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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf nichtflüchtige Speichervorrichtungen
und insbesondere auf Speichervorrichtungen, die Magnetspeicherzellen
verwenden.
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Ein
Typ eines nicht-flüchtigen
Speichers, der in der Technik bekannt ist, beruht auf Magnetspeicherzellen.
Diese Vorrichtungen, die als Magnetdirektzugriffsspeicher-(MRAM-)Vorrichtungen
bekannt sind, umfassen ein Array von Magnetspeicherzellen. Die Magnetspeicherzellen
können
unterschiedlicher Art sein. Beispiele sind eine MTJ-Speicherzelle (MTJ =
Magnetic Tunnel Junction = magnetischer Tunnelübergang) oder eine GMR-Speicherzelle
(GMR = Giant Magnetoresistive = riesig magnetoresistiv).
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Im
allgemeinen umfasst die Magnetspeicherzelle eine Schicht eines Magnetfilmes,
in der die Ausrichtung einer Magnetisierung veränderbar ist, und eine Schicht
eines Magnetfilms, in der die Ausrichtung einer Magnetisierung festgelegt
oder in einer bestimmten Richtung "festgenagelt" (gepinnt) ist. Der Magnetfilm, der
eine veränderbare
Magnetisierung aufweist, wird als eine Erfassungsschicht oder Datenspeicherschicht
bezeichnet und der Magnetfilm, der fest ist, wird als eine Referenzschicht
oder festgenagelte (gepinnte) Schicht bezeichnet. Eine Barriereschicht
trennt die Erfassungsschicht und die Referenzschicht.
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Leitfähige Bahnen,
die als Wortleitungen und Bitleitungen bezeichnet werden, sind über das
Array von Speicherzellen geführt.
Wortleitungen erstrecken sich entlang Zeilen der Speicherzellen
und Bitleitungen erstrecken sich entlang Spalten der Speicherzellen.
Eine Speicherzelle speichert ein Bit Informationen als eine Ausrichtung
einer Magnetisierung in einer Erfassungsschicht an jedem Schnittpunkt einer Wortleitung
und einer Bitleitung. Die Ausrichtung einer Magnetisierung in der
Erfassungsschicht ist entlang einer Achse der Erfassungsschicht
ausgerichtet, die als ihre leichte Achse (Easy-Achse) bezeichnet wird.
Die Ausrichtung einer Magnetisierung verändert sich entlang einer Achse
orthogonal zu der leichten Achse, die als die schwere Achse (Hard-Achse)
bezeichnet wird, nicht ohne weiteres. Magnetfelder werden angelegt,
um die Ausrichtung einer Magnetisierung in der Erfassungsschicht
entlang ihrer leichten Achse zu entweder einer parallelen oder antiparallelen
Ausrichtung bezüglich
der Ausrichtung der Magnetisierung in der Referenzschicht zu drehen.
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Leitfähige Bahnen,
die als Schreibleitungen bezeichnet werden, sind über das
Array von Speicherzellen geleitet, um beim Drehen der Ausrichtung einer
Magnetisierung in Erfassungsschichten zu helfen. Schreibleitungen
erstrecken sich entlang Spalten von Speicherzellen nahe ihrer Referenzschichten und
parallel zu Bitleitungen. Wortleitungen, die sich entlang Zeilen
der Speicherzellen erstrecken, sind nahe an den Erfassungsschichten.
Eine Speicherzelle befindet sich an jedem Schnittpunkt einer Schreibleitung
und einer Wortleitung. Die Schreibleitungen und Wortleitungen sind
elektrisch mit einer Schreibschaltung gekoppelt.
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Während einer
Schreiboperation wählt
die Schreibschaltung eine Wortleitung und eine Schreibleitung aus,
um die Ausrichtung einer Magnetisierung in der Erfassungsschicht
der Speicherzelle, die sich an dem Schnittpunkt der Leiter befindet,
zu verändern.
Die Schreibschaltung liefert Schreibströme an die ausgewählte Wortleitung
und Schreibleitung, um Magnetfelder in der ausgewählten Speicherzelle
zu erzeugen. Diese Schreibströme
können betragsmäßig gleich
oder unterschiedlich sein. Die Magnetfelder kombinieren sich, um
die Ausrichtung einer Magnetisierung in der ausgewählten Speicherzelle
von parallel zu antiparallel oder umgekehrt umzuschalten.
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Der
Widerstandswert durch eine Speicherzelle unterscheidet sich gemäß der Parallel-
oder Antiparallel-Ausrichtung einer Magnetisierung der Erfassungsschicht
und der Referenzschicht. Dieser Widerstandswert ist am höchsten,
wenn die Ausrichtung antiparallel ist, d. h. Logik(1)-Zustand, und
am geringsten, wenn die Ausrichtung parallel ist, d. h. Logik(0)-Zustand.
Der Widerstandslogikzustand der Speicherzelle kann durch ein Erfassen
des Widerstandswertes der Speicherzelle bestimmt werden.
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Wortleitungen
und Bitleitungen unterstützen eine
Erfassung des Widerstandswertes einer Speicherzelle. Wortleitungen,
die sich entlang Zeilen erstrecken, sind elektrisch mit Erfassungsschichten
gekoppelt und Bitleitungen, die sich entlang Spalten erstrecken,
sind elektrisch mit Referenzschichten gekoppelt. Wortleitungen und
Bitleitungen sind außerdem
elektrisch mit einer Leseschaltung gekoppelt, um den Widerstandswert
und Zustand einer Speicherzelle zu bestimmen.
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Während einer
Leseoperation wählt
die Leseschaltung eine Wortleitung und eine Bitleitung, um den Widerstandswert
der Speicherzelle, die an dem Schnittpunkt der Leiter angeordnet
ist, zu bestimmen. Die Leseschaltung kann eine Spannung über die
ausgewählte
Speicherzelle liefern, um einen Strom durch die Speicherzelle zu
erzeugen. Die Leseschaltung erfaßt diesen Erfassungsstrom,
der den Widerstandswert der Speicherzelle darstellt. Bei einer Konfiguration
wird dieser Widerstandswert mit einem Referenzwiderstandswert verglichen,
um den Zustand der Speicherzelle zu bestimmen. Der Referenzwiderstandswert
wird verwendet, um einen Hochwiderstandszustand von einem Niedrigwiderstandszustand
zu unterscheiden, was eine herausfordernde Aufgabe sein kann.
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Der
Widerstandswert durch eine Speicherzelle variiert von Zelle zu Zelle
in dem gleichen Array und Speichervorrichtung zu Speichervorrichtung. Dieser
Widerstandswert ist abhängig
von einer Barriereschichtdicke und einer Speicher- Speicherzellenfläche. Die
Barriereschicht ist eine sehr dünne
isolierende Schicht zwischen der Erfassungsschicht und der Referenzschicht.
Diese isolierende Schicht kann Aluminiumoxid sein, das nur ein oder
mehrere 10–10 m
(Angstrom) dick ist. Der Widerstandswert einer Speicherzelle variiert
exponentiell mit der Dicke der Barriereschicht. Eine Veränderung
der Barriereschichtdicke von nur 2% kann den Widerstandswert durch
die Speicherzelle um einen Faktor 2 verändern. Selbst mit strengen
Steuerungen kann der Widerstandswert durch Speicherzellen in einer
Vorrichtung stark von dem Widerstandswert durch Speicherzellen in
einer anderen Vorrichtung variieren. Aus diesem Grund ist ein Verwenden
eines Widerstandswertes für
alle Vorrichtungen nicht praktisch. Um darum herumzukommen, wurden
Speicherzellen umgewandelt, um als Referenzzellen verwendet zu werden.
Diese Referenzzellen werden verwendet, um eine Referenzwiderstandswert
für ein
bestimmtes Array oder einen Satz von Speicherzellen zu erhalten. Der
Widerstandswert durch Speicherzellen in dem gleichen Array variiert
jedoch von Zelle zu Zelle aufgrund von Barriereschichtdickeänderungen.
Ausserdem ist der Widerstandswert durch eine Speicherzelle abhängig von
der Speicherzellenfläche
und Speicherzellenlängen
und -breiten in dem gleichen Array variierend von Zelle zu Zelle
aufgrund von Photolithographieeinschränkungen. Aus diesen Gründen kann ein
Speicherzellenwiderstandswert, der in einen Referenzzellenwiderstandswert
umgewandelt ist, unter Umständen
nicht angemessen zum Unterscheiden eines Hochwiderstandszustandes
von einem Niedrigwiderstandszustand sein.
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Aus
der
WO 02/073620
A2 , aus der
WO 02/069343
A1 und aus der Veröffentlichung „Fully
Integrated 64 Kb MRAM with Novel Reference Cell Scheme" von H. S. Jeong
et al. (International Electron Device Meeting, 8.–11. Dez.
2002, 551–554, DOI:
10, 1109/IEDM.2002.1175901) ist ein Magnetspeicher bekannt, bei
dem eine Referenzschaltung einen Widerstandswert genau zwischen
dem hohen Widerstandswert und dem niedrigen Widerstandswert einer
Speicherzelle bereitstellt. Jede einzelne der in der Referenzschaltung
verwendeten Speicherzellen nimmt dabei die gleiche Fläche wie
jede der anderen Speicherzellen ein.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetspeicher
zu schaffen, mit deren Hilfe Widerstandswerte durch Speicherzellen
einfacher und genauer gemessen werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Magnetspeicher gemäss Anspruch 1 oder 15 gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung liefern einen Magnetspeicher. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist der Magnetspeicher eine Speicherzelle, die konfiguriert ist,
um einen Widerstandszustand zu liefern, und eine Referenzzelle auf. Die
Referenzzelle ist wesentlich größer als
die Speicherzelle und konfiguriert, um einen Referenzwiderstandswert
zum Bestimmen des Widerstandszustands der Speicherzelle zu liefern.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert,
wobei die Elemente der Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
bezüglich
einander sind und gleiche Bezugszeichen entsprechende ähnliche
Teile bezeichnen. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Magnetspeichervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 eine
perspektivische Ansicht, die ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
eines Arrayabschnitts gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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3 ein
Diagramm, das einen Querschnitt des exemplarischen Ausführungsbeispiels
des Arrayabschnitts gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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4 ein
Blockdiagramm, das ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel
einer Magnetspeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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5 ein
Blockdiagramm, das ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel
einer Magnetspeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt; und
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6 einen
Graphen, der eine Widerstandswertvarianz gegenüber einer Zellfläche für Magnetspeicherzellen,
die Referenzzellen oder Speicherzellen in einem Array sein können, gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Magnetspeichervorrichtung 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Die Magnetspeichervorrichtung 20 umfaßt ein Magnetspeicherzellarray 22,
das elektrisch mit einer Leseschaltung 24 und einer Schreibschaltung
(zur Klarheit nicht gezeigt) gekoppelt ist. Das Array 22 umfaßt eine
Magnetreferenzzelle 26 und Magnetspeicherzellen 28,
die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Leseschaltung 24 umfaßt einen
Zeilendecodierer 30 und eine Spaltendecodierer- und Erfassungsschaltung,
bei 32 angezeigt. Der Zeilendecodierer 30 und
der Spaltendecodierer 32 sind elektrisch mit Zeilen- und
Spaltenleseleitern gekoppelt, die sich an der Referenzzelle 26 und
Speicherzellen 28 schneiden.
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Die
Referenzzelle 26 und die Speicherzellen 28 werden
während
des gleichen Prozesses hergestellt und weisen im allgemeinen die
gleiche Barriereschichtdicke auf. Die Referenzzelle 26 ist
wesentlich größer als
jede Speicherzelle 28 und der Widerstandswert durch die
Referenzzelle 26 ist proportional zu dem Widerstandswert
durch jede Speicherzelle 28. Aufgrund ihrer größeren Größe umfaßt die Referenzzelle 26 Variationen
einer Barriereschichtdicke, die in den Speicherzellen 28 über das
Array 22 vorhanden sind. Die Referenzzelle 26 weist
eine durchschnittliche Barriereschichtdicke auf, die in etwa gleich
der durchschnittlichen Barriereschichtdicke für das Array 22 ist.
Außerdem
wird die größere Fläche der
Referenzzelle 26 nur wenig durch Photolithographievariationen
beeinflußt;
dies führt
zu einem genauen Referenzwiderstandswert von einer Vorrichtung zu
einer anderen. Aus diesen Gründen ist
der Widerstands wert durch die Referenzzelle 26 ein genauer
Referenzwiderstandswert, der skaliert werden kann, um den Zustand
jeder Speicherzelle 28 in dem Array 22 zu erfassen.
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Während einer
Leseoperation wählt
die Leseschaltung 24 den Zeilenleiter und den Spaltenleiter aus,
die sich bei der Referenzzelle 26 schneiden. Der Widerstandswert
durch die Referenzzelle 26 wird charakterisiert und ein
Wert, der den Widerstandswert darstellt, wird bestimmt. Dieser Wert
wird wie erwünscht
skaliert und als ein Schwellenwert gespeichert. Als nächstes wählt die
Leseschaltung 24 einen Zeilenleiter und einen Spaltenleiter
aus, die sich bei einer ausgewählten
Speicherzelle 28 schneiden. Der Widerstandswert durch die
ausgewählte
Speicherzelle 28 wird charakterisiert und gegenüber einem Schwellenwert
geprüft,
um den Widerstandszustand oder logischen Zustand (1 oder 0) der
ausgewählten Speicherzelle 28 zu
bestimmen. Während
dieser Leseoperation wird der Widerstandswert durch die ausgewählte Speicherzelle 28 nur
einmal charakterisiert. Außerdem
kann der Schwellenwert mehrere Male verwendet werden, um den Zustand
vieler Speicherzellen 28 zu bestimmen. Aus diesen Gründen werden Zeit
und Leistung eingespart.
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Die
Magnetspeichervorrichtung 20 umfaßt ein Magnetspeicherzellarray 22 mit
einer Magnetreferenzzelle 26 und einer Mehrzahl von Magnetspeicherzellen 28.
Die Speicherzellen 28 sind in Zeilen und Spalten angeordnet,
wobei sich Zeilen entlang einer x-Richtung erstrecken und Spalten
sich entlang einer y-Richtung erstrecken. Eine Referenzzelle 26 ist
in der Ecke des Arrays 22 gezeigt. In der Praxis können mehr
als eine Referenzzelle 26 verwendet werden. Außerdem ist
nur eine relativ kleine Anzahl von Speicherzellen 28 gezeigt,
um die Darstellung der Magnetspeichervorrichtung 20 zu
vereinfachen. In der Praxis können
Arrays jeder Größe verwendet werden.
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Leitfähige Bahnen,
die als Wortleitungen 34a–34c und Bitleitungen 36a–36d fungieren,
erstrecken sich über
das Array 22. Die Wortleitungen 34a–34c erstrecken
sich entlang der x-Richtung in einer Ebene auf einer Seite des Arrays 22 und
die Bitleitungen 36a–36d erstrecken
sich entlang der y-Richtung
in einer Ebene auf einer gegenüberliegenden
Seite des Arrays 22. Es gibt eine Wortleitung 34a–34c für jede Zeile
des Arrays 22 und eine Bitleitung 36a–36d für jede Spalte
des Arrays 22. Eine Speicherzelle 28 ist an jedem
Schnittpunkt einer Wortleitung 34a–34c und einer Bitleitung 36a–36d angeordnet,
mit der Ausnahme der Stelle, an der die Referenzzelle 26 positioniert
ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Referenzzelle 26 an dem Schnittpunkt der Wortleitung 34a und
der Bitleitung 36d positioniert. Bei anderen Ausführungsbeispielen
jedoch ist die Referenzzelle 26 an einem unterschiedlichen
Schnittpunkt von Wortleitung 34a–34c und Bitleitung 36a–36d positioniert
oder aber die Referenzzelle 26 ist außerhalb des Arrays 22 an
dem Schnittpunkt von Leseleitern positioniert, die keine Speicherzellen 28 schneiden.
Außerdem umfaßt bei anderen
Ausführungsbeispielen
das Array 22 mehrere Referenzzellen 26, die innerhalb
des gesamten Arrays 22 z. B. entlang einer Bitleitung 36d und
an jedem Schnittpunkt mit Wortleitungen 34a–34c positioniert
sind. Exemplarische Ausführungsbeispiele
der Magnetspeichervorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung
sind später
in dieser Spezifizierung detaillierter beschrieben.
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Die
Leseschaltung 24 ist elektrisch mit den Wortleitungen 34a–34c und
den Bitleitungen 36a–36d gekoppelt,
um die Referenzzelle 26 und die Speicherzellen 28 zu
lesen. Die Leseschaltung 24 umfaßt einen Zeilendecodierer 30,
der elektrisch mit den Wortleitungen 34a–34c gekoppelt
ist, und einen Spaltendecodierer 32, der elektrisch mit
den Bitleitungen 36a–36d gekoppelt
ist. Der Spaltendecodierer 32 wird auch als eine Spaltendecodierer-
und Erfassungsschaltung 32 bezeichnet.
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Während einer
Leseoperation wird der Widerstandswert durch eine ausgewählte Speicherzelle 28 charakterisiert
und ge genüber
einem Schwellenwert geprüft.
Der Schwellenwert stellt den charakterisierten und skalierten Widerstandswert
der Referenzzelle 26 dar. Der Zustand der ausgewählten Speicherzelle 28 wird
aus dem Ergebnis bestimmt. Jede Anzahl von Schaltungen kann verwendet
werden, um diese Leseoperation zu erzielen. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
unter Verwendung einer exemplarischen Leseschaltung und eines Verfahrens
wählt der
Zeilendecodierer 30 die Wortleitung 34a aus und
koppelt die Wortleitung 34a mit Masse. Der Spaltendecodierer 32 wählt die
Bitleitung 36d und koppelt die Bitleitung 36d mit
einem Ladungsverstärker.
Ein Integrierkondensator, der mit der anderen Seite des Ladungsverstärkers gekoppelt ist,
wird auf eine bekannte Spannung geladen. Der Ladungsverstärker legt
eine feste Spannung an die ausgewählte Bitleitung 36d an.
Diese bewirkt, daß ein
konstanter Erfassungsstrom durch die Referenzzelle 26 fließt. Der
konstante Erfassungsstrom ist eine Funktion des Widerstandswertes
durch die Referenzzelle 26. Der Erfassungsstrom entlädt den Integrierkondensator,
dessen Spannungspegel mit einer Referenzspannung verglichen wird.
Ein digitaler Erfassungsverstärker
mißt die
Zeit, die benötigt
wird, um den Integrierkondensator auf die Referenzspannung zu entladen.
Dieser Wert wird skaliert und als der Schwellenwert gespeichert.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird der Schwellenwert, der den Referenzwiderstandswert durch die
Referenzzelle 26 darstellt, gemäß der Differenz einer Fläche zwischen
der Referenzzelle 26 und den Speicherzellen 28 skaliert. Als
nächstes
wird die Wortleitung 34a von Masse getrennt und die Bitleitung 36d wird
von dem Ladungsverstärker
getrennt.
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Um
eine Speicherzelle 28 auszuwählen, wählt der Zeilendecodierer 30 eine
Wortleitung 34a–34c und
koppelt dieselbe mit Masse und der Spaltendecodierer 32 wählt eine
Bitleitung 36a–36d aus
und koppelt dieselbe mit einem Ladungsverstärker. Wie bei der Referenzzelle 26 legt
der Ladungsverstärker
eine feste Spannung an die ausgewählte Bitleitung 36a–36d an,
was dazu führt,
daß ein
konstanter Erfassungsstrom durch die ausgewählte Speicherzelle 28 fließt. Dieser
Erfassungsstrom, der eine Funktion des Widerstandswertes durch die
ausgewählte
Speicherzelle 28 ist, entlädt einen Integrierkondensator.
Ein digitaler Erfassungsverstärker
mißt die
Zeit, die es dauert, um den Integrierkondensator auf eine Referenzspannung
zu entladen, und prüft diesen
Wert gegenüber
dem Schwellenwert. Das Ergebnis bestimmt den Widerstandszustand
der ausgewählten
Speicherzelle 28. Während
dieser Operation liefert die Referenzzelle 26 einen proportionalen und
genauen Referenzwiderstandswert zum Bestimmen des Schwellenwerts.
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Eine
Schaltung und ein Verfahren, die geeignet zum Erzielen dieser Leseoperation
sind, sind in dem
US-Patent Nr.
6,188,615 mit dem Titel „MRAM Device Including Digital
Sense Amplifiers" (MRAM-Vorrichtung,
die digitale Erfassungsverstärker
umfaßt),
ausgegeben an Perner u. a. am 13. Februar 2001 beschrieben
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Die
Speichervorrichtung 20 umfaßt außerdem Schreibleiter (zur Klarheit
nicht gezeigt), die sich entlang der y-Richtung in einer Ebene an einer Seite des
Arrays 22 erstrecken. Diese Schreibleiter sind elektrisch
mit der Schreibschaltung zum Verändern der
Ausrichtung einer Magnetisierung in den Speicherzellen 28 gekoppelt.
Die Wortleitungen 34a–34c, die
sich entlang der x-Richtung an einer gegenüberliegenden Seite des Arrays 22 erstrecken,
sind ebenso elektrisch mit der Schreibschaltung gekoppelt. Eine
Magnetspeicherzelle 28 befindet sich an jedem Schnittpunkt
eines Schreibleiters und einer Wortleitung 34a–34c.
Die Schreibleiter erstrecken sich nicht über die Referenzzelle 26 und
der Zustand der Referenzzelle 26 wird nicht verändert.
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Während einer
Schreiboperation wählt
die Schreibschaltung einen Schreibleiter und eine Wortleitung 34a–34c aus,
um die Ausrichtung einer Magnetisierung der Speicherzelle 28, die
sich an dem Schnittpunkt befindet, zu verändern. Die Schreibschaltung
liefert einen Schreibstrom an den ausgewählten Schreibleiter und einen
zweiten Schreibstrom an die ausgewählte Wortleitung 34a–34c.
Diese Schreibströme
erzeugen um den Schreibleiter und die Wortleitung 34a–34c der
Dreifingerregel der rechten Hand Magnetfelder, um die Ausrichtung
einer Magnetisierung in der ausgewählten Speicherzelle 28 zu
verändern.
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2 ist
ein Diagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Arrayabschnitts, bei 40 angezeigt,
darstellt. Der Arrayabschnitt 40 umfaßt die Magnetreferenzzelle 26 und
eine Magnetspeicherzelle 28. Die Referenzzelle 26 umfaßt eine Wortleitung 34a,
eine Bitleitung 36d und einen Referenzzellstapel 42.
Der Referenzzellstapel 42 ist zwischen der Wortleitung 34a und
der Bitleitung 36d positioniert. Die Speicherzelle 28 umfaßt eine
Wortleitung 34a, eine Bitleitung 36c und einen
Speicherzellstapel 44. Der Speicherzellstapel 44 ist
zwischen der Wortleitung 34a und der Bitleitung 36c positioniert. Die
Wortleitung 34a ist als im wesentlichen orthogonal zu den
Bitleitungen 36c und 36d dargestellt. Die Wortleitung 34a kann
jedoch in anderen Winkelbeziehungen zu den Bitleitungen 36c und 36d liegen.
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Der
Referenzzellstapel 42 ist wesentlich größer als der Speicherzellstapel 44.
Der Referenzzellstapel 42 weist eine Länge, bei 46 angezeigt,
und eine Breite, bei 48 angezeigt, auf, wobei die Fläche des
Referenzzellstapels 42 gleich der Länge 46 mal der Breite 48 ist.
Der Speicherzellstapel 44 weist eine Länge, bei 50 angezeigt,
und eine Breite, bei 52 angezeigt, auf, wobei die Fläche des
Speicherzellstapels 44 gleich der Länge 50 mal der Breite 52 ist.
Der Ausdruck wesentlich größer in dieser
Spezifizierung ist so definiert, daß die Fläche des Referenzzellstapels 42 wesentlich
größer ist,
wobei dieselbe bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in etwa zumindest
zweimal größer als
die Fläche
des Speicherzellstapels 44 in jeder Kombination der Längen 46 und 50 und
Breiten 48 und 52 ist. Bei bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Länge 46 bis zu 10 mal
länger
als die Länge 50 und/oder
die Breite 48 ist bis zu 10 mal breiter als die Breite 52.
Dies führt
dazu, daß die
Fläche
des Referenzzellstapels 42 viermal größer oder mehr als die Fläche des
Speicherzellstapels 44 in jeder Kombination der Längen 46 und 50 und
Breiten 48 und 52 ist. Es ist zu erkennen, daß die relativen
Abmessungen des Referenzzellstapels 42 und des Speicherzellstapels 44 nicht
auf spezifische Mehrfache, die hierin gegeben sind, eingeschränkt sind,
und sich über
10 mal länger
und/oder breiter hinaus erstrecken können. Prozeßeinschränkungen, die zu einem Variieren der
Barriereschichtdicke führen,
und die Längen
und Breiten der Stapel 42 und 44 weisen eine geringere Auswirkung
auf den größeren Referenzzellstapel 42 auf.
Dies macht die größere Referenzzelle 42 geeignet
zur Verwendung beim Bestimmen eines Vergleichs- oder Schwellenwertes.
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3 ist
ein Diagramm, das einen Querschnitt des exemplarischen Ausführungsbeispiels des
Arrayabschnitts 40 darstellt. Der Arrayabschnitt 40 umfaßt eine
Referenzzelle 26 und eine Speicherzelle 28. Die
Referenzzelle 26 umfaßt
einen Referenzzellstapel 42, der sich zwischen der Wortleitung 34a und
der Bitleitung 36d befindet. Die Speicherzelle 28 umfaßt einen
Speicherzellstapel 44, der sich zwischen der Wortleitung 34a und
der Bitleitung 36c befindet. Bei diesem exemplarischen
Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Referenzzellstapel 42 eine Erfassungsschicht 54,
eine Barriereschicht 56 und eine Referenzschicht 58.
Die Barriereschicht 56 koppelt die Erfassungsschicht 54 elektrisch
mit der Referenzschicht 58. Der Speicherzellstapel 44 umfaßt eine
Erfassungsschicht 60, eine Barriereschicht 62 und
eine Referenzschicht 64. Die Barriereschicht 62 koppelt die
Erfassungsschicht 60 elektrisch mit der Referenzschicht 64.
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Der
Referenzzellstapel 42 ist wesentlich größer als der Speicherzellstapel 44. Ähnlich ist
die Barriereschicht 56 wesentlich größer als die Barriereschicht 62,
wobei wesent lich größer flächenmäßig zumindest
etwa zweimal größer als
zuvor definiert ist. Der Widerstandswert durch die Referenzzelle 26 oder
die Speicherzelle 28 ist exponentiell abhängig von
der Dicke der Barriereschicht 56 bzw. 62. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Barriereschichtdicke kleiner als 2 Nanometer (20 Angström) und eine
2%-ige Veränderung
der Barriereschichtdicke kann den Widerstandswert um einen Faktor
2 verändern.
Die Barriereschichtdicke variiert zwischen den Speicherzellen 28 in
dem Array 22. Die wesentlich größere Barriereschicht 56 umfaßt jedoch Variationen
der Barriereschichtdicke, die in den Speicherzellen 28 über das
Array 22 zu finden sind. Die Barriereschicht 56 weist
eine durchschnittliche Barriereschichtdicke auf, die in etwa gleich
der durchschnittlichen Barriereschichtdicke des Arrays 22 ist. Außerdem wird
die größere Fläche der
Barriereschicht 56 nur wenig durch Photolithographievariationen
beeinflußt;
dies führt
zu einem genauen Widerstandswert von einer Vorrichtung zu einer
anderen.
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Der
Widerstandswert durch die Referenzelle 26 wird als ein
Referenzwiderstandswert verwendet, um den in der Speicherzelle 28 gespeicherten
Zustand zu bestimmen. Dieser Referenzwiderstandswert ist proportional
zu dem Widerstandswert durch die Speicherzelle 28. Um einen
proportionalen Referenzwiderstandswert zu erhalten, werden die Referenzzelle 26 und
die Speicherzelle 28 während
des gleichen Prozesses hergestellt. Dies führt dazu, daß der Referenzzellstapel 42 und
der Speicherzellstapel 44 eine ähnliche Barriereschichtdicke
aufweisen. Um den Zustand der Speicherzelle 28 zu bestimmen, wird
der Referenzwiderstandswert skaliert und gegenüber dem Widerstandswert durch
die Speicherzelle 28 geprüft. Der Widerstandswert durch
die Referenzzelle 26 ist ein genauer und proportionaler durchschnittlicher
Referenzwiderstandswert, der skaliert werden kann, um den Widerstandszustand jeder
Speicherzelle 28 in dem Array 22 zu erfassen.
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Während einer
Leseoperation ist die Wortleitung 34a unter Verwendung
der exemplarischen Leseschaltung, wie zuvor beschrieben ist, mit
Masse gekoppelt und die Bitleitung 36d ist mit einem Ladungsverstärker gekoppelt.
Der Ladungsverstärker legt
eine feste Spannung an die ausgewählte Bitleitung 36d an.
Dies führt
dazu, daß ein
konstanter Erfassungsstrom durch den Referenzzellstapel 42,
einschließlich
der Erfassungsschicht 54, der Barriereschicht 56 und
der Referenzschicht 58, fließt. Dieser konstante Erfassungsstrom
ist eine Funktion des Widerstandswertes durch den Referenzzellstapel 42. Der
Erfassungsstrom entlädt
einen Integrierkondensator, dessen Spannungspegel mit einer Referenzspannung
verglichen wird. Ein digitaler Erfassungsverstärker mißt die Zeit, die es dauert,
um den integrierten Kondensator auf die Referenzspannung zu entladen.
Dieser Wert wird skaliert und als ein Schwellenwert gespeichert.
Als nächstes
wird der Ladungsverstärker
von der Bitleitung 36d getrennt und der gleiche oder ein
unterschiedlicher Ladungsverstärker
wird mit der Bitleitung 36c verbunden, um den Widerstandswert
durch die Speicherzelle 28 zu charakterisieren. Wie bei
der Referenzzelle 26 legt der Ladungsverstärker eine
feste Spannung an die ausgewählte
Bitleitung 36c an, was dazu führt, daß ein konstanter Erfassungsstrom
durch den Speicherzellstapel 44, einschließlich der
Erfassungsschicht 60, der Barriereschicht 62 und
der Referenzschicht 64, fließt. Dieser Erfassungsstrom,
der eine Funktion des Widerstandswertes durch die Speicherzelle 28 ist,
entlädt
einen Integrierkondensator. Ein digitaler Erfassungsverstärker mißt die Zeit,
die es dauert, um den Integrierkondensator auf eine Referenzspannung
zu entladen, und prüft
diesen Wert gegenüber dem
Schwellenwert, um den Widerstandszustand der Speicherzelle 28 zu
bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird der Schwellenwert gemäß den Flächendifferenzen
in der Referenzzelle 26 und der Speicherzelle 28 skaliert.
Die Entladungszeit der Speicherzelle 28 wird von diesem
Schwellenwert weg in Richtung 0 gezählt. Das Ergebnis endet negativ
oder positiv, wobei ein negativer Wert einen logischen Zustand anzeigt
und ein positiver Wert einen weiteren logischen Zustand für die ausgewählte Speicherzelle 28 anzeigt.
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Während einer
Schreiboperation leitet die Schreibschaltung Schreibströme durch
die Wortleitung 34a und einen Schreibleiter (nicht gezeigt).
Der Schreibleiter befindet sich parallel zu der Bitleitung 36c und
von der Bitleitung 36c durch eine Isolierungsschicht (ebenfalls
nicht gezeigt) getrennt. Die Schreibströme gelangen durch die Wortleitung 34a und
den Schreibleiter, um Magnetfelder gemäß der Dreifingerregel der rechten
Hand in der Erfassungsschicht 60 zu erzeugen. Diese Magnetfelder
kooperieren, um die Ausrichtung einer Magnetisierung in der Erfassungsschicht
zu verändern
und den Zustand der Speicherzelle 28 umzuschalten.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Magnetspeichervorrichtung 120 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Die Magnetspeichervorrichtung 120 umfaßt ein Magnetspeicherzellarray 122,
das elektrisch mit einer Leseschaltung 124 und einer Schreibschaltung
(zur Klarheit nicht gezeigt) gekoppelt ist. Das Array 122 umfaßt Magnetreferenzzellen 126a–126c und
Magnetspeicherzellen, allgemein bei 128 angezeigt, die
in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Leseschaltung 124 umfaßt einen
Zeilendecodierer 130 und einen Spaltendecodierer, der eine Erfassungsschaltung,
bei 132 angezeigt, umfaßt. Der Zeilendecodierer 130 und
der Spaltendecodierer 132 sind elektrisch mit Zeilen- und
Spaltenleseleitern gekoppelt, die sich bei den Referenzzellen 126a–126c und
Speicherzellen 128 schneiden.
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Die
Speichervorrichtung 120 umfaßt ein Speicherzellarray 122,
das Referenzzellen 126a–126c und eine Mehrzahl
von Speicherzellen 128 aufweist. Die Speicherzellen 128 sind
in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei sich die Zeilen entlang
einer x-Richtung erstrecken und die Spalten entlang einer y-Richtung
erstrecken. Die Referenzzellen 126a–126c erstrecken sich
entlang einer Spalte des Arrays 122. Diese Referenzzellen 126a–126c sind identisch
zu der Referenzzelle 26, wie in den 1 bis 3 dargestellt
und zuvor in dieser Spezifizierung beschrieben wurde. Außerdem sind
die Speicherzellen 128 identisch zu den Speicherzellen 28, wie
in den 1 bis 3 dargestellt und zuvor in dieser
Spezifizierung beschrieben wurde. Nur eine relativ kleine Anzahl
von Speicherzellen 128 und Referenzzellen 126a–126c ist
gezeigt, um die Darstellung der Speichervorrichtung 120 zu
vereinfachen. In der Praxis können
Arrays jeder Größe verwendet werden.
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Leitfähige Bahnen,
die als Wortleitungen 134a–134c und Bitleitungen 136a–136d fungieren, erstrecken
sich über
das Array 122. Die Wortleitungen 134a–134c erstrecken
sich entlang der x-Richtung in einer Ebene an einer Seite des Arrays 122 und
die Bitleitungen 136a–136d erstrecken
sich entlang der y-Richtung in einer Ebene an einer gegenüberliegenden
Seite des Arrays 122. Es gibt eine Wortleitung 134a–134c für jede Zeile
des Arrays 122 und eine Bitleitung 136a–136d für jede Spalte
des Arrays 122. Eine Speicherzelle 128 ist an
jedem Schnittpunkt einer Wortleitung 134a–134c und
einer Bitleitung 136a–136c angeordnet.
Die Referenzzellen 126a–126c sind an jedem
Schnittpunkt einer Wortleitung 134a–134c mit der Bitleitung 136d angeordnet.
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Die
Leseschaltung 124 ist elektrisch mit den Wortleitungen 134a–134c und
den Bitleitungen 136a–136d zum
Lesen von Referenzzellen 126a–126c und Speicherzellen 128 gekoppelt.
Die Leseschaltung 124 umfaßt einen Zeilendecodierer 130,
der elektrisch mit den Wortleitungen 134a–134c gekoppelt
ist, und einen Spaltendecodierer 132, der elektrisch mit
den Bitleitungen 136a–136d gekoppelt ist.
Der Spaltendecodierer 132 wird auch als Spaltendecodierer-
und Erfassungsschaltung 132 bezeichnet.
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Während einer
Leseoperation werden eine Referenzzelle 126a–126c und
eine Speicherzelle 128 gleichzeitig durch die Leseschaltung 124 ausgewählt, um
den Zustand der ausgewählten Speicherzelle 128 zu
bestimmen. Der Zeilendecodierer 130 wählt z. B. die Wortleitung 134a aus
und der Spaltendecodierer 132 wählt die Bitleitungen 136a und 136d aus.
Dies wählt
eine Speicherzelle, spezifischer bei 128a angezeigt, und
eine Referenzzelle 126a entlang der Wortleitung 134a aus.
Die Bitleitungen 136a und 136d sind mit der Erfassungsschaltung
in der Spaltendecodierer- und Erfassungsschaltung 132 gekoppelt,
um den Widerstandswert durch die Referenzzelle 126a mit
der ausgewählten
Speicherzelle 128a zu vergleichen. Die Widerstandswerte
werden wie erwünscht
mit einem Erfassungsschaltungsaufbau skaliert, um einen Vergleich
zu erzielen, der den Zustand der ausgewählten Speicherzelle 128a bestimmt.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
der Widerstandswert der Referenzzelle
126a differentiell
mit dem Widerstandswert durch die Speicherzelle
128a verglichen.
Der Widerstandswert und der Widerstandszustand der ausgewählten Speicherzelle
128a werden
durch die Leseschaltung
124 erfaßt, die einen Differenzverstärker, einen
ersten Strommodenvorverstärker,
der mit einem Erfassungsknoten des Differenzverstärkers gekoppelt
ist, und einen zweiten Strommodenvorverstärker, der mit einem Referenzknoten
des Differenzverstärkers
gekoppelt ist, umfaßt.
Während
einer Leseoperation legt der erste Vorverstärker eine geregelte Spannung an
die ausgewählte
Speicherzelle
128a an und der zweite Vorverstärker legt
eine geregelte Spannung an die ausgewählte Referenzzelle
126a an.
Ein Erfassungsstrom fließt
durch die ausgewählte
Speicherzelle
128a an den Erfassungsknoten des Differenzverstärkers, während ein
Referenzstrom durch die Referenzzelle
126a zu dem Referenzknoten
des Differenzverstärkers
fließt.
Dies führt
zu einer Differenzspannung über
den Erfassungs- und den Referenzknoten. Diese Differenzspannung
zeigt an, ob ein Widerstandszustand, der einen logischen Wert von „0" oder „1" darstellt, in der
ausgewählten
Speicherzelle
128a gespeichert ist. Schaltungen und Verfahren,
die geeignet zum Erzielen dessen sind, sind in dem
US-Patent Nr. 6,185,143 mit dem Titel „Magnetic Random
Access Memory (MRAM) Device Including Differential Sense Amplifiers" (Magnetdirektzugriffsspeicher-(MRAM-)Vorrichtung,
die Differenzerfassungsverstärker
umfaßt),
ausgegeben an Perner u. a. am 6. Februar 2001 beschrieben Andere
Erfassungsschaltungen und Verfahren, die verwendet werden könnten, sind
in dem
US-Patent Nr. 6,256,247 mit
dem Titel „Differential
Sense Amplifiers For Resistive Cross Point Arrays" (Differenzerfassungsverstärker für Widerstandsschnittpunktarrays), ausgegeben
an Perner am 3. Juli 2001 beschrieben.
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Die
Speichervorrichtung 120 umfaßt Schreibleiter (zur Klarheit
nicht gezeigt), die sich entlang der y-Richtung in einer Ebene an
einer Seite des Arrays 122 erstrecken. Diese Schreibleiter
sind elektrisch mit der Schreibschaltung zum Verändern der Ausrichtung einer
Magnetisierung in den Speicherzellen 128 gekoppelt. Wortleitungen 134a–134c,
die sich entlang der x-Richtung an einer gegenüberliegenden Seite des Arrays 122 erstrecken,
sind ebenso elektrisch mit der Schreibschaltung gekoppelt. Eine
Speicherzelle 128 befindet sich an jedem Schnittpunkt eines
Schreibleiters und einer Wortleitung 134a–134c.
Die Schreibleiter kreuzen die Referenzzellen 126a–126c nicht
und der Zustand der Referenzzellen 126a–126c wird nicht verändert.
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Während einer
Schreiboperation wählt
die Schreibschaltung einen Schreibleiter und eine Wortleitung 134a–134c aus,
um die Ausrichtung einer Magnetisierung der Speicherzelle 128,
die sich an dem Schnittpunkt befindet, zu verändern. Die Schreibschaltung
liefert einen Schreibstrom an den ausgewählten Schreibleiter und einen
zweiten Schreibstrom an die ausgewählte Wortleitung 134a–134c.
Diese Ströme
erzeugen Magnetfelder um den Schreibleiter und die Wortleitung 134a–134c gemäß der Dreifingerregel
der rechten Hand. Die Magnetfelder kooperieren, um die Ausrichtung
einer Magnetisierung in der ausgewählten Speicherzelle 128 zu
verändern.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Magnetspeichervorrichtung 220 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Die Magnetspeichervorrichtung 220 umfaßt ein Magnetspeicherzellarray 222,
das elektrisch mit einer Leseschaltung 224 und einer Schreibschaltung
(zur Klarheit nicht gezeigt) gekoppelt ist. Die Speichervorrichtung 220 umfaßt außerdem eine Magnetreferenzzelle 226,
die elektrisch mit der Leseschaltung 224 gekoppelt ist.
Das Array 222 umfaßt Magnetspeicherzellen,
allgemein bei 228 angezeigt, die in Zeilen und Spalten
angeordnet sind. Die Leseschaltung 224 umfaßt einen
Zeilendecodierer 230 und einen Spaltendecodierer, der eine
Erfassungsschaltung, bei 232 angezeigt, umfaßt. Der
Zeilendecodierer 230 und der Spaltendecodierer 232 sind elektrisch
mit Zeilen- und Spaltenleseleitern gekoppelt, die sich bei der Referenzzelle 226 und
Speicherzellen 228 schneiden.
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Die
Speichervorrichtung 220 umfaßt die Referenzzelle 226 und
ein Array 222, das eine Mehrzahl von Speicherzellen 228 umfaßt. Die
Speicherzellen 228 sind in Zeilen und Spalten angeordnet,
wobei sich die Zeilen entlang einer x-Richtung erstrecken und die
Spalten entlang einer y-Richtung erstrecken. Die Referenzzelle 226 ist
identisch zu der Referenzzelle 26, wie in den 1 bis 3 dargestellt
und zuvor in dieser Spezifizierung beschrieben wurde. Außerdem sind
die Speicherzellen 228 identisch zu den Speicherzellen 28,
wie in den 1 bis 3 dargestellt
und zuvor in dieser Spezifizierung beschrieben wurde. Nur eine relativ
kleine Anzahl von Speicherzellen ist gezeigt, um die Darstellung
der Magnetspeichervorrichtung zu vereinfachen. In der Praxis können Arrays
jeder Größe verwendet
werden. Ähnlich
können
in der Praxis mehr als eine Referenzzelle 226 verwendet
werden.
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Leitfähige Bahnen,
die als Wortleitungen 234a–234c und Bitleitungen 236a–236d fungieren, erstrecken
sich über
das Array 222. Die Wortleitungen 234a–234c erstrecken
sich ent lang der x-Richtung in einer Ebene an einer Seite des Arrays 222 und
die Bitleitungen 236a–236c erstrecken
sich entlang der y-Richtung in einer Ebene an einer gegenüberliegenden
Seite des Arrays 222. Es gibt eine Wortleitung 234a–234c für jede Zeile
des Arrays 222 und eine Bitleitung 236a–236c für jede Spalte
des Arrays 222. Eine Speicherzelle 228 befindet
sich an jedem Schnittpunkt einer Wortleitung 234a–234c und einer
Bitleitung 236a–236c.
Leitfähige
Bahnen, die als Referenzleiter 235 und 237 fungieren,
sind elektrisch mit der Leseschaltung 224 gekoppelt. Die
Referenzzelle 226 befindet sich an dem Schnittpunkt der
Referenzleiter 235 und 237.
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Die
Leseschaltung 224 ist elektrisch mit den Wortleitungen 234a–234c und
Bitleitungen 236a–236c zum
Lesen der Speicherzellen 228 gekoppelt. Die Leseschaltung 224 ist
außerdem
elektrisch mit den Referenzleitern 235 und 237 zum
Lesen der Referenzzelle 226 gekoppelt. Der Zeilendecodierer 230 ist
elektrisch mit den Wortleitungen 234a–234c und dem Referenzleiter 235 gekoppelt. Der
Spaltendecodierer 232 ist elektrisch mit den Bitleitungen 236a–236c und
dem Referenzleiter 237 gekoppelt. Der Spaltendecodierer 232 wird
auch als Spaltendecodierer- und Erfassungsschaltung 232 bezeichnet.
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Während einer
Leseoperation können
die Referenzzelle 226 und eine Speicherzelle 228 gleichzeitig
ausgewählt
sein, um den Zustand der ausgewählten
Speicherzelle 228 zu bestimmen. Der Zeilendecodierer 230 z.
B. wählt
die Wortleitung 234a und den Referenzleiter 235 aus
und der Spaltendecodierer 232 wählt die Bitleitung 236a und
den Referenzleiter 237 aus. Dies wählt die Referenzzelle 226 und
die Speicherzelle, spezifischer bei 228a angezeigt, aus.
Die Bitleitung 236a und der Referenzleiter 237 sind
mit der Erfassungsschaltung in der Spaltendecodierer- und Leseschaltung 232 gekoppelt,
um den Widerstandswert durch die Referenzzelle 226 mit
dem Widerstandswert durch die Speicherzelle 228a zu vergleichen.
Die Widerstandswerte werden wie erwünscht mit einem Erfassungsschaltungsaufbau
skaliert, um einen Vergleich zu erzielen, der den Widerstands- und
Logikzustand der ausgewählten Speicherzelle 228a bestimmt.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
der Referenzwiderstandswert der Referenzzelle
226 differentiell
mit dem Widerstandswert durch die Speicherzelle
228a verglichen.
Der Widerstandswert und Zustand der ausgewählten Speicherzelle
228a werden
durch die Leseschaltung
224 erfaßt, die einen Differenzverstärker, einen
ersten Strommodenvorverstärker,
der mit einem Erfassungsknoten des Differenzverstärkers gekoppelt
ist, und einen zweiten Strommodenvorverstärker umfaßt, der mit einem Referenzknoten
des Differenzverstärkers
gekoppelt ist. Während
einer Leseoperation legt der erste Vorverstärker eine geregelte Spannung
an die ausgewählte Speicherzelle
228a an
und der zweite Vorverstärker legt
eine geregelte Spannung an die Referenzzelle
226 an. Ein
Erfassungsstrom fließt
durch die ausgewählte
Speicherzelle
228a zu dem Erfassungsknoten des Differenzverstärkers, während ein
Referenzstrom durch die Referenzzelle
226 zu dem Referenzknoten
des Differenzverstärkers
fließt.
Dies führt
zu einer differentiellen Spannung über den Erfassungs- und den
Referenzknoten. Diese differentielle Spannung zeigt an, ob ein logischer
Wert von „0" oder „1" in der ausgewählten Speicherzelle
228 gespeichert ist.
Schaltungen und Verfahren, die geeignet zum Erzielen dessen sind,
sind in dem oben erwähnten
US-Patent Nr. 6,185,143 beschrieben.
Andere Erfassungsschaltungen und Verfahren, die verwendet werden
könnten,
sind in dem oben erwähnten
US-Patent Nr. 6,256,247 beschrieben.
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6 ist
ein Graph, der eine Widerstandswertvarianz gegenüber einer Zellfläche für Magnetspeicherzellen
darstellt, die Referenzzellen oder Speicherzellen in einem Array
sein können.
Der Widerstandswert durch Magnetspeicherzellen in dem gleichen Array
variiert aufgrund von Variationen der Barriereschichtdicke von Zelle
zu Zelle und von Photolithographieeinschränkungen. Die Widerstandswertvari anz
ist eine Zusammensetzung dieser Faktoren. Wie in 6 dargestellt
ist, variiert der Widerstandswert für Zellen, die eine kleinere
Fläche
aufweisen, mehr und für
Zellen, die eine größere Fläche aufweisen,
weniger. Eine kleine Barriereschichtfläche kann eine große Variation
der Barriereschichtdicke aufweisen. Bei erhöhter Fläche umfaßt die größere Fläche mehr Variationen der Barriereschichtdicke.
Diese Variationen neigen dazu, sich in der größeren Fläche auszumitteln, und die Widerstandswertvarianz
aufgrund der Barriereschichtdicke nimmt mit zunehmender Zellfläche ab. Ähnlich weisen
Photolithographieeinschränkungen
eine größere Wirkung
auf kleine Zellen auf. Die Länge
und Breite und so Fläche
verändern
sich für
eine kleinere Zelle zu einem größeren Prozentsatz
als für
eine große
Zelle. Dies führt
zu größeren Variationen
des Widerstandswertes für
kleinere Zellen. Die Barriereschichtdicke und Photolithographieeinschränkungen
führen
zu einer höheren
Widerstandswertvarianz für
kleinere Zellen und einer niedrigeren Widerstandswertvarianz für größere Zellen.
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Bei
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung sind die Referenzzelle oder -zellen wesentlich
größer als
die Speicherzellen. Die Referenzzelle wird vorzugsweise mit den
Speicherzellen hergestellt und weist im allgemeinen die gleiche
Barriereschichtdicke auf. Der Widerstandswert durch die Referenzzelle
kann skaliert werden, um den Zustand von Speicherzellen zu lesen.
Die größere Referenzzelle
mittelt Variationen der Barriereschichtdicke aus und reduziert die
Wirkung von Photolithographieeinschränkungen. Die erhöhte Größe der Referenzzelle reduziert
die Varianz eines Widerstandswertes durch die Referenzzelle, um
denselben geeignet zur Verwendung als Referenzwiderstandswert zu
machen.