CN114694704A - 磁性存储器及其读写方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁性存储器及其读写方法，磁性存储器包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通。本发明磁性存储器改变了传统的磁性存储器设计，大大提高了磁场存储器的存储密度。

Description

磁性存储器及其读写方法
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种磁性存储器及其读写方法。
背景技术
MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)是一种非易失性的磁性存储器，其提供与易失性静态随机存取存储器(SRAM)相当的性能以及与易失性动态随机存取存储器(DRAM)相当的密度和较低的功耗。与非易失性存储器(NVM)闪存相比，MRAM提供了更快的存取时间，并且随着时间的推移经受最小的退化，而闪存只能重写有限的次数。
MRAM元件的核心是磁隧道结(Magnetic tunnel junction；MTJ)，其可包括固定磁性层和自由磁性层，固定磁性层的磁化极性不可改变，自由磁性层的磁化极性可以改变。由于隧道磁电阻效应，在固定磁性层和自由磁性层之间的电阻值随着自由磁性层中的磁化极性切换而变化，从而实现磁性存储器的写入。
但是，内存密度是将MRAM推向主要内存/存储市场的关键限制因素之一，因此，如何提高磁性存储器的密度是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高密度的磁性存储器及其读写方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种磁性存储器，其包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通。
进一步，所述磁隧道结包括：连接至所述第一导线的自由层；设置在所述自由层上表面的非磁性绝缘层；设置在所述非磁性绝缘层上表面的固定层，所述自由层的磁矩方向可变，所述固定层的磁矩方向固定；所述双向选通器件的一端与所述固定层连接，另一端与所述第二导线连接。
进一步，所述第一导线包括第一端及第二端，所述磁性存储器还包括若干条写入位线及若干个第一选择晶体管，所述第一选择晶体管被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线。
进一步，所述磁性存储器还包括源极线，所述源极线与所述第一导线的第二端电连接。
进一步，所述磁性存储器还包括若干条位线及若干个第二选择晶体管，所述第二选择晶体管被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线与所述位线。
进一步，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线垂直交叉。
进一步，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层中作为所述第一导线使用，在下层单元层中作为所述第二导线使用。
进一步，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层及下层单元层中均作为所述第一导线或所述第二导线使用。
进一步，不同的存储元件通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现分别控制。
进一步，所述双向选通器件的材料为掺杂的氧化铪。
本发明还提供一种磁性存储器的读写方法，所述磁性存储器包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通；
所述读写方法包括：向所述磁性存储器提供第一电流，所述第一电流流经所述第一导线，而不流经所述存储元件，使所述存储元件处于第一存储状态；向所述磁性存储器提供第二电流，所述第二电流流经选定的存储元件，使选定的存储元件由所述第一存储状态变为第二存储状态。
进一步，所述磁隧道结包括：连接至所述第一导线的自由层；设置在所述自由层上表面的非磁性绝缘层；设置在所述非磁性绝缘层上表面的固定层，所述自由层的磁矩方向可变，所述固定层的磁矩方向固定；所述双向选通器件的一端与所述固定层连接，另一端与所述第二导线连接；所述读写方法包括：所述第一电流及所述第二电流使所述自由层的磁矩方向变化趋势相反。
进一步，所述第一电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向反向的方向变化，所述第二电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向同向的方向变化。
进一步，所述第一电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向同向的方向变化，所述第二电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向反向的方向变化。
进一步，所述第一导线包括第一端及第二端，所述磁性存储器还包括若干条写入位线及若干个第一选择晶体管，所述第一选择晶体管被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线；所述读写方法包括：通过所述第一控制信号控制所述第一选择晶体管，使所述第一选择晶体管响应于所述第一控制信号，电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线，以使所述第一电流流经所述第一导线。
进一步，所述磁性存储器还包括源极线，所述源极线能够与所述第一导线的第二端电连接，所述读写方法包括：所述第一电流自所述写入位线经所述第一导线至所述源极线，或者所述第一电流自所述源极线经所述第一导线流向所述写入位线。
进一步，所述磁性存储器还包括若干条位线及若干个第二选择晶体管，所述第二选择晶体管被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线与所述位线；所述读写方法包括：通过第二控制信号控制所述第二选择晶体管，使所述第二选择晶体管响应于所述第二控制信号，电连接所述第二导线与所述位线，使所述第二电流流经选定的存储元件。
进一步，所述读写方法还包括：在进行读操作时，向所述磁性存储器提供第三电流，所述第三电流从所述第二导线经过所述存储元件流向所述第一导线。
进一步，不同的存储元件通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现分别控制；向所述磁性存储器提供第二电流的步骤中，所述选定的存储元件配置为双向选通器件被施加阈值电压和/或电流时的存储元件。
本发明的优点在于，改变了传统的磁性存储器设计，大大提高了磁场存储器的存储密度。
附图说明
图1是本发明第一实施例的磁性存储器的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的磁性存储器的结构示意图；
图3是图2所示结构的前视图；
图4是本发明第三实施例的磁性存储器的前视图；
图5是本发明第四实施例的磁性存储器的前视图；
图6是本发明第五实施例的磁性存储器的前视图；
图7是本发明第六实施例的磁性存储器的读写方法的时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的磁性存储器及其读写方法的具体实施方式做详细说明。
图1是本发明第一实施例的磁性存储器的结构示意图，请参阅图1，本发明磁性存储器包括至少一单元层100。在本实施例中，所述磁性存储器包括一个单元层100。
所述单元层100包括若干条平行的第一导线110、若干条平行的第二导线120及若干个存储元件130。其中，所述第一导线110、第二导线120及存储元件130的数量可根据所述磁性存储器的存储需求设置。在图1中仅示意性地绘示两条平行设置的第一导线110、三条平行设置的第二导线120及六个存储元件130，其并不构成对本发明的限制。
所述第一导线110位于第一平面(图中未绘示)内。在本实施例中，所述第一导线110沿X方向延伸，且沿Y方向平行排布，则所述第一平面为XY平面。
所述第二导线120位于第二平面(图中未绘示)内，且所述第一平面与所述第二平面平行。在本实施例中，所述第二导线120沿Y方向延伸，且沿X方向平行排布，则所述第二平面也为XY平面，所述第一平面与所述第二平面为平行的平面。
其中，所述第二导线120在所述第一平面上的投影与所述第一导线110交叉，或者说，所述第一导线110在所述第二平面上的投影与所述第二导线120交叉。具体地说，在垂直所述第一平面的方向上，所述第二导线120在所述第一平面上的投影与所述第一导线110交叉，或者说，在垂直所述第二平面的方向上，所述第一导线110在所述第二平面上的投影与所述第二导线120交叉。由于所述第一平面与所述第二平面平行，所以所述第一导线110与所述第二导线120不会直接交叉，而是两者的投影在某一平面上存在交叉。
进一步，在本实施例中，所述第二导线120在所述第一平面上的投影与所述第一导线110垂直交叉，而在本发明其他实施例中，所述第二导线120在所述第一平面上的投影与所述第一导线110并非是垂直交叉，而是以一锐角或者钝角为夹角而交叉。
进一步，为了提高所述第一导线110及所述第二导线120的导电性能，所述第一导线110及所述第二导线120可采用如下材料：重金属(例如，Pt，Ta等)，半金属(例如，MoTe2)或硫族化物(例如，BixTe1-x)。
若干个所述存储元件130设置在所述第一平面与所述第二平面之间。即若干个所述存储元件130设置在所述第一平面与所述第二平面所形成的夹层中。每一个所述存储元件130包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结131及双向选通器件132。其中，在本实施例中，所述存储元件130设置在所述第一导线110与所述第二导线120的交叉处，所述磁隧道结131与所述第一导线110连接，所述双向选通器件132与所述第二导线120连接。而在本发明其他实施例中，所述磁隧道结131也可与所述双向选通器件132的位置互换，即所述磁隧道结131与所述第二导线120连接，所述双向选通器件132与所述第一导线110连接。
其中，所述双向选通器件132被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通。所述导通指的是所述双向选通器件132由高阻状态转变为低阻状态。具体地说，当施加在所述双向选通器件132上的电压或者电流为一阈值电压或者电流时，或超过阈值电压或者电流时，所述双向选通器件132由高阻状态转变为低阻状态，从而实现所述磁隧道结131与第二导线120的电连接。其中，所述阈值电压或者电流取决于磁隧道结131的材料性能。例如，在本实施例中，所述双向选通器件132的材料为掺杂的氧化铪，其导通阈值电压为0.25V，当施加在所述双向选通器件132的电压为0.25V或超过0.25V时，所述双向选通器件132导通，当施加在所述双向选通器件132上的电压小于0.25V时，所述双向选通器件132不导通。掺杂的氧化铪具有高的开/关比，低的导通电阻，是双向选通器件比较理想的材料。当然，其他能够实现阈值导通功能的材料也可作为所述双向选通器件132的材料，本发明不限定于此。
由于所述双向选通器件132能够在被施加阈值电压和/或电流时导通，使得不同的存储元件130可通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现存储元件130的分别控制。具体地说，若需要对某个或者某些存储元件130进行操作，则可控制该个或者该些存储元件130对应的所述双向选通器件132导通，而其他非选定的存储元件130对应的所述双向选通器件132不导通，从而实现对存储元件130的选择性操作。
进一步，所述磁隧道结131包括连接至所述第一导线110的自由层131A、设置在所述自由层131A上表面的非磁性绝缘层131B、设置在所述非磁性绝缘层131B上表面的固定层131C。其中，所述自由层131A的磁矩方向可变，所述固定层131c的磁矩方向固定。由于隧道磁电阻效应，固定层31C和自由层131A之间的电阻值随着自由层131A中的磁矩方向切换而变化，从而实现磁性存储器的写入。
所述双向选通器件132的一端与所述固定层131C连接，另一端与所述第二导线120连接。其中，所述双向选通器件132的第一端及第二端仅为了便于描述而设置，对于所述双向选通器件132而言，其第一端及第二端并不存在区别，即所述双向选通器件132的任何一端与所述固定层131C连接均可。
本发明磁性存储器改变了传统的磁性存储器设计，大大提高了磁场存储器的存储密度。
进一步，所述第一导线110包括第一端及第二端。所述磁性存储器还包括若干条写入位线WBL及若干个第一选择晶体管WWL。所述第一选择晶体管WWL被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线110的第一端与所述写入位线WBL。
具体地说，在图1中仅示意性地绘示两个写入位线WBL及两个第一选择晶体管WWL，分别为写入位线WBL[00]及写入位线WBL[01]，第一选择晶体管WWL[00]及第一选择晶体管WWL[01]。其中，由于写入位线WBL并非是本发明改进点，因此，在附图中仅用悬挂线段示意。所述第一选择晶体管WWL[00]被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线110的第一端与所述写入位线WBL[00]，所述第一选择晶体管WWL[01]被配置为响应于第一控制信号而电连接另一所述第一导线110的第一端与所述写入位线WBL[01]。
进一步，所述磁性存储器还包括源极线WSL，所述源极线WSL与所述第一导线110的第二端电连接，例如，通过晶体管开关电连接。具体地说，在图1中仅示意性地绘示两个源极线WSL，分别为源极线WSL[00]及源极线WSL[01]。所述源极线WSL[00]与所述第一导线110的第二端电连接，所述源极线WSL[01]与另一所述第一导线110的第二端电连接。
进一步，所述磁性存储器还包括若干条位线BBL及若干个第二选择晶体管BWL，所述第二选择晶体管BWL被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线120与所述位线BBL。具体地说，在图1中仅示意性地绘示三条位线BBL及三个第二选择晶体管BWL，分别为位线BBL[00]、位线BBL[01]、位线BBL[02]、第二选择晶体管BWL[00]、第二选择晶体管BWL[01]、第二选择晶体管BWL[02]。所述第二选择晶体管BWL[00]被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线120与所述位线BBL[00]、所述第二选择晶体管BWL[01]被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线120与所述位线BBL[01]、所述第二选择晶体管BWL[02]被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线120与所述位线BBL[02]。
为了进一步提高磁性存储器的存储密度，本发明还提供了一第二实施例。所述第二实施例与第一实施例的区别在于，第二实施例包括多个单元层，所述单元层堆叠设置。具体地说，请参阅图2及图3，其中，图2是本发明第二实施例的磁性存储器的结构示意图，图3是图2所示结构的前视图。在第二实施例中，所述磁性存储器包括多个单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置。在本实施例中，所述磁性存储器包括两个单元层，分别为上层单元层100A及下层单元层100B，上层单元层100A及下层单元层100B沿垂直所述第一平面的方向依次设置。
其中，相邻单元层共用同一导线，所述导线在上层单元层100A中作为所述第一导线使用，在下层单元层100B中作为所述第二导线使用。具体地说，在本实施例中，上层单元层100A与下层单元层100B为相邻的单元层，其共用的导线为导线200。在上层单元层100A中，所述导线200与所述存储元件130的磁隧道结131连接，因此，在上层单元层100A中，所述导线200作为第一导线，在下层单元层100B中，所述导线200与所述双向选通器件132连接，因此，在下层单元层100B中，所述导线200作为第二导线。
上述第二实施例中磁性存储器仅包括两个单元层，而在本发明其他实施例中，为了进一步提高磁性存储器的存储密度，所述磁性存储器可包括多个单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置。请参阅图4，其是本发明第三实施例的磁性存储器的前视图，在第三实施例中，所述磁性存储器可包括多个单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置。在图4中示意性地绘示了5个单元层，分别为单元层100A、单元层100B、单元层100C、单元层100D及单元层100E，五个单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置。
其中，相邻单元层共用同一导线，所述导线在上层单元层中作为所述第一导线使用，在下层单元层中作为所述第二导线使用。例如，在第三实施例中，单元层100A与单元层100B相邻，两者共用导线200，则在单元层100A中，所述导线200作为第一导线使用，在单元层100B中，所述导线200作为第二导线使用；单元层100B与单元层100C相邻，两者共用导线300，则在单元层100B中，所述导线300作为第一导线使用，在单元层100C中，所述导线300作为第二导线使用；单元层100C与单元层100D相邻，两者共用导线400，则在单元层100C中，所述导线400作为第一导线使用，在单元层100D中，所述导线400作为第二导线使用；单元层100D与单元层100E相邻，两者共用导线500，则在单元层100D中，所述导线500作为第一导线使用，在单元层100E中，所述导线500作为第二导线使用。
其中，在第二实施例及第三实施例中，所有单元层的存储单元130的双向选通器件132均位于磁隧道结131的上方，使得相邻单元层共用的导线在上层单元层中作为所述第一导线使用，在下层单元层中作为所述第二导线使用。而在本发明其他实施例中，所述存储单元130的双向选通器件132也可位于磁隧道结131的下方，其原理与第二实施例及第三实施例相同，不再赘述。
在本发明第二实施例或者第三实施例中，相邻的单元层共用的导线在两层中与存储元件130的连接关系不同，即相邻的单元层共用的导线在两层中的功能不同。而本发明另一实施例还提供一种磁性存储器，其与第二实施例的区别在于，相邻的单元层共用的导线在两层中与存储元件130的连接关系相同，即相邻的单元层共用的导线在两层中的功能相同。即相邻单元层共用的导线在上层单元层及下层单元层中均作为所述第一导线或所述第二导线使用。
具体地说，请参阅图5，其为本发明第四实施例的磁性存储器的前视图。在第四实施例中，所述磁性存储器包括两个单元层，分别为上层单元层100A及下层单元层100B，上层单元层100A及下层单元层100B沿垂直所述第一平面的方向依次设置。
其中，上层单元层100A及下层单元层100B共用同一导线，所述导线在上层单元层100A及下层单元层100B中均作为所述第一导线或所述第二导线使用。具体地说，在本实施例中，所述上层单元层100A与下层单元层100B共用的导线为导线200。在上层单元层100A中，所述导线200与所述存储元件130的磁隧道结131连接，因此，在上层单元层100A中，所述导线200作为第一导线使用，在下层单元层100B中，所述导线200与所述存储元件130的磁隧道结131连接，因此，在下层单元层100B中，所述导线200也作为第一导线使用。在本发明其他实施例中，也可将每一层的存储元件调转，使得所述导线200分别与上层单元层100A与下层单元层100B的存储元件的磁隧道结131，所述导线200作为所述第二导线使用。
上述第四实施例中磁性存储器仅包括两个单元层，而在本发明其他实施例中，为了进一步提高磁性存储器的存储密度，所述磁性存储器可包括多个单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置。请参阅图6，其是本发明第五实施例的磁性存储器的前视图，在第五实施例中，所述磁性存储器可包括多个单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置。在图6中示意性地绘示了5个单元层，分别为单元层100A、单元层100B、单元层100C、单元层100D及单元层100E，五个单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置。
其中，相邻单元层共用同一导线，所述导线在上层单元层及下层单元层中作为所述第一导线或者第二导线使用。例如，在第五实施例中，单元层100A与单元层100B相邻，两者共用导线200，则在单元层100A中，所述导线200作为第一导线使用，在单元层100B中，所述导线200也作为第一导线使用；单元层100B与单元层100C相邻，两者共用导线300，则在单元层100B中，所述导线300作为第二导线使用，在单元层100C中，所述导线300也作为第二导线使用；单元层100C与单元层100D相邻，两者共用导线400，则在单元层100C中，所述导线400作为第一导线使用，在单元层100D中，所述导线400也作为第一导线使用；单元层100D与单元层100E相邻，两者共用导线500，则在单元层100D中，所述导线500作为第二导线使用，在单元层100E中，所述导线500也作为第二导线使用。
可以理解的是，在本发明其他实施例中，也可调转每一层中存储单元130的方向，改变所述磁隧道结及双向选通器件与共用导线的连接关系，其连接原理与第五实施例相同，不再赘述。
进一步，在本发明附图中仅示意性地绘示了第一导线、存储单元及第二导线之间的相互位置关系，在实际的半导体工艺中，在所述第一导线、存储单元及第二导线之外的空白处还会填充绝缘材料或者其他结构材料，在此不再赘述。
本发明还提供了如上所述的磁性存储器的读写方法。请参阅图1及图7，其中，图7是本发明第六实施例的磁性存储器的读写方法的时序图。
本发明读写方法包括；
擦除操作(Eraser)：向所述磁性存储器提供第一电流Ieraser，所述第一电流Ieraser流经所述第一导线110，而不流经所述存储元件130，使所述存储元件130处于第一存储状态。
其中，所述第一电流Ieraser仅流经所述第一导线110，所述第一电流Ieraser通过所述第一导线110作用于磁隧道结131，使得所述磁隧道结131的自由层131A的磁矩方向改变为同一方向，例如，与所述固定层131C的磁矩方向相同或者相反。在所述第一导线110上施加第一电流Ieraser后，与该条第一导线110连接的所有存储单元均处于同一存储状态，即第一存储状态。所述第一存储状态可为存储“0”或者存储“1”。例如，在本实施例中，在第一电流Ieraser的作用下，所述自由层131A的磁矩方向与所述固定层131C的磁矩方向相反，即所述第一存储状态为存储“1”，其可使得在执行写操作中仅需将存储“1”修改为存储“0”，大大降低了磁隧道结的损耗。需要注意的是，存储状态“1”也可表示为所述自由层131A的磁矩方向与所述固定层131C的磁矩方向相同，本领域技术人员可以根据需要自行设计。
在本实施例中，通过所述第一控制信号控制所述第一选择晶体管WWL，使所述第一选择晶体管WWL响应于所述第一控制信号，电连接所述第一导线110的第一端与所述写入位线WBL，所述写入位线WBL处于高电平，所述源极线WSL处于低电平，所述第一电流Ieraser自所述写入位线WBL经所述第一导线110至所述源极线WSL。或者，在本发明另一实施例中，所述写入位线WBL处于低电平，所述源极线WSL处于高电平，所述第一电流Ieraser自所述源极线WSL经所述第一导线110至写入位线WBL。
写操作(Write)：向所述磁性存储器提供第二电流Iwrite，所述第二电流Iwrite流经选定的存储元件，使选定的存储元件由所述第一存储状态变为第二存储状态。
其中，不同的存储元件通过所述双向选通器件132作为控制开关，以实现分别控制。在该写操作步骤中，所述选定的存储元件配置为双向选通器件132被施加阈值电压和/或电流时的存储元件。也就是说，在该步骤中，若需要对某一个存储元件130进行操作，则将其的双向选通器件132置于导通状态，从而实现该存储元件130与第一导线110及第二导线120的电连接。
在写操作步骤中，所述第二电流Iwrite流经所述存储元件130，则所述第二电流Iwrite会改变所述自由层131A的磁矩方向，使得所述自由层131A的磁矩方向与所述固定层131C的磁矩方向同向或者反向。
进一步，所述第一电流Ieraser及所述第二电流Iwrite使所述自由层的磁矩方向变化趋势相反。
例如，在本实施例中，在擦除操作中，所述第一电流Ieraser使所述自由层131A的磁矩方向朝向与所述固定层131C的磁矩方向反向的方向变化，所述第二电流Iwrite使所述自由层131A的磁矩方向朝向与所述固定层131C的磁矩方向同向的方向变化，即所述第一存储状态为存储“1”，所述第二存储状态为存储“0”。
再例如，在其他实施例中，在擦除操作中，所述第一电流Ieraser使所述自由层131A的磁矩方向朝向与所述固定层131C的磁矩方向同向的方向变化，所述第二电流Iwrite使所述自由层131A的磁矩方向朝向与所述固定层131C的磁矩方向反向的方向变化，即所述第一存储状态为存储“0”，所述第二存储状态为存储“1”。
需要注意的是，存储“0”也可以表示为自由层131A的磁矩方向与所述固定层131C的磁矩方向反向，存储“1”同理，本领域内技术人员应当理解，这仅仅只是定义的区别，可以根据需要自行定义。
在本实施例中，通过第二控制信号控制所述第二选择晶体管BWL，使所述第二选择晶体管BWL响应于所述第二控制信号，电连接所述第二导线120与所述位线BBL，使所述第二电流Iwrite流经选定的存储元件130，从而实现将所述存储元件130的存储状态由第一存储状态变为第二存储状态的目的。
例如，通过第二控制信号控制所述第二选择晶体管BWL开启，所述位线BBL处于低电平，所述源极线WSL处于高电平，第二电流Iwrite自所述源极线WSL从所述第一导线110经过所述存储元件130、所述第二导线120流向所述位线BBL。或者，所述位线BBL处于高电平，所述源极线WSL处于低电平，第二电流Iwrite自所述位线BBL从所述第二导线120经过所述存储元件130、所述第一导线110流向所述源极线WSL。
进一步，本发明还提供了一种所述磁性存储器的读操作。
读操作(Read)，向所述磁性存储器提供第三电流，所述第三电流Iread从所述第二导线120经过所述存储元件130流向所述第一导线110。
其中，与写操作步骤相同，不同的存储元件通过所述双向选通器件132作为控制开关，以实现分别控制。在该读操作步骤中，若需要对某一个存储元件130进行读操作，则将其的双向选通器件132置于导通状态，其他存储元件130的双向选通器件132置于不导通状态，从而实现该存储元件130的单独操作，以避免其他存储元件130影响读操作。
在执行读操作时，所述第三电流Iread自所述存储元件130通过，则在存储元件130两端会产生电位差，根据所述电位差的大小可确定存储元件130的电阻，从而可获得所述磁隧道结的自由层131A及固定层131C的磁矩方向的取向关系，进而可实现对存储元件130的存储状态的读取。或者也可根据第三电流Iread的大小来判断存储元件130的存储状态，本领域内技术人员可根据需要自行设计。
在本实施例中，通过第三控制信号控制所述第二选择晶体管BWL开启，使所述第二选择晶体管BWL响应于所述第三控制信号，电连接所述第二导线120与所述位线BBL，使所述第三电流Iread流经选定的存储元件130，从而获得所述存储元件130的存储状态。
需要注意的是，本具体实施例所称高电平、低电平均为相对的概念(即高电平的电压值高于与其对应的低电平的电压值)，不限定高电平的具体电压值，也不限定低电平的具体电压值。并且也并不限定本具体实施例中不同信号线上施加的高电平均相等，例如所述位线上的高电平与所述字线上的高电平可以为不同电压，也不限定特定信号线在不同阶段的高电平相等，例如所述位线BBL在写操作时和读取操作时所施加的高电平可以为不同电压值。本领域内技术人员应该理解，根据工艺结点、速度要求、可靠性要求等可自行设置相应高电平和低电平的值。
上述仅描述了一个单元层的读写方法，对于具有多个单元层的磁性存储器而言，其读写方法与单层相同，不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种磁性存储器，其特征在于，包括至少一单元层，所述单元层包括：
若干条平行的第一导线，位于第一平面内；
若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；
若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通。
2.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁隧道结包括：
连接至所述第一导线的自由层；
设置在所述自由层上表面的非磁性绝缘层；
设置在所述非磁性绝缘层上表面的固定层，所述自由层的磁矩方向可变，所述固定层的磁矩方向固定；
所述双向选通器件的一端与所述固定层连接，另一端与所述第二导线连接。
3.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述第一导线包括第一端及第二端，所述磁性存储器还包括若干条写入位线及若干个第一选择晶体管，所述第一选择晶体管被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线。
4.根据权利要求3所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器还包括源极线，所述源极线与所述第一导线的第二端电连接。
5.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器还包括若干条位线及若干个第二选择晶体管，所述第二选择晶体管被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线与所述位线。
6.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线垂直交叉。
7.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层中作为所述第一导线使用，在下层单元层中作为所述第二导线使用。
8.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层及下层单元层中均作为所述第一导线或所述第二导线使用。
9.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，不同的存储元件通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现分别控制。
10.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述双向选通器件的材料为掺杂的氧化铪。
11.一种磁性存储器的读写方法，其特征在于，所述磁性存储器包括至少一单元层，所述单元层包括：
若干条平行的第一导线，位于第一平面内；
若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；
若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通；
所述读写方法包括：
向所述磁性存储器提供第一电流，所述第一电流流经所述第一导线，而不流经所述存储元件，使所述存储元件处于第一存储状态；
向所述磁性存储器提供第二电流，所述第二电流流经选定的存储元件，使选定的存储元件由所述第一存储状态变为第二存储状态。
12.根据权利要求11所述的读写方法，其特征在于，所述磁隧道结包括：
连接至所述第一导线的自由层；
设置在所述自由层上表面的非磁性绝缘层；
设置在所述非磁性绝缘层上表面的固定层，所述自由层的磁矩方向可变，所述固定层的磁矩方向固定；
所述双向选通器件的一端与所述固定层连接，另一端与所述第二导线连接；
所述读写方法包括：
所述第一电流及所述第二电流使所述自由层的磁矩方向变化趋势相反。
13.根据权利要求12所述的读写方法，其特征在于，所述第一电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向反向的方向变化，所述第二电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向同向的方向变化。
14.根据权利要求12所述的读写方法，其特征在于，所述第一电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向同向的方向变化，所述第二电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向反向的方向变化。
15.根据权利要求11所述的读写方法，其特征在于，所述第一导线包括第一端及第二端，所述磁性存储器还包括若干条写入位线及若干个第一选择晶体管，所述第一选择晶体管被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线；
所述读写方法包括：
通过所述第一控制信号控制所述第一选择晶体管，使所述第一选择晶体管响应于所述第一控制信号，电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线，以使所述第一电流流经所述第一导线。
16.根据权利要求15所述的读写方法，其特征在于，所述磁性存储器还包括源极线，所述源极线能够与所述第一导线的第二端电连接，所述读写方法包括：所述第一电流自所述写入位线经所述第一导线至所述源极线，或者所述第一电流自所述源极线经所述第一导线流向所述写入位线。
17.根据权利要求11所述的读写方法，其特征在于，所述磁性存储器还包括若干条位线及若干个第二选择晶体管，所述第二选择晶体管被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线与所述位线；
所述读写方法包括：
通过第二控制信号控制所述第二选择晶体管，使所述第二选择晶体管响应于所述第二控制信号，电连接所述第二导线与所述位线，使所述第二电流流经选定的存储元件。
18.根据权利要求11所述的读写方法，其特征在于，所述读写方法还包括：在进行读操作时，向所述磁性存储器提供第三电流，所述第三电流从所述第二导线经过所述存储元件流向所述第一导线。
19.根据权利要求11所述的读写方法，其特征在于，不同的存储元件通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现分别控制；向所述磁性存储器提供第二电流的步骤中，所述选定的存储元件配置为双向选通器件被施加阈值电压和/或电流时的存储元件。
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