CN101635166A - 使用磁畴壁移动的信息存储装置以及操作该装置的方法 - Google Patents

使用磁畴壁移动的信息存储装置以及操作该装置的方法 Download PDF

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Abstract

一种使用磁畴壁移动的信息存储装置以及操作该装置的方法，所述信息存储装置包括：存储节点；写入单元，被配置以将信息写入到存储节点的第一磁畴区域；读取单元，被配置以从存储节点的第二磁畴区域读取信息。所述信息存储装置还包括：临时存储单元，被配置以临时存储由读取单元读取的信息；写入控制单元，电连接到临时存储单元，被配置以控制供应到写入单元的电流。从第二磁畴区域读取的信息被存储在临时存储单元中并被写入到第一磁畴区域。

Description

使用磁畴壁移动的信息存储装置以及操作该装置的方法
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及使用磁畴壁移动的信息存储装置以及操作该装置的方法。
背景技术
硬盘驱动器(HDD)和非易失性随机存取存储器(RAM)是甚至在切断电源时也可保存记录的信息的传统非易失性信息存储装置的示例。
传统HDD使用转动部件来存储信息。然而，转动部件可随着时间而磨损，从而增加了运行失败的可能性。结果，降低了传统HDD的可靠性。
传统非易失性RAM的示例是闪存。在不使用转动部件时，与传统HDD相比，传统闪存具有相对慢的读取和写入速度、相对短的使用寿命和相对小的存储容量。闪存还可具有相对高的制造成本。
另一传统信息存储装置使用磁性物质的磁畴壁移动的原理。在这些传统磁性信息存储装置中，由铁磁物质形成的分(minute)磁性区域称为磁畴。在具有不同磁化方向的磁畴之间的边界部分称为磁畴壁。可通过将电流应用到磁层来移动磁畴和磁畴壁。
使用磁畴壁移动的传统信息存储装置具有缓冲区域(用于临时存储信息的区域)，其具有与存储区域的程度相似的长度。因此，传统信息存储装置的有效存储容量大约是物理存储容量的一半。另外，在传统信息存储装置中，通过将磁畴和磁畴壁从存储区域移动到缓冲区域并将移动的磁畴和磁畴壁返回到存储区域来执行读取/写入操作，从而减小了读取/写入速度并降低了操作可靠性和装置性能。
发明内容
一个或更多示例实施例涉及使用磁畴壁移动的信息存储装置以及操作该装置的方法。
一个或更多示例实施例提供了使用磁畴和磁畴壁的移动的原理的信息存储装置以及操作信息存储装置的方法。
根据至少一个示例实施例，信息存储装置可包括：存储节点，具有多个磁畴区域和在磁畴区域之间的磁畴壁；写入单元，被配置以将信息写入到存储节点的第一区域；读取单元，被配置以从存储节点的第二区域读取信息；磁畴壁移动单元，电连接到存储节点，被配置以移动磁畴壁；临时存储单元，电连接到读取单元，被配置以临时存储由读取单元读取的信息；写入控制单元，电连接到临时存储单元和写入单元，被配置以控制供应到写入单元的电流。
根据至少一个示例实施例，信息存储装置可包括：存储节点，包括多个磁畴区域和被安排在磁畴区域之间的磁畴壁；写入单元，被配置以将信息写入到存储节点的第一磁畴区域；读取单元，被配置以从存储节点的第二磁畴区域读取信息；磁畴壁移动单元，电连接到存储节点，磁畴壁移动单元被配置以移动磁畴壁；临时存储单元，电连接到读取单元，临时存储单元被配置以临时存储由读取单元读取的信息；写入控制单元，电连接到临时存储单元和写入单元，写入控制单元被配置以控制供应到写入单元的电流。
根据至少一些示例实施例，第一区域可与存储节点的第一端相邻，第二区域可与存储节点的第二端对应。存储节点的第一端可在给定的方向上被磁化。信息存储装置还可包括：第一到第三字线，以及与第一到第三字线相交的第一和第二位线。存储节点的第一端可连接到第一字线。存储节点的第二端可连接到第一位线和第二位线中的一个。写入单元的第一电极可连接到第二字线，第一电极可被排列在第一区域的底部。写入单元的第二电极可连接到第二位线，第二电极可被放置在第一区域的顶部。读取单元的第一端可连接到第一位线。读取单元的第二端可连接到第三字线。临时存储单元可连接到第一位线，写入控制单元可连接到第二位线。
根据至少一些示例实施例，信息存储装置还可包括：第一切换单元，被安排在存储节点的第一端与第一字线之间；第二切换单元，被安排在写入单元的第一电极与第二字线之间，其中，写入单元被安排在第一区域的顶部；第三切换单元，被安排在读取单元的第二端与第三字线之间。
根据至少一些示例实施例，信息存储装置还可包括：第四切换单元，被安排在第一或第二位线中的一个与存储节点的第二端之间，其中，第一或第二位线中的一个连接到存储节点的第二端；第四字线连接到第四切换单元。
根据至少一些示例实施例，第二字线和第三字线可连接到共同的电压源。第一字线和第四字线可连接到共同的电压源。磁畴壁移动单元可包括：第一电流源，被配置以将电流提供到存储节点；第五切换单元，被安排在存储节点与第一电流源之间。存储节点的第二端可连接到第一位线，磁畴壁移动单元可连接到第一位线。
根据至少一些示例实施例，信息存储装置还可包括：传感单元，连接在临时存储单元与读取单元之间。临时存储单元可包括锁存器，连接到传感单元的输出端。传感单元可包括：传感电路，连接到读取单元；另一电流源，被安排在传感电路和读取单元之间，其中，另一电流源被配置以将电流提供到读取单元；另一切换单元，被安排在另一电流源和读取单元之间。写入控制单元可包括：另一附加电流源，被配置以将电流提供到写入单元；另一附加切换单元，被安排在另一附加电流源与写入单元之间，逻辑单元，被安排在另一附加切换单元与临时存储单元之间。
根据示例实施例，存储节点、第一到第四字线、第一和第二位线以及第一到第四切换单元可形成单元存储区域。多个单元存储区域可被安排形成存储阵列。外围电路可被安排以驱动并控制存储阵列。磁畴壁移动单元、临时存储单元和写入控制单元可被包括在外围电路区域中。解码器可被安排在存储阵列与外围电路之间。存储节点的第二端可连接到多个位线的第一个，磁畴壁移动单元可连接到多个位线的第一个。
至少一个其它示例实施例提供了一种操作信息存储装置的方法。所述信息存储装置可包括：具有多个磁畴和在磁畴区域之间的磁畴壁的存储节点；被安排在与存储节点的第一端相邻的存储节点的第一区域的写入单元。存储节点的第一端可以是在第一方向上被磁化的第一磁畴区域。根据至少该示例实施例，所述方法可包括：通过使用写入单元在与第一方向相反的方向上磁化第一区域来记录第一信息；在通过将电流供应到存储节点来将第一磁畴区域延伸到第一区域时，将第一信息向存储节点的第二端移动1位。
至少一个其它示例实施例提供了一种操作信息存储装置的方法。所述信息存储装置可包括：具有多个磁畴和在磁畴之间的磁畴壁的存储节点；被配置以将信息写入到存储节点的第一区域的写入单元；被配置以从存储节点的第二区域读取信息的读取单元；被配置以移动磁畴壁的磁畴壁移动单元；被配置以临时存储由读取单元读取的信息的临时存储单元以及电连接到临时存储单元，并被配置以控制供应到写入单元的电流的写入控制单元。根据至少该示例实施例，所述方法可包括：第一操作，从第二区域再现或读取信息并将再现的信息存储在临时存储单元中；第二操作，将存储节点的磁畴壁向第二区域移动1位。
根据至少一些示例实施例，所述方法还可包括：第三操作，通过使用写入控制单元和写入单元选择性地将信息写入到第一区域。在第三操作中写入到第一区域的信息可以与在第一操作中再现(或读取)的信息相同。在第二操作中，第一磁畴可延伸到第一区域，如果在第一操作中再现的信息与在第三磁畴区域中存储的信息相应，则在第三操作中写入电流未被供应到第一区域。如果在第一操作中再现的信息与在第一磁畴中存储的信息不相应，则在第三操作中写入电流可被供应到第一区域。
在第二操作之后，所述方法还可包括：第三操作，选择性地将在第一操作中再现的信息写入到第一区域，同时从第二区域再现信息。如果在第一操作中再现的信息与在第一磁畴中存储的信息相应，则在第三操作中写入电流不需要被供应到第一区域。如果在第一操作中再现的信息与在第一磁畴中存储的信息不相应，则在第三操作中写入电流可被供应到第一区域。
至少一个其它示例实施例提供了一种信息存储装置。所述信息存储装置可包括：存储节点，包括多个磁畴；写入单元，被安排在与存储节点的第一端相邻的存储节点的第一磁畴区域；读取单元，被安排在存储节点的第二磁畴区域。磁畴壁可被安排在存储节点的每对相邻磁畴之间。存储节点的第一端可以在第一磁化方向上被磁化，第二磁畴区域可以位于存储节点的第二端。
根据至少一些示例实施例，第一磁化方向可表示第一信息类型，写入单元可被配置以通过选择性地将写入电流施加到第一磁畴区域来将信息写入到第一磁畴区域。所述信息可与第一磁化方向或第二磁化方向相应。在一个示例中，写入单元仅在信息与第二磁化方向相应时将写入电流施加到第一磁畴区域。
根据至少一些示例实施例，写入单元和读取单元可被连接到相同或不同的位线。写入单元可包括：第一分离层(separation layer)，被安排在第一磁畴区域的第一表面上；第一扎层(pinned layer)，被安排在第一分离层上；第一电极层，被安排在第一扎层上；第二电极层，被安排在第一磁畴区域的第二表面上。第一扎层可具有固定的磁化方向。第二表面可以与第一表面相反。存储节点的第一端可经由第一切换装置连接到第一地。第一电极层可连接到第一位线。第二电极层可经由第二切换装置连接到第一地。
根据至少一些示例实施例，读取单元可包括：第一分离层，被安排在第二磁畴区域的表面上；第一电极层，被安排在分离层上；扎层，被安排在第一电极层上；第二分离层，被安排在扎层上；第一游离层(free layer)，被安排在第二分离层上；第二电极层，被安排在第一游离层上。扎层可具有固定的磁化方向。存储节点的第二端可连接到第一位线，第二电极层可经由第一切换装置连接到地。第一电极层可被连接到第一位线。存储节点的第二端可经由第二切换装置连接到第一位线。第一电极层可连接到第二位线。存储节点的第二端可经由第二切换装置连接到第一位线。
根据至少一些示例实施例，存储节点的第一端可经由第一切换装置连接到地，第一切换装置可经由第一字线被选择性地激活和禁止。存储节点的第二端可经由第二切换装置连接到第一位线，并可经由第二字线被选择性地激活和禁止。第一字线和第二字线中的每一个可连接到共同的字线。
根据至少一些示例实施例，所有多个磁畴可作为存储节点的有效存储区域。或者，除了在存储节点的第一端的磁畴区域之外的所有的多个磁畴可作为存储节点的有效存储区域。
根据至少一些示例实施例，存储节点的第一端可经由第一切换装置连接到第一地，写入单元可经由第二切换装置连接到第一地，读取单元可经由第三切换装置连接到第二地。第一地和第二地可连接到共同的地。存储节点的第二端可经由第四切换装置连接到第一位线，第一和第四切换装置可经由共同的字线被选择性地激活和禁止。第二和第三切换装置可经由共同的字线被选择性地激活和禁止。
根据至少一些示例实施例，信息存储装置还可包括：多个字线和与多个字线相交的多个位线。存储节点的第一端可连接到多个字线的第一个。存储节点的第二端可连接到多个位线的第一个和第二个中的一个。写入单元的第一电极可连接到多个字线的第二个。写入单元的第二电极可连接到多个位线的第二个。读取单元的第一电极可连接到多个位线的第一个和第二个中的一个。读取单元的第二电极可连接到多个字线的第三个。
信息存储装置还可包括：第一、第二和第三切换单元。第一切换单元可被安排在存储节点的第一端与多个字线的第一个之间。第二切换单元可被安排在写入单元的第一电极与多个字线的第二个之间。第三切换单元可被安排在读取单元的第二电极与多个字线的第三个之间。
第四切换单元可被安排在连接到存储节点的第二端的多个位线的第一个或第二个与存储节点的第二端之间。多个字线的第四个可连接到第四切换单元。
磁畴壁移动单元可电连接到存储节点。磁畴壁移动单元可被配置以移动磁畴壁。临时存储单元电连接到读取单元，可被配置以临时存储由读取单元读取的信息。写入控制单元电连接到临时存储单元和写入单元，写入控制单元可被配置以控制供应到写入单元的电流。写入控制单元可包括电流源、切换单元和逻辑装置。电流源可被配置以将电流提供到写入单元。切换单元可连接在电流源与写入单元之间。逻辑装置可连接在切换单元与临时存储单元之间。
根据至少一些示例实施例，传感单元可连接在临时存储单元与读取单元之间。临时存储单元可包括锁存器，连接到传感单元的输出端。
附图说明
通过对在附图中示出的示例实施例进行的以下描述，本发明将会变得更加清楚和更加易于理解，其中：
图1到图6示出根据示例实施例的使用磁畴壁移动的信息存储装置；
图7是根据示例实施例的使用磁畴壁移动的信息存储装置的布局图；
图8是沿图7的线I-I’剖开的截面图；
图9和图10是示出根据示例实施例的使用磁畴壁移动的信息存储装置的整体结构的电路图；
图11A到图11D是示出根据示例实施例的在信息存储装置中记录信息的方法的示图；
图12A到图12E是示出根据示例实施例的再现存储在信息存储装置中的信息的方法的示图；
图13是根据示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现(读取)中可用的读取电流、移动电流和写入电流的波形图；
图14是根据示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现(读取)期间使用的输入信号和输出信号的波形图；
图15A到图15E是示出根据另一示例实施例的将存储在信息存储装置中的信息再现(读取)的方法的示图；
图16是根据示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现(读取)中可用的读取电流、移动电流和写入电流的波形图；和
图17是根据示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现(读取)期间产生的各种输入信号和输出信号的波形图。
具体实施方式
现将参照附图对本发明的各个实施例进行更充分的描述。
在此公开本发明的详细描述的示例实施例。然而，在此公开的具体结构和功能性细节仅用于描述本发明的示例实施例的目的。然而，本发明可以以各种不同形式实施而不应理解为局限于在此列出的示例实施例。
因此，本示例性实施例可被修改并且采用替代形式，通过附图中的示例的形式示出本发明的特定实施例，并将在此详细描述。然而，应该理解，不应将示例实施例限定为公开的具体形式，相反，示例实施例覆盖落入本发明的范围内的所有修改、等同物和替代物。在整个附图的描述中，相同的标号表示相同的部件。
应该理解虽然术语“第一”、“第二”等会在以下被用到以描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语只是用来将一个元件与其它元件区分。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称作第二元件，相似地，第二元件可以被称作第一元件。如这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个联合列出的项的任意组合或所有组合。
应该理解当元件或层被称为“形成在”另一元件或层时，该元件可直接或间接地形成在另一元件或层。也就是，例如，可出现中间元件或层。相反，当元件或层被称为“直接形成在”另一元件时，不存在中间元件或层。其它用于描述元件或层之间的关系的词语应以相同的方式被解释(例如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
在此使用的术语的目的仅仅是描述具体的实施例，而不应作为示例实施例的限制。除非上下文另外明确指出，如在此使用的单数形式“a”、“an”和“the”也意味着包括复数形式。还应该理解当在此使用术语“包含”和/或“包括”时，指定陈述的特性、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特性、整体、步骤、操作、元件、组件和/或及其组的存在或添加。
为了清楚，在附图中将夸大层和区域的厚度。附图中相同的标号表示相同的元件。
图1示出根据示例实施例的使用磁畴壁移动的信息存储装置。在图1中，为了解释方便，使用第一方向指示符ID1和第二方向指示符ID2。第一方向指示符ID1涉及第一字线WL1、第二字线WL2和第三字线WL3以及第一位线BL1和第二位线BL2。第二方向指示符ID2涉及存储节点SN1、写入单元或元件WE1以及读取单元或元件RE1。
参照图1，第一到第三字线WL1、WL2和WL3在给定、期望或预定的方向上延伸，例如，在第一方向指示符ID1的Y轴方向上延伸。第一位线BL1和第二位线BL2在与第一到第三字线WL1、WL2和WL3垂直或基本垂直的方向上延伸。第一地线GND1可被安排在第一字线WL1与第二字线WL2之间。第二地线GND2可被安排在第二字线WL2与第三字线WL3之间。
存储节点SN1可连接到第一字线WL1和第一位线BL1。例如，存储节点SN1可以是在第二方向指示符ID2的X轴方向延伸的线性磁轨。线性磁轨可包括多个以线排列的磁畴区域D。磁畴壁区域DW可将相邻的磁畴区域D分离。存储节点SN1的第一端E1和第二端E2可分别连接到第一字线WL1和第一位线BL1。存储节点SN1的第一端E1可以在给定、期望或预定的方向上被磁化，例如，在第二方向指示符ID2的Z轴方向上被磁化。在存储节点SN1的第一端E1标记的箭头指示存储节点SN1被磁化的方向。第一切换装置SD1可位于存储节点SN1的第一端E1与第一字线WL1之间。第一切换装置SD1可以是晶体管，在本示例中，第一切换装置SD1的栅极、源极和漏极可分别连接到第一字线WL1、存储节点SN1和第一地线GND1。
写入元件WE1可将信息写入到存储节点SN1。写入元件WE1可被安排在紧挨在(或相邻于)存储节点SN1的第一端E1的存储节点SN1的磁畴区域(以下称为第一区域d1)上。如果写入元件WE1与第一区域d1对齐，则存储节点SN1(除了第一端E1之外)的剩余区域可作为有效存储区域，这将在以下进行更详细的描述。或者，写入元件WE1可与存储节点SN1的第一端E1对齐，但不在第一区域d1中。在本示例中，整个存储节点SN1可以是有效存储区域。例如，写入元件WE1可以是用于根据在该领域中公知的隧道磁电阻(TMR)作用或巨磁电阻(GMR)作用来记录信息的装置。在一个示例中，写入元件WE1可包括连续堆积在第一区域d1的上表面或下表面中的一个(例如，上表面)上的第一分离层10、第一扎层20和第一电极层30。第二电极层40可形成在第一区域d1的上表面或下表面中的另一个(例如，下表面)上。第二电极层40可被包括在写入元件WE1中。
如果写入元件WE1是TMR装置，则第一分离层10可以是绝缘层。如果写入元件WE1是GMR装置，则第一分离层10可以是导电层。第一扎层20可以是铁磁层。第一扎层20的磁化方向可以在给定、期望或预定的方向上被扎(pinned)。例如，第一扎层20可以在第二方向指示符ID2的Z轴方向上被磁化。安排有写入元件WE1的第一区域d1是游离层。可根据流过第一区域d1的写入电流的方向来改变游离层的磁化方向。例如，可根据在第一电极层30与第二电极层40之间的流动的写入电流来改变第一区域d1的磁化方向。可根据一般TMR作用或GMR作用来发生这种磁化方向的改变，因此将不在此进行详细描述。
虽然在图1中未示出，但是如果第一分离层10是导电层，则可将具有比存储节点SN1更高的电阻的电阻层安排在第一区域d1与第一分离层10之间。当在存储节点SN1的第一端E1与第二端E2之间施加电流以移动磁畴和磁畴壁时，电阻层可抑制和/或避免电流泄漏到第一电极层30。与电阻层相似或基本相似的层也可被安排在第一区域d1与第二电极层40之间。另外，可将至少一个层安排在第一扎层20与第一电极层30之间以固定第一扎层20的磁化方向。所述至少一个层可包括反铁磁层。还可将另一游离层安排在第一区域d1与第一分离层10之间。写入元件WE1的结构和元件可被改变或多样化。例如，写入元件WE1和第二电极层40的位置可彼此交换。在本示例中，可在以与Z轴的方向相反的方向上将第一区域d1下面的扎层磁化。另外，写入元件WE1可具有这样的结构：扎层在其上且在存储节点SN1的上面和下面之下形成。在本示例中，双扎结构的磁化方向可以彼此相反。
写入元件WE1的一端(例如，第一电极层30)可连接到第二位线BL2，第二电极层40可连接到第二字线WL2。在本示例中，第二电极层40可被作为写入元件WE1的另一端。第二切换装置SD2可被安排在第二电极层40与第二字线WL2之间。第二切换装置SD2可以是晶体管。在本示例中，第二切换装置SD2的栅极、源极和漏极可分别连接到第二字线WL2、第二电极层40和第一地线GND1。第一切换装置SD1和第二切换装置SD2的漏极可共同连接到第一地线GND1，从而漏极可形成为单共同漏极。
读取元件RE1可从存储节点SN1读取信息。读取元件RE1可位于存储节点SN1的第二端E2。读取元件RE1可以是根据TMR作用或GMR作用从存储节点SN1的第二端E2再现信息的传感器。在一个示例中，读取元件RE1可被安排在存储节点SN1的第二端E2的顶部或底部。读取元件RE1可包括顺序排列在第二端E2上的第三电极层50、第二扎层60、第二分离层70、第一游离层80和第四电极层90。可根据位于存储节点SN1的第二端E2的磁畴的磁化方向来改变在读取元件RE1的第三电极层50与第四电极层90之间的电流(或电阻)。第三分离层100可被放置在读取元件RE1与存储节点SN1的第二端E2之间。第三分离层100可以是绝缘层或具有比存储节点SN1更高的电阻的电阻层(非绝缘层)。
读取元件RE1的第一端(例如，第三电极层50)可连接到第一位线BL1。读取元件RE1的第二端(例如，第四电极层90)可连接到第三字线WL3。第三切换装置SD3可被放置在第四电极层90与第三字线WL3之间。第三切换装置SD3可以是晶体管。在本示例中，第三切换装置SD3的栅极、源极和漏极可分别连接到第三字线WL3、第四电极层90和第二地线GND2。
根据至少一个其它示例实施例，如图2所示，读取元件RE1的第一端(第三电极层50)可连接到第二位线BL2。在此示例中，第二位线BL2是连接写入元件WE1和读取元件RE1两者的共同位线。
如图3所示，第四切换装置SD4和第四字线WL4可被包括在信息存储装置中。
参照图3，第四字线WL4可以与第三字线WL3隔开。第四切换装置SD4可被安排在第四字线WL4与第二位线BL2相交的点。存储节点SN1的第二端E2和第二位线BL2可经由它们之间放置的第四切换装置SD4互相连接。第四切换装置SD4可以是晶体管。在这种情况下，第四切换装置SD4的栅极、源极和漏极可分别连接到第四字线WL4、第二位线BL2和存储节点SN1的第二端E2。
如图4所示，第四切换装置SD4可连接到第一位线BL1，而非第二位线BL2。
在图3和图4中，第一字线WL1和第四字线WL4可互相连接，从而可对其施加相同的信号。相似地，第二字线WL2和第三字线WL3可互相连接，从而可对其施加相同的信号。另外，可经由共同地线连接第一地线GND1和第二地线GND2。
图5示出与图4中示出的信息存储装置相似的信息存储装置，除了第一字线WL1和第四字线WL4经由第一共同互连线CW1连接、第一地线GND1和第二地线GND2经由第一共同地线CG1连接之外。在本示例中，第一字线WL1和第四字线WL4可连接到共同电压源，从而可将相同的信号施加到第一字线WL1和第四字线WL4。在图5中，“W2”表示连接到第二字线WL2的第二互连线，“W3”表示连接到第三字线WL3的第三互连线。
图6示出与图5中示出的信息存储装置相似的信息存储装置，除了图6的信息存储装置还包括连接第二字线WL2和第三字线WL3的第二共同互连线CW2之外。在本示例中，第二字线WL2和第三字线WL3可连接到共同电压源，从而可将相同的信号施加到第二字线WL2和第三字线WL3。
虽然在图1到图6中未示出，但根据示例实施例的信息存储装置可包括电连接到存储节点SN1的磁畴壁移动单元。磁畴壁移动单元可被配置以移动磁畴壁。磁畴壁移动单元可包括如图9和图10所示的第二电流源SG2和第二晶体管Tr2。第二晶体管Tr2是位于第二电流源SG2与存储节点SN1之间的切换装置的示例。根据示例实施例的信息存储装置还可包括电连接到读取元件RE1的临时存储单元。临时存储单元可被配置以临时存储来自读取元件RE1的读取信息(数据)。信息存储装置还可包括电连接到临时存储单元和写入元件WE1的写入控制单元。写入控制单元可控制供应到写入元件WE1的电流。临时存储单元可以与图9和图10所示的临时存储单元L1相应。写入控制单元可包括图9和图10所示的第三电流源CS3、第三晶体管Tr3和逻辑装置L2。第三晶体管Tr3是位于第三电流源SG3与写入元件WE1之间的切换装置的示例。
图1到图6中示出的信息存储装置的示例实施例可以是单元存储区域。根据另一示例实施例的信息存储装置可包括如图7所示的具有二维(2D)阵列结构的多个单元存储区域。
图7是根据另一示例实施例的信息存储装置的布局图。
参照图7，多个单元存储区域MR排列在Y轴方向上。每个单元存储区域MR可具有例如图4中所示的电路结构。
现将参照图7和图8对每个单元存储区域MR的结构进行详细描述。图8是沿图7的线I-I’剖开的截面图。
在图7中，每个单元存储区域MR包括在Y轴方向上延伸的第一字线WL1到第四字线WL4和与第一字线WL1到第四字线WL4互连的第一位线BL1和第二位线BL2。可在第二位线BL2下面并与第二位线BL2平行来形成存储节点SN1。写入元件WE1可被放置在紧挨与第二字线WL2相邻的存储节点SN1的第一端E1，读取元件RE1可被放置在存储节点SN1的第二端E2。第一源极S1和第一漏极D1可被分别放置在第二位线BL2下面与第一字线WL1的右边和左边相邻。第一源极S1、第一漏极D1和在第一源极S1与第一漏极D1之间的第一字线WL1可形成第一切换装置SD1。
第一源极S1可连接到存储节点SN1的第一端E1，第一漏极D1可接地(如图8中所示)。参照图8，标号1表示将第一源极S1与存储节点SN1的第一端E1连接的第一连接导体。
返回图7，第二源极S2和第二漏极D2可被分别放置在第二位线BL2下面与第二字线WL2的右边和左边相邻。第二源极S2、第二漏极D2和在第二源极S2与第二漏极D2之间的第二字线WL2可形成第二切换装置SD2。第二源极S2可连接到第二电极层40(可被称为写入元件WE1的下表面)，第二漏极D2可接地，写入元件WE1的上表面(第一电极层30)可连接到第二位线BL2(如图8中所示)。参照图8，标号2和标号3分别表示将第二源极S2与第二电极层40连接的第二连接导体和将第一电极层30与第二位线BL2连接的第三连接导体。
返回图7，第三源极S3和第三漏极D3可被分别放置在第二位线BL2下面与第三字线WL3的右边和左边相邻。第三源极S3、第三漏极D3和在第三源极S3与第三漏极D3之间的第三字线WL3可形成第三切换装置SD3。第三源极S3可连接到读取元件RE1的第四电极层90，第三漏极D3可接地(如图8中所示)。在图8中，标号4表示将第三源极S3与第四电极层90连接的第四连接导体。读取元件RE1的第三电极层50可连接到第一位线BL1。
如图8中所示，为了将第三电极层50与第一位线BL1连接，延伸的电极层50’可从第三电极层50的一边延伸，第五连接导体5可被安排在延伸的电极层50’上。延伸的电极层50’可以与第三电极层50构成整体，如图7中所示，第五连接导体5可从第二位线BL2的底部延伸到第一位线BL1。
虽然图7中未示出，但另一连接导体可被放置在第一位线BL1下面的第五连接导体5的一端以与第一位线BL1连接。第四源极S4和第四漏极D4可被分别放置在第二位线BL2下面与第四字线WL4的右边和左边相邻。第四源极S4、第四漏极D4和在第四源极S4与第四漏极D4之间的第四字线WL4可形成第四切换装置SD4。第四源极S4可连接到存储节点SN1的第二端E2(如图8中所示)。在图8中，标号6表示将第四源极S4与存储节点SN1的第二端E2连接的第六连接导体。
第四源极S4可连接到第一位线BL1。参照图8，为了将第四源极S4与第一位线BL1连接，第七连接导体7可被放置在第四源极S4上，第八连接导体8可被放置在第七连接导体7上。如图7中所示，第八连接导体8可从第二位线BL2的底部延伸到第一位线BL1。虽然在图7中未示出，但另一连接导体可被放置在第一位线BL1下面的第八连接导体8的一端以与第一位线BL1连接。
在图7和图8中，由于第一漏极D1到第三漏极D3可实际被接地而没有附加地线(第一地线GND1和第二地线GND2)穿过小区区域，故未示出图1到图4中所示的第一地线GND1和第二地线GND2。因此，在小区区域中，第一漏极D1到第三漏极D3可在相对长线中形成，接地触点层可在每个漏极的端形成。在图8中，标号SUB和ILD分别表示衬底和绝缘材料层。
图9是示出根据示例实施例的信息存储装置的整体结构的示例。
参照图9，多个单元存储区域MR可以排列在n个行m个列。虽然在图9中以简化的形式示出单元存储区域MR，但它们的详细结构与图5中示出的示例性实施例相同或基本相同。标号BL1i表示共同连接到存在于第i行的单元存储区域MR的第一位线，标号BL2i表示共同连接到存在于第i行的单元存储区域MR的第二位线(i是满足1≤i≤n的自然数)。标号CW1j、W2j和W3j分别表示第一共同互连线、第二互连线和第三互连线，它们中的每一个都共同连接到存在于第j行的单元存储区域MR。标号CG1j表示共同连接到存在于第j行(j是满足1≤j≤m的自然数)的单元存储区域MR的第一共同地线。第一共同互连线CW1j、第二互连线W2j、第三互连线W3j和第一共同地线CG1j可以与图5中示出的第一共同互连线CW1、第二互连线W2、第三互连线W3和第一共同地线CG1相应。
列解码器DCR1可共同连接到第一组位线BL11到BL1n和第二组位线BL21到BL2n。行解码器DCR2可共同连接到第一共同互连线CW11到CW1m、第二互连线W21到W2m、第三互连线W31到W3m和第一共同地线CG11到CG1m。可由列解码器DCR1和行解码器DCR2从多个单元存储区域MR中选择一个单元存储区域MR。列解码器DCR1和行解码器DCR2可包括具有复用器(MUX)/解复用器(DMUX)结构的选择逻辑装置。由于这种选择逻辑装置在该领域中是公知的，故省略对列解码器DCR1和行解码器DCR2的详细描述。
外围电路1000可被与列解码器DCR1的一边相邻并且与列解码器DCR1连接来放置。外围电路1000可包括连接到列解码器DCR1的传感电路S/A。传感电路S/A可以是用于放大从其中一个单元存储区域MR读取的信息信号的传感放大器。传感电路S/A可包括两个输入端，一个可以电连接到列解码器DCR1，另一个可连接到参考电阻器(未示出)。第一电流源CS1可连接在列解码器DCR1与传感电路S/A之间。第一晶体管Tr1可被安排在第一电流源CS1与列解码器DCR1之间。第一电流源CS1、传感电路S/A和第一晶体管Tr1可形成传感单元。所述传感单元可电连接到如图1到图6中所示的读取元件RE1。第一晶体管Tr1可以是被安排在第一电流源CS1与读取元件RE1之间的切换装置的示例。
临时存储单元L1可连接到传感电路S/A的输出端以临时存储信息。例如，临时存储单元L1可以是锁存器装置。锁存器装置在该领域中是公知的，故省略对其的详细描述。从传感电路S/A输出的信号(例如，与从其中一个单元存储区域MR读取的信息相应的信号)可被临时存储在临时存储单元L1中。
第二电流源CS2可经由被安排在第二电流源CS2与列解码器DCR1之间的第二晶体管Tr2连接到列解码器DCR1。第一晶体管Tr1和第二晶体管Tr2可经由可以是共同互连线的第一输入线B1连接到列解码器DCR1。第三电流源CS3可经由被安排在第三电流源CS3与列解码器DCR1之间的第三晶体管Tr3连接到列解码器DCR1。将第三晶体管Tr3与列解码器DCR1连接的互连线被称为第二输入线B2。包括第一输入端In1、第二输入端In2和输出端Out1的逻辑装置L2可连接到第三晶体管Tr3的栅极。在一个示例中，逻辑装置L2可以是AND逻辑装置，但示例实施例不限于此。逻辑装置L2可以是另一类型的逻辑装置。逻辑装置L2的输出端Out1可以连接到第三晶体管Tr3的栅极，逻辑装置L2的第一输入端In1可以连接到临时存储单元L1。可根据提供到逻辑装置L2的第一输入端In1和第二输入端In2的信号来确定接通还是断开第三晶体管Tr3。
第一到第三外部互连线CW1’、W2’和W3’以及第一外部地线CG1’可连接到行解码器DCR2。第一到第三外部互连线CW1’、W2’和W3’可分别连接到第一共同互连线CW1j、第二互连线W2j和第三互连线W3j。第一外部地线CG1’可连接到第一共同地线CG1j。第一到第三电压源(未示出)可将第一电压信号和第三电压信号分别施加到第一到第三外部互连线CW1’、W2’和W3’。
列地址线AD1和行地址线AD2可分别连接到列解码器DCR1和行解码器DCR2。可响应于来自列地址线AD1的信号和来自行地址线AD2的信号来分别控制列解码器DCR1和行解码器DCR2的逻辑操作，从而选择执行操作的其中一个单元存储区域MR。在选择了其中一个单元存储区域MR之后，可通过使用第一电流源CS1到第三电流源CS3、第一晶体管Tr1到第三晶体管Tr3和第一电压源到第三电压源来将信息写入选择的单元存储区域MR或从选择的单元存储区域MR读取信息。经由第一输入线B1提供到列解码器DCR1的信号可被提供到选择的单元存储区域MR的第一位线BL1i，经由第二输入线B2提供到列解码器DCR1的信号可被提供到选择的单元存储区域MR的第二位线BL2i。相似地，经由第一到第三外部互连线CW1’、W2’和W3’提供到行解码器DCR2的信号可被分别提供到选择的单元存储区域MR的第一共同互连线CW1j、第二互连线W2j和第三互连线W3j。可经由行解码器DCR2将第一外部地线CG1’连接到选择的单元存储区域MR的第一共同地线CG1j。
仍然参照图9，SG1表示提供到第一晶体管Tr1的第一输入信号，SG2表示提供到第二晶体管Tr2的第二输入信号，SG3表示提供到逻辑装置L2的第二输入端In2的第三输入信号。另外，DOUT表示从传感电路S/A输出到临时存储单元L1的第一输出信号，LOUT表示从临时存储单元L1输出到逻辑装置L2的第二输出信号。
图9中示出的第二互连线W2j和第三互连线W3j可集成为共同互连线。相似地，如图10所示，第二外部互连线W2’和第三外部互连线W3’可集成为共同互连线。
图10是示出根据另一示例实施例的信息存储装置的整体结构的示例的电路图。
参照图10，第二共同互连线CW2j是图9中示出的第二互连线W2j和第三互连线W3j的组合。第四外部互连线CW2’是图9中示出的第二外部互连线W2’和第三外部互连线W3’的组合。图10的每个单元存储区域MR都可具有图6中所示的电路结构。
图11A到图11D是示出根据示例实施例的在信息存储装置中记录信息的方法的示图。对图4中示出的信息存储装置来描述该示例实施例。在图11A到图11D中，施加到第一字线WL1到第四字线WL4的电压被分别称为第一电压V1到第四电压V4。还将对图12A到图12E和图15A到图15E来描述相同的电压。
在图11A到图11D中，Z轴方向与图1中的Z轴方向相同，图12A到图12E和图15A到图15E中的Z轴方向也与图1中的Z轴方向相同。
参照图11A，为了将给定、期望或预定的信息写入到存储节点SN1的第一区域d1，在通过将第二电压V2施加到第二字线WL2来打开第二切换装置SD2时，可经由写入元件WE1将写入电流WC1从第二位线BL2施加到第二切换装置SD2。可以由写入电流WC1在与Z轴相反方向的方向磁化第一区域d1。在第一区域d1标记的箭头指示第一区域d1被磁化的方向。在本示例中，以在Z轴相反方向的方向磁化的第一区域d1指示给定、期望或预定的信息(例如，数据值1)被写入到第一区域d1。因此，图11A可被认为是示出记录数据值1的方法。可以在Z轴的方向磁化存储节点SN1的第一端E1，从而存储节点SN1的第一端E1可存储数据值0。
参照图11B，在分别将第一电压V1和第四电压V4施加到第一字线WL1和第四字线WL4接通第一切换装置SD1和第四切换装置SD4时，可经由第四切换装置SD4和存储节点SN1将移动电流MC1从第一位线BL1施加到第一切换装置SD1。在本示例中，可经由共同互连线连接第一字线WL1与第四字线WL4，相同或基本相同的电压信号可被施加到第一字线WL1与第四字线WL4。移动电流MC1可以是脉冲电流，磁畴和磁畴壁可响应于移动电流MC1在存储节点SN1内移动1位。由于磁畴和磁畴壁在电子移动的方向移动，故磁畴和磁畴壁移动的方向与移动电流MC1的方向相反。例如，磁畴和磁畴壁可响应于移动电流MC1向存储节点SN1的第二端E2移动1位。
参照图11B，如上参照图11所述的写入到第一区域d1的数据值1可以移动(例如，延伸或移动)到磁畴区域D到第一区域d1的右边。在存储节点SN1的第一端E1的磁畴可移动到第一区域d1。例如，如果存储节点SN1的第一端E1具有在给定、期望或预定的方向上磁化的磁畴，则当电流被从第二端E2提供到第一端E1时，在第一端E1的磁畴可响应于电流向第二端E2延伸。因此，可以在Z轴方向磁化第一区域d1，这指示数据值0被写入第一区域d1。在本示例中，可通过仅施加移动电流MC1而不使用写入电流WC1将数据值0写入第一区域d1。因此，图11B示出记录数据值0的方法。然而，参照图11B，如果在移动磁畴和磁畴壁1位之后，数据值1将被写入到第一区域d1，则可通过使用上述参照图11A描述的写入电流WC1来保留第一区域d1的磁化方向。
参照图11C，磁畴和磁畴壁可以以与图11B相似的方式在存储节点SN1内向存储节点SN1的第二端E2移动1位。在本示例中，在存储节点SN1的第一端E1的磁畴可再次延伸到第一区域d1。
参照图11D，可通过以图11A相似或基本相似的方式将写入电流WC1施加到第一区域d1来反转第一区域d1的磁化方向，从而将数据值1写入第一区域d1。根据示例实施例，可根据将写入的数据值选择性地执行这种通过使用写入电流WC1来反转第一区域d1的磁化方向。
如上所述，可通过基于逐位将磁畴和磁畴壁在存储节点SN1内移动来将数据值1或0写入第一区域d1。可一直执行这种写入操作直到初始写入到第一区域d1的数据值移动到存储节点SN1的第二端E2。
在上述示例实施例中，写入电流WC1可以在一个方向上流动。例如，写入电流WC1经由写入元件WE1从第二位线BL2流向第二切换装置SD2并被用于将数据写入第一区域d1，但不需要使用以相反方向流动的不同写入电流。可通过不同写入电流在Z轴方向上磁化第一区域d1。然而，可通过将在存储节点SN1的第一端E1的磁畴移动到第一区域d1来在Z轴方向上自动磁化第一区域d1，从而不需使用不同写入电流。被施加以移动磁畴和磁畴壁的移动电流MC1也可仅在一个方向上流动。由于写入电流WC1和移动电流MC1可被固定在各自的方向上流动，故可以以简化的方式执行记录并且信息存储装置的结构也可被简化。此外，第一、第二和第四切换装置SD1、SD2和SD4可具有不同于晶体管结构的结构(例如，二极管结构)。
在上述示例实施例中，写入元件WE1可被放置在第一区域d1，但示例实施例并不限于此。例如，写入元件WE1可被放置在存储节点SN1的第一端E1。在这种情况下，可由在不同方向上流动的两个写入电流来确定第一端E1的磁化方向。
图12A到图12E是示出根据示例实施例的再现存储在信息存储装置中的信息的方法的示图。在本示例实施例中使用的信息存储装置具有与图4中示出的信息存储装置相同的结构，除了存储节点SN1的多个磁畴区域D分别在给定的方向上被磁化。换句话说，给定的信息被写入磁畴区域D。至少在本示例实施例中，可经由共同互连线连接第一字线WL1和第四字线WL4，从而可对其提供相同的信号，但是第二字线WL2和第三字线WL3不会彼此电连接。图12A到图12E中示出的信息存储装置可以是图9的信息存储装置的一部分。当描述图12A到图12E需要时也可参照图9。
参照图12A，可通过将第三电压V3施加到第三字线WL3来接通第三切换装置SD3，可经由读取元件RE1将读取电流RC1从第一位线BL1提供到第三切换装置SD3。读取电流RC1的强度取决于存储节点SN1的第二端E2的磁化方向。因此，可通过提供读取电流RC1来从存储节点SN1的第二端E2读取信息。可通过操作图9的第一晶体管Tr1和第一电流源CS1来提供这样的读取电流RC1。在这种情况下，通过图9中所示的传感电路S/A可放大读取信息的信号，所述放大的信号可被存储在临时存储单元L1中。如图12A中所述，如果写入到存储节点SN1的第二端E2的信息是数据值1，则存储在图9的临时存储单元L1中的信号也可以与数据值1相应。存储在临时存储单元L1中的信号可被提供到逻辑装置L2并可被保留在逻辑装置L2中，直到下一再现信号被从传感电路S/A提供到临时存储单元L1。
参照图12B，可通过以与图11B中描述的方式相似或基本相似的方式通过提供移动电流MC1将磁畴和磁畴壁在存储节点SN1内向存储节点SN1的第二端E2移动1位。在这种情况下，在存储节点SN1的第一端E1的磁畴可延伸到存储节点SN1的第一区域d1。
参照图12C，在图12A中读取的信息可被写入到第一区域d1。如果读取的信息是数据值1，则可以如图12C所示提供写入电流WC1以将数据值1写入到第一区域d1。可以以与图11A中描述的方式相似或基本相似的方式提供写入电流WC1。如果读取信息是数据值0，则由于如图12B中所示的磁畴和磁畴壁的移动而已经将数据值0写入第一区域d1，故不需提供写入电流WC1。由如图12A中所示的在临时存储单元L1中读取并存储的信息的类型来确定是否提供写入电流WC1。如果存储在图9的临时存储单元L1中的信息是数据值1，则当经由第二输入端In2将给定、期望或预定的信号(例如，第三输入信号SG3)提供到连接到临时存储单元L1的逻辑装置L2时，可通过由逻辑装置L2接通第三晶体管Tr3来提供写入电流WC1。然而，如果存储在临时存储单元L1中的信息是数据值0，则甚至当经由第二输入端In2将给定信号提供到逻辑装置L2时，由于未接通第三晶体管Tr3，故也不会提供写入电流WC1。当经由第二输入端In2将给定、期望或预定的信号(例如，第三输入信号SG3)提供到逻辑装置L2时可确定是否提供写入电流WC1。
参照图12D，可以以与图12A中描述的方式相似或基本相似的方式读取存储在存储节点SN1的第二端E2的磁畴中的信息。读取的信息(例如，数据值0)可被临时存储在图9的临时存储单元L1中。
参照图12E，可通过以与图12B中描述的方式相似或基本相似的方式通过提供移动电流MC1将磁畴和磁畴壁在存储节点SN1内向存储节点SN1的第二端E2移动1位。在这种情况下，在存储节点SN1的第一端E1的磁畴可延伸到第一区域d1。在第一区域d1的磁畴可包含数据值0，由于在图12D中读取的信息是数据值0，故不需要使用移动电流MC1来反转第一区域d1的磁化方向。在这种情况下，不需要提供写入电流WC1。例如，甚至经由第二输入端In2将第三输入信号SG3提供到逻辑装置L2，也不需要根据逻辑装置L2的逻辑操作提供写入电流WC1。
虽然在附图中未示出，但可通过以与图12B中描述的方式相似或基本相似的方式通过提供移动电流MC1将磁畴和磁畴壁在存储节点SN1内向第二端E2移动1位。可从第二端E2的磁畴再次读取信息。
因此，在本示例实施例中，在将磁畴和磁畴壁在存储节点SN1内向第二端E2移动1位时，可从存储节点SN1的第二端E2再现信息。再现的信息可被传送到第一区域d1。如上所述，在将再现的信息传送到第一区域d1时可使用或不使用写入电流WC1。可重复执行再现信息、移动磁畴以及使用写入电流WC1选择性地记录再现的信息的步骤，直到在存储节点SN1的第二端E2中再次存在被再现并被传送到第一区域d1的第一信息。因此，能够从除了第一端E1之外的整个存储节点SN1完全再现信息。当再现完成时，存储节点SN1可被返回其原始状态(例如，再现之前)。因此，除了第一端E1之外的整个存储节点SN1可作为有效存储区域，并可实现具有较高和/或提高的记录密度的信息存储装置。
图13是根据示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现中可用的读取电流RC1、移动电流MC1和写入电流WC1的波形图。
在图13中，第一操作ST1到第五操作ST5可分别与图12A到图12E中所示的操作相应。在第一操作ST1中可提供读取电流RC1，在第二操作ST2中可提供移动电流MC1，在第三操作ST3中可提供写入电流WC1。在第四操作ST4中可再次提供读取电流RC1，在第五操作ST5中可提供移动电流MC1，在第六操作ST6中可以不提供写入电流WC1。参照图13，可通过在提供写入电流WC1之前再现的信息的类型来确定是否提供写入电流WC1。可重复执行再现，直到在存储节点SN1的第二端E2中再次出现在第一区域d1中被初始读取并被记录的信息。
图14是根据示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现期间产生的第一输入信号SG1到第三输入信号SG3以及第一输出信号DOUT和第二输出信号LOUT的波形图。当描述图14需要时还可参照图9和图13。
参照图14，第一操作ST1到第六操作ST6可分别与图13的第一操作ST1到第六操作ST6相应。在第一操作ST1中，第一输入信号SG1可被输入到第一晶体管Tr1，图12A中所示的存储节点SN1的第二端E2中存在的信息D1(以下称为第一信息)被再现。响应于再现的第一信息D1从传感电路S/A输出的第一输出信号DOUT可被提供到临时存储单元L1。在第二操作ST2中，第二输入信号SG2可被提供到第二晶体管Tr2，磁畴和磁畴壁可移动1位。在这种情况下，可保持第二输出信号LOUT以与第一信息D1相应。在第三操作ST3中，可经由第二输入端In2将第三输入信号SG3提供到逻辑装置L2。当第三输入信号SG3被提供到逻辑装置L2时，可通过第二输出信号LOUT的类型确定逻辑装置L2的输出信号，从而确定是否提供写入电流WC1。可提供或不提供写入电流WC1。随后可重复执行第一操作ST1到第三操作ST3。
图15A到图15E是示出根据另一示例实施例的将存储在信息存储装置中的信息再现的方法的示图。用于示出本示例实施例的信息存储装置具有与图4中示出的示例实施例相同的结构，除了存储节点SN1的多个磁畴在给定的方向上被磁化。换句话说，给定的信息被写入磁畴。在本示例实施例中，可经由共同互连线连接第一字线WL1和第四字线WL4，从而可对其提供相同的信号。也可经由共同互连线连接第二字线WL2和第三字线WL3，从而可对其提供相同的信号。图15A到图15E中示出的信息存储装置可以是图10的信息存储装置的一部分。当描述图15A到图15E需要时也可参照图10。
参照图15A，可以以与参照图12A描述的方式相似或基本相似的方式从存储节点SN1的第二端E2再现信息。再现的信息可被临时存储在图10的临时存储单元L1中。
参照图15B，可通过以与参照图12B描述的方式相似或基本相似的方式将磁畴和磁畴壁在存储节点SN1内向存储节点SN1的第二端E2移动1位。在这种情况下，在存储节点SN1的第一端E1的磁畴可延伸到存储节点SN1的第一区域d1。
参照图15C，在通过施加写入电流WC1将信息写入到第一区域d1时，可以以与参照图12D描述的方式相似或基本相似的方式再现存储在存储节点SN1的第二端E2中的信息。在这种情况下，写入到第一区域d1的信息可以与如图15A中所示的被再现并被临时存储在临时存储单元L1中的信息相同。如上所示，在本示例实施例中，可在记录第n信息(例如，第n-1信息)之前再现的信息时再现第n信息。在本示例中，n是大于或等于2的自然数。当初始再现信息时不需执行记录。如果第n-1信息是数据值1，则如图15C所示，可提供写入电流WC1以将该信息记录到第一区域d1。可如参照图12C所述来提供写入电流WC1。如果第n-1信息是数据值0，则不需提供写入电流WC1。
从图15C中的存储节点SN1的第二端E2再现的信息可以被临时存储在图10的临时存储单元L1中。在一个示例中，从第二端E2再现的信息可以是数据值0，与该信息相应的信号可被存储在临时存储单元L1中。
参照图15D，可通过以与参照图12E描述的方式相似或基本相似的方式将磁畴和磁畴壁在存储节点SN1内向第二端E2移动1位。在存储节点SN1的第一端E1的磁畴可延伸到第一区域d1。
参照图15E，可以以与参照图12E描述的方式相似或基本相似的方式再现存储在存储节点SN1的第二端E2中的信息。被再现并被存储在图15C中的临时存储单元L1中的信息是数据值0，第一区域d1的磁化可与数据值0相应。结果，不需提供写入电流WC1。可通过被再现并被存储在图15C中的临时存储单元L1中的信息的类型来确定是否提供写入电流WC1。
通过重复执行再现、记录(可选)和磁畴的移动可完成再现来自除了存储节点SN1的第一端E1之外的整个存储节点SN1的信息。另外，如果完成了再现，则存储节点SN1可返回再现之前的原始状态。例如，如图15A到图15E所示，可同时或基本同时(同时或同步)执行记录和读取，从而提高读取速度。
图16是根据另一示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现中可用的读取电流RC1、移动电流MC1和写入电流WC1的波形图。
参照图16，第一操作ST1’到第五操作ST5’可分别与图15A到图15E中所示的操作相应。在第一操作ST1’中可提供读取电流RC1，在第二操作ST2’中可提供移动电流MC1，在第三操作ST3’中可提供读取电流RC1和写入电流WC1。在第四操作ST4’中可提供移动电流MC1，在第五操作ST5’中可提供读取电流RC1，在第六操作ST6’中可提供移动电流MC1。可执行这种读取操作，直到在存储节点SN1的第二端E2中再次出现在第一操作ST1’中被再现并在第三操作ST3’中被记录的信息。
图17是根据示例实施例的在将存储在信息存储装置中的信息再现期间可产生的图10中示出的第一输入信号SG1到第三输入信号SG3以及第一输出信号DOUT和第二输出信号LOUT的波形图。当描述图17需要时也可参照图10和图16。
参照图17，第一操作ST1’到第六操作ST6’可分别与图16的第一操作ST1’到第六操作ST6’相应。在第一操作ST1’中，第一输入信号SG1和第三输入信号SG3可被分别输入到第一晶体管Tr1和逻辑装置L2。可响应于第一输入信号SG1再现第一信息(例如，图15A中示出的存储在存储节点SN1的第二端E2中的信息D1)。响应于再现的第一信息D1从传感电路S/A输出的第一输出信号DOUT可被提供到临时存储单元L1。在第一操作ST1’中，在不输出第二输出信号LOUT时，第三输入信号SG3可被提供到逻辑装置L2，从而可不接通第三晶体管Tr3并且不提供写入电流WC1。
在第二操作ST2’中，第二输入信号SG2可被提供到第二晶体管Tr2，从而磁畴和磁畴壁可移动1位。在这种情况下，可保持第二输出信号LOUT以与第一信息D1相应。
在第三操作ST3’中，第一输入信号SG1和第三输入信号SG3可被分别提供到第一晶体管Tr1和逻辑装置L2。可响应于第一输入信号SG1再现第二信息D2，响应于第二信息D2从传感电路S/A输出的第一输出信号DOUT可被提供到临时存储单元L1。在第三操作ST3’中，在第三输出信号SG3被提供到逻辑装置L2时，可根据第二输出信号LOUT的类型来确定从逻辑装置L2输出的信号，从而确定是否提供写入电流WC1。可提供或可不提供写入电流WC1。第二操作ST2’和第三操作ST3’可被重复执行。
示例实施例提供了其中的存储节点SN1可被完全或基本完全用作为有效存储区域的缓冲游离(buffer-free)或减小的缓冲信息存储装置。在操作根据示例实施例的信息存储装置的方法中，可通过仅在一个方向上移动磁畴和磁畴壁来执行记录和再现。因此，根据示例实施例的信息存储装置具有更高的读取/写入速度和操作可靠性，并当与其磁畴和磁畴壁移动到缓冲区域并随后返回原始存储区域的传统信息存储装置相比时提高了性能。此外，根据示例实施例，可使用仅在一个方向上流动的写入电流和读取电流分别执行所有或基本所有必须的操作，从而简化了处理和电路结构。此外，如参照图15A到15E所述，当同时或同步执行再现和读取时可提高(例如，极大地提高)操作速度。此外，如图4所示，如果第四切换装置SD4和读取元件RE1被共同连接到第一位线BL1，例如，如果第一位线BL1用作为共同位线，则可提高集成度。
在本公开中使用的特定术语不是为了限制本发明的范围，而仅为了使本发明被更好地理解(易于理解)。例如，该领域的技术人员应理解在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围内可对图1到图10进行形式和细节上的各种改变。例如，存储节点SN1可具有水平磁各向异性而非垂直磁各向异性，写入元件WE1的扎层20和读取元件RE1的扎层60也可具有水平磁各向异性。写入元件WE1和读取元件RE1的结构不限于上述描述并可对其进行各种改变。另外，可对参照图11A到图17描述的方法进行各种改变。此外，虽然示例实施例的特定元件使用术语“单元”，应该理解也可使用术语“电路”。此外，虽然常使用术语“记录”和“再现”，应该理解术语“写入”可被用于替代术语“记录”，术语“读取”可被用于替代术语“再现”。例如，写入控制单元可被称为写入控制电路，等等。因此，本发明的范围必须被确定为由权利要求限定，而不是由上述示例实施例限定。

Claims (37)

1、一种信息存储装置，包括：
存储节点，包括多个磁畴区域和被安排在磁畴区域之间的磁畴壁；
写入单元，被配置以将信息写入到存储节点的第一磁畴区域；
读取单元，被配置以从存储节点的第二磁畴区域读取信息；
磁畴壁移动单元，电连接到存储节点，磁畴壁移动单元被配置以移动磁畴壁；
临时存储单元，电连接到读取单元，临时存储单元被配置以临时存储由读取单元读取的信息；和
写入控制单元，电连接到临时存储单元和写入单元，写入控制单元被配置以控制供应到写入单元的电流。
2、如权利要求1所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域与存储节点的第一端相邻，第二磁畴区域与存储节点的第二端对应。
3、如权利要求2所述的信息存储装置，其中，存储节点的第一端在给定的方向上被磁化。
4、如权利要求1所述的信息存储装置，还包括：
多个字线；和
与所述多个字线相交的多个位线；其中
存储节点的第一端连接到所述多个字线的第一个，
存储节点的第二端连接到所述多个位线的第一个和第二个中的一个，
写入单元的第一电极连接到所述多个字线的第二个，第一电极被放置在第一磁畴区域的底部，
写入单元的第二电极连接到所述多个位线的第二个，第二电极被放置在第一磁畴区域的顶部，
读取单元的第一电极连接到所述多个位线的第一个，
读取单元的第二电极连接到所述多个字线的第三个，
临时存储单元连接到所述多个位线的第一个，以及
写入控制单元连接到所述多个位线的第二个。
5、如权利要求4所述的信息存储装置，还包括：
第一切换单元，被安排在存储节点的第一端与所述多个字线的第一个之间；
第二切换单元，被安排在写入单元的第一电极与所述多个字线的第二个之间；和
第三切换单元，被安排在读取单元的第二电极与所述多个字线的第三个之间。
6、如权利要求4所述的信息存储装置，还包括：
第四切换单元，被安排在连接到存储节点的第二端的所述多个位线的第一个或第二个与存储节点的第二端之间；其中
多个字线的第四个连接到第四切换单元。
7、如权利要求6所述的信息存储装置，其中，所述多个字线的第一个和第四个连接到共同的电压源。
8、如权利要求4所述的信息存储装置，其中，所述多个字线的第二个和所述多个字线的第三个连接到共同的电压源。
9、如权利要求6所述的信息存储装置，其中，存储节点、所述多个字线、所述多个位线和第一到第四切换单元形成单元存储区域，多个单元存储区域被安排形成存储阵列。
10、如权利要求8所述的信息存储装置，还包括：
外围电路区域，被配置以驱动并控制存储阵列，其中，
磁畴壁移动单元、临时存储单元和写入控制单元被包括在外围电路区域中；以及
解码器，被安排在存储阵列与外围电路区域之间。
11、如权利要求4所述的信息存储装置，其中，存储节点的第二端连接到所述多个位线的第一个，以及
磁畴壁移动单元连接到所述多个位线的第一个。
12、如权利要求1所述的信息存储装置，其中，磁畴壁移动单元包括：
电流源，被配置以将电流提供到存储节点；和
切换单元，连接在存储节点与电流源之间。
13、如权利要求1所述的信息存储装置，还包括：
传感单元，连接在临时存储单元与读取单元之间。
14、如权利要求13所述的信息存储装置，其中，临时存储单元包括：
锁存器，连接到传感单元的输出端。
15、如权利要求1所述的信息存储装置，其中，写入控制单元包括：
电流源，被配置以将电流提供到写入单元，
切换单元，连接在电流源与写入单元之间，和
逻辑装置，连接在切换单元与临时存储单元之间。
16、一种操作信息存储装置的方法，所述信息存储装置包括具有多个磁畴区域和在磁畴区域之间的磁畴壁的存储节点、被安排在与存储节点的第一端相邻的存储节点的第一区域的写入单元，其中，存储节点的第一端是在第一方向上磁化的第一磁畴区域，所述方法包括：
通过在与第一方向相反的方向磁化第一区域来记录第一信息；以及
在通过将电流供应到存储节点来将第一磁畴区域延伸到第一区域时，将第一信息向靠近存储节点的第二端移动到存储节点的相邻第二区域。
17、一种操作信息存储装置的方法，所述信息存储装置包括具有多个磁畴区域和在磁畴区域之间排列的磁畴壁的存储节点、被配置以将信息写入到存储节点的第一磁畴区域的写入单元、被配置以从存储节点的第二磁畴区域读取信息的读取单元、被配置以移动磁畴壁的磁畴壁移动单元、被配置以临时存储由读取单元读取的信息的临时存储单元以及电连接到临时存储单元并被配置以控制供应到写入单元的电流的写入控制单元，所述方法包括：
第一操作，从第二磁畴区域读取信息并将读取的信息存储在临时存储单元中；以及
第二操作，将存储节点的磁畴壁向靠近第二磁畴区域移动。
18、如权利要求17所述的方法，还包括：
第三操作，选择性地将信息写入到第一磁畴区域。
19、如权利要求18所述的方法，其中，在第三操作中写入到第一磁畴区域的信息与在第一操作中读取的信息相同。
20、如权利要求18所述的方法，其中，第一磁畴区域与存储节点的第一端相邻，第二磁畴区域与存储节点的第二端对应，存储节点的第一端是在第一方向上被磁化的第三磁畴区域。
21、如权利要求20所述的方法，其中，在第二操作中，第三磁畴区域延伸到第一磁畴区域，并且
如果在第一操作中读取的信息与在第三磁畴区域中存储的信息相应，则在第三操作中写入电流未被供应到第一磁畴区域。
22、如权利要求20所述的方法，其中，在第二操作中，第三磁畴区域延伸到第一磁畴区域，并且
如果在第一操作中读取的信息与在第三磁畴区域中存储的信息不相应，则在第三操作中写入电流被供应到第一磁畴区域。
23、如权利要求17所述的方法，其中，在第二操作之后，所述方法还包括：
第三操作，选择性地将在第一操作中读取的信息写入到第一磁畴区域，同时从第二磁畴区域读取信息。
24、如权利要求23所述的方法，其中，第一磁畴区域与存储节点的第一端相邻，第二磁畴区域与存储节点的第二端对应，存储节点的第一端是在第一方向上被磁化的磁畴区域。
25、如权利要求24所述的方法，其中，如果在第一操作中读取的信息与在存储节点的第一端中存储的信息相应，则在第三操作中写入电流未被供应到第一磁畴区域，并且
如果在第一操作中读取的信息与在存储节点的第一端中存储的信息不相应，则在第三操作中写入电流被供应到第一磁畴区域。
26、一种信息存储装置，包括：
存储节点，包括多个磁畴和被安排在每对相邻磁畴之间的磁畴壁；
写入单元，被安排在与存储节点的第一端相邻的存储节点的第一磁畴区域，其中，存储节点的第一端在第一磁化方向上被磁化；和
读取单元，被安排在存储节点的第二磁畴区域，其中，第二磁畴区域在存储节点的第二端。
27、如权利要求26所述的信息存储装置，其中，第一磁化方向表示第一信息类型，写入单元被配置以通过选择性地将写入电流应用到第一磁畴区域来将信息写入到第一磁畴区域，所述信息与第一磁化方向或第二磁化方向相应。
28、如权利要求27所述的信息存储装置，其中，写入单元仅在信息与第二磁化方向相应时将写入电流应用到第一磁畴区域。
29、如权利要求26所述的信息存储装置，其中，写入单元和读取单元连接到不同的位线。
30、如权利要求26所述的信息存储装置，其中，写入单元和读取单元连接到共同的位线。
31、如权利要求26所述的信息存储装置，还包括：
多个字线；和
与所述多个字线相交的多个位线；其中
存储节点的第一端连接到所述多个字线的第一个，
存储节点的第二端连接到所述多个位线的第一个和第二个中的一个，
写入单元的第一电极连接到所述多个字线的第二个，
写入单元的第二电极连接到所述多个位线的第二个，
读取单元的第一电极连接到所述多个位线的第一个和第二个中的一个，
读取单元的第二电极连接到所述多个字线的第三个。
32、如权利要求31所述的信息存储装置，还包括：
第一切换单元，被安排在存储节点的第一端与所述多个字线的第一个之间；
第二切换单元，被安排在写入单元的第一电极与所述多个字线的第二个之间；和
第三切换单元，被安排在读取单元的第二电极与所述多个字线的第三个之间。
33、如权利要求32所述的信息存储装置，还包括：
第四切换单元，被安排在连接到存储节点的第二端的所述多个位线的第一个或第二个与存储节点的第二端之间；其中
所述多个字线的第四个连接到第四切换单元。
34、如权利要求26所述的信息存储装置，还包括：
磁畴壁移动单元，电连接到存储节点，磁畴壁移动单元被配置以移动磁畴壁；
临时存储单元，电连接到读取单元，临时存储单元被配置以临时存储由读取单元读取的信息；和
写入控制单元，电连接到临时存储单元和写入单元，写入控制单元被配置以控制供应到写入单元的电流。
35、如权利要求34所述的信息存储装置，还包括：
传感单元，连接在临时存储单元与读取单元之间。
36、如权利要求35所述的信息存储装置，其中，临时存储单元包括：锁存器，连接到传感单元的输出端。
37、如权利要求34所述的信息存储装置，其中，写入控制单元包括：
电流源，被配置以将电流提供到写入单元，
切换单元，连接在电流源与写入单元之间，和
逻辑装置，连接在切换单元与临时存储单元之间。
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