CN1515010A - 磁阻性存储器胞元的写入方法及可由此方法写入的磁阻性存储器 - Google Patents

磁阻性存储器胞元的写入方法及可由此方法写入的磁阻性存储器 Download PDF

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M·弗雷塔格
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Abstract

本发明涉及磁阻性存储器胞元的写入方法及可由此方法写入的磁阻性存储器。在一种写入一MRAM存储器的磁阻性存储器胞元的方法中，写入电流(IWL、IBL)在每一个例子中施加一字线(WL)及一位线(BL)，该写入电流所产生之磁场(Hx(IBL)、Hy(IWL))的叠加，而此在相对应之字线及位线所选择的每一个存储器胞元中，会导致其磁化方向的改变。在此方法中，该写入电流(IWL、IBL)以暂时性地彼此补偿的方式分别施加该字线(WL)及该位线(BL)，因此，在该所选择的存储器胞元(MTJ)中，该磁化方向会在多个连续步骤中被旋转成写入一逻辑“0”或“1”所需的方向。

Description

磁阻性存储器胞元的写入方法 及可由此方法写入的磁阻性存储器
技术领域
本发明涉及磁阻性存储器胞元的写入方法及可由此方法写入的磁阻性存储器。
背景技术
在磁阻性存储器(MRAM)中，记忆效应会残留在存储器胞元(MTJ)的磁性可变电阻里。在一实施例中，一磁阻性存储器胞元位于两导体的交叉点上，该两导体则为通常彼此正交排列的一位线BL及一字线WL，而座落在这些导体间的交叉点者，是一多层系统，其包括一层叠过一层的一软磁性及硬磁性(ML-free and ML-fixed)材料，而在其间则有一穿隧氧化层(TL)(交叉点概念)。信息通过相关于该硬磁性层(ML-fixed)的磁化方向而旋转的该软磁性层(ML-free)的磁化而被储存。为了这个目的所需要的磁场则是通过分别流过该字线WL及该位线BL的电流IWL及IBL所产生，并且重叠在该字线WL及该位线BL的交叉点上。
附图1显示以此方式建构的一MRAM存储器排列的一区段，其并包含上述该存储器胞元的一矩阵排列。为了确定只有一个被选择的胞元MTJ被写入，则必须准确地选择够大的磁场，使得穿过被选择的字线及位线的电流的磁场的重叠处足够转换磁化，但也要选择足够小的磁场，才能使得不论邻近的胞元或是位于所选择线的胞元都不会被转换。此一方法亦称为”半选择(half-select)”法。
MRAM胞元系经由决定个别MTJs的阻抗而读取，当M-fixed及M-free的磁化方向是同方向时，则胞元的(穿隧)阻抗是小的，反之，反方向时该阻抗是大的。因此，其有可能如图1所指出的一样，指派一逻辑“1”至同方向的ML-free及ML-fixed磁化方向，并指派一逻辑“0”至反方向的磁化方向。
常常，一MTJ被写入的结果是，该胞元的老化会受到标示，这表示，当写入过程的次数增加时，在每个状况里，同方向(”1)及反方向(”0”)间的MTJ的阻抗的差异会减少，因此，该胞元的信息内容会变得越来越难决定；再者，也常常会发现，被写入的胞元并没有办法确实地转换。这些问题迄今却不能通过使用“半选择”法获任何其它已知的解决方案而获得解决。
这些在现有技术中所产生的问题，经由图2中写入一逻辑“1”时的例子做为参考而将于之后有更清楚的解释。在缺乏一外部磁场的状况下，在薄磁性层(在这个例子中是ML-free)里的磁化会被指向一特定的方向，亦即所谓的易轴(easy axis)，其在图2通过虚线表示。因此，在图2A及图2B中的实线箭头表示磁阻性存储器胞元MTJ(的ML-fixed)的磁化方向，只要在该位线及/或该字线中的一电流所产生的一外部磁场对其没有造成施加，而为了改变在图1A及图2B中实线箭头所指的(静止的)磁化方向，则必须施加一位于画线部分所指出的范围(亦即所谓的星状区(asteroid))外的外部磁场。如果转换只受到一个磁场分量的施加(例如：Hx)，则需要较大的磁场；相同的，如果使用两个磁场分量Hx及Hy，则需要较小的强度的磁场来转换。
因此，根据图2B及图2C，具有一分量Hx及Hy的一磁场系通过流过该字线WL的一电流IWL及流过该位线BL的一电流IBL而产生(图2B中的实线箭头)，而此一磁场必须一直存在，直到磁化方向被指向沿着藉IWL及IBL所产生的磁场方向(图2C)，接着，两电流IWL及IBL被关闭，所以一外部磁场也不复存在(图2D)。然后，即希望该磁化方向(实线箭头)呈现如图2E所描绘的与一开始状态(根据第二图A的静止磁化方向)反方向的指向。
发明内容
由于这个方法，正如已经提过的，并不可靠，而且会导致胞元的老化，因此本发明的一个目的是使写入一MRAM存储器的磁阻性存储器胞元的方法成为可能，以避免老化现象而增加一MRAM存储器的服务寿命，且相较于习惯使用的半选择方法还可有更多变的转换，并且也具体指出可以通过本发明的方法写入的一MRAM存储器。
此目的可依照权利要求而达成。
一种一般方式写入一MRAM存储器的磁阻性存储器胞元的方法系依照本发明的一主要观点而加以区别，其系为该写入电流(IWL、IBL)施加该字线(WL)及该位线(BL)的一方式为暂时性地彼此补偿，因此，该所选择的存储器胞元(MTJ)的该磁化方向将会在多个连续步骤中被旋转成写入一逻辑“0”或“1”所需的方向。
根据本发明的方法，可藉在每一个例子中的该所选择的存储器胞元(MTJ)的该写入电流(IWL、IBL)施加的持续期间大约相同，且以暂时性彼此补偿的方式而优势性地加以发展。
接着，根据本发明方法的实施，为了写入一逻辑“1”至该所选择的存储器胞元(MTJ)，于该位线(BL)中的该写入电流(IBL)系以与在该字线(WL)中的该写入电流(IWL)相同的方向流过，并受相关于该字线(WL)的该写入电流(IWL)的一延迟方式所施加。
可由本方法写入的一种具有包含磁阻性存储器胞元的一数组的MRAM存储器，并具有字线及位线所供给的一写入控制电路，该写入控制电路系建立以将在每个例子中的写入电流IWL及IBL施加至一被选择以写入的存储器胞元MTJ的该字线WL及该位线BL的上，并可加以区别通过该写入控制电路具有以一暂时性彼此补偿方式施加于相对应的该字线(WL)及于相对应的该位线(BL)的该写入电流(IWL、IBL)的电路装置，因此，在该所选择的存储器胞元(MTJ)中仅该软磁材料的该磁化方向会在多个连续步骤中被旋转成写入一逻辑“0”或“1”所需的方向。
附图说明
根据本发明的方法将可通过如后的举例的实施例及其参考附图而有更详尽的描述，更详细地，在附图中：
图1：概略地显示一MRAM存储器排列的基本架构透视图；
图2：显示在已知半选择方法的情形下磁化方向的转换的坐标图；
图3：显示根据本发明的一示范性实施例，其系为通过应用一暂时性控制的外部磁场的写入方法；以及
图4：显示由图3中坐标图式的方法转换成的一脉冲时序图，其系说明于写入一逻辑“1”及一逻辑“0”时，透过在每个情况下的字线及位线而彼此暂时补偿的电流脉冲。
具体实施方式
以下的叙述是根据图1，经由举例，所构成的一MRAM存储器列为前提。然而，必须注意的是，根据本发明的方法亦可以应用于不同建构方式形成的MRAMs，其可以是磁阻性存储器没有直接排列在字线及位线交叉点的MRAM，也可以是于其中一选择晶体管或一选择二极管系通过一相对应的选择线而被另外驱动的MRAM。
在根据本发明的写入方法的例子中，如图3的坐标图及图4的脉冲时序图所示，为了写入一MRAM存储器的一磁阻性存储器胞元，磁场分量Hx及Hy，或施加字线及位线电流IWL及IBL的次数系以将磁化的”转换”(发生在已知的半选择方法)转变成一操作更加可靠且具更多耐受性的磁化旋转步骤的方式而被准确地控制。
在显示写入一逻辑“1”时磁化旋转的暂时顺序的图3A至图3H的坐标图式中，为了简化，星状图系被省略，且只有易轴被虚线表示出来。正如图2一样，存储器胞元MTJ的磁化系通过实线箭头表示，且由磁场分量Hx及Hy所构成的磁场系由双重虚线箭头所代表的字线电流IWL及位线电流IBL所感应产生。图3A系显示初始状态，其系相对应于图2A所示的初始状态。在图3B及图3C中，首先，仅一磁场Hy以由电流IWL及IBL感应产生的方式出现在Y方向，而该磁场首先会透过在0度到90间的角度而旋转该MRAM存储器的磁化(图3C)。接着，若两电流IWL及IBL皆通过，则该磁场会产生两个在X方向及Y方向，强度大约相同的分量Hx及Hy，结果会使得该磁化方向(实线箭头)在90度至180度的角度范围内更进一步的旋转(图3E)。最后，透过一具有只指向X方向的分量Hx的磁场，则磁化方向会如图3及图3G一样更进一步旋转，直到其中于旋转至X方向(180度)。图3H则显示具体指明与该MRAM存储器胞元MTJ的一逻辑“1”一致的信息内容的去能量后的最终状态。
在图4左半边的时序图中，显示写入一逻辑”1”的字线电流IWL及位线电流IBL的时序a至h，及其相对应于如图3A至图3H所示的造成旋转的磁化顺序的瞬间a至h。
图4右半边的时序图中，同样的，显示写入一逻辑”0”至一MRAM存储器胞元MTJ中的电流IWL及电流IBL的暂时步骤顺序a’至h’。其可证实，在I’瞬间至h’瞬间的间，位线电流IBL透过位线BL而以相同方向流动。
为了完成根据本发明所提出的逐步磁化旋转，因此其绝对需要让通过该字线WL的电流IWL及通过该位线BL的电流IBL以一被定义的方式暂时性的彼此补偿，而通过这样的方式，若字线电流及位线电流有相同的开启持续时间，而该位线电流IBL可，举例而言，应用于延迟如相关于字线电流IWL开启持续时间的半的情况时，则写入一逻辑“0”时的位线电流IBL的电流方向会相关于写入一逻辑“1”时的IBL的电流方向而被反转。
根据本发明及图式做为参考所叙述的对MRAM存储器胞元MTJ的磁化的旋转的控制可避免在已知半选择方法中会发生的老化现象，藉此可延长该MRAM胞元的服务寿命，并且其与传统方法相比可更确实地转换。
通过上述根据本案的方法的知识，一熟习此记忆的人可以具体指明可通过本案的方法写入的一MRAM存储器的一写入控制电路，也就是说，以暂时性彼此补偿的方式施加通过字线WL及位线BL的电流IWL及IBL的电路装置，如图4的例子所示，结果显示，在每个例子中，所选择的存储器胞元的磁化方向为了写入一逻辑“0”或“1”，是在多个连续步骤中旋转至所需的方向。

Claims (4)

1.一种写入一MRAM存储器的磁阻性存储器胞元的方法，其中写入电流(IWL、IBL)在每一个例子中施加一字线(WL)及一位线(BL)的方式系为将该写入电流所产生的磁场(Hx(IBL)、Hy(IWL))的叠加，而此在每一个对应的字线及位线(WL、BL)所选择的存储器胞元中，会导致该磁化方向改变，其特征在于：
该写入电流(IWL、IBL)分别施加该字线(WL)及该位线(BL)的方式为暂时性地彼此补偿，因此，该所选择的存储器胞元(MTJ)的该磁化方向将会在多个连续步骤中被旋转成写入`一逻辑“0”或“1”所需的方向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在每一个例子中，该所选择的存储器胞元(MTJ)的该写入电流(IWL、IBL)施加的持续期间大约相同，且以暂时性彼此补偿的方式。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
为了写入一逻辑“1”至该所选择的存储器胞元(MTJ)，于该位线(BL)中之该写入电流(IBL)以与在该字线(WL)中的该写入电流(IWL)相同的方向流过，并受相关于该字线(WL)的该写入电流(IWL)的一延迟方式所施加。
4.一种具有包含磁阻性存储器胞元(MTJ)的一数组之MRAM存储器排列，并具有字线(WLs)及位线(BLs)，一写入控制电路系建立以将在每个例子中的写入电流(IWL及IBL)施加至一被选择以写入的存储器胞元(MTJ)的该字线(WL)及该位线(BL)上，其特征在于：
该写入控制电路具有以一暂时性彼此补偿方式施加该写入电流(IWL、IBL)于对应的该字线(WL)及于对应的该位线(BL)的电路装置，因此，该所选择的存储器胞元(MTJ)的该磁化方向会在多个连续步骤中被旋转成写入一逻辑“0”或“1”所需的方向。
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