DE102004030591B4

DE102004030591B4 - Magnetischer Speicher, der Veränderungen zwischen einem ersten und einem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle erfasst

Info

Publication number: DE102004030591B4
Application number: DE102004030591A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Kay Smith; Frederick A. Palo Alto Perner; Richard Hilton
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: US6847544B1; DE102004030591A1

Abstract

Ein magnetischer Speicher (10) mit folgenden Merkmalen:
einer Speicherzelle (14), die einen ersten und einen zweiten Widerstandszustand aufweist;
einem ersten und einem zweiten Schreibleiter (16a, 18a), die konfiguriert sind, um einen ersten und einen zweiten Strom (Ix, Iy) zu leiten, um die Speicherzelle zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern, wobei der erste und der zweite Schreibleiter in einer ersten und einer zweiten Richtung geführt sind und die Speicherzelle schneiden;
einem ersten und einem zweiten Erfassungsleiter (16b, 18b), die konfiguriert sind, um einen Erfassungsstrom durch die Speicherzelle zu leiten; und
einer Erfassungsschaltung (52), die mit dem zweiten Erfassungsleiter gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu erfassen durch ein Erfassen einer Veränderung an dem Erfassungsstrom durch die Speicherzelle, die der Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand entspricht,
wobei, wenn beim Schreiben der Speicherzelle...

Description

Ein magnetischer Direktzugriffsspeicher (MRAM) ist ein Typ nichtflüchtigen magnetischen Speichers, der magnetische Speicherzellen umfasst. Eine typische magnetische Speicherzelle umfasst eine Schicht eines magnetischen Films, in der die Magnetisierung des magnetischen Films veränderbar ist, und eine Schicht eines magnetischen Films, in der die Magnetisierung in einer bestimmten Richtung fest oder „festgesteckt" ist. Der magnetische Film, der eine veränderbare Magnetisierung aufweist, wird üblicherweise als eine Datenspeicherungsschicht bezeichnet und der magnetische Film, der festgesteckt ist, wird üblicherweise als eine Referenzschicht bezeichnet.
Ein typischer magnetischer Speicher umfasst ein Array magnetischer Speicherzellen. Wortleitungen erstrecken sich entlang Zeilen der magnetischen Speicherzellen und Bitleitungen erstrecken sich entlang Spalten der magnetischen Speicherzellen. Jede magnetische Speicherzelle befindet sich an einem Schnittpunkt einer Wortleitung und einer Bitleitung. Eine magnetische Speicherzelle wird üblicherweise in einen erwünschten Logikzustand geschrieben, indem externe Magnetfelder angelegt werden, die die Ausrichtung der Magnetisierung in ihrer Datenspeicherungsschicht drehen. Der Logikzustand einer magnetischen Speicherzelle wird durch ihren Widerstandszustand angezeigt, der von den relativen Ausrichtungen einer Magnetisierung in ihrer Datenspeicherungs- und Referenzschicht abhängt. Ein Leseverstärker wird verwendet, um den Widerstandszustand einer ausgewählten magnetischen Speicherzelle zu lesen, um den in der Speicherzelle gespeicherten Logikzustand zu bestimmen.
Ein Schreiben magnetischer Speicherzellen in einen erwünschten Logikzustand kann unzuverlässig sein. Fertigungsvariationen der Abmessungen oder Formen oder der Dicken oder einer Kristallanisotropie der Datenspeicherungsschichten der magnetischen Speicherzellen können Variationen über einen Wafer an den wesentlichen Umschaltfeldern bewirken, die benötigt werden, um zuverlässig ausgewählte magnetische Speicherzellen zu beschreiben, ohne halbausgewählte magnetische Speicherzellen zu beschreiben.
Veränderungen der Umgebungstemperatur können bewirken, dass die Temperatur der magnetischen Speicherzellen variiert, was wiederum eine Veränderung der Koerzivität der magnetischen Speicherzellen bewirkt. Die Koerzivität nimmt mit zunehmender Temperatur ab, was zu einem Rückgang des kritischen Umschaltfeldes führt. Ein Erhöhen der Temperaturen kann die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass entweder das Bitleitungsschreibfeld oder das Wortleitungsschreibfeld ausreichend hoch ist, um ein Halbauswahlumschalten magnetischer Speicherzellen zu bewirken. Umgekehrt kann ein Senken der Temperaturen die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Summe des Bitleitungsschreibfelds und des Wortleitungsschreibfelds nicht höher als das kritische Umschaltfeld ist.
Um die Fertigungsvariationen und Temperaturvariationen auszugleichen, können die elektrischen Ströme von Wort- und Bitleitung ausgewählt sein, um Werte aufzuweisen, die höher sind als diejenigen, die unter Nennbedingungen benötigt werden, so dass die kritischen Umschaltfelder erreicht werden können. Dieser Ansatz kann zu einem unnötigen Leistungsverbrauch durch den magnetischen Speicher führen, insbesondere dann, wenn die Umgebungstemperatur erhöht wird.
Aus der US 2,736,880 A ist eine magnetische Speichervorrichtung bekannt, bei der zum Auslesen von in den Speicherzellen gespeicherten Daten ein neuer Datenwert in die Speicherzellen geschrieben wird und gleichzeitig mit einer Erfassungsschaltung erfasst wird, ob sich der in den Speicherzellen gespeicherte Datenwert dabei ändert. Das beschriebene Verfahren hat zum einen den Nachteil, dass das Ausleseverfahren destruktiv ist und zum anderen ein zuverlässiges Schreiben von Datenwerten in die Speicherzellen bei Herstellungstoleranzen nicht sichergestellt ist.
Aus der DE 101 49 737 A1 ist eine Halbleiterspeichervorrichtung mit magnetoresistiven Speicherzellen bekannt, bei der beim Auslesen der Datenwerte aus den Speicherzellen ein periodisch wechselndes Magnetfeld angelegt wird und aus der Phasenverschiebung eines Erfassungssignals zu diesem periodisch wechselnden Magnetfeld der Speicherzustand der Speicherzellen bestimmt wird. Der beschriebene Halbleiterspeicher hat den Nachteil, dass bei Herstellungstoleranzen nicht sichergestellt ist, dass Datenwerte zuverlässig in die Speichervorrichtung geschrieben werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen Speicher und ein Verfahren zum Datenschreiben in einem solchen Magnetspeicher bereitzustellen, wobei Fertigungsvariationen und Temperaturvariationen mit hoher Zuverlässigkeit ausgeglichen werden.
Diese Aufgabe wird durch einen magnetischen Speicher gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Elemente der Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu in Bezug aufeinander sind, wobei gleiche Bezugszeichen entsprechende ähnliche Teile bezeichnen. Es zeigen:
1 ein Diagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines magnetischen Speichers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A und 2B Diagramme, die eine parallele und eine antiparallele Magnetisierung einer magnetischen Speicherzelle darstellen;
3 ein Diagramm, das eine magnetische Speicherzelle darstellt, die während einer Schreiboperation ausgewählt wurde;
4 eine graphische Darstellung einer exemplarischen Beziehung eines angelegten Stroms gegenüber einer Schreibwirksamkeit;
5 eine graphische Darstellung eines optimierten Schreibstroms für eine magnetische Speicherzelle;
6 ein Diagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Leseschaltung darstellt, die eine Veränderung zwischen einem ersten und einem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle erfasst; und
7 ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen einer Veränderung von einem ersten in einen zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle darstellt.
1 ist ein Diagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines magnetischen Speichers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Der magnetische Speicher 10 optimiert Schreibströme, um eine Zuverlässigkeit von Schreiboperationen zu verbessern, während ein Leistungsverbrauch minimiert wird.
Die magnetischen Speicherzellen 14, die in 1 dargestellt sind, sind in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei sich die Zeilen entlang einer x-Richtung erstrecken und die Spalten entlang einer y-Richtung erstrecken. Nur eine relativ kleine Anzahl magnetischer Speicherzellen 14 ist ge zeigt, um die Beschreibung der Erfindung zu vereinfachen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist das Array 12 jede geeignete Größe auf.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel werden erste Schreibleiter oder Wortschreibleitungen 16a in einer ersten Richtung entlang der x-Richtung in einer Ebene an einer Seite des Arrays 12 geführt und schneiden die Speicherzellen 14. Die Wortschreibleitungen 16a sind konfiguriert, um erste Ströme oder Wortschreibleitungsströme zu leiten. Zweite Schreibleiter oder Bitschreibleitungen 18a sind in einer zweiten Richtung entlang der y-Richtung in einer Ebene an einer benachbarten Seite des Arrays 12 geführt und schneiden die Speicherzellen 14. Die Bitschreibleitungen 18a sind konfiguriert, um zweite Ströme oder Bitschreibleitungsströme zu leiten. Die ersten oder zweiten Ströme verändern die Speicherzelle zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand.
Erste Leseleiter oder Wortleseleitungen 16b sind in einer ersten Richtung entlang der x-Richtung in einer Ebene an einer Seite des Arrays 12 geführt. Zweite Leseleiter oder Bitleseleitungen 18b sind in einer zweiten Richtung entlang der y-Richtung in einer Ebene an einer gegenüberliegenden Seite des Arrays 12 geführt. Bei einem Ausführungsbeispiel schneiden die ersten Leseleiter 16b und die zweiten Leseleiter 18b die Speicherzellen 14.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel werden jeder benachbarte erste Schreibleiter 16a und erste Leseleiter 16b als ein Wortleitungsleiterpaar 16 bezeichnet. Jeder benachbarte zweite Schreibleiter 18a und zweite Leseleiter 18b werden als ein Bitleitungsleiterpaar 18 bezeichnet. Bei einem Ausführungsbeispiel schneiden Wortleitungsleiterpaare 16 und Bitleitungsleiterpaare 18 die Speicherzellen 14.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der magnetische Speicher 10 so gefertigt, dass jeder benachbarte erste Schreibleiter 16a und erste Leseleiter 16b physisch geführt sind, um geschnittene Speicherzellen 14 zu überlappen. Jeder benachbarte zweite Schreibleiter 18a und zweite Leseleiter 18b ist physisch geführt, um geschnittene Speicherzellen 14 zu überlappen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der magnetische Speicher 10 so gefertigt, dass jeder erste Schreibleiter 16a und zweite Schreibleiter 18a physisch geführt ist, um in naher Nähe zu geschnittenen Speicherzellen 14 zu sein. Jeder erste Leseleiter 16b und zweiter Leseleiter 18b ist physisch geführt, um geschnittene Speicherzellen 14 zu überlappen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist der magnetische Speicher 10 unter Verwendung weiterer geeigneter Ansätze eines Schneidens von Speicherzellen 14 mit ersten Schreibleitern 16a, ersten Leseleitern 16b, zweiten Schreibleitern 18a und zweiten Leseleitern 18b gefertigt.
Die magnetischen Speicherzellen 14 sind auf keinen bestimmten Typ von Vorrichtung eingeschränkt. Die magnetischen Speicherzellen 14 können z. B. sein-abhängige Tunneleffektübergangsvorrichtungen, Anisotrop-Magnetowiderstand-Vorrichtungen, Riesen-Magnetowiderstand-Vorrichtungen, Kolossal-Magnetowiderstand-Vorrichtungen, Vorrichtungen mit außerordentlichem Magnetowiderstand oder Vorrichtungen mit sehr großem Magnetowiderstand sein.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst der magnetische Speicher 10 einen Zeilendecodierer 26, einen Spaltendecodierer 28 und ein Steuersystem 30. Das Steuersystem 30 ist mit dem Zeilendecodierer 26 gekoppelt und steuert den Zeilendecodierer 26 während Lese- und Schreiboperationen. Der Zeilendecodierer 26 ist mit den Gattern von Umschalttransistoren 38 und Umschalttransistoren 40 gekoppelt und öffnet und schließt die Umschalttransistoren 38 und die Umschalttransistoren 40 gemäß von dem Steuersystem 30 empfangenen Instruktionen.
Das Steuersystem 30 ist mit einem Spaltendecodierer 28 gekoppelt und steuert den Spaltendecodierer 28 während Lese- und Schreiboperationen. Der Spaltendecodierer 28 ist mit den Gattern von Umschalttransistoren 34 und Umschalttransistoren 36 gekoppelt und öffnet und schließt die Umschalttransistoren 34 und Umschalttransistoren 36 gemäß von dem Steuersystem 30 empfangenen Instruktionen.
Während einer Leseoperation koppeln Umschalttransistoren 40b selektiv ein Ende der ersten Leseleiter 16b mit einer Lesespannungsquelle V_r. Für die ersten Leseleiter 16b, die nicht selektiv mit der Lesespannungsquelle V_r gekoppelt sind, koppeln die Umschalttransistoren 38b selektiv das andere Ende der ersten Leseleiter 16b mit Masse. Umschalttransistoren 36b koppeln selektiv ein Ende der zweiten Leseleiter 18b mit einem Leseverstärker 42. Für die zweiten Leseleiter 18b, die nicht selektiv mit dem Leseverstärker 42 gekoppelt sind, koppeln Umschalttransistoren 34b selektiv das andere Ende der zweiten Leseleiter 18b mit Masse.
Während einer Schreiboperation koppeln zur Zufuhr eines Wortschreibleitungsstroms Umschalttransistoren 38a selektiv erste Schreibleiter 16a mit einer Stromquelle 32a, die einen ersten Strom oder Wortschreibleitungsstrom I_x liefert. Umschalttransistoren 40a koppeln selektiv erste Schreibleiter 16a mit Masse. Um einen Bitschreibleitungsstrom in einer ersten Richtung zuzuführen, koppeln Umschalttransistoren 34a und ein Umschalttransistor 46 selektiv ein erstes Ende zweiter Schreibleier 18a mit einer Stromquelle 32b, die einen zweiten Strom oder Bitschreibleitungsstrom I_y in der ersten Richtung bereitstellt. Umschalttransistoren 36a und ein Umschalttransistor 48 koppeln selektiv ein zweites Ende der zweiten Schreibleiter 18a mit Masse. Um einen Bitschreibleitungsstrom in einer zweiten Richtung zu liefern, koppeln Umschalttransistoren 36a und ein Umschalttransistor 50 selektiv das zweite Ende zweiter Schreibleiter 18a mit einer Stromquelle 32c, die den zweiten Strom oder Bitschreibleitungsstrom I_y in der zweiten Richtung bereitstellt. Umschalttransistoren 34a und ein Umschalttransistor 44 koppeln selektiv das erste Ende zweiter Schreibleiter 18a mit Masse.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weisen die Speicherzellen 14 jeweils einen ersten und einen zweiten Widerstandszustand auf. Der erste und der zweite Widerstandszustand entsprechen einem ersten und einem zweiten Logikzustand oder -wert, der durch die Speicherzellen 14 gespeichert wird. Der erste und der zweite Logikzustand entsprechen einem Wert einer logischen „0" bzw. einer logischen „1" oder den Werten einer logischen „1" bzw. einer logischen „0".
Der erste und der zweite Logikzustand entsprechen einem parallelen und einem antiparallelen Logikzustand oder einem antiparallelen und einem parallelen Logikzustand. Die Magnetfelder H_y und H_x, die durch die Schreibströme I_x bzw. I_y erzeugt werden, kombinieren sich, um den Binärzustand der Speicherzellen 14 von entweder einem parallelen zu einem antiparallelen Logikzustand oder von einem antiparallelen zu einem parallelen Logikzustand zu verändern.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird zur Darstellung eines Beschreibens magnetischer Speicherzellen 14 der erste Strom I_X von der Stromquelle 32a an ausgewählte erste Schreibleiter 16a geliefert. Um eine logische „0" zu schreiben, wird der Spaltenschreibstrom I_y von der Stromquelle 32b geliefert und zum Schreiben einer logischen „1" wird der Spaltenschreibstrom I_y von der Stromquelle 32c geliefert.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel zur Darstellung eines Beschreibens einer magnetischen Speicherzellen 14 wird der erste Strom I_x von der Stromquelle 32a an ausgewählte erste Schreibleiter 16a geliefert. Um eine logische „1" zu schreiben, wird der Spaltenschreibstrom I_y von der Stromquelle 32b geliefert und zum Schreiben einer logischen „0" wird der Spaltenschreibstrom I_y von der Stromquelle 32c geliefert.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel eines Erfassens einer Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle 14 während einer Schreiboperation ist eine Leseschaltung 52 mit den zweiten Leseleitern 18b gekoppelt und ist konfiguriert, um eine Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle 14 zu erfassen, wenn die Speicherzelle 14 gerade beschrieben wird. Die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand der Speicherzelle 14 wird durch ein Leiten eines ersten Stroms durch einen ersten Schreibleiter 16a und ein Leiten eines zweiten Stroms durch einen zweiten Schreibleiter 18a und ein Erfassen einer Veränderung an einem Lesestrom, der durch einen ersten Leseleiter 16b und einen zweiten Leseleiter 18b durch die Speicherzelle 14 geführt wird, erfasst. Der Lesestrom wird zu der Leseschaltung 52 geleitet. Die Leseschaltung 52 liefert eine Anzeige an einem Ausgang 54, ob eine Veränderung an dem Lesestrom durch die Speicherzelle 14 erfasst wird.
Nur eine Leseschaltung 52 ist in 1 dargestellt, um eine Veränderung in einer Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu überwachen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen werden zwei oder mehr Speicherzellen 14 gleichzeitig beschrieben und zwei oder mehr entsprechende Leseschaltungen 52 sind enthalten, um die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand der zwei oder mehr Speicherzellen 14 zu überwachen. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist jede der Speicherzellen 14 durch einen entsprechenden zweiten Leseleiter 18b mit einer Leseschaltung 52 gekoppelt.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können der erste und der zweite Strom unter Verwendung jedes geeigneten Ansatzes erhöht oder reduziert werden. Bei einem Ausfüh rungsbeispiel kann der erste Strom oder der zweite Strom inkrementmäßig unter Verwendung eines Stufenansatzes erhöht werden, bei dem eine geeignete Zeit zwischen Stufen vorgesehen ist, um es den Speicherzellen 14 zu ermöglichen, sich zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste Strom oder der zweite Strom kontinuierlich als eine Funktion der Zeit erhöht werden.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Stromquellen 32, die den ersten und den zweiten Strom liefern, innerhalb des magnetischen Speichers 10 angeordnet sein oder außerhalb des magnetischen Speichers 10 angeordnet sein. Die Stromquellen 32 können jeden geeigneten Ansatz verwenden, um den ersten und den zweiten Strom zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste oder der zweite Strom durch eine Ladung, die in einem oder mehreren Kondensatoren gespeichert ist, die sich entweder innerhalb oder außerhalb des magnetischen Speichers 10 befinden, geliefert oder gesteuert werden.
Bei einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel eines Erfassens einer Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle 14 während einer Schreiboperation setzt das Steuersystem 10 den ersten Strom auf einen konstanten Pegel und erhöht den zweiten Strom, bis die Leseschaltung 52 die Anzeige an dem Ausgang 54 liefert, dass die Speicherzelle 14 sich zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat. Nachdem die Anzeige empfangen wurde, senkt das Steuersystem 10 den ersten Strom und den zweiten Strom. Bei einem Ausführungsbeispiel werden der erste Strom und der zweite Strom auf null Ampere reduziert.
Bei einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel eines Erfassens einer Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle 14 während einer Schreiboperation setzt das Steuersystem 30 den zwei ten Strom auf einen konstanten Pegel und erhöht den ersten Strom, bis die Leseschaltung 52 die Anzeige an dem Ausgang 54 liefert, dass sich die Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat. Nachdem die Anzeige empfangen wurde, senkt das Steuersystem 30 den ersten Strom und den zweiten Strom. Bei einem Ausführungsbeispiel werden der erste Strom und der zweite Strom auf null Ampere reduziert.
Bei einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel eines Erfassens einer Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle 14 während einer Schreiboperation, erhöht das Steuersystem 30 sowohl den ersten als auch den zweiten Strom, bis die Leseschaltung 52 die Anzeige an dem Ausgang 54 liefert, dass sich die Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat. Nachdem die Anzeige empfangen wurde, senkt das Steuersystem 30 den ersten Strom und den zweiten Strom. Bei einem Ausführungsbeispiel werden der erste Strom und der zweite Strom auf null Ampere reduziert.
Bei einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel eines Erfassens einer Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer ersten und einer zweiten Speicherzelle 14 während einer Schreiboperation setzt das Steuersystem 30 den ersten Strom, der über einen ersten Schreibleiter 16a geleitet wird, auf einen konstanten Pegel. Der Schreibleiter 16a schneidet eine erste und eine zweite Speicherzelle 14. Das Steuersystem 30 erhöht einen zweiten Strom, der durch einen zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die erste Speicherzelle 14 schneidet, bis eine erste Leseschaltung 52 eine Anzeige liefert, dass sich die erste Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat. Nachdem die Anzeige von der ersten Leseschaltung 52 empfangen wurde, reduziert das Steuersystem 30 den zweiten Strom, der durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die erste Speicherzelle 14 schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der zweite Strom auf null Ampere reduziert.
Bei dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel erhöht das Steuersystem 30 einen zweiten Strom, der durch einen zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die zweite Speicherzelle 14 schneidet, bis eine zweite Leseschaltung 52 eine Anzeige liefert, dass sich die zweite Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat. Nachdem die Anzeige von der zweiten Leseschaltung 52 empfangen wurde, reduziert das Steuersystem 30 den zweiten Strom, der durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die zweite Speicherzelle 14 schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der zweite Strom auf null Ampere reduziert. Das Steuersystem 30 reduziert den ersten Strom, der über den ersten Schreibleiter 16a geleitet wird, nachdem die erste und die zweite Leseschaltung 52 beide die Anzeige liefern, dass die erste und die zweite Speicherzelle 14 sich zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert haben.
Bei einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel eines Erfassens einer Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer ersten und einer zweiten Speicherzelle 14 während einer Schreiboperation setzt das Steuersystem 30 zweite Ströme, die durch einen zweiten Schreibleiter 18a, der die erste Speicherzelle 14 schneidet, und durch einen zweiten Schreibleiter 18a, der die zweite Speicherzelle 14 schneidet, geleitet werden, auf einen konstanten Pegel. Das Steuersystem 30 erhöht einen ersten Strom, der über den ersten Schreibleiter 16a geleitet wird, der die erste und die zweite Speicherzelle 14 schneidet. Wenn die erste Leseschaltung 52 eine Anzeige liefert, dass die erste Speicherzelle 14 sich zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat, reduziert das Steuersystem 30 den zweiten Strom, der durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die erste Speicherzelle 14 schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird dieser zweite Strom auf null Ampere reduziert.
Bei dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel reduziert, wenn die zweite Leseschaltung 52 eine Anzeige liefert, dass die zweite Speicherzelle 14 sich zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat, das Steuersystem 30 den zweiten Strom, der durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die zweite Speicherzelle 14 schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird dieser zweite Strom auf null Ampere reduziert. Das Steuersystem 30 reduziert den ersten Strom, der über den ersten Schreibleiter 16a geleitet wird, nachdem sowohl die erste als auch die zweite Leseschaltung 52 die Anzeige liefern, dass sich die erste und die zweite Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert haben. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der erste Strom auf null Ampere reduziert.
Bei einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel eines Erfassens einer Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand einer ersten und einer zweiten Speicherzelle 14 während einer Schreiboperation erhöht das Steuersystem 30 einen ersten Strom, der über einen ersten Schreibleiter 16a geleitet wird. Der Schreibleiter 16a schneidet die erste und die zweite Speicherzelle 14. Das Steuersystem 30 erhöht einen zweiten Strom, der durch einen zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die erste Speicherzelle 14 schneidet, bis eine erste Leseschaltung 52 eine Anzeige liefert, dass sich die erste Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat. Nachdem die Anzeige von der ersten Leseschaltung 52 empfangen wurde, reduziert das Steuersystem 30 den zweiten Strom, der durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die erste Speicherzelle 14 schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der zweite Strom auf null Ampere reduziert.
Bei dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel erhöht das Steuersystem 30 einen zweiten Strom, der durch einen zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die zweite Speicherzelle 14 schneidet, bis ein zweiter Lesestrom 52 eine Anzeige liefert, dass sich die zweite Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat. Nachdem die Anzeige von der zweiten Leseschaltung 52 empfangen wurde, reduziert das Steuersystem 30 den zweiten Strom, der durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird, der die zweite Speicherzelle 14 schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der zweite Strom auf null Ampere reduziert. Das Steuersystem 30 reduziert den ersten Strom, der über den ersten Schreibleiter 16a geleitet wird, nachdem die erste und die zweite Leseschaltung 52 beide die Anzeige liefern, dass sich die erste und die zweite Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert haben.
Die 2A und 2B sind Diagramme, die eine parallele und eine antiparallele Magnetisierung einer magnetischen Speicherzelle darstellen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die magnetische Speicherzelle 14 eine sein-abhängige Tunneleffektvorrichtung. Die magnetische Speicherzelle 14 umfasst eine magnetische Schicht, die als Datenspeicherungsschicht 20 bezeichnet wird, eine magnetische Schicht, die als Referenzschicht 22 bezeichnet wird, und eine Tunnelbarriere 24, die zwischen der Datenspeicherungsschicht 20 und der Referenzschicht 22 angeordnet ist. Die Datenspeicherungsschicht 20 wird als eine freie Schicht bezeichnet, da sie eine Magnetisierungsausrichtung aufweist, die nicht festgesteckt ist und die in einer von zwei Richtungen entlang einer Vorzugsachse, die in einer Ebene liegt, ausgerichtet werden kann. Die Referenzschicht 22 wird als eine festgesteckte Schicht bezeichnet, da sie eine Magnetisierung aufweist, die in einer Ebene ausgerichtet ist, jedoch fest ist, um sich bei Vorliegen eines angelegten Magnetfeldes innerhalb eines Bereichs von Interesse nicht zu drehen. Die Magnetisierungsausrichtung nimmt eine von zwei stabilen Ausrich tungen zu einem bestimmten Zeitpunkt an, die die parallele und die antiparallele Ausrichtung sind.
2A stellt durch Pfeile die parallele Ausrichtung dar, wenn die Magnetisierung der freien und die der festgesteckten Schicht 20 und 22 in der gleichen Richtung entlang der Vorzugsachse sind. Bei einer parallelen Ausrichtung ist die Ausrichtung einer Magnetisierung in der Datenspeicherungsschicht 20 im wesentlichen parallel zu der Magnetisierung in der Referenzschicht 22 entlang der Vorzugsachse und die magnetische Speicherzelle 14 ist in einem niederohmigen Zustand, der durch den Wert R dargestellt werden kann. 2B stellt durch Pfeile die antiparallele Ausrichtung dar, wenn die Magnetisierung der freien und die der festgesteckten Schicht 20 und 22 in entgegengesetzten Richtungen sind. Bei einer antiparallelen Ausrichtung ist die Ausrichtung einer Magnetisierung in der Datenspeicherungsschicht 20 im wesentlichen antiparallel zu der Magnetisierung in der Referenzschicht 22 entlang der Vorzugsachse und die magnetische Speicherzelle 14 befindet sich in einem hochohmigen Zustand, der durch den Wert R + ΔR dargestellt werden kann. Die isolierende Tunnelbarriere 24 ermöglicht es, dass ein quantenmechanischer Tunneleffekt zwischen der freien und der festgesteckten Schicht 20 und 22 auftreten kann. Da der Tunneleffekt elekronenspinabhängig ist, ist der Widerstandswert der magnetischen Speicherzelle 14 eine Funktion der relativen Ausrichtungen der Magnetisierung der freien und der festgesteckten Schicht 20 und 22.
Daten werden in der magnetischen Speicherzelle 14 durch ein Ausrichten der Magnetisierung entlang der Vorzugsachse der freien Schicht 20 gespeichert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein logischer Wert „0" in der magnetischen Speicherzelle 14 durch ein derartiges Ausrichten der Magnetisierung der freien Schicht 20 gespeichert, dass die Magnetisierungsausrichtung parallel ist, und ein logischer Wert „1" wird in der magnetischen Speicherzelle 14 durch ein derartiges Ausrichten der Magnetisierung der freien Schicht 20 gespeichert, dass die Magnetisierungsausrichtung antiparallel ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein logischer Wert „1" in der magnetischen Speicherzelle 14 durch ein derartiges Ausrichten der Magnetisierung der freien Schicht 20 gespeichert, dass die Magnetisierungsausrichtung parallel ist, und ein logischer Wert „0" wird in der magnetischen Speicherzelle 14 durch ein derartiges Ausrichten der Magnetisierung der freien Schicht 20 gespeichert, dass die Magnetisierungsausrichtung antiparallel ist.
3 ist ein Diagramm, das eine magnetische Speicherzelle 14 darstellt, die ausgewählt wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Magnetisierung in der freien Schicht 20 einer ausgewählten magnetischen Speicherzelle 14 durch ein Liefern der Ströme Ix und Iy an Leiter 16 und 18 ausgerichtet, die eine ausgewählte magnetische Speicherzelle 14 kreuzen. Ein Liefern des Stroms Ix an die Wortleitung 16 bewirkt, dass sich ein Magnetfeld Hy um den Leiter 16 bildet. Ein Liefern des Stroms Iy an die Bitleitung 18 bewirkt, dass sich ein Magnetfeld Hx um die Bitleitung 18 bildet. Wenn ausreichend große Ströme Ix und Iy durch die Wortleitung 16 und die Bitleitung 18 geleitet werden, bewirken die Magnetfelder Hx und Hy in der Umgebung der freien Schicht 20, dass sich die Magnetisierung der freien Schicht 20 von der parallelen Ausrichtung in die antiparallele Ausrichtung dreht oder von der antiparallelen Ausrichtung in die parallele Ausrichtung dreht.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine magnetische Speicherzelle 14 durch ein Anlegen von Leseströmen an die Wortleitung 14 und die Bitleitung 18 gelesen. Die magnetische Speicherzelle 14 hat entweder einen Widerstandswert R oder einen Widerstandswert R + ΔR, abhängig davon, ob die Ausrichtung einer Magnetisierung der freien und der festgesteckten Schicht 20 und 22 parallel oder antiparallel ist, wie in den 2A und 2B dargestellt ist.
4 ist eine graphische Darstellung einer exemplarischen Beziehung eines angelegten Stroms gegenüber einer Schreibeffektivität für eine typische magnetische Speicherzelle 14. 4 stellt die Beziehung zwischen den angelegten Magnetfeldern und der magnetischen Ausrichtung der magnetisierten freien Schicht 20 der magnetischen Speicherzelle 14 dar. Bei einem Ausführungsbeispiel werden Magnetfelder angelegt, um die magnetische Ausrichtung der magnetisierten freien Schicht 20 umzuschalten. 4 stellt eine „Keine-Veränderung"-Region dar, in der das Magnetfeld, das aus der Vektorsumme der Magnetfelder resultiert, die durch den Zeilen- und den Spaltenstrom (I_x und I_y) induziert werden, nicht ausreicht, um die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 20 zu verändern. Die Regionen außerhalb der „Keine-Veränderung"-Region sind die Regionen, in denen die wirksamen Magnetfelder entweder eine logische „1" oder eine logische „0" in die ausgewählte magnetische Speicherzelle 14 schreiben. Die Grenze zwischen der „Keine-Veränderung"-Region und den Schreibregionen wird durch vier Linien bei 60 dargestellt. Die Halbauswahlschwelle ist als der Punkt dargestellt, an dem die Linien 60 die +H_BIT-Achse und die –H_BIT-Achse schneiden. Die magnetische Speicherzelle 14 ist halbausgewählt, wenn der Wortleitungsstrom I_x null ist und deshalb H_WORT null ist, und der Strom I_y für die Bitleitung ausreichend ist, um ein Magnetfeld H_BIT zu erzeugen, das eine Größe aufweist, die größer ist als der Schnittpunkt bei 62 in der positiven Richtung oder größer als der Punkt 64 in der negativen Richtung. Um die Beschreibung der Erfindung zu vereinfachen, stellt 4 eine symmetrische Schreibbeziehung zwischen einem Schreiben einer logischen „1" und einem Schreiben einer logischen „0" in die ausgewählte magnetische Speicherzelle 14 dar, so dass die Grenzlinien 60 symmetrisch in Bezug auf die Achsen angeordnet sind. Da ein derartige Symmetrie wahrscheinlich in einer physischen Realität nicht vorliegt, wären die Achsen tatsächlich von der mittigen Position, die in 4 dargestellt ist, verschoben.
5 ist eine graphische Darstellung eines optimierten Schreibstroms für eine magnetische Speicherzelle. Mit zunehmendem Strom I_x des ersten Schreibleiters 16a und zunehmendem Strom I_y des zweiten Schreibleiters 18a entlang der Linie 70 verläuft die ausgewählte magnetische Speicherzelle 14 durch eine Kein-Schreiben-Region zu einer Daten-Schreiben-Region. Wenn der Strom I_x des ersten Schreibleiters 16a oberhalb des bei 72 angezeigten Werts liegt oder wenn der Strom I_y des zweiten Schreibleiters 18a oberhalb des bei 74 angezeigten Werts liegt, werden halbausgewählte magnetische Speicherzellen 14, die durch nur den ersten Leiter 16a oder durch nur den zweiten Schreibleiter 18a geschnitten werden, beschrieben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der optimale Referenzschreibstromwert bei einem Punkt 76 entlang der Linie 70 angezeigt und die optimalen Referenzschreibstromwerte für I_x und I_y sind die Punkte entlang der I_x- und der I_y-Achse, die dem Punkt 76 entsprechen. Der optimale Schreibstromwert bei dem Punkt 76 stellt sicher, dass angemessene Halbauswahlspielräume vorliegen.
6 ist ein Diagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Leseschaltung 52 darstellt, die eine Veränderung zwischen einem ersten und einem zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle 14 erfasst. Die Speicherzelle 14 befindet sich innerhalb des Arrays 12, wo ein ausgewählter erster Leseleiter 16b mit der Lesespannungsquelle V_r gekoppelt ist. Weitere nicht ausgewählte erste Leseleiter 16b sind mit dem Massepotential gekoppelt. Der ausgewählte zweite Leseleiter 18b ist mit der Leseleitung 52 gekoppelt. Weitere nicht ausgewählte zweite Leseleiter 18b sind mit der Lesespannungsquelle V_r gekoppelt, um Kriechstrompfade zu minimieren.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel fließt der Lesestrom durch die Speicherzelle 14 und durch eine Parallelkombination aller nicht ausgewählter Speicherzellen 14, die mit nicht ausgewählten Wortleitungen 16b verbunden sind. Die Speicherzelle 14 und die parallele Kombination der nicht ausgewählten Speicherzellen 14 bilden einen Spannungsteiler, der als eine Spannungsleseschaltung bei 80 dargestellt ist. Die Spannungsleseschaltung 80 ist mit dem ersten Eingangsknoten 82a gekoppelt und liefert eine Ersteingangsknotenspannung V_N1 an den ersten Eingangsknoten 82a.
Ein Verstärker 84, der den ersten Eingangsknoten 82a und einen zweiten Eingangsknoten 82b aufweist, ist konfiguriert, um die Ersteingangsknotenspannung V_N1 mit einer Zweiteingangsknotenspannung V_N2 an dem zweiten Eingangsknoten zu vergleichen und eine Anzeige bereitzustellen, ob die Ersteingangsknotenspannung V_N1 nicht gleich der Zweiteingangsknotenspannung V_N2 ist. Der Verstärker 84 umfasst einen Vorspannungstransistor 86 und Eingangstransistoren 88a und 88b. Transistoren 90a und 90b bilden eine Spiegelstromladeschaltung. Der Transistor 90a fungiert als ein „Referenz"-Transistor und der Transistor 90b fungiert als ein „Neben"-Transistor, der eine Strom leitet, der direkt proportional zu dem Referenztransistor 90a ist. Der Verstärker 84 weist einen Ausgang bei 54 auf, der ein Ergebnis eines Vergleichens der Ersteingangsknotenspannung V_N1 mit der Zweiteingangsknotenspannung V_N2 anzeigt. Wenn die Ersteingangsknotenspannung V_N1 größer als die Zweiteingangsknotenspannung V_N2 ist, steigt die Spannungsausgabe bei 54 in Richtung der Versorgungsspannung VDD an, da der Transistor 90b versucht, die Spiegelbedingung zu erfüllen. Wenn die Ersteingangsknotenspannung V_N1 kleiner als die Zweiteingangsknotenspannung V_N2 ist, fällt die Spannungsausgabe bei 54 in Richtung des Massepotentials, da der Transistor 90b versucht, die Spiegelbedingung zu erfüllen. Mit diesem Ansatz erzeugt der Verstärker 84 eine Spannungsausgabe bei 54, die einen Pegel aufweist, der von dem Ergebnis eines Vergleichens der Ersteingangsknotenspannung V_N1 mit der Zweiteingangsknotenspannung V_N2 abhängt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann eine zusätzliche regenerative Logik enthalten sein, die mit dem Ausgang 54 gekoppelt ist, um eine Erzeugung definitiver Logikpegel von „0" oder „1" zu unterstützen.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Angleichschaltung 92 zwischen den ersten Eingangsknoten 82a und den zweiten Eingangsknoten 82b gekoppelt und ist konfiguriert, um die Zweiteingangsknotenspannung V_N2 gleich der Ersteingangsknotenspannung V_N1 zu setzen, bevor die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand erfasst wird. Die Angleichschaltung 92 umfasst einen Kondensator 94, der mit dem zweiten Eingangsknoten 82b gekoppelt ist. Die Angleichschaltung umfasst einen Schalter 96. Der Schalter 96 umfasst einen Inverter 98 und Durchlassgattertransistoren 100a und 100b. Der Schalter 96 wird durch eine Angleichsteuerleitung 58 gesteuert, die durch das Steuersystem 30 bereitgestellt wird. Der Schalter 96 weist eine geschlossene Position auf, um die Zweiteingangsknotenspannung V_N2 gleich der Ersteingangsknotenspannung V_N1 zu setzen, bevor die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand erfasst wird. Wenn der Schalter 96 in der geschlossenen Position ist, wird der Kondensator 94 auf die Ersteingangsknotenspannung V_N1 geladen. Wenn der Schalter 96 in einer offenen Position ist, behält der Kondensator 94 das V_N1-Potential auf dem zweiten Eingangsknoten bei, während der Verstärker 84 die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand erfasst. Sobald die Zweiteingangsknotenspannung V_N2 auf das gleiche Potential wie die Ersteingangsknotenspannung V_N1 gesetzt ist, nimmt, wenn die Speicherzelle 14 ihre Widerstandszustände verändert, die Ersteingangsknotenspannung V_N1 relativ zu der Zweiteingangsknotenspannung V_N2 zu oder ab und der Verstärker 84 liefert die Anzeige an dem Ausgang 54, dass die Speicherzelle 14 sich zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat.
Bei einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der erste Widerstandszustand der Speicherzelle 14 einen geringeren Widerstandszustand auf als der zweite Wider standszustand. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel speichert die Speicherzelle 14 den ersten Widerstandszustand. Die Arrayspannung V_r wird durch den Widerstandswert der Speicherzelle 14 in dem ersten Widerstandszustand gesenkt und durch den äquivalenten Widerstandswert der parallelen Kombination der nicht ausgewählten Speicherzellen 14, die mit den nicht ausgewählten Lesewortleitungen 16b verbunden sind. Wenn der Schalter 96 in der geschlossenen Position ist, wird der Kondensator 94 auf die Ersteingangsknotenspannung V_N1 geladen, die der Speicherzelle 14 entspricht, die den ersten Widerstandszustand speichert. Nachdem der Schalter 96 in der offenen Position ist, werden entweder einer oder beide des ersten Stroms (dargestellt als I_x) und des zweiten Stroms (dargestellt als I_y) durch den ersten Schreibleiter 16a bzw. den zweiten Schreibleiter 18a auf einen Pegel geleitet, der ausreicht, um die Speicherzelle 14 von dem ersten in den zweiten Widerstandszustand zu verändern.
Bezug nehmend auf 5 tritt der Pegel der Ströme I_x und I_y, die ausreichend sind, um die Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern, auf, wenn die Ströme I_x und I_y eine ausreichende Größe aufweisen, um sich in der „Datenschreibregion" zu schneiden. Wenn die Ströme I_x und I_y einen zu geringen Wert aufweisen, schneiden sie sich in der „Nicht-Schreiben-Region" und I_x und I_y sind nicht ausreichend, um die Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern. Wenn die Ströme I_x und I_y zu hoch sind, kann ein Halbauswahlschreiben auftreten.
Bezug nehmend auf 6 nimmt die Ersteingangsknotenspannung V_N1, wenn sich die Speicherzelle 14 in den zweiten Widerstandszustand verändert, relativ zu der Zweiteingangsknotenspannung V_N2 ab. Die Spannungsausgabe bei 54 nimmt dann in Richtung des Massepotentials ab, wodurch angezeigt wird, dass sich die Speicherzelle 14 von dem ersten in den zweiten Widerstandszustand verändert hat.
Bei einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der erste Widerstandszustand der Speicherzelle 14 einen geringeren Widerstandswert als der zweite Widerstandszustand auf. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel speichert die Speicherzelle 14 den zweiten Widerstandszustand. Die Arrayspannung V_r wird durch den Widerstandswert der Speicherzelle 14 in dem zweiten Widerstandszustand und durch den äquivalenten Widerstandswert der parallelen Kombination der nicht ausgewählten Speicherzellen 14, die mit den nicht ausgewählten Lesewortleitungen 16b verbunden sind, gesenkt. Wenn der Schalter 96 in der geschlossenen Position ist, wird der Kondensator 94 auf die Ersteingangsknotenspannung V_N1 geladen, die der Speicherzelle 14 entspricht, die den zweiten Widerstandszustand speichert. Nachdem der Schalter 96 in der offenen Position ist, werden entweder einer oder beide des ersten Stroms (dargestellt als I_x) und des zweiten Stroms (dargestellt als I_y) durch den ersten Schreibleiter 16a bzw. zweiten Schreibleiter 18a auf einen Pegel geleitet, der ausreicht, um die Speicherzelle 14 von dem ersten in den zweiten Widerstandszustand zu verändern. Wenn sich die Speicherzelle 14 in den ersten Widerstandszustand verändert, nimmt die Ersteingangsknotenspannung V_N1 relativ zu der Zweiteingangsknotenspannung V_N2 zu. Die Spannungsausgabe bei 54 nimmt in Richtung des VDD-Versorgungspotentials zu, wodurch angezeigt wird, dass sich die Speicherzelle 14 von dem zweiten in den ersten Widerstandszustand verändert hat.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist die Speicherzelle 14 einen höheren Widerstandswert auf, wenn der erste Widerstandszustand gespeichert wird, als wenn der zweite Widerstandszustand gespeichert wird. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können weitere Ansätze für die Leseschaltung 52 verwendet werden, die die Anzeige liefert, wenn sich ausgewählte Speicherzellen 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändern. Bei einem Ausführungsbeispiel wird nur der erste Strom I_x durch den ersten Schreib leiter 16a geleitet, um eine Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern. Bei einem Ausführungsbeispiel wird nur der zweite Strom I_y durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet, um eine Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern. Bei einem Ausführungsbeispiel werden sowohl der erste Strom I_x als auch der zweite Strom I_y durch den ersten Schreibleiter 16a bzw. den zweiten Schreibleiter 18a geleitet, um eine Speicherzelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen einer Veränderung von einem ersten in einen zweiten Widerstandszustand einer Speicherzelle 14 darstellt. Das Flussdiagramm ist bei 110 gezeigt.
Das Verfahren schreibt bei 112 eine Speicherzelle 14 in einen ersten Widerstandszustand. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Speicherzelle 14 in einen zweiten Widerstandszustand geschrieben werden.
Das Verfahren gleicht bei 114 die Leseschaltung 52 an den ersten Widerstandszustand an. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Angleichschaltung 92 konfiguriert, um die Zweiteingangsknotenspannung V_N2 gleich der Ersteingangsknotenspannung V_N1 zu setzen, bevor die Veränderung von dem ersten Widerstandszustand in den zweiten Widerstandszustand erfasst wird. Da die Speicherzelle 14 den ersten Widerstandswert speichert, gleicht ein Setzen der Zweiteingangsknotenspannung V_N2 gleich der Ersteingangsknotenspannung V_N1 die Leseschaltung 52 an den ersten Widerstandszustand an. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können weitere geeignete Ansätze verwendet werden, um die Leseschaltung 52 anzugleichen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird die Leseschaltung 52 an den zweiten Widerstandszustand angeglichen.
Das Verfahren erhöht bei 116 einen ersten Schreibstrom oder einen zweiten Schreibstrom. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der erste Schreibstrom der erste Strom, der durch den ersten Schreibleiter 16a geleitet wird, und der zweite Schreibstrom ist der zweite Strom, der durch den zweiten Schreibleiter 18a geleitet wird. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der erste Strom oder der zweite Strom unter Verwendung jedes geeigneten Ansatzes erhöht werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste Strom oder der zweite Strom inkrementmäßig unter Verwendung eines Stufenansatzes erhöht werden, bei dem eine geeignete Zeit zwischen Stufen vorgesehen ist, um es der Speicherzelle 14 zu ermöglichen, sich zwischen dem ersten Widerstandszustand und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste Strom oder der zweite Strom kontinuierlich als eine Funktion der Zeit erhöht werden.
Das Verfahren erfasst bei 118 eine Veränderung der Speicherzelle 14 von dem ersten Widerstandszustand in den zweiten Widerstandszustand. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die Veränderung von dem ersten Widerstandszustand in den zweiten Widerstandszustand durch ein Erfassen einer Veränderung an dem Lesestrom, der durch den ersten Leseleiter 16b und den zweiten Leseleiter 18b durch die Speicherzelle 14 geleitet wird, erfasst. Der Lesestrom wird an die Leseschaltung 52 geleitet. Die Leseschaltung 52 liefert die Anzeige an dem Ausgang 54, wenn die Veränderung an dem Lesestrom durch die Speicherzelle 14 erfasst wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erfasst das Verfahren bei 118 eine Veränderung der Speicherzelle 14 von dem zweiten Widerstandszustand in den ersten Widerstandszustand. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Veränderung zwischen dem ersten Widerstandszustand und dem zweiten Widerstandszustand unter Verwendung weiterer geeigneter Ansätze erfasst werden.
Wenn die Veränderung von dem ersten Widerstandszustand in den zweiten Widerstandszustand nicht erfasst wurde, erhöht das Verfahren bei 116 den ersten Schreibstrom oder den zweiten Schreibstrom. Wenn die Veränderung von dem ersten Widerstandszustand in den zweiten Widerstandszustand erfasst wurde, senkt das Verfahren bei 120 den ersten Schreibstrom oder den zweiten Schreibstrom. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann entweder der erste Schreibstrom oder der zweite Schreibstrom unter Verwendung jedes geeigneten Ansatzes auf jeden geeigneten Wert gesenkt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der geeignete Wert null.

Claims

Ein magnetischer Speicher (10) mit folgenden Merkmalen: einer Speicherzelle (14), die einen ersten und einen zweiten Widerstandszustand aufweist; einem ersten und einem zweiten Schreibleiter (16a, 18a), die konfiguriert sind, um einen ersten und einen zweiten Strom (Ix, Iy) zu leiten, um die Speicherzelle zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu verändern, wobei der erste und der zweite Schreibleiter in einer ersten und einer zweiten Richtung geführt sind und die Speicherzelle schneiden; einem ersten und einem zweiten Erfassungsleiter (16b, 18b), die konfiguriert sind, um einen Erfassungsstrom durch die Speicherzelle zu leiten; und einer Erfassungsschaltung (52), die mit dem zweiten Erfassungsleiter gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand zu erfassen durch ein Erfassen einer Veränderung an dem Erfassungsstrom durch die Speicherzelle, die der Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand entspricht, wobei, wenn beim Schreiben der Speicherzelle der Widerstandszustand der Speicherzelle zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert werden soll, der erste Strom und/oder der zweite Strom erhöht wird, bis die Erfassungsschaltung (52) die Anzeige liefert, dass sich die Speicherzelle zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat, und bei dem der erste Strom und der zweite Strom reduziert werden, nachdem die Erfassungsschaltung (52) die Anzeige liefert.
Magnetischer Speicher gemäß Anspruch 1, bei dem die Erfassungsschaltung folgende Merkmale aufweist: eine Spannungserfassungsschaltung (80), die konfiguriert ist, um den Erfassungsstrom in eine Ersteingangsknotenspannung (VN1) an einem ersten Eingangsknoten (82a) umzuwandeln; einen Verstärker (84), der zwischen den ersten Eingangsknoten und einen zweiten Eingangsknoten (82b) geschaltet ist und konfiguriert ist, um die Ersteingangsknotenspannung mit einer Zweiteingangsknotenspannung (VN2) an dem zweiten Eingangsknoten zu vergleichen und eine Anzeige zu liefern, ob die Ersteingangsknotenspannung nicht gleich der Zweiteingangsknotenspannung ist; und eine Angleichschaltung (92), die zwischen den ersten Eingangsknoten und den zweiten Eingangsknoten geschaltet ist und konfiguriert ist, um die Zweiteingangsknotenspannung gleich der Ersteingangsknotenspannung zu setzen, bevor die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand erfasst wird.
Magnetischer Speicher gemäß Anspruch 2, bei dem die Angleichschaltung einen Kondensator (94) umfasst, der mit dem zweiten Eingangsknoten gekoppelt ist.
Magnetischer Speicher gemäß Anspruch 3, bei dem die Angleichschaltung einen Schalter (96) umfasst, der konfiguriert ist, um eine geschlossene Position aufzuweisen, um die Zweiteingangsknotenspannung gleich der Ersteingangsknotenspannung zu setzen, bevor die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand erfasst wird, und bei dem der Verstärker die Veränderung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand erfasst, wenn der Schalter in einer offenen Position ist.
Magnetischer Speicher gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Spannungserfassungsschaltung ein Spannungsteiler ist, der zwischen den ersten Eingangsknoten und ein Massepotential geschaltet ist.
Magnetischer Speicher gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der erste Strom durch den ersten Schreibleiter geleitet wird oder der zweite Strom durch den zweiten Schreibleiter geleitet wird, bis der Verstärker die Anzeige liefert, dass die Speicherzelle sich zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat.
Magnetischer Speicher gemäß Anspruch 6, bei dem der erste Strom auf einen konstanten Pegel gesetzt ist und der zweite Strom erhöht wird, bis der Verstärker die Anzeige liefert, dass sich die Speicherzelle (14) zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat, und bei dem der erste Strom und der zweite Strom reduziert werden, nachdem der Verstärker die Anzeige liefert.
Magnetischer Speicher gemäß Anspruch 6, bei dem der zweite Strom auf einen konstanten Pegel gesetzt ist und der erste Strom erhöht wird, bis der Verstärker die Anzeige liefert, dass sich die Speicherzelle (14) zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandszustand verändert hat, und bei dem der erste Strom und der zweite Strom reduziert werden, nachdem der Verstärker die Anzeige liefert.
Magnetischer Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Speicherzelle (14) einen parallelen magnetischen Zustand, der dem ersten Widerstandszustand entspricht, und einen antiparallelen magnetischen Zustand aufweist, der dem zweiten magnetischen Zustand entspricht.