圖9是示出第2實(shí)施方式的MRAM的存儲(chǔ)單元的圖。

圖10是示出第2實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入方法的圖。

圖11是示出第2實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的讀出方法的圖。

圖12是示出流過(guò)二極管的電流Ion和電流Ioff的電流比關(guān)于Rdiode/Rmtj之比的依賴(lài)性的圖。

圖13是示出第1實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的配置例的第1具體例的電路圖。

圖14是示出第1實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的配置例的第2具體例的電路圖。

圖15（a）、15（b）、15（c）是說(shuō)明第1實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的配置的一個(gè)例子的圖。

圖16（a）、16（b）是說(shuō)明二極管的例子的圖。