CN106558333B - 包括环形磁性隧道结的自旋转移力矩磁随机存取存储器 - Google Patents

包括环形磁性隧道结的自旋转移力矩磁随机存取存储器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包括环形磁性隧道结的自旋转移力矩型磁随机存取存储器。一种磁随机存取存储器可以具有多个存储单元,所述多个存储单元排列成行和列的阵列,每个存储单元包括:第一晶体管和第二晶体管,二者的源级彼此连接;第三晶体管和第四晶体管,二者的漏极分别连接到第一晶体管和第二晶体管的漏极,二者的源级彼此连接;以及磁性隧道结,其连接在第一晶体管和第三晶体管的漏极与第二晶体管和第四晶体管的漏极之间。

Description

包括环形磁性隧道结的自旋转移力矩磁随机存取存储器
技术领域
本发明总体上涉及磁随机存取存储器(MRAM),更特别地,涉及一种自旋转移力矩型磁随机存取存储器(STT-MRAM),其具有包括环形磁性隧道结的存储单元以及用于读取各个存储单元的读取电路,并且还涉及磁随机存取存储器的操作方法。
背景技术
磁随机存取存储器(magnetic random access memory,MRAM)概念早在1955年就被提出,但是直到1995年室温隧穿磁电阻(TMR)效应的发现,MRAM才重新引起科学界和工业界的广泛关注。MRAM具有非挥发性、寿命长、低功耗、抗辐射等诸多优点,被视为下一代存储技术的主要候选者之一,可在工业自动化、嵌入式计算、网络和数据存储、卫星航天等重要的民生和国防领域具有巨大的潜在应用价值。
MRAM的每个存储单元的核心结构是磁性隧道结(MTJ),每个磁性隧道结包括两个铁磁层和夹在两个铁磁层之间的绝缘势垒层,其中一个铁磁层的磁矩被钉扎且在操作期间不改变方向,因此被称为参考层,另一个铁磁层的磁矩方向可通过外磁场或电流而容易地改变,因此被称为自由层。磁性隧道结的电阻与两个铁磁层的磁矩之间的夹角θ的余弦成比例。当两个铁磁层的磁矩彼此平行时,磁性隧道结的电阻最小,其可以对应于逻辑态“0”或“1”;当两个铁磁层的磁矩彼此反平行时,磁性隧道结的电阻最大,其可以对应于逻辑态“1”或“0”。
为了将逻辑态“1”和“0”写入到磁性隧道结中,或者换言之,为了将磁性隧道结设置成平行态或反平行态,可以采用多种方法。第一种方法是使用由导线产生的磁场来设置自由层的磁化方向,这属于第一代MRAM;第二种方法是使用自旋转移力矩来设置自由层的磁化方向,这属于第二代MRAM,也称为STT-MRAM。
与常规的磁性隧道结不同,还提出了一种环形磁性隧道结,其中磁性隧道结的平面形状为环形。图1示出了包括环形磁性隧道结110的MRAM存储单元100。如图1所示,环形磁性隧道结110包括参考层112、自由层116以及位于二者之间的绝缘势垒层114。此外,MRAM存储单元100还包括与环形磁性隧道结110串联连接的选择开关120,例如图1所示的选择晶体管,以控制流经环形磁性隧道结110的电流。在读取操作期间,通过测量流经环形磁性隧道结110的读取电流IR的大小,可确定环形磁性隧道结110中的参考层112和自由层116的磁矩是出于平行状态还是反平行状态,进而得到所存储的数据“0”或“1”。在写入操作期间,当要写入“0”时,施加从自由层116到参考层112的电流,也就是说,电子从参考层112流向自由层116。由参考层112产生的自旋极化电流通过自旋转移力矩效应而将自由层116的磁化设置为与参考层112的磁化方向相同,即平行状态。当要写入“1”时,施加从参考层112到自由层116的电流,也就是说,电子从自由层116流向参考层112。从参考层112反射的相反自旋极化电流通过自旋转移力矩效应而将自由层116的磁化设置为与参考层112的磁化方向相反,即反平行状态。
在环形磁性隧道结中,由于自由层和参考层的磁矩都成闭合状,所以可以消除层间和相邻单元的杂散磁场,避免层间和相邻单元之间的耦合干扰,从而可以进一步提高磁存储密度,并且改善诸如热稳定性之类的器件特性。
然而,环形磁性隧道结也存在多方面的缺点。例如,写入电流要足够大,才能使自由层的磁矩发生翻转,而过大的写入电流又容易使磁性隧道结的绝缘势垒层被击穿,对磁性隧道结造成不可逆的永久性伤害。在常规的环形磁性隧道结的写入操作中,写入数据“1”和“0”时需要施加的电流方向不同,这对提供电流(或电压)的电源提出了挑战,要求电源能够提供精确并且不同的多个电压,例如提供一个正电压和一个负电压以形成不同方向的电流。另一方面,由于工艺误差,很难制备具有良好形状特性的环形磁性隧道结。如图2所示,环形磁性隧道结的内孔中心可能偏离环中心,导致诸如参考层和自由层之类的磁层的形状不是理想的环形,从而影响磁层的磁矩翻转。例如,自由层的磁畴可能会发生不一致的翻转,导致整个环形磁性隧道结将处在介于高阻态和低阻态之间的第三种电阻状态,称之为中间阻态。此时,如果仍采用常规的读取电路的话,将会造成数据读取错误。
发明内容
本发明旨在提供一种自旋转移力矩型磁随机存取存储器(STT-MRAM),其具有包括环形磁性隧道结的存储单元以及用于读取各个存储单元的读取电路,所述自旋转移力矩型磁随机存取存储器能够克服上述问题中的一个或多个,或者此处未论述的现有技术中存在的问题中的一个或多个。
根据一示范性实施例,一种磁随机存取存储器可以具有多个存储单元,所述多个存储单元可以排列成行和列的阵列,其中每个存储单元包括:第一晶体管和第二晶体管,二者的源级彼此连接;第三晶体管和第四晶体管,二者的漏极分别连接到第一晶体管和第二晶体管的漏极,二者的源级彼此连接;以及磁性隧道结,其连接在第一晶体管和第三晶体管的漏极与第二晶体管和第四晶体管的漏极之间。
在一些实施例中,所述磁性隧道结是环形磁性隧道结,并且所述磁随机存取存储器是自旋转移力矩型磁随机存取存储器。
在一些实施例中,所述第一晶体管和第二晶体管是PMOS晶体管,所述第三晶体管和第四晶体管是NMOS晶体管。
在一些实施例中,所述第一晶体管和第二晶体管的源级还连接到位线,所述第三晶体管和第四晶体管的源级还通过选择晶体管连接到源极线,所述选择晶体管的栅极连接到选择线。
在一些实施例中,所述位线还连接到电压灵敏放大器的正输入端,所述电压灵敏放大器的负输入端被提供有一参考电压,所述参考电压等于所述磁性隧道结的电阻为其高阻态和低阻态的平均电阻时,所述位线上的读取电压。
在一些实施例中,所述位线还经由参考电阻器连接到电流灵敏放大器的正输入端,所述源极线还连接到所述电流灵敏放大器的负输入端,所述参考电阻器的电阻值等于所述磁性隧道结的电阻为其高阻态和低阻态的平均电阻时,所述位线与所述源极线之间的读取电阻。
在一些实施例中,对于同一列中的每两个相邻存储单元,一个存储单元用作主存储单元以存储所需存储的二进制数据,另个一存储单元用作副存储单元以存储与所述主存储单元存储的二进制数据相反的二进制数据。
在一些实施例中,与所述主存储单元对应的位线还连接到电压灵敏放大器的正输入端,并且与所述副存储单元对应的位线还连接到所述电压灵敏放大器的负输入端。
在一些实施例中,与所述主存储单元对应的源极线还连接到电流灵敏放大器的正输入端,并且与所述副存储单元对应的源极线还连接到所述电流灵敏放大器的负输入端。
根据另一示范性实施例,一种操作上述磁随机存取存储器的方法可以包括:使所述第一晶体管和所述第四晶体管导通,并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管截止,以使电流以第一方向流经所述磁性隧道结从而写入第一二进制数据;以及使所述第一晶体管和所述第四晶体管截止,并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管导通,以使电流以第二方向流经所述磁性隧道结从而写入第二二进制数据,所述第二方向与所述第一方向相反,并且所述第二二进制数据与所述第一二进制数据不同。
在一些实施例中,所述方法还可以包括:使所述第一晶体管和所述第四晶体管导通并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管截止,或者使所述第一晶体管和所述第四晶体管截止并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管导通,以使读取电流沿所述第一方向或所述第二方向流经所述磁性隧道结,以读取所述磁性隧道结中存储的二进制数据。
附图说明
图1示出现有技术中使用的一种典型的磁存储单元,其包括环形磁性隧道结。
图2示出由于制造工艺误差所产生的具有非理想环形形状的磁性隧道结结构。
图3示出根据本发明一实施例的磁随机存取存储器的示意性电路图。
图4示出根据本发明一实施例的存储单元的示意性电路图。
图5示出根据本发明另一实施例的磁随机存取存储器的示意性电路图。
图6示出根据本发明另一实施例的磁随机存取存储器的示意性电路图。
图7示出根据本发明另一实施例的磁随机存取存储器的示意性电路图。
图8示出根据本发明另一实施例的磁随机存取存储器的示意性电路图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述本发明的一些示范性实施例。为了说明的彻底和完整,下面提供了一些特定细节来说明这些示范性实施例。然而应理解的是,本发明不应被限制到这些示范性实施例的精确形式。而是,可以在没有这些特定细节的情况下,实践本发明的实施例。
图3示出根据本发明一实施例的磁随机存取存储器300的示意性电路图。如图3所示,磁随机存取存储器300包括多个磁性隧道结C,其排列成行和列所形成的矩阵。在一些实施例中,磁性隧道结C可以是图1所示的环形磁性隧道结,其包括参考层、自由层和位于二者之间的绝缘势垒层。
每行磁性隧道结C的一端可以连接到位线BL,例如位线BL1-BL4。每行磁性隧道结C的另一端可通过选择晶体管T连接到源极线SL,例如源极线SL1-SL4。每列磁性隧道结C对应的选择晶体管T的栅极可以连接到选择线SEL,例如选择线SEL1-SEL6。虽然图3示出了选择晶体管T位于磁性隧道结C与源极线SL之间,但是在另一些实施例中,选择晶体管T也可以位于位线BL与磁性隧道结C之间。此外,虽然图3示出了选择晶体管T为NMOS晶体管,但是在另一些实施例中,选择晶体管T也可以是PMOS晶体管。此外,虽然图3示出了磁随机存取存储器300包括磁性隧道结C的4×6阵列,但是磁随机存取存储器300可以包括更多或更少磁性隧道结C的阵列。
当进行读取操作时,可以在选定的选择线SEL上施加电压,使得对应列的选择晶体管T都导通。同时在选定的位线BL和源极线SL上施加读取电流IR,即可读取预定的磁性隧道结C中存储的数据。例如,当在选择线SEL4上施加电压以使得第四列晶体管T导通,并且在位线BL3和源极线SL3之间施加读取电流IR时,可以读取第三行第四列处的磁性隧道结C中存储的数据。
写入操作可以与读取操作基本类似地进行,只是写入电流一般远大于读取电流,因为需要足够大的电流密度以产生足够大的自旋转移力矩来翻转自由层的磁矩。此外,通过控制写入电流的方向,可以控制写入的数据是“1”还是“0”。
图4示出可应用于图3所示的存储单元阵列的一存储单元400的具体结构。如图4所示,存储单元400位于位线BLi和源极线SLi与选择线SELj的交叉处,并且包括磁性隧道结410以及第一至第四晶体管420、430、440和450。存储单元400的一端连接到位线BLi,另一端通过选择晶体管460连接到源极线SLi,选择晶体管460的控制栅极可连接到选择线SELj。
如图4所示,第一晶体管420和第二晶体管430可以是PMOS晶体管,其源极连接到位线BLi。第三晶体管440和第四晶体管450可以是NMOS晶体管,其漏极分别连接到第一晶体管420和第二晶体管430的漏极,其源极可通过选择晶体管460连接到源极线SLi。磁性隧道结410可以连接在第一晶体管420和第三晶体管440之间的节点A与第二晶体管430和第四晶体管450之间的节点B之间。在一些示范性实施例中,磁性隧道结410可以是环形磁性隧道结。
在进行写入操作时,可以在选择线SELj上施加预定电压以使得选择晶体管460导通,在位线BLi和源极线SLi之间施加选择电流,并且通过控制第一至第四晶体管420至450的导通来控制写入电流的方向。具体而言,位线BLi可以保持为高电势侧,而源极线SLi可以保持为低电势侧。通过使第一晶体管420和第四晶体管450导通,同时使第二晶体管430和第三晶体管440截止,写入电流将从节点A流经磁性隧道结410到节点B,从而写入数据“0”或“1”;另一方面,通过使第二晶体管430和第三晶体管440导通,同时使第一晶体管420和第四晶体管450截止,写入电流将从节点B流经磁性隧道结410到节点A,从而写入数据“1”或“0”。
因此,通过控制第一至第四晶体管420至450的导通,即可控制流经磁性隧道结410的写入电流的方向,进而控制写入的数据是“1”还是“0”。在写入过程中,不论写入数据是“1”还是“0”,位线BLi和源极线SLi上的电压极性可以保持不变,因而施加写入电流或电压的电源可以保持不变,避免了因电流或电压变化而导致的磁性隧道结意外击穿,提高了存储器的稳定性。
另一方面,与磁性隧道结410串联连接的三个晶体管,即第一晶体管420和第四晶体管450或第二晶体管430和第三晶体管440,以及选择晶体管460,在控制写入操作以及写入电流方向的同时,它们作为串联电阻还对写入电流的变化有一定的抑制作用。就此而言,它们也防止了磁性隧道结的意外击穿,提高了存储器的稳定性。
在本发明的一些示范性实施例中,磁性隧道结410可以是环形磁性隧道结。因为环形磁性隧道结的翻转电流要小于传统的实心磁性隧道结,所以尺寸较小的晶体管就可以满足环形磁性隧道结410的自由层磁矩的翻转操作,而晶体管的尺寸大小一般远大于磁性隧道结的面积,所以可以大大减小整个存储单元的面积,有利于提高存储密度。
在读取操作时,与写入操作类似,只需使第一晶体管420和第四晶体管450导通,或者使第二晶体管430和第三晶体管440导通,并且在位线BLi和源极线SLi之间施加读取电流,即可读取磁性隧道结410中存储的数据。应理解,读取电流一般远小于写入电流,因此不会导致自由层的磁矩翻转而改变所存储的数据,而且一般也不会导致磁性隧道结410的击穿。
此外,虽然图4示出了选择晶体管460连接在存储单元400的第三晶体管440和第四晶体管450与源极线SLi之间,但是在另一些实施例中,选择晶体管460也可以连接在其他位置,例如在位线BLi与第一晶体管420和第二晶体管4320之间,在节点A与磁性隧道结410之间、或者磁性隧道结410与节点B之间等。
如前所述,环形磁性隧道结面临的一个问题是内孔中心与外环中心不对准,导致环形磁性隧道结的不一致翻转,进而产生介于高阻态与低阻态之间的中间阻态,其会影响数据的正确读取。应理解,“中间阻态”并不是完全位于高阻态与低阻态正中间的电阻状态,而是一般从正中阻态向高阻态(当原本应写入高阻态时)或低阻态(当原本应写入低阻态时)有一定的偏移。
图5示出根据本发明一实施例的磁随机存取存储器500,其可以防止或消除因中间阻态而导致的存储错误。图5中与图4相同的部件用相同的附图标记表示,这里将省略对其的详细描述。
如图5所示,在磁随机存取存储器500中,每条位线BLi还连接到灵敏放大器(senseamplifier)510的正输入端。虽然未示出,但是在一些实施例中,在位线BLi与灵敏放大器510的正输入端之间还可以设置有控制晶体管以控制二者的连接。灵敏放大器510的负输入端可以连接有参考电压Vref,参考电压Vref是这样的电压,其对应于当磁性隧道结410的电阻值是高阻态的电阻值和低阻态的电阻值二者的平均值时,电流源(未示出)施加的读取电流IR流经磁性隧道结410时位线BLi上的电压。灵敏放大器510可以是电压灵敏放大器,其比较参考电压Vref和读取操作时位线BLi上的读取电压。当磁性隧道结410处于高阻态时,位线BLi上的读取电压大于参考电压Vref,灵敏放大器510的输出OUTi为高电平;当磁性隧道结410处于低阻态时,位线BLi上的读取电压小于参考电压Vref,灵敏放大器510的输出OUTi为低电平。此外,即使磁性隧道结410由于不一致翻转而处于中间阻态,也可以通过将该中间阻态对应的读取电压与参考电压Vref相比较,来判断该中间阻态是偏向高阻态还是低阻态,从而确定磁性隧道结410中旨在存储的电阻状态(或者说,逻辑数据)。例如,当磁性隧道结410处于偏向高阻态的中间阻态时,位线BLi上的读取电压大于参考电压Vref,灵敏放大器510的输出OUTi为高电平;当磁性隧道结410处于偏向低阻态的中间阻态时,位线BLi上的读取电压小于参考电压Vref,灵敏放大器510的输出OUTi为低电平。这样,即可消除因中间阻态而导致的存储错误。
图6示出根据本发明另一实施例的磁随机存取存储器600。与磁随机存取存储器500不同,磁随机存取存储器600采用了电流灵敏放大器610。
具体而言,每条位线BLi还可以连接到参考电阻器620。参考电阻器620是这样的电阻器,其电阻值等于当磁性隧道结410的电阻为高阻态电阻和低阻态电阻的平均值时,位线BLi与源极线SLi之间的电阻,即第一晶体管420、磁性隧道结410、第四晶体管450和选择晶体管460的串联电阻,或第二晶体管430、磁性隧道结410、第三晶体管440和选择晶体管460的串联电阻。参考电阻器620的另一端连接到电流灵敏放大器610的正输入端。此外,每条源极线SLi还连接到电流灵敏放大器610的负输入端。虽然未示出,但是在位线BLi与参考电阻器620之间或参考电阻器与灵敏放大器610之间,以及源极线SLi与灵敏放大器610之间,还可以设置有控制晶体管以控制位线BLi和源极线SLi与灵敏放大器610之间的连接。
在进行读取操作时,电压源(未示出)将预定电压施加到位线BLi上。当磁性隧道结410处于高阻态或者偏向高阻态的中间阻态时,源极线SLi上的电流小于流经参考电阻器620的电流,因此电流灵敏放大器610的输出OUTi为高电平;此外,当磁性隧道结410处于低阻态或者偏向低阻态的中间阻态时,源极线SLi上的电流大于流经参考电阻器620的电流,因此电流灵敏放大器610的输出OUTi为低电平。这样,即可消除因中间阻态而导致的存储错误。
图7示出根据本发明另一实施例的磁随机存取存储器700。在图7中,与图4相同或相似的部件用相同或相似的附图标记指示,这里将省略对其的进一步详细描述。
如图7所示,在本实施例中,采用了差分存储结构。具体而言,同一列中的两个相邻的存储单元400和400'可以设置为一个存储对,其中存储单元400可以视为主存储单元,用于存储需要存储的数据“1”或“0”;而存储单元400'可以视为与主存储单元400对应的副存储单元,其用于存储与所需存储的数据“1”或“0”相反的数据,即“0”或“1”。并且,可以使用副存储单元中储存的数据来校正或恢复主存储单元中存储的数据。在一些实施例中,可以采用传统的读取电路来读取主存储单元和副存储单元中存储的数据。
在另一些实施例中,还可以采用图7所示的读取电路。具体而言,主存储单元400对应的位线BL2i可以连接到灵敏放大器710的正输入端,而负存储单元400'对应的位线BL2i+1可以连接到灵敏放大器710的负输入端。灵敏放大器710可以是电压灵敏放大器。虽然未示出,每条位线BL2i和BL2i+1与灵敏放大器710之间还可以设置有控制晶体管以控制它们之间的连接。
在进行读取操作时,电流源(未示出)将预定电流同时施加到位线BL2i和BL2i+1。当主存储单元400为高阻态或偏向高阻态的中间阻态时,副存储单元400'为低阻态或偏向低阻态的中间阻态。此时,位线BL2i上的电压大于位线BL2i+1上的电压,灵敏放大器710的输出OUTi为高电平。当主存储单元400为低阻态或偏向低阻态的中间阻态时,副存储单元400'为高阻态或偏向高阻态的中间阻态。此时,位线BL2i上的电压小于位线BL2i+1上的电压,灵敏放大器710的输出OUTi为低电平。这样,通过比较主存储单元400和副存储单元400'的电阻状态,能够得到正确地反映主存储单元400的电阻状态的输出电平,避免了因中间阻态而导致的存储错误。
图8示出了也采用差分存储结构的磁随机存取存储器800的实施例。与磁随机存取存储器700不同的是,磁随机存取存储器800采用了电流灵敏放大器810。
具体而言,主存储单元400对应的源极线SL2i可以连接到电流灵敏放大器810的正输入端,副存储单元400'对应的源极线SL2i+1可以连接到电流灵敏放大器810的负输入端。虽然未示出,但是在源极线SL2i和SL2i+1与灵敏放大器810之间还可以设置有控制晶体管以控制它们之间的连接。
在读取操作期间,电压源(未示出)将预定电压施加到位线BL2i和BL2i+1。当主存储单元400为高阻态或偏向高阻态的中间阻态时,副存储单元400'为低阻态或偏向低阻态的中间阻态。此时,源极线SL2i上的电流小于源极线SL2i+1上的电流,灵敏放大器810的输出OUTi为低电平。当主存储单元400为低阻态或偏向低阻态的中间阻态时,副存储单元400'为高阻态或偏向高阻态的中间阻态。此时,源极线SL2i上的电流大于源极线SL2i+1上的电流,灵敏放大器810的输出OUTi为高电平。这样,通过比较主存储单元400和副存储单元400'的电阻状态,能够得到正确地反映主存储单元400的电阻状态的输出电平OUTi,并且避免了因中间阻态而导致的存储错误。
通过上面对磁随机存取存储器的各个实施例的描述,可以理解,本发明还提供一种操作所述磁随机存取存储器的方法。具体而言,在写入操作期间,可以使第一晶体管420和第四晶体管450导通,并且使第二晶体管430和第三晶体管440截止,以使电流以第一方向流经磁性隧道结410,从而写入第一二进制数据,例如“1”或“0”。此外,还可以使第一晶体管420和第四晶体管450截止,并且使第二晶体管430和第三晶体管440导通,以使电流以第二方向流经磁性隧道结410,其中第二方向与第一方向相反,从而写入与第一二进制数据不同的第二二进制数据,例如“0”或“1”。
在读取操作期间,则可以使第一晶体管420和第四晶体管450导通并且使第二晶体管430和第三晶体管440截止,或者使第一晶体管420和第四晶体管450截止并且使第二晶体管430和第三晶体管440导通,以使读取电流沿第一方向或第二方向流经磁性隧道结410。因为读取电流远小于写入电流,所以不会引起自由层磁化翻转,因此也不会改变磁性隧道结410中存储的数据。
上面已经描述了一些实施例的若干方面,将理解,本领域技术人员容易做出各种修改、变化和改进。这些修改、变化和改进旨在是本申请的一部分,并且旨在落入本发明的范围内。前面的说明和附图仅是示范性的,本发明的范围旨在由所附权利要求及其等价物来确定。

Claims (11)

1.一种磁随机存取存储器,具有多个存储单元,所述多个存储单元排列成行和列的阵列,每个存储单元包括:
第一晶体管和第二晶体管,二者的源级彼此连接;
第三晶体管和第四晶体管,二者的漏极分别连接到第一晶体管和第二晶体管的漏极,二者的源级彼此连接;以及
磁性隧道结,其连接在第一晶体管和第三晶体管的漏极与第二晶体管和第四晶体管的漏极之间。
2.如权利要求1所述的磁随机存取存储器,其中,所述磁性隧道结是环形磁性隧道结,并且所述磁随机存取存储器是自旋转移力矩型磁随机存取存储器。
3.如权利要求1所述的磁随机存取存储器,其中,所述第一晶体管和第二晶体管是PMOS晶体管,所述第三晶体管和第四晶体管是NMOS晶体管。
4.如权利要求1所述的磁随机存取存储器,其中,所述第一晶体管和第二晶体管的源级还连接到位线,所述第三晶体管和第四晶体管的源级还通过选择晶体管连接到源极线,所述选择晶体管的栅极连接到选择线。
5.如权利要求4所述的磁随机存取存储器,其中,所述位线还连接到电压灵敏放大器的正输入端,所述电压灵敏放大器的负输入端被提供有一参考电压,所述参考电压等于所述磁性隧道结的电阻为其高阻态和低阻态的平均电阻时,所述位线上的读取电压。
6.如权利要求4所述的磁随机存取存储器,其中,所述位线还经由参考电阻器连接到电流灵敏放大器的正输入端,所述源极线还连接到所述电流灵敏放大器的负输入端,所述参考电阻器的电阻值等于所述磁性隧道结的电阻为其高阻态和低阻态的平均电阻时,所述位线与所述源极线之间的读取电阻。
7.如权利要求4所述的磁随机存取存储器,其中,对于同一列中的每两个相邻存储单元,一个存储单元用作主存储单元以存储所需存储的二进制数据,另个一存储单元用作副存储单元以存储与所述主存储单元存储的二进制数据相反的二进制数据。
8.如权利要求7所述的磁随机存取存储器,其中,与所述主存储单元对应的位线还连接到电压灵敏放大器的正输入端,并且与所述副存储单元对应的位线还连接到所述电压灵敏放大器的负输入端。
9.如权利要求7所述的磁随机存取存储器,其中,与所述主存储单元对应的源极线还连接到电流灵敏放大器的正输入端,并且与所述副存储单元对应的源极线还连接到所述电流灵敏放大器的负输入端。
10.一种操作权利要求1所述的磁随机存取存储器的方法,包括:
使所述第一晶体管和所述第四晶体管导通,并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管截止,以使电流以第一方向流经所述磁性隧道结从而写入第一二进制数据;以及
使所述第一晶体管和所述第四晶体管截止,并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管导通,以使电流以第二方向流经所述磁性隧道结从而写入第二二进制数据,所述第二方向与所述第一方向相反,并且所述第二二进制数据与所述第一二进制数据不同。
11.如权利要求10所述的方法,还包括:
使所述第一晶体管和所述第四晶体管导通并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管截止,或者使所述第一晶体管和所述第四晶体管截止并且使所述第二晶体管和所述第三晶体管导通,以使读取电流沿所述第一方向或所述第二方向流经所述磁性隧道结,以读取所述磁性隧道结中存储的二进制数据。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109584922B (zh) * 2017-09-28 2021-05-11 上海磁宇信息科技有限公司 一种用于磁性随机存储器中参照磁性隧道结单元筛选方法
CN107767907B (zh) * 2017-10-30 2019-10-25 上海集成电路研发中心有限公司 一种电压控制的磁各向异性磁性随机存储器及其判断方法
CN112002722B (zh) * 2020-07-21 2024-04-12 中国科学院微电子研究所 自旋电子器件、sot-mram存储单元、存储阵列以及存算一体电路
CN112466358A (zh) * 2020-11-30 2021-03-09 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 磁性隧道结存储器
CN112465128B (zh) * 2020-11-30 2024-05-24 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 神经元网络单元
CN113744777B (zh) * 2021-09-08 2024-01-02 北京航空航天大学 磁性随机存储器的存储单元及数据多态存储控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1423281A (zh) * 2001-11-15 2003-06-11 株式会社东芝 磁随机存取存储器及其读出方法
TW200415646A (en) * 2003-02-13 2004-08-16 Taiwan Semiconductor Mfg Improved magnetic RAM and array architecture using a two transistors, one MTJ cell
CN101925960A (zh) * 2007-12-19 2010-12-22 高通股份有限公司 具有单独读取和写入路径的磁性隧道结装置
CN102017128A (zh) * 2008-03-25 2011-04-13 高通股份有限公司 包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5170706B2 (ja) * 2007-08-31 2013-03-27 国立大学法人東京工業大学 スピン注入磁化反転mtjを用いた不揮発性sram/ラッチ回路
US8134856B2 (en) * 2008-11-05 2012-03-13 Qualcomm Incorporated Data protection scheme during power-up in spin transfer torque magnetoresistive random access memory

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1423281A (zh) * 2001-11-15 2003-06-11 株式会社东芝 磁随机存取存储器及其读出方法
TW200415646A (en) * 2003-02-13 2004-08-16 Taiwan Semiconductor Mfg Improved magnetic RAM and array architecture using a two transistors, one MTJ cell
CN101925960A (zh) * 2007-12-19 2010-12-22 高通股份有限公司 具有单独读取和写入路径的磁性隧道结装置
CN102017128A (zh) * 2008-03-25 2011-04-13 高通股份有限公司 包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元

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