[發明專利]自參考型MRAM元件及其讀取方法

有效

• 申請號: 201310088320.2
• 申請日: 2013-02-08
• 公開（公告）號: CN103247330B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: L·隆巴爾;K·馬凱;I·L·普雷貝努
• 申請（專利權）人: 克羅科斯科技公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;G11C5/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 蔣駿,劉春元

技術領域

本發明涉及一種使用線性感測信號來確保低讀取磁場的自參考型磁隨機存取存儲器(MRAM)。

背景技術

使用了所謂的自參考型讀取操作的磁隨機存取存儲器(MRAM)單元典型地包括磁隧道結，其由磁存儲層、薄絕緣層和感測層形成，該磁存儲層具有方向可以從第一穩定方向到第二穩定方向改變的磁化強度，該感測層具有可逆的方向。自參考型MRAM單元允許在低功耗以及增加的速度的情況下執行讀取和寫入操作。

然而，在讀取操作期間，由于本地的磁雜散場產生存儲層和感測層之間的雙極耦合，在閉合的磁通量配置中將該感測層的磁化強度與存儲層的磁化強度耦合。讀取操作期間，切換感測層磁化強度則將需要應用足夠高的磁場來克服雙極耦合。當應用場循環來測量感測層的磁滯回線時，雙極耦合導致磁滯回線的漂移(或偏差)。這種雙極耦合取決于存儲層和感測層的厚度和磁化強度，以及取決于磁隧道結的尺寸。特別地，雙極耦合隨磁隧道結直徑的減少而增加，并且可能因此當按比例縮小MRAM單元時成為主要問題。

US20090190390涉及一種MRAM單元，包括具有沿第一軸的第一磁化強度的第一磁性層結構；第二磁性層結構，以及位于第一和第二磁性層結構之間的非磁性間隔層。該第二磁性層結構具有沿著第二軸的第二磁化強度，將該第二軸以相對于第一軸的角度進行布置，使得通過改變第二磁化強度的方向，可以確定沿著第一軸的第一磁化強度的方向。

發明內容

本公開涉及一種MRAM元件，包括具有結阻抗的磁隧道結，其包括，具有當磁隧道結處于低溫閾值時沿著第一方向牽制的磁化強度的存儲層，具有感測磁化強度的感測層，以及被包括在存儲層和感測層之間的隧道阻擋層；該磁隧道結具有與高結阻抗值和低結阻抗值之間的差相對應的磁阻，在所述高結阻抗值處所述感測磁化強度反平行于所述存儲磁化強度，以及在所述低結阻抗值處所述感測磁化強度平行于所述存儲磁化強度；所述MRAM元件進一步包括對準設備，其布置用于沿著基本上垂直于所述第一方向的第二方向提供具有磁各向異性的感測磁化強度；以及第一場線，用于提供第一讀取磁場，其適于調整圍繞第二方向的感測磁化強度，以便在至少是所述磁阻的大約20％的范圍內改變結阻抗；所述對準設備進一步被布置，使得該結阻抗在所述范圍內線性變化。

在一個實施例中，所述對準設備可以包括第二反鐵磁性層，其與感測層交換耦合，以便當磁隧道結處于低溫閾值時并且不存在第一讀取磁場的情況下，沿著第二方向牽制所述感測磁化強度。

在另一個實施例中，第二反鐵磁性層和感測層之間的交換耦合可以是這樣的，使得當磁隧道結處于低溫閾值時并且施加該第一讀取磁場時，感測磁化強度是圍繞第二方向可調整的。

在又一個實施例中，第二反鐵磁性層和感測層之間的交換耦合使阻抗響應曲線漂移，使得結阻抗在所述范圍內線性變化。

在又一個實施例中，所述對準設備可以包括與第一場線基本上正交并且適于施加第二場電流的第二場線，以便使所述感測磁化強度沿著第二方向飽和。

在又一個實施例中，該MRAM元件可以進一步包括第一反鐵磁性層，其交換耦合所述存儲層，以便當磁隧道結處于低溫閾值時且當施加第一讀取磁場時，沿著第一方向牽制所述存儲磁化強度。

本公開還涉及一種用于讀取上述MRAM元件的方法，包括：

在第一讀取方向上調整感測磁化強度；

測量第一結阻抗值；

在第二讀取方向上調整感測磁化強度；

測量第二結阻抗值；

其中所述調整感測磁化強度在至少為磁阻的大約20％的范圍內圍繞第二方向執行；并且其中該結阻抗在所述范圍內線性變化。

在此公開的自參考型MRAM單元可以在使用低讀取磁場時，在增加的可靠性的情況下被讀取，并且相比較于傳統的自參考型MRAM單元具有降低的功耗，甚至在存在強雙極偏移的情況下也如此。

附圖說明

在通過示例方式給出并且通過附圖說明的實施例的描述的輔助的情況下，可以更好地理解本發明，其中：

圖1說明了根據實施例的一種隨機存取存儲器(MRAM)元件，其包括存儲層和感測層；

圖2表示根據實施例的存儲層的頂視圖(圖2a)以及感測層的頂視圖(圖2b和2c)，說明了存儲磁化強度以及感測磁化強度的布置；

圖3說明了根據實施例的磁隧道結的阻抗響應曲線；以及

圖4說明了根據另一實施例的磁隧道結的阻抗響應曲線；以及

圖5表示根據實施例的MRAM元件。

具體實施方式