CN1714402A - 使用铁磁隧道结器件的磁存储装置 - Google Patents
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Abstract
通过提高使用铁磁隧道结器件的磁存储装置的电迁移的电阻来防止磁存储装置出现故障。使用铁磁隧道结器件的磁存储装置通过在隧道势垒层的上面和背面分别层叠固定磁化层和自由磁化层来形成由铁磁隧道结器件，并且使字线在铁磁隧道结器件的固定磁化层的磁化方向上延伸以及使位线在与铁磁隧道结器件的固定磁化层的磁化方向垂直方向上延伸，以便允许通过反转流过位线的电流的方向来把两种不同的存储状态写入铁磁隧道结器件中，其中，在写入铁磁隧道结器件时，把流过字线的电流的方向反转到与固定磁化层的磁化方向相同的方向或相反的方向。
Description
技术领域
本发明涉及使用铁磁隧道结器件的磁存储装置。
背景技术
近年来，人们期望有一种能够以高速、不限次数写入的非易失性计算机存储装置。
而且，使用铁磁隧道结器件的磁存储装置作为具有上述功能的存储装置，引起了我们的注意。
这样的铁磁隧道结器件是通过将一对铁磁薄膜层压在绝缘薄膜的上面和背面上构成的。由于铁磁薄膜的一面总是在固定方向上磁化，因此称这一面为固定磁化层。另一方面，由于随铁磁隧道结器件的存储状态而定，铁磁薄膜的另一面在与固定磁化层的磁化方向相同的方向(平行方向)磁化，或者翻转过来在相反方向(反平行方向)磁化，因此称这另一面为自由磁化层。而且，由于当电压加在固定磁化层和自由磁化层之间时，所述绝缘层将引起隧道电流，因此把所述绝缘层称作隧道势垒层。
而且，铁磁隧道结器件具有能够稳定保持具有不同磁化方向的两种状态(即，自由磁化层在与固定磁化层磁化相同的方向上磁化的状态或通过固定磁化层的磁力作用，自由磁化层在与固定磁化层相反的方向上磁化的状态)的结构，从而保存两种不同磁化方向的状态。通过将两种不同状态的磁化方向定义为两种不同存储状态，即“0”和“1”，就能保存两种不同的存储状态。
因此，通过使自由磁化层在与固定磁化层磁化方向相同的磁化方向或相反的磁化方向磁化，铁磁隧道结器件就能够在外部写入两种不同的存储状态。应当指出，写入铁磁隧道结器件的存储状态可以使用巨磁阻效应读出，在巨磁阻效应中，隧道势垒层中的电导率随自由磁化层的磁化方向的不同而不同。
而且，应用铁磁隧道结器件的磁存储装置是利用半导体基片上在铁磁隧道结器件的固定磁化层的磁化方向上的多条第一布线和半导体基片上在与铁磁隧道结器件的固定磁化层的磁化方向垂直的方向上的多条第二布线构成的。铁磁隧道结器件布置在第一布线和第二布线的交叉点上，形成网状图案。这与通常的存储装置，例如DRAM、SRAM等等一致，第一布线称作字线，第二布线称作位线。
在如上构成的使用铁磁隧道结器件的磁存储装置中，为了实现在铁磁隧道结器件中的存储操作，使电流这样流过字线，以便在与电流方向垂直的方向上产生字线磁力，同样，使电流这样流过位线，以便在与电流方向垂直的方向上产生位线磁力。结果，字线磁力和位线磁力的组合磁力作用于自由磁化层，于是，自由磁化层在与固定磁化层磁化方向相同的方向上或在与固定磁化层磁化方向相反的方向上被磁化。用这种方法，在自由磁化层中产生两种磁化方向状态中的任一种。通过固定磁化层的磁力的作用来稳定地保持磁化方向的这种状态，从而在铁磁隧道结器件中实现存储操作。
按常规，在将所需的存储状态写入铁磁隧道结器件的情况下，流过字线的电流总是被保持在固定方向上，以便总是在固定方向产生字线磁力，并且在这种条件下，仅仅通过反转流过位线的电流方向来反转位线磁力，从而改变字线磁力和位线磁力的组合磁力的磁化方向。通过将组合磁力作用于自由磁化层，来反转自由磁化层的磁化方向，从而将所需的存储状态写入铁磁隧道结器件。
然而，在上述传统的使用铁磁隧道结器件的磁存储装置中，在将所需的存储状态写入铁磁隧道结器件时，流过位线的电流的方向被反转，而流过字线的电流方向总是保持在固定方向，使得在写入铁磁隧道结器件时，流过字线的电流总是在固定方向上，因此，在字线和半导体基片的周边区域之间总是产生恒定的电位差。
而且，在磁存储装置中，由于需要通过产生流过字线的电流产生磁力，因此，有大到几十毫安(mA)的电流必须流过字线。
因此，由于以固定方向流过字线的电流和在字线和它的周边区域之间产生的电位差的缘故，将发生电迁移，并分离出构成字线的金属或多种金属，从而在字线之间引起短路，并损坏字线本身，等等。因此，在所述磁存储装置中可能会出现麻烦。
防止出现这种电迁移的可能解决办法是通过增加字线宽度、改善字线的电迁移的电阻，然而，这种解决办法又带来了另一个问题：由于增加字线宽度的缘故而增大了磁存储装置的尺寸。
因此，本发明的一个目的就是提供一种磁存储装置，所述装置在不增加字线宽度条件下改善了字线的电迁移电阻。
本发明慨述
为此目的，在本发明中，通过以下方法构成利用铁磁隧道结器件的磁存储装置：采用经由隧道势垒层把固定磁化层和自由磁化层层压在一起来形成所述铁磁隧道结器件；将字线布置在铁磁隧道结器件的固定磁化层的磁化方向上；以及把位线布置在铁磁隧道结器件的固定磁化层磁化方向的垂直方向上，于是，通过反转流过位线的电流来将两种不同的存储状态写入铁磁隧道结器件中，其中，在写入铁磁隧道结器件时，按照与固定磁化层的磁化方向相同的方向或者相反的方向来反转流过字线的电流的方向。
在每次写入铁磁隧道结器件时进行流过字线的电流的反转。
通过在写入铁磁隧道结器件时不仅反转流过位线的电流的方向而且也反转流过字线的电流的方向，流过字线的电流的方向不仅总是固定而且也是随时间反转的，从而，将流过字线的电流改变成准交流的。
通过改变流过字线的电流，在字线和外围半导体基片之间产生的电位差将随时间反转，从而防止出现由总是恒定的电位差引起的电迁移，在不增加字线宽度，即不增加磁存储装置尺寸的条件下，改善了电迁移的电阻，并通过防止了磁存储装置的故障延长了装置的使用寿命。
特别是，在每次写入铁磁隧道结器件时都反转流过字线电流方向的情况下，有可能将在字线和外围半导体基片之间产生恒定电位差的时间减至最小，从而更有效地防止电迁移的出现，进一步改善了电迁移的电阻。
附图的简要说明
图1是说明铁磁隧道结器件的例图。
图2是说明使用铁磁隧道结器件的磁存储装置的例图。
图3是说明铁磁隧道结器件的存储状态的例图。
图4是存储状态的图解说明(在组合磁力指向右上角情况下)。
图5是存储状态的图解说明(在组合磁力指向左上角情况下)。
图6是存储状态的图解说明(在组合磁力指向右下角情况下)。
图7是存储状态的图解说明(在组合磁力指向左下角情况下)。
图8是用于反转流过位线或字线的电流方向的电路原理图。
图9是控制电路的电路简图。
图10是写入铁磁隧道结器件时的流程图。
实现本发明的最佳模式
下面，将参照附图说明本发明的具体实施例。
根据本发明，磁存储装置1使用铁磁隧道结器件2作为存储元件，所有存储元件都存放两种不同存储状态，例如或者是“0”或者是“1”。
首先，如图1所示，说明铁磁隧道结器件2的结构，铁磁隧道结器件2由层压结构构成，在铁磁隧道结器件2中，固定磁化层薄膜3和自由磁化层薄膜4被压制在隧道势垒层5的上面和背面。
应当指出，固定磁化层3由铁磁材料(例如，CoFe)制成，并总是在固定方向磁化。另一方面，自由磁化层4由铁磁材料(例如，NiFe)制成，并在与固定磁化层3的磁化方向相同的方向(平行方向)或相反的方向(反平行方向)磁化。而且，隧道势垒层5由绝缘材料(例如，Al2O3)制成。
接着，说明使用铁磁隧道结器件的磁存储装置2。如图2所示，在磁存储装置1中，在半导体基片6上在铁磁隧道结器件2的固定磁化层3的磁化方向上形成多条字线7，而在半导体基片6上在与铁磁隧道结器件2的固定磁化层3的磁化方向垂直的方向上形成多条位线8，然后，多个铁磁隧道结器件2布置在字线和位线的交叉点上，形成网状图案。应当指出，在本说明书中仅仅描述将存储状态写入铁磁隧道结器件2中所必要的磁存储装置1的结构，而省略用于将写入铁磁隧道结器件2中的存储状态读出的结构。
下面，将说明在有上述结构的磁存储装置1中，将两种不同的存储状态写入铁磁隧道结器件2中的原理。说明将基于这样的假设，铁磁隧道结器件2的自由磁化层4在与固定磁化层3的磁化方向相同方向上磁化则对应为“0”，而自由磁化层4在与固定磁化层3的磁化方向相反方向上磁化则对应为“1”。然而应当指出，自由磁化层4的磁化方向和存储状态之间的对应关系可能是与上述情况相反的。
换句话说，在铁磁隧道结器件2中写入“0”或者写入“1”的存储状态表示自由磁化层4在与固定磁化层3的磁化方向相同的方向磁化，或者与固定磁化层3的磁化方向相反的方向磁化。
而且，铁磁隧道结器件2的自由磁化层4的磁化是通过组合磁力11实现的，组合磁力11是通过将电流加到字线7产生的字线磁力9和将电流加到位线8产生的位线磁力10组合而成的，并使其作用于自由磁化层4。
通过使电流流过字线7，例如，从右流向左，在与铁磁隧道结器件2的字线7垂直的方向上，图中是从近边到远边方向上就产生字线磁力9。另一方面，通过使电流从近边到远边方向流过位线8，就产生从左至右方向的位线磁力10，从左至右方向就是与流过位线8的电流方向垂直的方向。因此，如图3所示，组合磁力11为指向右远边的对角线，它由字线磁力9和位线磁力10合成，作用于自由磁化层4。这样的组合磁力11以磁力13的形式被稳定地保持在自由磁化层4中，磁力13处于与由固定磁化层3中的磁力12在固定磁化层3中产生的磁化方向相同的方向。并且，如上所述，在自由磁化层4中的磁化方向与固定磁化层3的磁化方向相同方向的情况下，铁磁隧道结器件2被认为保存存储状态“0”。
这将通过参考说明存储状态的图4来说明。存储状态的说明指明存储状态将是“0”还是“1”，这两种状态取决于字线磁力9和位线磁力10的组合磁力11的方向。在存储状态的说明中，水平轴代表字线磁力9的幅度，从右至左流过字线7的左向电流定义为正方向。另一方面，垂直轴代表位线磁力10的幅度，把从远边至近边流过位线8的输入电流定义为正方向。应该指出，如果组合磁力11相对于水平轴指向上方，则存储状态为“0”，而如果组合磁力11相对于水平轴指向下方，则存储状态位为“1”。应当指出，在说明存储状态的图中，由4条弧线围成的有点象宝石形状的、靠近中心部分的区域是非反转区。如果组合磁力11处于非反转区，则组合磁力11就太弱，以致于不能对自由磁化层4进行有效磁化。
如图4所示，当产生的电流从右向左流过字线7时，字线磁力9的磁化方向为正。另一方面，当产生的电流从远边向近边流过位线8时，位线磁力10的磁化方向为正。由于正的字线磁力9和正的位线磁力10决定组合磁力11朝上指向，那么铁磁隧道结器件2中的存储状态为“0”。
这时，应当指出，为了保存存储状态“0”，不应该限于上述情况，在这种情况下，由正方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10产生朝右上方向的组合磁力11(如图4所示)，但是也存在这样的情况，在这种情况下，由负方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10产生朝左上方向的组合磁力11，如图5所示。类似地，为了在铁磁隧道结器件2保存存储状态“1”，由正方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10产生朝右下方向的组合磁力11，如图6所示，或者，在这样的情况下，由负方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10产生朝左下方向的组合磁力11，如图7所示。
按照传统的方法，在将存储状态“0”或“1”写入铁磁隧道结器件2的情况下，流过字线7的电流总是保持在固定的正方向上，以便产生总是在固定方向的字线磁力9，而在这种条件下，只有将流过位线8的电流在正方向或负方向上反转，以便将位线磁力10反转，从而改变字线磁力9和位线磁力10的组合磁力11的磁化方向。
就是说，在用传统的技术将存储状态“0”保存在铁磁隧道结器件2中的情况下，由正方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10产生朝右上方向的组合磁力11，如图4所示，而在将存储状态“1”保存在铁磁隧道结器件2中的情况下，由正方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10产生朝右下方向的组合磁力11，如图6所示。
为此，在传统的技术中，在写入铁磁隧道结器件2中时，大到几十毫安的电流总是连续流过正方向的字线7，从而，在字线7和其外围的半导体基片6之间产生恒定的电位差。结果，由于所述电位差的缘故，往往会在字线7中出现电迁移，并使相邻的字线7之间短路，损坏字线7等，也将导致在磁存储装置1中出现故障的可能性。
因此，在本发明中，在向铁磁隧道结器件2写入期间，流过字线7的电流的方向可以在与固定磁化层3的磁化方向相同的方向或相反的方向反转。
就是说，在将存储状态“0”保存在铁磁隧道结器件2中的情况下，由正方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10产生朝右上方向的组合磁力11，如图4所示。另一方面，在将存储状态“1”保存在铁磁隧道结器件2中的情况下，由负方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10产生朝左下方向的组合磁力11，如图7所示。
在向铁磁隧道结器件2写入期间，在与固定磁化层3的磁化方向相同的方向或相反的方向，对流过字线7的电流方向的反转方式不会局限于上述组合(图4和图7所示的条件组合)。为了在铁磁隧道结器件2中保存存储状态“0”，可能由负方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10产生朝左上方向的组合磁力11，如图5所示，另一方面，为了在铁磁隧道结器件2保存存储状态“1”，可以由正方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10产生朝右下方向的组合磁力11，如图6所示。
同样，在上述两种对流过字线7的电流方向反转的方式中，虽然是根据铁磁隧道结器件2中的存储状态是“0”还是“1”对流过字线7的电流方向进行反转，但是，本发明不局限于这些例子，而有可能在每一次写入铁磁隧道结器件2时反转流过字线7的电流方向。
就是说，在将存储状态“0”第一次保存到铁磁隧道结器件2中的情况下，由正方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10产生朝右上方向的组合磁力11，如图4所示。然后，在接着将存储状态“0”保存到铁磁隧道结器件2中的情况下，由负方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10产生朝左上方向的组合磁力11，如图5所示。而且，在接着又将存储状态“0”保存到铁磁隧道结器件2中的情况下，由正方向的字线磁力9和正方向的位线磁力10再次产生朝右上方向的组合磁力11，如图4所示。
在连续将存储状态“1”保存到铁磁隧道结器件2中的情况下，上述过程相似。具体地说，在将存储状态“1”第一次保存到铁磁隧道结器件2中的情况下，由正方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10产生朝右下方向的组合磁力11，如图6所示。然后，在接着将存储状态“1”保存到铁磁隧道结器件2中的情况下，由负方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10产生朝左下方向的组合磁力11，如图7所示。而且，在接着又将存储状态“1”保存到铁磁隧道结器件2中的情况下，由正方向的字线磁力9和负方向的位线磁力10再次产生朝右下方向的组合磁力11，如图6所示。
在向铁磁隧道结器件2写入期间，通过将与固定磁化层3的磁化方向相同的方向或相反方向流过字线7的电流方向反转，流过字线7的电流的方向不总是固定的，而是随时间反转的，因而，流过字线7的电流变成准交流电流。因此，在字线7和外围半导体基片6之间产生的电位差是随时间变化的，因而，有效地防止了因产生恒定电位差引起的电迁移的产生。这样，就能在不增加字线7的宽度，也就是不增加磁存储装置1的尺寸条件下，提高电迁移的电阻，并且通过防止磁存储装置1的故障延长磁存储装置1的使用寿命。
具体地说，在每次写入铁磁隧道结器件2时反转流过字线7的电流方向的情况下，有可能把在字线7和外围半导体基片6之间产生恒定电位差的时间减至最短，从而，有效地防止了电迁移的出现，而且提高了电迁移的电阻。
下面，将说明改变上述字线磁力9和位线磁力10的磁化方向的装置。为了改变字线磁力9和位线磁力10的磁化方向，应改变流过字线7和位线8的电流的方向，图8中示出了用于此目的的电路。
如图8所示，字线7的左端连接到P型场效应晶体管(FET)14上，P型FET 14连接到电源VDD和N型场效应晶体管(FET)15，N型场效应晶体管15连接到地GND，而字线7的右端连接到P型FET 16，P型场效应晶体管16连接到电源VDD和N型场效应晶体管17，场效应晶体管17连接到地GND。另一方面，位线8的后端连接到P型场效应晶体管18，场效应晶体管18连接到电源VDD和N型FET 19，N型FET 19连接到地GND，而位线8的前端连接到P型FET 20，P型场效应晶体管20连接到电源VDD和N型场效应晶体管21，N型场效应晶体管21连接到地GND。这些P型场效应晶体管14、16、18、20的器件电极22、24、26、28和这些N型场效应晶体管15、17、19、21的器件电极23、25、27、29都与控制电路30连接，使P型场效应晶体管14、16、18、20和N型场效应晶体管15、17、19、21都作为开关晶体管。
同样，控制信号31-38从控制电路30输入到各个器件电极22-29，用于选择性地接通或断开P型场效应晶体管14、16、18、20和N型场效应晶体管15、17、19、21，从而使流过字线7和位线8的电流的方向反转。
具体地说，控制信号31、34从控制电路30输入到P型场效应晶体管14的器件电极22和N型场效应晶体管17的器件电极25，使P型场效应晶体管14和N型场效应晶体管17导通，而控制信号32、33输入到N型场效应晶体管15的器件电极23和P型场效应晶体管16的器件电极24，使N型场效应晶体管15和P型场效应晶体管16断开，从而，将字线7的左端与电源VDD连接，将字线7的右端与地GND连接。这就使流过字线7的电流从左端流向右端。另一方面，当控制电路30将P型场效应晶体管14和N型场效应晶体管17断开而将N型场效应晶体管15和P型场效应晶体管16接通时，字线7的左端连接到地GND，而字线7的右端连接到电源VDD，从而使流过字线7的电流从右端流向左端。
同样，控制信号35、38从控制电路30输入到P型场效应晶体管18的器件电极26和N型场效应晶体管21的器件电极29，用于接通P型场效应晶体管18和N型场效应晶体管21，而控制信号36、37输入到N型场效应晶体管19的器件电极27和P型场效应晶体管20的器件电极28，用于断开N型场效应晶体管19和P型场效应晶体管20，从而，使位线8的上端与电源VDD连接，位线8的下端与地GND连接，因而使电流从上端到下端向下流过位线8。另一方面，当控制电路30把P型场效应晶体管18和N型场效应晶体管21断开而同时把N型场效应晶体管19和P型场效应晶体管20接通时，位线8的上端与地GND连接，而位线8的下端与电源VDD连接，从而，使电流从下端到上端向上流过位线8。
下面，图9示出了控制电路30的一个实例。控制电路30是用于根据保存在铁磁隧道结器件2中的存储状态是“0”还是“1”而将流过位线8和字线7的电流的方向反转的电路。
在图9中，通过以下方法产生地址译码信号43、44：由行地址译码器41和列地址译码器42分别对代表铁磁隧道结器件2的存储地址的行地址信号39和列地址信号40进行译码。另一方面，利用一对倒相器件46、47从存储在铁磁隧道结器件2中的输入数据45产生代表输入数据45本身的真信号48和作为输入数据45的反转形式的虚信号49。利用“与非”器件50-53和“与”器件54-57，从地址译码信号43和44、真信号48以及虚信号49的组合产生控制信号31-38。图中，58代表的是写启动信号。
由行地址信号39和列地址信号40指定特定的铁磁隧道结器件2。当写启动信号58有效(这里称作为“1”)时，通过行地址译码器41和列地址译码器42，地址译码信号43、44成为有效的(这里称作为“1”)。
这时，当输入数据45为“0”时，借助于两个倒相器件46、47，真信号48也为“0”，而借助于倒相器件46，虚信号49为“1”。因此，借助于“与非”器件50，控制信号30为“1”，从而断开P型场效应晶体管14。借助于“-与”器件54，控制信号32为“1”，从而接通N型场效应晶体管15，而借助于“与非”器件51，控制信号33为“0”，从而断开P型场效应晶体管16。借助于“与”器件55，控制信号34为“0”，从而断开N型场效应晶体管17，这样，字线7的左端与地GND连接，而字线7的右端与电源VDD连接，从而，使电流从右端到左端向左流过字线7。可以用与上述相似的方法控制流过位线8的电流。
参照图9所示的及说明的上述电路的操作示于图10的时序图中。图10中示出：向左流过字线7的电流为“0”，向右流过字线7的电流为“1”，向前流过位线8的电流为“0”，向后流过位线8的电流为“1”。
如图10所示，当输入数据45为“0”时，真信号48为“0”，而虚信号49为“1”。在此条件下，当写启动信号58有效时(这里称作为“1”)，电流向左流过铁磁隧道结器件2的字线7，并且电流向上流过铁磁隧道结器件2的位线8，铁磁隧道结器件2由有效的行地址信号39和列地址信号40指定。
然后，当输入数据从“0”反转为“1”时，真信号48为“1”，虚信号49为“0”。在这种条件下，当写启动信号58有效时(这里称作为“1”)，流过特定铁磁隧道结器件2的字线7的电流从向左方向反转为向右方向，而流过特定铁磁隧道结器件2的位线8的电流从向上方向反转为向下方向，所述特定铁磁隧道结器件2由有效的行地址信号39和列地址信号40指定。
如上所述，不仅流过字线7的电流，而且流过位线8的电流的方向都根据保存在铁磁隧道结器件2中的存储状态是“0”还是“1”进行反转。
应当指出，通过适当地设计控制电路30，可以在每次对铁磁隧道结器件2写入时反转流过字线7的电流的方向，可以在多次连续写入之后反转流过字线7的电流的方向，能够可以在每个指定的时间反转流过字线7的电流的方向，或者甚至可以在单次写入时反转流过字线7的电流的方向。
工业应用
本发明可以用上述实施例实施，并提供下面将要说明的优点。
就是说，在本发明中，由于可以在向铁磁隧道结器件写入时以与固定磁化层的磁化方向相同的方向或者相反的方向反转流过字线的电流方向，因此，流过字线的电流的方向并不总是固定的，而是随时间反转，从而，使得流过字线的电流变成准交流，并使字线和外围半导体基片之间产生的电位差随时间反转。因此，避免了由恒定电位差引起的电迁移，因而，在不增加字线宽度和不增大磁存储装置尺寸的情况下就可以提高电迁移的电阻，因而通过防止故障延长了磁存储装置的使用寿命。
更详细地说，如果在每次写入铁磁隧道结器件时反转流过字线的电流方向，那么就可以把在字线和外围半导体基片之间产生电位差的可能性减至最小，从而更有效地防止电迁移的出现，因而进一步提高电迁移的电阻。
Claims (2)
1.一种使用铁磁隧道结器件的磁存储装置，它包括：
铁磁隧道结器件，它是由固定磁化层、自由磁化层和布置在所述固定磁化层和所述自由磁化层之间的隧道势垒层构成的；
字线，它沿着所述铁磁隧道结器件的所述固定磁化层的磁化方向布线；
位线，它沿着与所述铁磁隧道结器件的所述固定磁化层的所述磁化方向垂直的方向布线；
写入装置，用于通过反转流过所述位线的电流的方向来将两种不同的存储状态写入所述铁磁隧道结器件中；以及
反转装置，用于在写入所述铁磁隧道结器件时，把流过所述字线的电流的方向反转到与所述固定磁化层的所述磁化方向相同的方向或相反的方向。
2.如权利要求1所述的使用铁磁隧道结器件的磁存储装置，其特征在于：用于反转流过所述字线的电流的所述方向的所述反转装置在每次写入所述铁磁隧道结器件时反转流过所述字线的电流的所述方向。
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Cited By (2)
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