CN104050988B - 磁存储器、提供该磁存储器和编程该磁存储器的方法 - Google Patents

磁存储器、提供该磁存储器和编程该磁存储器的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种包括存储阵列片(MAT)、中间电路、全局位线和全局电路的磁存储器，提供该磁存储器和编程该磁存储器的方法。每个MAT包括位线、字线和具有(多个)磁性结、(多个)选择设备、以及邻近于所述(多个)磁性结的自旋与轨道相互作用(SO)活性层的至少一部分的磁存储器。由于穿过SO活性层的预处理电流导致SO活性层在(多个)磁性结上施加SO转矩。(多个)磁性结可使用驱动通过通过(多个)磁性结的(多个)写电流和预处理电流编程。所述位线和字线相应于磁存储器单元。中间电路控制MAT之内的读取和写操作。每个全局位线相应于MAT的一部分。全局电路选择并驱动部分全局位线以用于读取操作和写操作。

Description

磁存储器、提供该磁存储器和编程该磁存储器的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求转让给本申请的受让人的、2013年3月14日申请的名称为“包括使用基于自旋-轨道相互作用的切换的磁性隧道结的磁存储器的体系结构”的第61/785,908号临时专利申请的权益，其通过引用合并于此。本申请还要求转让给本申请的受让人的、2013年3月15日申请的名称为“包括使用基于自旋-轨道相互作用的切换的磁性隧道结的磁存储器的体系结构”的第61/798,578号临时专利申请的权益，其通过引用合并于此。
背景技术
磁存储器，特别是磁性随机访问存储器（MRAM），由于它们的在操作期间的对于较高的读/写速度、杰出的耐久力、非易失性和低电耗的潜力，已经吸引了越来越多的关注。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移矩随机存取存储器（STT-RAM）。STT-RAM利用至少部分地被驱动通过磁性结的电流写入的磁性结。被驱动通过磁性结的自旋偏振电流在磁性结中的磁矩上施加自旋转矩。结果，具有响应于自旋转矩的磁矩的（多个）层可以切换到期望的状态。期望传统的STT-RAM组合SRAM的快速读写速度、DRAM的容量和成本效益、以及闪存的非易失性（零待机电力）、结合基本上无限的耐久力（例如，大于1015周期）。如下所述，STT-RAM使用双向电流来写数据。可以在没有来自磁场、热、或其他能量源的帮助的情况下执行这种写操作。因此，STT-RAM可以具有新兴存储技术的最低写入能量。
例如，图1-图2描绘如可以在传统的STT-RAM50中使用的传统的磁性隧道结（MTJ）10。图1是传统的MTJ10的图，而图2描绘包括传统的MTJ10的传统的STT-RAM50的一部分的电路图。传统的MTJ10典型地驻留在底接触（bottom contact）11上，使用传统的（多个）晶种层12并包括传统的反铁磁（AFM）层14、传统的钉扎、或参考层16、传统的隧道势垒层18、传统的自由层20、以及传统的覆盖层22。还示出了顶接触24。顶接触和底接触可以耦接到图2中描绘的选择器件62。
传统的STT-RAM50包括包含该传统的MTJ10和选择器件62的磁储存单元60。选择器件62通常是诸如NMOS晶体管的晶体管并且包括漏极66、源极64和栅极68。还描绘了字线72、位线74和源极线70。字线72朝向垂直于位线74。取决于用于传统的STT-RAM50的特定体系结构，源极线70典型地平行或垂直于位线74。位线74连接到MTJ10，而源极线70连接到选择器件62的源极64。字线72连接到栅极68。
传统的STT-RAM50通过驱动双向电流通过单元60来编程磁存储单元60。具体来说，MTJ10被配置成能够通过流过传统的MTJ10的电流而在高电阻状态和低电阻状态之间改变。例如，MTJ10可以是磁性隧道结（MTJ）或可以使用自旋转移效应被写入的其他磁性结构。典型地，例如，这通过保证MTJ10具有足够小的横截面积以及使用自旋转移效应进行切换的所期望的其他特征来实现。当电流密度足够大时，被驱动通过MTJ10的电流载流子可以赋予（impart）足够的转矩来改变MTJ10的状态。当沿一个方向驱动写电流时，状态可以从低电阻状态改变为高电阻状态。当沿相反方向穿过MTJ10时，状态可以从高电阻状态改变为低电阻状态。
在写操作期间，字线72是高并且导通选择器件62。取决于将写入到磁存储单元60的状态，写电流从位线74流到源极线70，或反之从源极线70流到位线74。传统的自由层20的磁矩21可以因此而改变。在读操作期间，列解码器（未示出）选择期望的位线74。行解码器（图2中未示出）还使能合适的（多个）字线72。因此，字线72是高，使能选择器件62。因此，读电流从位线74流到源极线70。除了流过正被读取的单元的读电流（图2中的lData）之外，基准电流也被驱动通过参考电阻器（图2中未示出）。输出信号提供给读出放大器（senseamplifier）（未示出）。
虽然传统的MTJ10和STT-RAM50可以使用自旋转移写入并且在STT-RAM中使用，但是存在缺点。例如，写入差错率可能高于具有可接受脉冲宽度的存储器所期望的。写入差错率（WER）是当单元60在经受至少等于典型的切换电流的电流时（即，传统的磁性结的自由层20的磁化21）不切换的概率。期望WER为10-9或更小。期望10-21的WER与DRAM兼容。然而，在这个WER值处，可能要求很高的电流来实现传统的自由层20的切换。此外，已经确定，对于更短的写电流脉冲，改善WER可能是个挑战。对于更高的脉冲宽度，WER相对施加到MTJ10的电压具有更高的斜率。因此，对于相同脉冲宽度应用更高电压可以带来WER的显著降低。然而，随着脉冲宽度变短，WER曲线的斜率下降。为了降低脉冲宽度，则电压和/或电流的增大不太可能带来WER的降低。在足够短的脉冲的情况下，即使高电压/电流也不会导致更低的差错率。因此，采用传统的MTJ10的存储器可能具有通过增大电压可能不会被治愈的（cured）、不可接受的高WER。
此外，虽然在图1中示出单个磁性隧道结，但是经常使用双磁性隧道结以获得足够高的自旋转移矩用于切换。双磁性隧道结具有由两个隧道势垒层夹在中间的（sandwiched）单个自由层。每个隧道势垒层处于自由层和参考层之间。双磁性隧道结的第二（上）隧道势垒对于利用适当晶体结构的生长（grow）是个挑战。此外，为了获得这种高转矩，参考层使他们的磁矩固定在相反的方向。结果，存在磁阻的消除，其使读信号降低。这种信号方面的降低是不期望的。
此外，期望提供可扩展的、并且具有足够快速的访问时间的STT-RAM，以继续发展为下一代非易失性存储器。可能很难提供或者不可能提供这种给出上面描述的挑战的存储器。
因此，需要的是可以改善基于自旋转移矩的存储器的性能的方法和系统。此处描述的方法和系统解决这种需求。
发明内容
一种方法和系统提供包括存储阵列片（memory array tile，MAT）、中间电路、全局位线和全局电路的磁存储器。每个MAT包括位线、字线和磁储存单元，该具有磁储存单元至少一个磁性结、至少一个选择器件以及邻近于所述（多个）磁性结的自旋与轨道相互作用（SO）活性层的至少一部分。SO活性层被配置成由于穿过SO活性层的SO电流而在（多个）磁性结的至少一部分上施加SO转矩。所述（多个）磁性结可以使用被驱动通过（多个）磁性结的（多个）写电流以及SO电流来编程。所述位线和字线相应于磁储存单元。所述中间电路控制MAT之内的读写操作。每个全局位线相应于MAT的一部分。所述全局电路选择和驱动全局位线的一部分以用于读写操作。
根据此处公开的方法和系统，本发明提供一种采用分层体系结构的磁存储器，并且可以使用连同自旋转移矩的自旋-轨道相互作用写入该磁存储器。
附图说明
图1描绘传统的磁性结。
图2是传统的自旋转移矩随机存取存储器的一部分。
图3描绘使用自旋-轨道相互作用切换的磁性结的示例性实施例。
图4描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例。
图5描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图6描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图7描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图8描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图9描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图10描绘用于采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例的时序图的示例性实施例。
图11描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图12描绘用于采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例的时序图的示例性实施例。
图13描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图14描绘用于采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例的时序图的示例性实施例。
图15描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图16描绘用于采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例的时序图的示例性实施例。
图17描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图18描绘用于采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例的时序图的示例性实施例。
图19描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图20描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图21描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图22描绘用于采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例的时序图的示例性实施例。
图23描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图24描绘用于采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的示例性实施例的时序图的示例性实施例。
图25描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图26描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。
图27是描绘用于提供采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例的方法的示例性实施例的流程图。
图28是描绘用于编程使用自旋-轨道相互作用切换的（多个）磁性结的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
示例性实施例涉及磁存储器以及这种磁存储器可使用的磁性结给出以下描述以使本领域普通技术人员能做出并使用本发明，并且在专利申请的和它的技术要求的背景下提供以下描述。对于此处描述的示例性实施例以及一般原理和特征的各种修改将是很清楚的。按照特定实现中提供的特定方法和系统来主要地描述示例性实施例。然而，所述方法和系统将在其他实现中有效地工作。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”以及“另一实施例”之类的短语可以指示相同或不同的实施例以及多个实施例。将相对于具有特定组件的系统和/或设备来描述实施例。然而，系统和/或设备可以包括比示出的那些或多或少的组件，并且可以做出组件的排列和类型方面的变化而不脱离本发明的范围。还将在具有特定步骤的特定方法的背景中描述示例性实施例。然而，所述方法和系统对于具有不同的和/或额外的步骤以及以和示例性实施例不一致的不同次序的步骤的其他方法也有效地工作。因此，本发明不打算限制示出的实施例，而是符合与此处描述的原理和特征一致的最宽的范围。
示例性实施例描述磁存储器和用于提供并编程该磁存储器的方法。磁存储器包括存储阵列片（MAT）、中间电路、全局位线和全局电路。每个MAT包括位线、字线和磁储存单元，该磁储存单元具有至少一个磁性结、至少一个选择器件以及邻近于所述（多个）磁性结的自旋与轨道相互作用（SO）活性层的至少一部分。SO活性层被配置成由于穿过SO活性层的SO电流而在（多个）磁性结的至少一部分上施加SO转矩。（多个）磁性结可使用被驱动通过（多个）磁性结的（多个）写电流和SO电流来编程。位线和字线相应于磁储存单元。中间电路控制MAT之内的读写操作。每个全局位线相应于MAT的一部分。全局电路选择和驱动全局位线的一部分以用于读写操作。
连同磁存储器，示例性实施例描述用于提供经由自旋-轨道相互作用切换的磁性结的方法和系统。磁性结包括磁性的并相应于（多个）自旋-轨道相互作用（SO）活性层的数据储存层。（多个）SO活性层接近磁性结的数据储存（例如，自由）层。（多个）SO活性层被配置成由于穿过至少一个SO活性层的电流而在数据储存层上施加SO转矩，该电流所沿的方向与至少一个SO活性层与多个磁性结中最接近于该至少一个SO活性层的磁性结的数据储存层之间的方向基本上垂直。数据储存层被配置成至少可以使用SO转矩切换。
在特定磁性结和具有特定组件的磁存储器的背景下描述示例性实施例。本领域普通技术人员将容易认识到，本发明与磁性结和磁存储器的使用一致，该磁存储器具有并不和本发明不一致的其他和/或额外的组件和/或其他特征。还在自旋-轨道相互作用、自旋转移现象、磁各向异性、及其他物理现象的当前理解的背景下描述所述方法和系统。因此，本领域普通技术人员将容易认识到，基于自旋-轨道相互作用、自旋转移、磁各向异性及其他物理现象的这些当前理解做出所述方法和系统的行为的理论说明。然而，此处描述的方法和系统不取决于特定物理说明。本领域普通技术人员还将容易认识到，在对基底具有特定关系的结构的背景下描述所述方法和系统。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，所述方法和系统与其他结构一致。此外，在特定层是合成的和/或简单的背景下描述所述方法和系统。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，层可以具有另一结构。此外，在磁性结、自旋轨道活性层、和/或具有特定层的其他结构的背景下描述所述方法和系统。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，不和所述方法和系统不一致的磁性结、自旋轨道活性层、和/或具有额外的和/或不同层的其他结构也可以被使用。此外，特定组件描述为磁性、铁磁性和亚铁磁性的。如此处使用的，术语磁性可以包括铁磁性、亚铁磁性或类似结构。因此，如此处使用的，术语“磁性”或“铁磁性”包括，但是不局限于铁磁体和亚铁磁体。还在单个磁性结的背景下描述所述方法和系统。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，所述方法和系统与具有多个磁性结的磁存储器的使用一致。此外，如此处使用的，“面内（in-plane）”基本上在磁性结的层中的一个或多个的平面之内或与其并行。反之“垂直”相应于基本上垂直于磁性结的层中的一个或多个。
图3描绘在切换中利用自旋-轨道相互作用的磁存储器100的一部分的示例性实施例。为了清楚，图3是不按比例的。此外，未示出或未这样标记磁存储器100的诸如位线、字线、行选择器和列选择器的部分。磁存储器100包括磁储存单元102。磁储存单元102可以是在阵列中排序的多个磁储存单元中的一个。每个磁储存单元包括选择器件104和磁性结110。在一些实施例中，可以在单个单元中使用多个磁性结110和/或多个选择器件104。还示出包括自旋-轨道相互作用活性层122的总线120。公共总线120跨越多个储存单元延长，图3中仅示出多个储存单元中的一个。在示出的实施例中，形成SO活性层122的（多个）材料仅在储存单元102附近。因此，包括但不限于高导电性和/或非磁性材料的其他材料可以在单元102之间使用。然而，在其他实施例中，公共总线120可以由SO活性层122组成。在还有其他实施例中，SO活性层122可以从公共总线120分离。例如，SO活性层122可以驻留在磁性结110和公共总线120之间。在其他实施例中，SO活性层122可以包括为储存单元102的一部分，而公共总线120可以被省略。
在示出的实施例中，磁性结110包括数据储存层112、非磁性隔离层14、以及参考层116。隔离层114是非磁性的。在一些实施例中，隔离层114是绝缘体，例如隧道势垒。在这种实施例中，每个隔离层114可以包括结晶MgO，其可以提高磁性结110的TMR和自旋转换效率和/或用于磁性结110的自旋-轨道相互作用。在其他实施例中，隔离层114可以是导体，诸如Cu。在替换实施例中，隔离层114可以具有另一结构，例如在绝缘矩阵中包括导电沟道的颗粒层。
数据储存层112是具有可切换的磁矩（未示出）的自由层112。当磁性结110（未正在切换）静止（quiescent）时，自由层112的磁矩沿着自由层112的易轴（easy axis）。期望参考层112的磁矩在磁存储器100的操作期间基本上固定在适当的位置（fixed in place）。参考层116被描绘为单层。然而，在其他实施例中，参考层116可以是多层，包括但不限于具有通过可以是Ru的（多个）非磁性层分离的铁磁性层的合成反铁磁体。在一些实施例中，磁性结110还包括钉扎层，诸如将参考层116的磁矩固定在适当的位置的反铁磁体层（未示出）。在其他实施例中，参考层116的磁矩以另一方式固定。自由层112和参考层116是铁磁性，因此可以包括Fe、Ni和Co中的一个或多个。虽然未示出磁矩，但是在一些实施例中，层112和层116的磁矩可以垂直于平面。因此，层112和/或层116中的每一个可以具有超出它的出平面退磁场（典型地，47πMs的很大部分）的正交各向共性场。在其他实施例中，磁矩是面内的。
如下所述，使用自旋-轨道相互作用效应来切换自由层112的磁矩。在一些实施例中，可以使用效应的组合来切换自由层112。例如，可以使用可以通过由自旋-轨道相互作用感生的转矩帮助的自旋转移矩作为主要效应来切换自由层112的磁矩。然而，在其他实施例中，主要的切换机制是由自旋-轨道相互作用感生的转矩。在这种实施例中，包括但不限于自旋转移转矩的另一效应可以帮助切换和/或选择磁性结110。在还有其他实施例中，仅使用自旋-轨道相互作用效应切换自由层112磁矩。
SO活性层122是具有强自旋-轨道相互作用并且可被用于切换自由层112的磁矩的层。SO活性层122可以用于生成自旋轨道场HSo。更具体地，驱动电流在面内通过SO活性层122。这可以通过驱动电流（例如Jso）通过公共总线120来实现。通过SO活性层122的电流具有可以导致自旋轨道场HSo的相关联的自旋-轨道相互作用。此自旋轨道场HSo与磁矩115上的自旋轨道转矩TSo相等。通过TSO=γ[M×HSO]给出自由层112上的自旋轨道转矩，其中M是磁矩115的幅度。因此，这相互关联的转矩和场在此处可互换地称作自旋轨道场和自旋轨道转矩。这反映的事实是自旋-轨道相互作用是自旋轨道转矩和自旋轨道场的来源。这个术语还将此自旋轨道（SO）转矩区别于更传统的自旋转移矩（STT）。对于在SO活性层122中的面内驱动的电流和自旋-轨道相互作用，发生自旋轨道转矩。例如，在示出的实施例中，对于电流密度Jso，发生自旋轨道转矩。相反，自旋转移转矩起因于流过自由层112、隔离层114和参考层116的垂直于平面的电流，该电流将自旋偏振电荷载流子注入到自由层112中。在示出的实施例中，自旋转移矩起因于电流密度JSTT。自旋轨道转矩TSo可以使自由层112的磁矩迅速地偏转离开它的平行于易轴的平衡状态。自旋轨道转矩TSo可以比类似的最大振幅的传统的STT移矩更显著快速地倾斜自由层的磁化。在一些实施例中，诸如自旋转移的另一机制可以用于完成切换。在其他实施例中，可以使用自旋轨道转矩完成切换。生成的自旋轨道场/自旋轨道转矩因此可以用于切换自由层112的磁矩。
在一些实施例中，SO相互作用可以包括两个效应的一些组合：自旋霍尔（Hall）效应和Rashba效应。在许多SO活性层中，自旋-轨道相互作用包括自旋霍尔效应和Rashba效应两者，但是这两个中的一个占优势。还可以采用其他自旋轨道效应。自旋霍尔效应通常被考虑为是体效应（bulk effect）。表现自旋霍尔效应的材料经常包括重金属或掺入了重金属的材料。例如，这种材料可以从掺入了B的A和M中选出来。A包括Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、In、Sb、Te、Hf、Ta（包括高电阻非结晶（3-Ta）、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、At、和/或他们的组合；M包括Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Hf、Ta、W、Re、Pt、Au、Hg、Pb、Si、Ga、GaMn或GaAs中的至少一个，并且B包括V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、P、S、Zn、Ga、Ge、As、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、InSb、Te、I、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、At、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的至少一个。在一些实施例中，SO活性层122可以包括掺入了Cu的Ir和/或掺入了Cu的Bi或由掺入了Cu的Ir和/或掺入了Cu的Bi组成。掺入通常在0.1到10原子百分数的范围内。在其他实施例中，可以使用其他材料。
SO活性层122中的自旋轨道场HSo的另一源（source）可以与界面中的自旋-轨道相互作用相关。在这种情况下自旋轨道场的幅度经常与晶体场的幅度有关，该晶体场的幅度在界面中经常较高。由于相邻层的晶格参数的不匹配、界面中的重金属的存在、以及其他效应，自旋-轨道相互作用可以在一些界面中相当大。与沿垂直于界面平面方向的晶体场的梯度相关联的界面中的强自旋轨道效应经常称为Rashba效应。如此处使用的，然而，Rashba效应是指界面中的自旋-轨道相互作用而不考虑它的来源和方向。请注意，在至少一些实施例，用于SO活性层122的界面应当不同以得到相当大的Rashba影响。例如，对于作为/具有贴近磁性结110的Pt层、用于自由层112的Co层、以及铝氧化物或MgO非磁性层114的SO活性层122，可能发生Rashba效应。在一些实施例中，可以使用其他材料。
关于磁化的、界面中的自旋-轨道相互作用的效应（即，Rashba效应）是二重的。首先，自旋积累可能在界面中积聚。用于Rashba效应的自旋积累pso的自旋偏振的单位矢量典型地垂直于晶体场和电流方向。许多SO活性层122具有垂直于层120的平面的晶体场。这样，自旋轨道偏振将是面内的，例如，沿图3中的HSo的方向。可替换地，SO活性层122可以具有面内结晶场或向平面倾斜的结晶场。这样，SO活性层122具有垂直于平面（图3中未示出）或相应地向平面倾斜（图3中未示出）的自旋轨道偏振。在这种实施例，SO活性层122可以是表面合金。例如，SO活性层122可以包括如下中的至少一个：Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、At、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和/或他们的组合。在其他实施例中，SO活性层122可以包括A/B的表面合金，例如驻留在主体材料B的表面（111）上的A的原子，从而在顶原子层是A和B的混合物。A包括如下中的至少一个：Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、At、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb，并且B包括如下中的至少一个：Si、Zn、Cu、Ag、Au、W、Zn、Cr、Pt、Pd。在许多实施例中，A包括两个或三个不同的材料。在一些实施例中，沉积A的至少0.1到至多三个单层（monolayer）。在一些这种实施例中，沉积A的单层的大致1/3。在一些实施例中，这可以是如下中的一个或多个：可替换的Bi/Ag、可替换的Pb/Ag、可替换的Sb/Ag、可替换的Bi/Si、可替换的Ag/Pt、可替换的Pb/Ge、可替换的Bi/Cu、以及包括驻留在Au、Ag、Cu或的（111）表面上的层的双层。在其他实施例中，SO活性层122可以包括类似InGaAs、HgCdTe或双层LaAIO3/SrTiO3、LaTiO3/SrTiO3的化合物。在其他实施例中，可以使用其他材料。对于一些实施例，Rashba效应将在自由层112上导致自旋轨道转矩TSo和相应的自旋轨道场HSo。
如果由于Rashba效应的单位偏振矢量pso平行于自由层112的易轴，则Rashba效应可以用于切换磁性结110，类似于对于自旋霍尔效应所描述的。为了切换自由层112，因此，面内电流脉冲（Jso）被驱动通过SO活性层122。电流脉冲以如上所述的方式生成自旋轨道场HSo。SO转矩将对抗该磁阻尼转矩，并且可以以类似的方式将自由层的磁化切换到STT，并且类似于上面对于自旋霍尔效应讨论的那样。如果存在自旋轨道场的霍尔和Rashba组分两者，则两个效应可以互相帮助。请注意，在前一情况中（TSo克服阻尼项），自旋轨道场HSo典型地可以是少于后一情况所需的1/α倍（HSo克服各向异性场Hk），其中α是自由层的吉伯（Gilbert）阻尼常数，典型地0.001-0.05。
因此，磁存储器100可以在自由层112的磁矩的切换中使用自旋-轨道相互作用和由SO层120生成的自旋轨道场。在一些实施例中，SO活性层122可以依赖自旋霍尔效应和Rashba效应中的一个或两个，来生成自旋轨道场HSo。因此，如此处使用的，诸如“自旋轨道效应”、“自旋轨道场”和/或“自旋-轨道相互作用”可以包括经由Rashba效应的自旋轨道耦合、自旋霍尔效应、这两个效应的一些组合、和/或其它的自旋-轨道相互作用或自旋-轨道相互作用类似的效应。自旋轨道场可以在数据储存/自由层112的磁矩上施加转矩。自旋轨道转矩可被用于切换自由层112的磁矩。在一些实施例中，自旋轨道场帮助切换自由层112的磁矩。另一机制，诸如自旋转移矩是主要的切换机制。在其他实施例中，自旋轨道转矩是用于自由层112的磁矩的主要的切换机制。然而，在一些这种实施例中，自旋轨道转矩可以得到诸如自旋转移矩的另一机制的帮助。该帮助可以是在切换自由层112的磁矩和/或在选择将切换的磁性结中。
因为自旋轨道转矩可以用于切换自由层112的磁矩，所以可以改善存储器100的性能。如上面讨论的，由SO活性层122生成的自旋轨道转矩可以降低磁性结110的切换时间。自旋轨道转矩典型地具有高效率PSO并且与电流JSO成比例。因为这个电流密度是面内的并且不流过隔离层114，所以这个自旋轨道电流可以增大而不破坏磁性结110。结果，自旋轨道场和自旋轨道转矩可以增大。因此，写入时间可以降低并且写入差错率改善。因此，可以改善存储器100的性能。
为了在磁存储器100中在切换磁性结110和到磁储存单元102的写入中利用SO转矩，可以期望特定电路。此外，可以期望连同存储器100使用的电路不仅利用自旋-轨道相互作用，并且提供其他好处。
图4-图5是采用写出的自旋-轨道相互作用的磁存储器150的一部分的示例性实施例的图。图4是包括全局电路160、子阵列170和存储阵列片（MAT）180的磁存储器150的更高级视图。图5描绘一个子阵列170。MAT180组织在子阵列170中。每个MAT180包括诸如单元102和类似于图3中描绘的SO活性层122的SO活性层的多个储存单元。MAT180之内的储存单元也可以组织在阵列中。再次参考图4-图5、MAT110还包括位线和字线。位线和字线可以平行或垂直。在一些实施例中，磁储存单元定位在位线和字线的交叉点处。在一些实施例中，位线和字线可以在类似于DRAM的半节距中画出。MAT180还可以包括用于驱动图3中描绘的SO活性层122的公共总线182。虽然在图5中仅示出一个公共总线182，但是MAT180典型地具有许多总线。公共总线182可以用于携带单向或双向的预充电电流。预充电电流用于生成可以从磁性结110的滞点驱动该磁性结110的SO场。在示出的实施例中，公共总线182平行于全局位线162、164、166和168并且垂直于中间位线174。然而，在其他实施例中，公共总线182的其他方向是可能的。磁存储器150从而被分级地组织。在一些实施例中，存储器150还采用自旋转移效应作为主要的或次要的写入机制。在一些实施例中，自旋-轨道相互作用用于通过驱动远离滞点的数据储存层的磁矩来增大切换速度。换句话说中，自旋-轨道相互作用可以用于将自由层的磁矩从易轴倾斜（cant）。然后自旋转移矩可以在切换磁性结中适用。因为自旋转移效应可以考虑为主要的切换机制，所以磁存储器150可以考虑为STT-RAM。
全局电路160经由全局位线162、164、166和168与MAT耦合。在一些实施例中，全局位线162、164、166和168实际地相应于全局位线源极线对。从而，如此处使用的，全局位线可以是单个位线或位线-源极线对。全局电路选择和驱动全局位线162、164、166和168中的一个或多个，其可以用于选择MAT180中的一个或多个。全局位线162、164、166和168被选择性地驱动以用于每个子阵列170中的MAT180的读写操作。虽然每个子阵列170中示出四个全局位线162、164、166和168，但是可以使用另一数目。此外，虽然在每个子阵列170之内示出特定数目的子阵列170和MAT180，但是可以使用另一数目。除了MAT，每个子阵列170包括驱动中间位线174的中间电路172。在一些实施例中，中间位线174实际地相应于中间位线-源极线对。从而，如此处使用的，中间位线可以是单个位线或位线-源极线对。中间电路140控制上面和/或下面的MAT180中的（多个）写操作。使用中间位线174和全局位线162、164、166和168的组合，可以选择合适的（多个）MAT180。
中间电路172控制相应MAT110之内的读操作和写操作。例如，如图6中所示，中间电路170可以包括中间解码电路179和驱动-感测电路173。解码电路179可以允许选择特定（多个）MAT180以及所述（多个）MAT180之内的各条字线和位线（并且从而被选择的储存单元）。可以使用写电路175来驱动写电流，换句话说，控制MAT180之内的写操作。类似地，读电路177可以驱动读电流，接收来自正在读取的MAT180的输出感测电流、和/或换句话说，控制相应的（多个）MAT180中的读操作。
参照图3-图6，在操作中，可以利用预充电电流驱动公共总线122。预充电电流生成将（多个）自由层112的磁矩从易轴倾斜的SO转矩。从而，预充电电流和SO转矩可以看作准备磁性结110用于更快速写入。预充电电流是面内的并可以不穿行过磁性结。使用全局电路160和中间电路172，自旋转移电流然后可以被驱动通过选择用于写入的（多个）存储单元102中的（多个）磁性结110。因此，自旋转移矩可以考虑为用于写入到存储器100/150的主要的机制。然而，SO相互作用也用于写入到磁存储器100/150中的单元。
存储器150是分级和模块化的。可以重复全局位线162、164、166和168、MAT180、中间电路172和中间位线174（即子阵列170）的组合以缩放磁存储器150直到提供大量的数据的储存器。换句话说，诸如MAT180、中间电路172和全局电路之类的模块可以被复制并相加以建造更大存储器。因此，存储器150本质上是分级的。存储器150从而可以可扩展为更大、更密的存储器。此外，全局位线162、164、166和168可以具有比每个MAT180之内的位线和字线更低的电阻。从而，寄生电阻可以降低和/或受限于MAT180。阵列效率从而可以增大而具有小的性能影响。读出放大器可以位于全局电路260中。多个MAT180还可以共享全局电路150中的全局读出放大器和全局写驱动器的设置。在其他实施例中，可以使用更多定位的读出放大器和/或写驱动器，例如在中间电路172中。使用中间电路172用于感测信号、驱动电流，并且在MAT之内的解码可以降低读取和/或写入损失。因此，存储器150可以在高密度存储器中使用。
图7描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器的一部分的另一示例性实施例。具体来说，示出子阵列170'的一部分。子阵列170'类似于子阵列170。因此，类似的组件被类似地标记。从而，子阵列170'包括MAT180'和驻留在阵列间隙中的中间电路172'。为了清楚，仅示出一个MAT180'。然而，子阵列170'典型地包括多个MAT180'以及在阵列间隙中的多个中间电路172'。还描绘了提供给中间电路172'的全局线166'和168'。全局位线166'和168以及信号CSO可以用于控制中间电路。
中间位线174'（ISLA、IBLA，ISLB和IBLB）是位线（IBLA和IBLB）和源极线（ISLA和ISLB）对。中间位线174'连接中间电路172'与MAT180'的部分。中间电路172'控制位线174'以选择MAT180'的两个列181和183中的一个以用于读取和写入。MAT180'包括磁储存单元190、位线182'和源极线184。为了清楚，仅标记一个储存单元190。储存单元190包括分别相应于磁性结110和选择器件104的磁性结192和选择器件194。位线182'连接到磁性结192。从而，位线182'相应于图3中描绘的公共总线182。位线182'包括或接近SO活性层（未在图7中明确地示出），该SO活性层用于通过SO转矩对磁性结192的写入中。
因此，为了对单元190的写入，使用PRE和CSO信号来选择和驱动选择器件186。因此，SO电流在面内被驱动通过线182'，导致磁性结192的自由层上的SO转矩。在一些实施例中，SO电流是用于将磁性结192的自由层的状态扰乱离开平衡的预充电电流，允许更快速切换。经由（多个）字线信号WLi选择合适的（多个）储存单元190，其中i可以是0到n。如果自旋转移将用于对（多个）单元190的写入中，则自旋转移电流经由位线182'和源极线184被驱动通过磁性结192。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结192。
子阵列170'共享存储器100和150的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用在切换磁性结192中。SO转矩可以单独地使用或，至少在一些实施例中与STT一起使用。自旋轨道转矩切换，特别地连同STT切换一起，可以降低切换时间和写入差错率。子阵列170'本质上是分级的，并且从而可以容易地扩展为更大尺寸和/或更高密度。另外地，子阵列170'是分级的和模块化的。从而，电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，子阵列170'可以在更高密度存储器中使用。
图8描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器200的一部分的另一示例性实施例。存储器200包括MAT201。未示出诸如子阵列中的其他MAT、中间电路和全局电路的存储器200的其他部分。存储器200类似于存储器100和150。因此，存储器200包括子阵列（未示出）、中间电路（未示出）、中间位线（未示出）、全局位线（未示出）和全局电路（未示出），其可以分别类似于子阵列170和170'、中间电路172和172'、中间位线174和174'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。存储器200包括相应于MAT180和180'的MAT201。为了清楚，仅示出一个MAT201。MAT201包括包含磁性结212和选择器件214的存储单元210，分别类似于存储单元102和190、磁性结110和192、以及选择器件104和194。虽然未示出，但是MAT201还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结212的自由层。MAT201还包括类似于公共总线182、182'和源极线184的公共总线（预充电线PLi，其中，i从0到m）220和位线（BLi）230。公共总线220被这样称谓，因为这些线与磁性结212耦合。公共总线220从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩对磁性结的写入中使用。存储器200还包括通过信号CSi驱动的栅极202和204，其中i=0、1、……、m。请注意，在存储器200中，公共总线220平行于位线230并垂直于字线218。
为了对单元210的写入，使用CSO信号选择并驱动选择器件202和204。因此，SO电流在面内被驱动通过线220，导致磁性结212的自由层上的SO转矩。在一些实施例中，SO电流是用于将磁性结212的自由层的状态扰乱离开平衡的预充电电流，允许更快速切换。经由（多个）字线信号WLi选择被驱动通过字线218的合适的（多个）储存单元210，其中i可以是0到n。如果自旋转移将用于对（多个）单元210的写入中，则自旋转移电流通过位线230被驱动通过（多个）磁性结212。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212。
存储器共享存储器100、150和170'的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结212。SO转矩可以和STT一起使用或单独地使用。自旋轨道扭矩切换，特别地连同STT切换一起，可以降低切换时间和写入差错率。存储器本质上是分级的并且从而可以容易地扩展为更大尺寸和/或更高密度。此外，存储器200是模块化的。从而，电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器200可以在更高密度存储器中使用。
图9描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器200的一部分的另一示例性实施例。图10描绘用于磁存储器200'的一部分的示例性实施例的时序图250的示例性实施例。存储器200'类似于存储器100、150和200。因此，类似的组件被类似地标号。存储器200'包括作为子阵列的一部分的MAT201'、中间电路240、和中间位线ISL，其类似于MAT180、180'和200、中间电路172和172以及中间位线174和174'的IBL。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器200'的其他部分。因此，存储器200可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT201'。MAT201'包括包含至少一个磁性结212'和至少一个选择器件214'的存储单元210'，分别类似于存储单元102、190和和210、磁性结110、192和212以及选择器件104、194和214。虽然未示出，但是MAT201'还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结212'的自由层。MAT201'还包括分别类似于公共总线182、182'、220和源极线184和230的公共总线（位线）220和源极线230。公共总线220'被这样称谓，因为这些线与磁性结212'耦合。公共总线220'从而将包括、接近和/或驱动在通过SO转矩对磁性结212'的写入中使用的SO活性层（未示出）。存储器200'还包括由信号CS驱动的栅极202'和204'，其中i=0、1、……、m。请注意，在存储器200'中，公共总线220'平行于源极线230'并垂直于字线218'。
参照图9和图10，中间电路240'可以由经由全局位线提供的信号DW和ENW控制。基于写入到单元210'的数据选择性地使能信号CSPA和CSPB。信号CS和WL用于使能公共总线220'和源极线230'以用于对单元210'的写入。更具体地，公共总线220'被使能以驱动预充电电流通过公共总线220'。如可以从时序图250和存储器200'看出的，取决于将被写入的数据，电流可以沿不同的方向被驱动通过公共总线220'。从而，预充电/SO电流是双向电流。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线218'和源极线230'然后被使能以驱动STT电流通过源极线230'、磁性结212'和公共总线220'。写电流横贯（traverse）组件230'、212'和220'的次序取决于将写入的数据。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前将写电流垂直于平面驱动通过磁性结。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212'。
存储器200'共享存储器100、150、170'和200的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结212'。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器200'本质上是分级和模块化的。从而存储器200'可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器200可以在更高密度存储器中使用。
图11描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器200''的一部分的另一示例性实施例。图12描绘用于磁存储器200''的示例性实施例的时序图250'的示例性实施例。存储器200''类似于存储器100、150、200和200'。因此，类似的组件被类似地标记。存储器200''包括作为子阵列的一部分的MAT201''、中间电路240''、以及中间位线IPL和IBL，其类似于MAT180、180'、200和200'、中间电路172和172以及中间位线174和174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器200''的其他部分。
因此，存储器200''可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT201''。MAT201''包括包含至少一个磁性结212''和至少一个选择器件214''的存储单元210''，分别类似于存储单元102、190、201和210'、磁性结110、192、212和212'以及选择器件104、194、214和214'。虽然未示出，但是MAT201''还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结212''的自由层。MAT201''还包括分别类似于公共总线182、182'、220和220'以及源极线184、230和230'的公共总线（位线）220''和源极线230''。公共总线220''被这样称谓，因为这些线与磁性结212''耦合。公共总线220''从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩对磁性结212''的写入中使用。存储器200''还包括由信号CS驱动的栅极202''和204''。请注意，在存储器200''中，公共总线220''平行于位线230''并垂直于字线218''。
参照图11和图12，可以通过由写控制逻辑提供的信号PR、PR\、WR0、WR1\来控制中间电路240''。信号CS用于使能中间位线（IBL）220''和中间源极线（ISL）230以用于对单元210''的写入。更具体地，公共总线PL220''被使能以驱动预充电电流通过公共总线220''。如可以从时序图250'和存储器200''看出的，不考虑将被写入的数据，电流可以沿相同方向被驱动通过公共总线、PL220'。从而，预充电/SO电流是单向电流。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线218''和位线230''然后被使能以驱动STT电流通过位线230''、磁性结212''并且通过公共总线220''。STT电流横贯组件230''、212''和220''的次序取决于将写入的数据。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前将写电流垂直于平面驱动通过磁性结。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212''。
存储器200''共享存储器100、150、170、200和200'的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结212''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器200''本质上是分级和模块化的。从而存储器200''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器200''可以在更高密度存储器中使用。
图13描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器200'''的一部分的另一示例性实施例。图14描绘用于磁存储器200'''的时序图250''的示例性实施例。存储器200'''类似于存储器100、150、200、200'和200''。因此，类似的组件被类似地标记。存储器200'''包括作为子阵列的一部分的MAT201'''、中间电路240''、和中间位线IPL和IBL，其类似于MAT180、180'、200'、200和200''、中间电路172和172'、240和240'以及中间位线174、174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器200'''的其他部分。因此，存储器200''可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT201'''。MAT201'''包括包含至少一个磁性结212'''和至少一个选择器件214'''的存储单元210'''，分别类似于存储单元102、190、210、210'和210''、磁性结110、192、212、212'和212''以及选择器件104、194、214、214'和214''。虽然未示出，但是MAT201'''还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结212''''的自由层。MAT201'''还包括分别类似于公共总线182、182'、220、220'和220''以及线184、230、230和230''的公共总线（PL）210'''和位线（BL）230'''。（IPL是220'''）。公共总线220'''被这样称谓，因为这些线与磁性结212'''耦合。公共总线210'''从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩对磁性结212'''的写入中使用。存储器200'''还包括通过信号CS驱动的栅极202'''和204'''。请注意，在存储器200'''中，公共总线220'''平行于位线230'''并垂直于字线218'''。
参照图13和图14，可以通过由写控制逻辑提供的信号PRO、PR0\、PR1、PR1\、WRO和WR1\来控制中间电路240''。信号CS用于使能公共总线220'''和位线230'''以用于到单元210''的写入。更具体地，公共总线PL220'''被使能以驱动预充电电流通过公共总线220'''。如可以从时序图250'和存储器200'''看出的，取决于将被写入的数据，电流可以沿一方向被驱动通过公共总线220'。从而，预充电/SO电流是双向电流。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线218''然后被使能为允许STT电流被驱动通过位线230'''、磁性结212'''并且通过公共总线220'''，反之亦然。STT电流横贯组件230'''、212'''和220'''的次序取决于将自写入的数据。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前将写电流垂直于平面驱动通过磁性结。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212'''。
存储器200'''共享存储器100、150、170、200、200'和200''的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结212'''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器200'''本质上是分级和模块化的。从而存储器200''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器200''可以在更高密度存储器中使用。
图15描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器200''''的一部分的另一示例性实施例。图16描绘用于磁存储器200''''的时序图250'''的示例性实施例。存储器200''''类似于存储器100、150、200、200'、200''和200'''。因此，类似的组件被类似地标记。存储器200''''包括作为子阵列的一部分的MAT201''''、中间电路240'''、和中间位线，其类似于MAT180、180'、200、200'、200''和200'''、中间电路172和172'、240和240、240''和240''''以及中间位线174、174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器200''''的其他部分。因此，存储器200''''可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT201''''。MAT201''''包括包含至少一个磁性结210''''和至少一个选择器件214''''的存储单元210''''，分别类似于存储单元102、190、210、210'、210''和210'''、磁性结110,192、212、212'、212''和212'''以及选择器件104、194、214、214'、214''和214'''。虽然未示出，但是MAT201''''还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结212''''的自由层。MAT201''''还包括分别类似于公共总线182、182'、220、220'、220''和220'''以及线184、230、230'，230''和230'''的公共总线（PL）210''''和位线（BL）230''''。公共总线220''''被这样称谓，因为这些线与磁性结212''''耦合。公共总线220''''从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩对磁性结212''''的写入中使用。存储器200''''还包括通过信号CS驱动的栅极202''''和204''''。请注意，在存储器200''''中，公共总线220''''平行于位线230''''并垂直于字线218'''。中间电路240'''还包括本地读出放大器SA和写驱动电路。在其他实施例中，读出放大器和/或写驱动电路可以包括在全局电路（图15中未示出）中。
参照图15和图16，可以通过由写控制逻辑提供的信号PR、WRO和WR1\控制中间电路240''''。在示出的实施例中，VCP是地和供电电压之间的中间级。信号CS用于使能选择的公共总线220''''和位线230''''以用于到单元210''''的写入。公共总线220''''被使能以驱动预充电电流通过公共总线220''''。如可以从时序图250'''和存储器200''''看出的，不考虑将被写入的数据，电流可以沿相同方向被驱动通过公共总线220''''。从而，预充电/SO电流是单向电流。然而，在其他实施例中，存储器200''''的部分可以改变为用于双向预充电电流的CMOS。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线218''''和位线230''''然后被使能以驱动STT电流通过位线230''''、磁性结212''''并且通过公共总线220''''。STT电流横贯组件230''''、212''''和220''''的次序取决于将写入的数据以及信号WRO和WR1V。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前垂直于平面将写电流驱动通过磁性结。从而，使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212'''''。
存储器200''''共享存储器100、150、170'、200、200'和200''的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结212''''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器200''''本质上是分级和模块化的。从而存储器200''''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器200''''可以在更高密度存储器中使用。
图17描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器200'''''的一部分的另一示例性实施例。图18描绘用于磁存储器200'''''的时序图250''''的示例性实施例。存储器200'''''类似于存储器100、150、200、200'、200''、200'''和200''''。因此，类似的组件被类似地标记。存储器200'''''包括作为子阵列的一部分的MAT201'''''和中间电路240''''和中间位线，其类似于MAT180、180'、200、200'、200''、200'''和200''''，中间电路172和172'、240、240'、240''、240'''和240''''以及中间位线174和174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器200'''''的其他部分。因此，存储器200'''''可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT201''''''。MAT201''''''包括包含至少一个磁性结210''''''和至少一个选择器件214''''''的存储单元210''''''，分别类似于存储单元102、190、210、210'、210''、210'''、210''''和210'''''、磁性结110、192、212、212'、212''、212'''、212''''和212'''''以及选择器件104、194、214、214'、214''、214'''、214''''和214'''''。
虽然未示出，但是MAT201''''''还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结212''''''的自由层。MAT201''''''还包括分别类似于公共总线182、182'、220、220'、220''、220'''、220''''和220'''''以及线184、230、230'、230''、230'''、230''''和230'''''的公共总线（源极线）220'''''和位线230''''''。公共总线220被这样称谓，因为这些线与磁性结212耦合。公共总线220''''''从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩对磁性结212'''''的写入中使用。存储器200'''''还包括通过信号CS驱动的栅极202'''''和204'''''。请注意，在存储器200'''''中，公共总线220'''''平行于位线230'''''并垂直于字线218'''''。
参照图17和图18，可以通过可以由写控制逻辑提供的信号WRO和WR1\来控制中间电路240'''''。信号CS用于使能选择的公共总线220'''''和位线230'''''以用于对单元210'''''的写入。公共总线220'''''被使能以驱动预充电电流通过公共总线220'''''。如可以从时序图250''''和存储器200'''''看出的，不考虑将被写入的数据，电流可以沿相同方向被驱动通过公共总线220'''''。从而，预充电/SO电流是单向电流。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线218'''''和位线230'''''然后被使能以驱动STT电流通过位线230'''''、磁性结212'''''并且通过公共总线220'''''。STT电流横贯组件230'''''、212'''''和220'''''的次序取决于将写入的数据以及信号WRO和WR1V。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前将写电流垂直于平面驱动通过磁性结。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212'''''。
存储器200'''''共享属于存储器100、150、170'、200、200'、200''、200'''和200''''。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结212'''''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器200'''''本质上是分级和模块化的。从而存储器200'''''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器200'''''可以在更高密度存储器中使用。
图19描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器200''''''的一部分的另一示例性实施例。存储器200''''''类似于存储器100、150、200、200'、200''、200'''、200''''和200'''''。因此，类似的组件被类似地标记。存储器200''''''包括作为子阵列的一部分的MAT201''''''、中间电路240''''''和中间位线，其类似于MAT180、180'、200、200'、200''、200'''200''''、200''''和200''''''，中间电路172和172'、240、240'、240''、240'''和240''''以及中间位线174和174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器200''''''的其他部分。因此，存储器200''''''可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT201''''''。MAT201''''''包括包含至少一个磁性结210''''''和至少一个选择器件214''''''的存储单元210''''''，分别类似于存储单元102、190、210、210'、210''、210'''、210''''和210'''''、磁性结110、192、212、212'、212''、212'''、212''''和212'''''以及选择器件104、194、214、214'、214''、214'''、214''''和214'''''。虽然未示出，但是MAT201''''''还包括类似于SO活性层122''''''的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结212''''''的自由层。MAT201''''''还包括分别类似于公共总线182、182'、220、220'、220''、220'''、220''''和220'''''以及线184、230、230'、230''、230'''、230''''和230'''''的公共总线（PLi，其中i从0到m）220''''''和位线230''''''。公共总线220'''''被这样称谓，因为这些线与磁性结212''''''耦合。公共总线220''''''从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩对磁性结212''''''的写入中使用。存储器200'''''还包括由信号CS驱动的栅极202''''''和204''''''。请注意，在存储器200''''''中，公共总线220''''''平行于位线230'''''并垂直于字线218'''''。
此外，中间电路240''''''包括由读取使能（ENR）信号驱动的电流镜感测方案。信号CS用于使能选择的公共总线220''''''和位线230''''''以用于到单元210''''''的写入。请注意，多个存储单元210''''''可以同时在存储器200''''''中被写入。公共总线220''''''被使能以驱动预充电电流通过公共总线220''''。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线218''''''和位线230''''''然后被使能以驱动STT电流通过位线230''''''、磁性结212''''''并且通过公共总线220''''''。STT电流横贯组件230''''''、212''''''和220''''''的次序取决于将写入的数据。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前将写电流垂直于平面驱动通过磁性结。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212''''''。
存储器200''''''共享属于存储器100、150、170'、200、200'、200''、200'''、200''''和200'''''的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结212''''''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器200''''''本质上是分级和模块化的。从而存储器200''''''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器200''''''可以在更高密度存储器中使用。
图20描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器300的一部分的另一示例性实施例。存储器300包括MAT301。未示出诸如子阵列中的其他MAT的存储器300的其他部分、中间电路和全局电路。存储器300类似于存储器100、150、200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''和200''''''。因此，存储器300包括子阵列（未示出）、中间电路（未示出）、中间位线（未示出）、全局位线（未示出）和全局电路（未示出），其可以分别类似于子阵列170和170'、中间电路172和172'、中间位线174和174'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。存储器300包括相应于MAT180和MAT180'的MAT301。为了清楚，仅示出一个MAT301。MAT301包括包含磁性结312和选择器件314的存储单元310，分别类似于存储单元102、190和210、磁性结110、192和212、以及选择器件104、194和204。虽然未示出，但是MAT301还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结312的自由层。MAT301还包括分别类似于公共总线182、182'、220和源级/位线184和230的公共总线（预充电线PL）320和位线330。公共总线220被这样称谓，因为这些线与磁性结312耦合。公共总线320从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩到磁性结312的写入中使用的。存储器300还包括由信号CSi驱动的栅极302和304，其中i=0、1、……、m。请注意，在存储器300中，公共总线320垂直于位线330并垂直于字线318。
为了写入单元310，使用PL信号驱动电流。因此，SO电流在面内被驱动通过线320，导致磁性结312的自由层上的SO转矩。在一些实施例中，SO电流是用于将磁性结312的自由层的状态的扰乱离开平衡的预充电电流，允许更快速切换。如可以在图20中看出的，沿整行的磁单元310可以通过公共总线320预处理（preconditioned）。经由通过（多个）字线318驱动的（多个）字线信号WLi以及用于选择用于（多个）位线330的、合适的（多个）选择器件302的CSj来选择合适的（多个）储存单元310，其中i可以是0到n，并且j可以是1到m。如果自旋转移将用于对（多个）单元310的写入中，则自旋转移电流通过位线330驱动通过（多个）磁性结312。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结312。此外，沿行的存储单元310可以通过使能位线330被写入。
存储器300共享存储器100、150、170'和200的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结312。SO转矩可以和STT一起使用或单独地使用。自旋轨道扭矩切换，特别地连同STT切换一起，可以降低切换时间和写入差错率。存储器300本质上是分级的并且从而可以容易地扩展为更大尺寸和/或更高密度。此外，存储器300是模块化的。从而，电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器300可以在更高密度存储器中使用。此外，一个接一个（in a pass）写入整行。结果，可以避免对于存储器300的读取干扰。
图21描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器300'的一部分的另一示例性实施例。图22描绘用于磁存储器300'的一部分的示例性实施例的时序图350的示例性实施例。存储器300'类似于存储器100、150、200和300。因此，类似的组件被类似地标记。存储器300'包括作为子阵列的一部分的MAT301'、中间电路340、中间位线REF，其类似于MAT180、180'、201和301、中间电路172、172'、240以及中间位线174裁判员174和174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器300'的其他部分。因此，存储器300可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT301'。MAT301'包括包含至少一个磁性结312'和至少一个选择器件314的存储单元310'，分别类似于存储单元102、190、210和310、磁性结110、192、212和312以及选择器件104、194、214和314。虽然未示出，但是MAT301'还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结312'的自由层。MAT301'还包括分别类似于公共总线182、182'、220和320以及位线/源级线184、230和330的公共总线（PLi，其中i是从0到n）320'和位线330。公共总线320'被这样称谓，因为这些线与磁性结312'耦合。公共总线320'从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩到磁性结312'的写入中使用。存储器300'还包括通过信号CS驱动的栅极302'。请注意，在存储器300'中，公共总线320'垂直于位线330'并垂直于字线318'。
参照图21和图22，中间电路340'可以通过经由全局位线（未示出）提供的信号控制。此外，本地读出放大器SA可以用于读取数据。信号PR-W0和PR-W1用于使能公共总线320'。信号CS使能位线330'以用于到单元310'的写入。更具体地，公共总线320'被使能以驱动预充电电流通过公共总线320'。如可以从信号PR-W0和PR-W1以及VCP、地、和公共总线320'之间的连接看出的，电流可以基于被写入的数据（date）沿不同的方向被驱动通过公共总线320'。从而，预充电/SO电流是双向电流。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线318'和位线330'然后被使能以驱动STT电流通过位线330'、磁性结312'和公共总线320'。写电流横贯组件330'、312'和320'的次序取决于将写入的数据。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前将写电流垂直于平面驱动通过磁性结。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212'。此外，沿行的存储单元310'可以通过经过列的循环/使能位线330'被写入。
存储器300'共享存储器100、150、170'、200和300的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结312'。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器300'本质上是分级和模块化的。从而存储器300'可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器300'可以在更高密度存储器中使用。此外，一个接一个写入整行。结果，可以降低或避免对于存储器300'的读取干扰。
图23描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器300''的一部分的另一示例性实施例。图24描绘用于磁存储器300''的一部分的示例性实施例的时序图350'的示例性实施例。存储器300''类似于存储器100、150、200、300和300'。因此，类似的组件被类似地标记。存储器300''包括作为子阵列的一部分的MAT301''、中间电路340'、中间位线（例如，携带REF信号），其类似于MAT180、180''、201、301和301'、中间电路172、172''、240、340和340'以及中间位线174裁判员174和174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器300''的其他部分。因此，存储器300''可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出一个MAT301''。MAT301''包括包含至少一个磁性结312''和至少一个选择器件314的存储单元310''，分别类似于存储单元102、190、210、310和310'、磁性结110、192、212、312和312'以及选择器件104、194、214、314和314'。虽然未示出，但是MAT301''还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结312''的自由层。MAT301''还包括分别类似于公共总线182、182'1、220、320和320'以及位线/源级线184、230、330和330'的公共总线（PL）320''和位线330''。公共总线320''被这样称谓，因为这些线与磁性结312''耦合。公共总线320''从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩到磁性结312''的写入中使用。存储器300''还包括由信号CS驱动的栅极302''。请注意，在存储器300''中，公共总线320''垂直于位线330''并垂直于字线318''。
参照图23和图24，中间电路340''可以通过经由全局位线（未示出）提供的信号控制。此外，本地读出放大器SA可以用于读取数据。信号PR-W用于使能公共总线320''。信号CS使能位线330'以用于对单元310'的写入。更具体地，公共总线320''能够经由信号PR-W携带预充电电流。如可以从时序图350中的信号PR-W以及和公共总线320''之间的连接看出的，即使不同的数据被写入电流也可以沿相同方向被驱动通过公共总线320''。从而，预充电/SO电流是单向电流。此预充电电流将自由层的磁矩扰乱离开易轴。字线318''和位线330''然后被使能以驱动STT电流通过位线330''、磁性结312''和公共总线320''。写电流横贯组件330''、312''和320''的次序取决于将写入的数据。在一些实施例中，在磁矩可以衰退回平衡之前将写电流垂直于平面驱动通过磁性结。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结312''。此外，沿行的存储单元310''可以通过经由列的循环/使能位线330''被写入。
存储器300''共享存储器100、150、170170'、200、300和300'的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结312''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器300''本质上是分级和模块化的。从而存储器300''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器300''可以在更高密度存储器中使用。此外，在一些实施例中，一个接一个写入整行。结果，可以降低或避免对于存储器300''的读取干扰。此外，例如，可以比存储器300'使用更少的晶体管。
图25描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器300'''的一部分的另一示例性实施例。存储器300'''类似于存储器100、150、200、300、300'和300''。因此，类似的组件被类似地标记。存储器300'''包括形成在示出的实施例中的两个存储体中的MAT301'''。每个存储体是n条字线深（即，具有n行）和4条位线宽（即，具有4列）。然而，在另一实施例中，每个存储体/MAT301'''可以具有另一数目的行和/或列。存储器300''''还包括中间电路340''和中间位线IBLO、IBL1、IBL2和IBL3，其类似于MAT180、180'、201和301'、中间电路172、172'、240、340和340'以及中间位线174和174'。未示出诸如子阵列中的其他MAT以及全局电路的存储器300'''的其他部分。因此，存储器300'''可以包括（多个）子阵列（未明确地表示）、（多个）全局位线和（多个）全局电路，其可以分别类似于子阵列170和170'、全局位线162、164、166、168、166'和168'、以及全局电路160。为了清楚，仅示出两个MAT301'''。每个MAT301'''包括包含至少一个磁性结312'''和至少一个选择器件314'''的存储单元310'''，分别类似于存储单元102、190、210、310、310'和310''、磁性结110,192、212、312、312'和312'''以及选择器件104、194、214、314、314'和314''。虽然未示出，但是MAT301'''还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结312'''的自由层。MAT301'''还包括分别类似于公共总线182、182'、220、320'和320''以及位线/源级线184、230、330、330'和330''的公共总线320'''（PRi，其中i是从0到n）和位线330'''。公共总线320'''被这样称谓，因为这些线与磁性结312'''耦合。公共总线320'''从而将包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩到磁性结312'''的写入中使用。存储器300'''还包括由信号CS驱动的栅极302''。请注意，在存储器300''中，公共总线320''垂直于位线330''并垂直于字线318''。
中间电路340''可以通过经由全局位线（未示出）提供的信号控制。类似存储器300、300'和300''，公共总线320''能够携带预充电电流。即使不同的数据被写入，电流也可以被驱动通过公共总线320''从而，预充电/SO电流可以是将自由层的磁矩扰乱离开易轴的单向电流。字线318'''在位线330'''然后被使能以驱动STT电流沿合适的方向通过位线330''、磁性结312''在公共总线320''以用于被写入的数据。从而，可以使用SO相互作用和STT的组合写入磁性结212'''。此外，沿行的存储单元310'''可以通过经由列循的环/使能位线330'''被写入。
存储器300''共享存储器100、150、170'、200、300、310'和300''的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结312'''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器300'''本质上是分级和模块化的。从而存储器300''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器300''可以在更高密度存储器中使用。此外，在一些实施例中，一个接一个写入整行。结果，可以降低或避免对于存储器300'''的读取干扰。
图26描绘采用连同自旋-轨道相互作用的自旋转移效应以用于切换的磁存储器300''''的一部分的另一示例性实施例。存储器300'''''类似于存储器100、150、200、300、300'、300''和300'''。因此，类似的组件被类似地标记。存储器300''''包括类似于图20中描绘的MAT301的MAT301''''。然而，在另一实施例中，其他MAT包括但不限于MAT180、180'、201、301、301'和301''。未示出诸如其他MAT、特定中间电路和全局电路的存储器300''''的其他部分。每个MAT301''''包括包含至少一个磁性结312''''和至少一个选择器件314''''的存储单元310''''，其分别类似于存储单元102、190、210、310、310'、310''和310'''，磁性结110、192、212、312、312'、312''和312''''，以及选择器件104、194、214、314、314'、314''和314'''。虽然未示出，但是MAT301''''还包括类似于SO活性层122的SO活性层。SO活性层可以贴近磁性结312''''的自由层。MAT301''''包括分别类似于公共总线182、182'、220、320、320'、320''和320''以及位线/源级线184、230、330、330'、330''和330的公共总线320''''和位线330''''。公共总线320''''可以包括、接近和/或驱动SO活性层（未示出），该SO活性层在通过SO转矩到磁性结312''''的写入中使用。存储器300''''还包括由信号CS驱动的栅极302''''。请注意，在存储器300''''中，公共总线320'''垂直于位线330'''并垂直于字线318'''。
通常，存储器300''''以类似于存储器300、300'、300''和300'''的方式起作用。然而，存储器300''''还包括具有刷新和写入掩蔽功能360和370的写驱动电路。写驱动器360和/或370可以连同到存储器300''''的写入一起使用。在其它的实施例中，电路360和/或370可以和包括但不限于存储器100、150、200，300、300'、300''和300'''的其他存储器一起使用。电路360可以通过适当地翻转DM和DM\以用于读取继之以写入（读取-修改-写入）或读取继之以刷新（重新写入相同的数据）。电路370可用于通过激活DM来掩蔽写操作。读操作可以在N比特宽并行存储器存取中跟随写操作（读取-修改-写入）。通过对于那些比特激活每个DM信号，一个或多个比特可以被掩蔽以避免被修改。类似地，在写操作期间DM可以是活动的。具有DM活动的那些比特被掩蔽并且保持未修改。对于n比特，将存在DM<0>、DM<1>、DM<2>、……、DM<n-1>以控制每个写驱动电路。
存储器300''''共享属于存储器100、150、170'、200、300、310'、300''和300''的好处。具体来说，SO转矩的使用可以用于切换磁性结312''''。连同STT切换一起的自旋轨道扭矩切换可以降低切换时间和写入差错率。存储器300''''本质上是分级和模块化的。从而存储器300''''可以容易地扩展到更大尺寸和/或更高密度。电路可以被复制并且相加以建造更大存储器。因此，存储器300''''可以在更高密度存储器中使用。此外，在一些实施例中，一个接一个写入整行。结果，可以降低或避免对于存储器300''''的读取干扰。此外，掩蔽360和/或370可以用于控制正在被写入的单元。
图27是描绘用于提供磁存储器的方法400的示例性实施例的流程图，该磁存储器具有使用自旋-轨道相互作用切换的（多个）磁性结。为简单起见，可以省略、联合和/或交错一些步骤。在磁存储器100的背景下描述方法400。然而，方法400可以用于提供包括但不限于磁存储器200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''、200''''''、300、300'、300''、300'''和/或300''''的其他磁存储器。
通过步骤402提供用于存储器的MAT180。步骤402包括形成存储单元190、磁性结192、公共总线182和位线182。用于MAT180的字线及其他电路也提供在步骤402中。通过步骤404提供诸如电路172'的中间电路。全局位线和全局电路然后可以分别提供在步骤406和408中。
从而，使用方法400，可以制造磁存储器200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''、200''''''、300、300'、300''、300'''和/或300''''中的一个或多个的好处。因此，可以实现磁存储器200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''、200''''''、300、300'、300''、300'''和/或300''''中的一个或多个的好处。
图28是描绘用于编程使用自旋-轨道相互作用切换的（多个）磁性结的方法450的示例性实施例的流程图。方法450可以和存储器200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''、200''''''、300、300'、300''、300'''和/或300''''中的一个或多个一起使用。为简单起见，可以省略、联合和/或交错一些步骤。在磁存储器100的背景下描述方法450。然而，方法450可以与包括但不限于磁存储器100、100'、100''、100'''、200、200'、200''、200'''、200''''、250、300、300'、300'''和/或300''''的其他磁性结一起使用。
通过步骤452选择期望写入的（多个）磁性结。在一些实施例中，通过解码电路、中间电路、全局电路、和/或掩蔽的一些组合执行步骤452。从而，在步骤402中确定将编程的（多个）MAT的期望部分。
通过步骤454，预充电电流被驱动通过（多个）公共总线以用于选择的（多个）磁性结。预充电电流通常是面内自旋轨道写电流。步骤454典型地包括，利用到合适的栅极的信号激活公共总线并且驱动电流通过（多个）公共总线。在一些实施例中，在步骤454中驱动的预充电电流是单向电流，而在其他实施例中预充电电流可以是双向的。预充电电流可以作为脉冲施加。脉冲的持续时间和升高可以期望是短的，例如至多0.1-3毫微秒以用于自旋-轨道相互作用帮助的切换。在一些实施例中，可以使用其他脉冲持续时间。在步骤454中驱动的预充电电流可以用于将选择的磁性结扰乱离开平衡。
通过步骤456，自旋转移矩写电流可选地被驱动通过磁性结。步骤456中的电流还可以作为脉冲施加。步骤456可以通过使能合适的位线/源级线和字线来完成。从而，可以使用步骤452和步骤454完成单元的写入。
从而，使用方法450，可以编程磁存储器200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''、200''''''、300、300'、300''、300'''和/或300''''。从而，可以实现磁存储器200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''、200''''''、300、300'、300''、300'''和/或300''''的好处。
已经描述了用于提供采用SO相互作用并且是分级的和/或模块化的磁存储器的方法和系统。可以组合磁存储器200、200'、200''、200'''、200''''、200'''''、200''''''、300、300'、300''、300'''和/或300''''中特征的各种组合。所述方法和系统已经根据示出的示例性实施例进行描述，并且本领域普通技术人员将容易认识到可以存在对实施例的变化，并且任一变化将在所述方法和系统的精神和范围之内。因此，可以由本领域普通技术人员做出许多修改而不脱离所附的权利要求的精神和范围。

Claims (25)

1.一种磁存储器，包括：
多个存储阵列片，所述多个存储阵列片中的每一个包括多个位线、多个字线和多个磁储存单元，所述多个磁储存单元中的每一个包括至少一个磁性结、至少一个选择器件和邻近于所述至少一个磁性结的自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分，所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分被配置成：由于至少一个自旋-轨道相互作用电流穿过所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分导致在所述至少一个磁性结的至少一部分上施加自旋-轨道相互作用转矩，所述至少一个磁性结能够使用被驱动通过所述至少一个磁性结的至少一个写电流和提供给所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分的所述至少一个自旋-轨道相互作用电流来编程，所述多个位线和所述多个字线相应于所述多个磁储存单元；
中间电路，用于控制所述多个存储阵列片之内的读操作和写操作；
多个全局位线，所述全局位线中的每一个相应于所述多个存储阵列片的一部分；
全局电路，用于选择和驱动所述多个全局位线的一部分以用于读操作和写操作。
2.如权利要求1所述的磁存储器，其中，所述至少一个磁性结中的每一个包括参考层、非磁性隔离层、以及自由层，所述自由层是磁性的，所述非磁性隔离层在参考层和自由层之间，并且其中，所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分接近自由层。
3.如权利要求1所述的磁存储器，其中，所述多个存储阵列片中的每一个包括多个公共总线，所述多个公共总线中的每一个和所述多个磁性结的一部分耦合，包括自旋-轨道相互作用活性层的一部分并且用于携带自旋-轨道相互作用电流。
4.如权利要求3所述的磁存储器，其中，所述自旋-轨道相互作用电流是预处理电流。
5.如权利要求4所述的磁存储器，其中，所述预处理电流是双向电流，该双向电流具有的方向取决于被写入到所述多个磁性结的一部分的数据。
6.如权利要求4所述的磁存储器，其中，所述预处理电流是单向电流。
7.如权利要求3所述的磁存储器，其中，所述多个公共总线相应于多个源极线，并且其中，所述多个字线与所述多个选择器件耦合并且所述多个位线和所述多个选择器件耦合。
8.如权利要求7所述的磁存储器，其中，所述多个位线垂直于所述多个公共总线。
9.如权利要求7所述的磁存储器，其中，所述多个位线平行于所述多个公共总线。
10.如权利要求3所述的磁存储器，其中，所述多个位线、所述多个字线和所述多个公共总线被配置，从而所述多个磁储存单元的任一磁储存单元能够被个别地选择用于读取和写入。
11.如权利要求3所述的磁存储器，其中，所述多个位线、所述多个字线和所述多个公共总线被配置，从而所述多个磁储存单元中的特定数目的磁储存单元能够作为组被选择用于读取和写入。
12.如权利要求3所述的磁存储器，其中，所述中间电路、所述多个位线、所述多个字线和所述多个公共总线被配置，从而所述多个磁储存单元的一部分能够被读取、修改和重写。
13.如权利要求12所述的磁存储器，其中，所述中间电路还包括读取-修改-写入掩蔽电路。
14.如权利要求3所述的磁存储器，其中，所述中间电路、所述多个位线、所述多个字线和所述多个公共总线被配置，从而所述多个磁储存单元的一部分能够被只读和刷新。
15.如权利要求14所述的磁存储器，其中，所述中间电路还包括刷新和写入掩蔽电路。
16.如权利要求1所述的磁存储器，其中，所述中间电路还包括多个中间驱动/感测电路和本地解码电路，所述多个中间驱动/感测电路用于驱动所述多个存储阵列片中的读操作和写操作中的至少一个，所述多个中间驱动/感测电路中的每一个相应于所述多个存储阵列片的第三部分，所述本地解码电路用于选择所述多个存储阵列片中的至少一个选择的存储阵列片以及所述至少一个选择的存储阵列片中的储存单元中的至少一个。
17.如权利要求15所述的磁存储器，其中，所述中间电路还包括：
多个中间读驱动器和多个中间写驱动器，所述多个中间读驱动器中的每一个用于控制所述多个存储阵列片的第三部分中的读操作，并且所述多个写驱动器中的每一个用于驱动所述多个存储阵列片的第四部分中的写操作。
18.如权利要求1所述的磁存储器，
其中，所述多个全局位线具有第一电阻，所述多个字线具有第二电阻，并且所述多个位线具有第三电阻，所述第一电阻小于第二电阻和第三电阻。
19.如权利要求1所述的磁存储器，其中，所述多个存储阵列片还包括：
第一存储体；以及
不同于第一存储体的第二存储体。
20.如权利要求1所述的磁存储器，其中，所述多个储存单元的至少一部分包括单个晶体管和单个磁性结。
21.一种磁存储器，包括：
多个存储阵列片，所述多个存储阵列片中的每一个包括多个磁储存单元、多个位线、多个字线和用于携带预处理电流的多个公共总线，所述多个磁储存单元中的每一个包括至少一个磁性结和至少一个选择器件以及邻近于所述至少一个磁性结的自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分，所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分被配置成：由于穿过所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分的预处理电流导致在所述至少一个磁性结的至少一部分上施加自旋-轨道相互作用转矩，所述多个公共总线中的每一个和所述多个磁性结的一部分耦合，包括自旋-轨道相互作用活性层的一部分并且用于携带预处理电流；
所述至少一个磁性结能够使用被驱动通过所述至少一个磁性结的至少一个写电流以及提供给所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分的预处理电流编程，所述多个位线和所述多个字线相应于所述多个磁储存单元；
中间电路，用于控制所述多个存储阵列片之内的读操作和写操作，所述中间电路还包括中间驱动/感测电路和本地解码电路；
多个全局位线，所述多个全局字线中的每一个相应于所述多个存储阵列片的一部分，所述多个全局位线具有第一电阻，所述多个字线具有第二电阻，并且所述多个位线具有第三电阻，所述第一电阻小于第二电阻和第三电阻；
全局电路，用于选择和驱动所述多个全局位线的一部分以用于读操作和写操作。
22.一种用于提供磁存储器的方法，包括：
提供多个存储阵列片，多个存储阵列片中的每一个包括多个位线、多个字线和多个磁储存单元，所述多个磁储存单元中的每一个包括至少一个磁性结、至少一个选择器件和邻近于所述至少一个磁性结的自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分，所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分被配置成：由于自旋-轨道相互作用电流穿过所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分导致在所述至少一个磁性结的至少一部分上施加自旋-轨道相互作用转矩，所述至少一个磁性结能够使用被驱动通过所述至少一个磁性结的至少一个写电流和提供给所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分的所述自旋-轨道相互作用电流来编程，所述多个位线和所述多个字线相应于所述多个磁储存单元；
提供中间电路，用于控制所述多个存储阵列片之内的读操作和写操作；
提供多个全局位线，所述全局位线中的每一个相应于所述多个存储阵列片的一部分；以及
提供全局电路，用于选择和驱动所述多个全局位线的一部分以用于读操作和写操作。
23.一种用于编程包括多个磁性结的磁存储器的方法，所述多个磁性结中的每一个包括数据储存层，数据储存层是磁性的，所述方法包括：
驱动预充电电流通过多个存储阵列片的至少一个存储阵列片中的多个公共总线中的至少一个，所述多个存储阵列片中的每一个包括所述多个公共总线、多个位线、多个字线和多个磁储存单元，所述多个公共总线中的每一个包括邻近于磁性结的自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分，所述多个磁储存单元中的每一个包括至少一个磁性结、至少一个选择器件和邻近于磁性结的自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分，所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分被配置成：由于预处理电流穿过所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分导致在磁性结的至少一部分上施加自旋-轨道相互作用转矩，所述至少一个磁性结能够使用被驱动通过所述至少一个磁性结的至少一个写电流和提供给所述自旋-轨道相互作用活性层的至少一部分的预处理电流编程，所述多个位线和所述多个字线相应于所述多个磁储存单元，所述多个公共总线中的至少一个相应于所述多个磁储存单元的至少一个选择的磁储存单元；
驱动所述至少一个写电流通过所述至少一个选择的磁储存单元的所述至少一个磁性结。
24.如权利要求23所述的方法，还包括：
选择所述至少一个选择的磁储存单元。
25.如权利要求23所述的方法，其中，使用相应于所述多个存储阵列片中的至少一个的中间电路来执行所述选择至少一个选择的磁储存单元的步骤，所述多个存储阵列片中的至少一个包括选择的磁储存单元。
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