DE10342359A1 - MRAM mit zwei Schreibleitern - Google Patents

MRAM mit zwei Schreibleitern Download PDF

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DE10342359A1
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Kenneth K. Smith
Kenneth J. Eldredge
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Abstract

Eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle (MRAM-Zelle) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird offenbart, die ein magnetisches Speicherungselement aufweist, das eine leichte Achse und eine schwere Achse aufweist, wobei ein Schreibleiter entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse positioniert ist und ein Schreibleiter in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu sowohl der leichten Achse als auch der schweren Achse positioniert ist.

Description

  • Ein magnetischer Direktzugriffsspeicher (MRAM = magnetic random-access memory) ist ein nichtflüchtiger Speicher. Das Ausführen von Lese- und Schreib-Operationen in MRAM-Vorrichtungen ist um Größenordnungen schneller als das Ausführen von Lese- und Schreib-Operationen in herkömmlichen Langzeit-Speicherungsvorrichtungen, wie z. B. Festplattenlaufwerken. Ferner sind MRAM-Vorrichtungen kompakter und verbrauchen weniger Leistung als Festplattenlaufwerke und andere herkömmliche Langzeit-Speicherungsvorrichtungen.
  • Eine typische MRAM-Vorrichtung umfaßt ein Array aus Speicherzellen. Wortleitungen erstrecken sich entlang Zeilen der Speicherzellen und Bitleitungen erstrecken sich entlang Spalten der Speicherzellen. Jede Speicherzelle ist somit an einem Überkreuzungspunkt einer Wortleitung und einer Bitleitung angeordnet. Die Speicherzelle speichert ein Informationsbit als eine Ausrichtung einer Magnetisierung. Die Magnetisierung jeder Speicherzelle kann eine von zwei stabilen Ausrichtungen aufweisen zu jeder gegebenen Zeit, parallel und antiparallel, die den logischen Werten von 0 und 1 entsprechen.
  • Um den Wert zu ändern, der an einer gewünschten Speicherzelle gespeichert ist, werden die geeigneten Wort- und Bit-Leitungen vorgespannt, um die magnetische Ausrichtung der Speicherzelle zu schalten. Da jede Bitleitung eine Anzahl von Speicherzellen überkreuzt, sind die Wort- und Bit-Leitungen sorgfältig vorgespannt, so daß nur die Magnetausrichtung der gewünschten Speicherzelle an dem Überkreuzungspunkt der Wort- und Bit-Leitung geschaltet wird. Eine solche Selektivität kann schwierig auszuführen sein, es ist jedoch trotzdem wichtig zum Implementieren genauer und zuverlässiger MRAM-Vorrichtungen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle, ein Verfahren zum Schreiben eines Werts in eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle und eine magnetische Direktzugriffsspeicher-Speicherungsvorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle gemäß Anspruch 1 oder 5, ein Verfahren zum Schreiben eines Werts in eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle gemäß Anspruch 7 oder 12 und eine magnetische Direktzugriffs-Speicherungsvorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.
  • Eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle (MRAM-Zelle) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein magnetisches Speicherungselement und zwei Schreibleiter auf. Das magnetische Speicherungselement weist eine Achse der leichten Magnetisierbarkeit (leichte Achse) und eine Achse der schweren Magnetisierbarkeit (eine schwere Achse) auf. Einer der Schreibleiter ist entlang einer der leichten Achse oder der schweren Achse angeordnet. Der andere Schreibleiter ist in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu sowohl der leichten als auch der schweren Achse positioniert.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Diagramm der Draufsicht einer magnetischen Direktzugriffsspeicherzelle (MRAM-Zelle) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 ein Graph, der zeigt, wann die MRAM-Zelle aus 1 die magnetische Ausrichtung schaltet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3A ist ein Graph, der den Magnetfeldvektor an dem magnetischen Speicherungselement aus 3 zeigt, der aus dem Vorspannen des Schreibleiters aus 1 resultiert, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3B ist ein Graph, der den Magnetfeldvektor an dem magnetischen Speicherungselement aus 1 zeigt, der aus dem Vorspannen des Schreibleiters aus 1 resultiert, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3C ist ein Graph, der den Magnetfeldvektor an dem magnetischen Speicherungselement aus 1 zeigt, der aus dem Vorspannen beider Schreibleiter aus 1 resultiert, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4A und 4B sind vereinfachte Diagramme, die eine magnetische Ausrichtung verschiedener Schichten des magnetischen Speicherungselements aus 1 darstellen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5A und 5B sind vereinfachte Diagramme eines Arrays aus MRAM-Zellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 6 ist ein Diagramm einer repräsentativen MRAM-Speicherungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Schreiben eines logischen Werts in eine MRAM-Speicherzelle einer MRAM-Speicherungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 8 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Lesen eines logischen Werts aus einer MRAM-Speicherzelle einer MRAM-Speicherungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele der Erfindung wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen auf darstellende Weise spezifische, exemplarische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • 1 stellt die Draufsicht einer magnetischen Direktzugriffsspeicherzelle (MRAM-Zelle) 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die MRAM-Zelle 100 umfaßt einen Schreibleiter 102, der unter einem Schreibleiter 104 angeordnet ist. Der eine oder die mehreren Leseleiter der MRAM-Zelle 100 sind für eine bessere Darstellungsklarheit in 1 nicht gezeigt. Der Schreibleiter 102 kann jedoch bei einem Ausführungsbeispiel ebenfalls als ein Leseleiter funktionieren. Eine leichte Achse 108 und eine schwere Achse 110, die senkrecht zueinander sind, sind ebenfalls in 1 gezeigt.
  • Der Schreibleiter 102 ist entlang einer leichten Achse 108 positioniert oder ist parallel zu derselben. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Schreibleiter 102 entlang oder parallel zu einer harten Achse 110 positioniert sein. Der Schreibleiter 104 ist in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu sowohl der leichten Achse 108 als auch der harten Achse 110 positioniert. Obwohl der Schreibleiter 104 bei dem Ausführungsbeispiel aus 1 derart gezeigt ist, daß er im Uhrzeigersinn dreht oder nach rechts dreht, relativ zu dem Schreibleiter 102, kann der Schreibleiter 104 bei einem alternativen Ausführungsbeispiel entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn oder nach links relativ zu dem Schreibleiter 102 gedreht werden.
  • Ein magnetisches Speicherungselement 106 ist zwischen dem Schreibleiter 102 und dem Schreibleiter 104 angeordnet. Das magnetische Speicherungselement 106 kann eine leichte Achse 108 und eine harte Achse 110 aufweisen. Das magnetische Speicherungselement 106 weist eine magnetische Ausrichtung auf, die einen logischen Wert anzeigt, den die MRAM-Zelle 100 speichert. Das magnetische Speicherungselement 106 kann eine parallele magnetische Ausrichtung und eine antiparallele magnetische Ausrichtung aufweisen, die den logischen Werten 0 und 1 entsprechen.
  • Das Positionieren des Schreibleiters 104 in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu sowohl der leichten Achse 108 als auch der harten Achse 110 fördert eine bessere Selektivität beim Schreiben in die MRAM-Zelle 100 oder beim Schalten der magnetischen Ausrichtung der MRAM-Zelle 100. Ein solches Schreiben oder Schalten wird erreicht, durch Vorspannen von sowohl dem Schreibleiter 102 als auch dem Schreibleiter 104. Das Vorspannen des Schreibleiters 102 induziert ein magnetisches Feld entlang dem Leiter 102 und somit entlang der leichten Achse 108. Das Vorspannen des Schreibleiters 104 induziert auf ähnliche Weise ein Magnetfeld entlang des Leiters 104 und somit in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu beiden Achsen 108 und 110.
  • 2 zeigt einen Graph 200, der darstellt, wenn die MRAM-Zelle 100 die magnetische Ausrichtung im Vorhandensein von Magnetfeldern entlang der leichten Achse 108 und der harten Achse 110 schaltet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. An einer Seite der Leitung 202 ist die Schaltregion 204. Wenn sich die Magnetfelder entlang der leichten Achse 108 und der harten Achse 110 innerhalb der Schaltregion 204 befinden, schaltet die magnetische Ausrichtung der MRAM-Zelle 100 von parallel zu antiparallel oder umgekehrt.
  • Somit führt das Vorspannen der Leiter 102 und 104 aus 1 zu solchen Magnetfeldern innerhalb der Schaltregion 204, vorzugsweise ohne zu solchen Magnetfeldern innerhalb den Schaltregionen anderer MRAM-Zellen in der Nähe des Schreibleiters 102 oder des Schreibleiters 104 zu führen.
  • 3A zeigt einen Graph 300, der den Magnetfeldvektor 302 darstellt, der aus dem Vorspannen von nur dem Schreibleiter 102 resultiert, relativ zu der Leitung 202 und der Schaltregion 204, die dieselbe abgrenzt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Magnetfeldvektor 302 liegt auf einer leichten Achse 108, derart, daß derselbe keine Komponente auf der harten Achse 110 aufweist. Folglich erstreckt sich der Magnetfeldvektor 302, der aus dem Vorspannen des Schreibleiters 102 resultiert, nicht in die Schaltregion 204 und ist für sich allein nicht ausreichend, um die magnetische Ausrichtung von MRAM-Zellen entlang des Leiters 102 einschließlich der MRAM-Zelle 100 zu schalten.
  • 3B zeigt einen Graph 302, der den Magnetfeldvektor 322 darstellt, der aus dem Vorspannen von nur dem Schreibleiter 104 resultiert, relativ zu der Leitung 202 und der Schaltregion 204, die dieselbe abgrenzt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Magnetfeldvektor 322 kann in eine leicht magnetisierbare Komponente 324 (leichte Komponente) entlang der leichten Achse 108 und eine schwer magnetisierbare Komponente 326 (schwere Komponente) entlang der schweren Achse 110 aufgelöst werden. Der Magnetfeldvektor 322 jedoch, der aus dem Vorspannen des Schreibleiters 104 resultiert, weist eine unzureichende Größe auf, um sich in die Schaltregion 204 zu erstrecken, und ist an sich ferner unzureichend, um die magnetische Ausrichtung einer MRAM-Zelle entlang des Leiters 104 zu schalten, einschließlich der MRAM-Zelle 100.
  • 3C zeigt einen Graph 340, der den Magnetfeldvektor 342 darstellt, der aus dem Vorspannen von sowohl dem Schreibleiter 102 als auch dem Schreibleiter 104 resultiert, relativ zu der Leitung 202 und der Schaltregion 204, die dieselbe abgrenzt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Magnetfeldvektor 342 ist die Summe des Magnetfeldvektors 302 aus 3A, der allein aus dem Schreibleiter 102 resultiert, und dem Magnetfeldvektor 322 aus 3B, der allein aus dem Schreibleiter 104 resultiert. Der Magnetfeldvektor kann in eine leichte Komponente 344 entlang der leichten Achse 108 und eine schwere Komponente 346 entlang der schweren Achse 110 aufgelöst werden. Die leichte Komponente 344 ist gleich der Summe des Magnetfeldvektors 302 aus 3A, wo der Vektor 302 vollständig auf der leichten Achse 108 liegt, und der leichten Komponente 324 des Magnetfeldvektors 322 aus 3B. Die schwere Komponente 346 ist gleich der schweren Komponente 326 aus dem Magnetfeldvektor 322 aus 3B, da der Magnetfeldvektor 302 aus 3A keine schwere Komponente aufweist.
  • Der Magnetfeldvektor 342, der aus dem Vorspannen von sowohl dem Schreibleiter 102 als auch dem Schreibleiter 104 resultiert, erstreckt sich in die Schaltregion 204 und ist somit ausreichend, um die magnetische Ausrichtung der MRAM-Zelle 100 zu schalten, die die einzige MRAM-Zelle entlang beider Leiter 102 und 104 ist. Die Ausrichtungen anderer MRAM-Zellen entlang des Schreibleiters 102 werden nicht geschaltet, da dieselben nur dem Magnetfeldvektor 322 aus 3A ausgesetzt sind. Auf ähnliche Weise werden Ausrichtungen anderer MRAM-Zellen entlang des Schreibleiters 104 nicht geschaltet, da dieselben nur dem Magnetfeldvektor 324 aus 3B ausgesetzt sind. Auf diese Weise fördert das Verwenden eines Schreibleiters, der in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu sowohl der leichten Achse 108 als auch der schweren Achse 110 – dem Schreibleiter – positioniert ist, eine bessere Selektivität beim Schreiben in die MRAM-Zelle 100.
  • Die 4A und 4B zeigen vereinfachte Diagramme, die das magnetische Speicherelement 106 aus 1 gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen. Das magnetische Speicherungselement 106 des Ausführungsbeispiels aus 4A und 4B ist eine Spin-abhängige Tunnelübergangsvorrichtung (SDT-Übergangsvorrichtung). Das Element 106 umfaßt eine mit Anschlußstiften versehene Schicht 404, die eine Magnetisierung aufweist, die in der Ebene der Schicht 404 ausgerichtet ist, aber die fest ist, um sich nicht im Vorhandensein eines angelegten Magnetfeldes zu drehen. Das Element 106 umfaßt ferner eine freie Schicht 402, die eine Magnetisierungsausrichtung aufweist, die nicht festgelegt oder fest ist. Statt dessen kann die Magnetisierung in einer von zwei Richtungen entlang der leichten Achse ausgerichtet sein, die in der Ebene der freien Schicht 402 liegt. Das heißt, die Magnetisierung der freien Schicht 402 ist derart drehbar, daß dieselbe zwischen ihren zwei Richtungen schalten kann.
  • Wenn die Magnetisierungen der freien Schicht 402 und der festgelegten Schicht 404 in derselben Richtung sind, dann wird die Ausrichtung als parallel betrachtet, wie durch die Pfeile 408 und 410 reflektiert wird, die in dieselbe Richtung in 4A zeigen. Wenn die Magnetisierungen der freien Schicht 402 und der festgelegten Schicht 404 in entgegengesetzte Richtungen liegen, dann wird die Ausrichtung als antiparallel bezeichnet, wie durch die Pfeile 408 und 410 reflektiert wird, die in 4B in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Die Ausrichtung der Magnetisierung in der freien Schicht 402 kann geändert werden, durch Vorspannen der Schreibleiter 102 und 104 aus 1, wie beschrieben wurde.
  • Eine isolierende Tunnelbarriere 406 trennt vorzugsweise die freie Schicht 402 und die festgelegte Schicht 404. Die isolierende Tunnelbarriere 406 ermöglicht, daß eine mechanische Quantentunnelbildung zwischen den Schichten 402 und 404 auftritt. Dieses Tunnelbildungsphänomen ist elektronenspinabhängig, wodurch der Widerstand des magnetischen Speicherungselements 106 eine Funktion der relativen Aus richtung der Magnetisierungen der freien Schicht 402 und der festgelegten Schicht 404 wird. Zum Beispiel kann der Widerstand des Elements 106 ein erster Wert sein, wenn die Ausrichtung der Magnetisierungen der Schichten 402 und 404 parallel ist, und ein zweiter Wert größer als der erste Wert, wenn die Ausrichtung antiparallel ist.
  • 5A und 5B zeigen ein Array aus magnetischen Direktzugriffsspeicherzellen (MRAM-Zellen) 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5A ist speziell eine Draufsicht der MRAM-Zellen 500, wohingegen 5B speziell eine Frontansicht der MRAM-Zellen 500 ist.
  • Die MRAM-Zellen 500 umfassen ein Drei-Mal-Drei-Array aus magnetischen Speicherungselementen 510A, 510B, ..., 510N, die gemeinsam als die magnetischen Speicherungselemente 510 bezeichnet werden. Jedes der magnetischen Speicherungselemente 510 kann als das Speicherungselement 106 aus 4 implementiert sein, das beschrieben wurde. Wie Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, umfassen die MRAM-Zellen 500 wahrscheinlich Hunderte, Tausende oder mehr solcher magnetischen Speicherungselemente 510. Nur neun der magnetischen Speicherungselemente 510 sind zu Zwecken der Darstellungsklarheit in 5A gezeigt.
  • Die MRAM-Zellen 500 umfassen ferner eine Anzahl von Schreibleitern 502, die parallel zueinander sind, und eine Anzahl von Schreibleitern 504, die antiparallel zueinander sind. Jeder der Schreibleiter 502 liegt unter einer Anzahl der magnetischen Speicherungselemente 510 und kann als der Schreibleiter 102 aus 1 implementiert sein, der beschrieben wurde. Jeder der Schreibleiter 504 liegt über einer Anzahl der magnetischen Speicherungselemente 510 und kann als der Schreibleiter 104 aus 1 implementiert sein, der beschrieben wurde.
  • Die Schreibleiter 504 sind in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel relativ zu den Schreibleitern 502 positioniert, die ihrerseits parallel oder entlang entweder der leichten Achse 108 oder der schweren Achse 110 positioniert sind. In 5A sind die Schreibleiter 502 spezifisch entlang der leichten Achse 108 positioniert. Obwohl nur drei der Schreibleiter 502 und fünf der Schreibleiter 504 in 5A gezeigt sind, ist dies zu Zwecken der Darstellungsklarheit und in Wirklichkeit umfassen die MRAM-Zellen 500 Hunderte, Tausende oder mehr solcher Leiter 502 und 504.
  • Die MRAM-Zellen 500 umfassen eine Anzahl von Schreibleitern 506, die parallel zueinander sind, und eine Anzahl von Schreibleitern 508, die ebenfalls parallel zueinander sind. Jeder der Leseleiter 506 liegt über einer Anzahl der magnetischen Speicherungselemente 510, aber unter einem entsprechenden der Schreibleiter 504. Die Leseleiter 506 und die Schreibleiter 502 sind in 5A als leicht versetzt relativ zueinander ausschließlich der Darstellungsklarheit halber dargestellt. In Wirklichkeit sind dieselben nicht versetzt voneinander, wie in 5B gezeigt ist. Jeder der Leseleiter 508 liegt unter einer Anzahl der magnetischen Speicherungselemente 510 aber über einem entsprechenden der Schreibleiter 502.
  • Die Leseleiter 506 und die Schreibleiter 508 sind senkrecht zueinander positioniert. Die Leseleiter 506 sind spezifisch entlang der leichten Achse 108 in 5A positioniert, wohingegen die Leseleiter 508 spezifisch entlang der schweren Achse 110 in 5A positioniert sind. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Leseleiter 506 jedoch entlang einer schweren Achse 110 und die Leseleiter 508 entlang der leichten Achse 108 positioniert sein. Obwohl nur drei der Leseleiter 506 und drei der Leseleiter 508 in 5A gezeigt sind, ist die zu Zwecken der Darstellungsklarheit, und in Wirklichkeit umfassen die MRAM-Zellen 500 Hunderte, Tausende oder mehr solcher Leiter 506 und 508.
  • Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Leseleiter 506 nicht vorhanden, derart, daß die Schreibleiter 502 sowohl Lese- als auch Schreib-Funktionsrollen annehmen. Somit ist dieses alternative Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Drei-Leiter-Array-MRAM-Zellen, da die MRAM-Zellen 500 drei unterschiedliche Typen von Leitern umfassen: Schreibleiter 502, Schreibleiter 504 und Leseleiter 508. Bei dem Ausführungsbeispiel jedoch, das tatsächlich in 5A und 5B gezeigt ist, ist das Array von MRAM-Zellen 500 eine Vier-Leiter-Speicherungsvorrichtung, die vier unterschiedliche Typen von Leitern umfaßt: Schreibleiter 502, Schreibleiter 504, Leseleiter 506 und Leseleiter 508. Ferner wird darauf hingewiesen, daß bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung die MRAM-Zellen 500 nicht in einem Array organisiert sind. Das heißt, die MRAM-Zellen 500 sind bei dem Ausführungsbeispiel aus 5 beispielhaft und nicht als eine Einschränkung auf alle Ausführungsbeispiele der Erfindung als ein Array organisiert.
  • 6 zeigt eine darstellende MRAM-Speicherungsvorrichtung 600, die das Array aus MRAM-Zellen 500 aus 5 verwendet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die MRAM-Speicherungsvorrichtung 600 umfaßt eine Schreibtreiberschaltungsanordnung 602A und eine Lesetreiberschaltungsanordnung 602B. Die Schreibtreiberschaltungsanordnung 602A und Lesetreiberschaltungsanordnung 602B werden kollektiv als die Treiberschaltungsanordnung 602 bezeichnet. Die Treiberschaltungsanordnung 602 aktiviert das selektive Schreiben von Logikwerten in und das selektive Schreiben von Logikwerten aus dem Array von MRAM-Zellen 500. Genauer gesagt liefert die Schreibtreiberschaltungsanordnung 602A das selektive Schreiben von Logikwerten in die MRAM-Zellen 500, wohingegen die Lesetreiberschaltungsanordnung 602B das selektive Lesen von Logikwerten aus den MRAM-Zellen 500 liefert.
  • 7 stellt ein Verfahren 700 zum Schreiben in eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle (MRAM-Zelle) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Das Verfahren 700 kann durch die Schreibtreiberschaltungsanordnung 602A aus 6 bei einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden. Bei einer ausgewählten MRAM-Zelle eines Arrays aus MRAM-Zellen wird der Schreibleiter 102/502, der unter der MRAM-Zelle verläuft, vorgespannt (702). Dies verursacht, daß ein Strom durch den Schreibleiter 102/502 fließt, wodurch ein erstes Magnetfeld induziert wird. Auf ähnliche Weise wird ein Schreibleiter 104/504, der über der MRAM-Zelle verläuft, vorgespannt in (704), was verursacht, daß ein Strom durch den Schreibleiter 104/504 fließt, wodurch ein zweites Magnetfeld induziert wird. Die Kombination des ersten und des zweiten Magnetfeldes ist ausreichend, um die magnetische Ausrichtung der MRAM-Zelle zu schalten, wodurch der Wert geschalten wird, der in der Zelle gespeichert ist, von einer logischen Null auf eine logische Eins oder umgekehrt. Die anderen MRAM-Zellen entlang der Schreibleiter werden nicht beeinträchtigt, da dieselbe nur dem ersten oder dem zweiten Magnetfeld und nicht beiden Feldern gleichzeitig unterzogen werden.
  • 8 stellt ein Verfahren 800 zum Lesen einer MRAM-Zelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Das Verfahren 800 kann durch die Lesetreiberschaltungsanordnung 602B aus 6 ausgeführt werden, bei einem Ausführungsbeispiel. Für eine ausgewählte MRAM-Zelle eines Arrays aus MRAM-Zellen wird ein Leseleiter 506, der über der MRAM-Zelle verläuft, relativ zu einem Leseleiter 508 vorgespannt, der unter der MRAM-Zelle verläuft, oder umgekehrt (802). Dies verursacht, daß ein Strom von dem Leseleiter 506 durch die MRAM-Zelle und zurück durch den Leseleiter 508 oder von dem Leseleiter 508 durch die MRAM-Zelle und zurück durch den Leseleiter 506 fließt. Dieser Strom, der durch das magnetische Speicherungselement der MRAM-Zelle fließt, wird dann bestimmt oder gemessen (804).
  • Der Widerstand des magnetischen Speicherungselements der MRAM-Zelle basiert auf dem logischen Wert, der durch die MRAM-Zelle gespeichert wird. Das heißt, der Widerstand des magnetischen Speicherungselements basiert auf der magnetischen Ausrichtung der MRAM-Zelle. Der Widerstand kann ein erster Wert sein, wenn die magnetische Ausrichtung parallel ist, und ein zweiter Wert, wenn die magnetische Ausrichtung antiparallel ist. Ferner, da die Leseleiter auf einem konstanten Pegel relativ zueinander vorgespannt sind, bedeutet dies, daß der Strom, der durch die MRAM-Zelle fließt, auf dem Widerstand der MRAM-Zelle basiert, da der Strom gleich der Spannung geteilt durch den Widerstand ist.
  • Daher wird der Strom, der bestimmt oder gemessen wurde, mit dem logischen Wert korreliert, der in dem magnetischen Speicherungselement der MRAM-Zelle gespeichert ist (806). Zum Beispiel kann ein Strom eines ersten Werts einer parallelen magnetischen Ausrichtung entsprechen, was eine logische Null darstellen kann, die durch die MRAM-Zelle gespeichert wird. Ein Strom eines zweiten Werts kann der magnetischen Ausrichtung entsprechen, die antiparallel ist, was eine logische Eins darstellen kann, die durch die MRAM-Zelle gespeichert wird. Auf diese Weise liest das Verfahren 800 den logischen Wert, der durch die MRAM-Zelle gespeichert wird.

Claims (19)

  1. Magnetische Direktzugriffsspeicherzelle (100), die folgende Merkmale aufweist: ein magnetisches Speicherungselement (106), das eine leichte Achse (108) und eine schwere Achse (110) aufweist; einen Schreibleiter (102), der entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse angeordnet ist; und einen Schreibleiter (104), der in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu sowohl der leichten Achse als auch der schweren Achse positioniert ist.
  2. MRAM-Zelle gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen Leseleiter, der entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse positioniert ist; und einen Leseleiter, der entlang einer anderen der leichten Achse und der schweren Achse positioniert ist.
  3. Die MRAM-Zelle gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das magnetische Speicherungselement folgende Merkmale aufweist: eine festgelegte Schicht (404), die eine feste Magnetisierung ausgerichtet entlang der leichten Achse in einer ersten Richtung aufweist; und eine freie Schicht (402), die eine drehbare Magnetisierung aufweist, die schaltbar entlang der leichten Achse in einer der ersten Richtung und einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, ausgerichtet ist.
  4. MRAM-Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Schreibleiter, der entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse positioniert ist, entlang der leichten Achse positioniert ist.
  5. Magnetische Direktzugriffsspeicherzelle, die folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum magnetischen Speichern eines Werts, die eine leichte Achse und eine schwere Achse aufweist; und eine Einrichtung zum selektiven Schreiben der Einrichtung zum magnetischen Speichern des Werts durch Induzieren eines ersten magnetischen Schreibfelds, das eine einer ersten Leichte-Achse-Komponente und einer ersten Harte-Achse-Komponente aufweist, und Induzieren eines zweiten magnetischen Treibfeldes, das sowohl eine Leichte-Achse-Komponente als auch eine zweite Harte-Achse-Komponente aufweist.
  6. MRAM-Zelle gemäß Anspruch 5, die ferner eine Einrichtung zum selektiven Lesen des magnetischen Speicherungselements aufweist.
  7. Verfahren zum Schreiben eines Werts in einen magnetischen Direktzugriffsspeicher, das folgende Schritte aufweist: Induzieren eines ersten Magnetfelds entlang entweder einer leichten Achse oder einer schweren Achse der MRAM-Zelle; und Induzieren eines zweiten Magnetfeldes entlang sowohl der leichten Achse als auch der schweren Achse der MRAM-Zelle.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem das Induzieren des ersten und des zweiten Magnetfeldes eine Ausrichtung einer drehbaren Magnetisierung einer freien Schicht der MRAM-Zelle von entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse zu entlang einer anderen der leichten Achse und der schweren Achse schaltet, wobei die Ausrichtung der drehbaren Magnetisierung der freien Schicht dem Wert entspricht, der in die MRAM-Zelle geschrieben ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem das Induzieren des ersten Magnetfeldes das Induzieren des ersten Magnetfeldes entlang der leichten Achse der MRAM-Zelle aufweist.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Induzieren des ersten Magnetfeldes das Vorspannen eines Schreibleiters der MRAM-Zelle aufweist.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Induzieren des zweiten Magnetfeldes das Vorspannen eines Schreibleiters der MRAM-Zelle aufweist.
  12. Verfahren zum Schreiben eines Werts in eine magnetische Direktzugriffsspeicherzelle, das folgende Schritte aufweist: Vorspannen eines Schreibleiters der MRAM-Zelle, die entlang einer einer leichten Achse und einer schweren Achse der MRAM-Zelle positioniert ist; und Vorspannen eines Schreibleiters der MRAM-Zelle (100), die in einem nichtparallelem und nichtsenkrechten Win kel zu sowohl der leichten Achse (108) als auch der schweren Achse (110) der MRAM-Zelle positioniert ist.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Vorspannen beider Schreibleiter die Ausrichtung einer drehbaren Magnetisierung einer freien Schicht der MRAM-Zelle (100) von entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse hin zu entlang einer anderen der leichten Achse und der schweren Achse schaltet, wobei die Ausrichtung der drehbaren Magnetisierung der freien Schicht dem Wert entspricht, der in die MRAM-Zelle geschrieben ist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem das Vorspannen der Schreibleiter bewirkt, daß ein Strom innerhalb des jeweiligen Schreibleiters fließt.
  15. Magnetische Direktzugriffsspeicherspeicherungsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von magnetischen Speicherungselementen, die eine leichte Achse und eine schwere Achse aufweisen; einen Satz von parallelen Schreibleitern, wobei alle derselben entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse positioniert sind; und einen Satz von parallelen Schreibleitern, wobei alle derselben in einem nichtparallelen und nichtsenkrechten Winkel zu sowohl der leichten Achse als auch der schweren Achse positioniert sind.
  16. MRAM-Speicherungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen Satz von parallelen Leseleitern, wobei alle derselben entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse positioniert sind; und einen Satz von parallelen Leseleitern, wobei alle derselben entlang einer anderen der leichten Achse und der schweren Achse positioniert sind.
  17. MRAM-Speicherungsvorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, die ferner eine Treiberschaltungsanordnung (602) zum selektiven Lesen von Werten aus und zum selektiven Schreiben von Werten in die Mehrzahl von magnetischen Speicherungselementen aufweist.
  18. MRAM-Speicherungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der jedes magnetische Speicherungselement folgende Merkmale aufweist: eine festgelegte Schicht (404), die eine feste Magnetisierung ausgerichtet entlang der leichten Achse in einer ersten Richtung aufweist; und eine freie Schicht (402), die eine drehbare Magnetisierung aufweist, die schaltbar entlang der leichten Achse entlang einer der ersten Richtung und der zweiten Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, ausgerichtet ist.
  19. MRAM-Speicherungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, bei der der Satz von parallelen Schreibleitern, die entlang einer der leichten Achse und der schweren Achse positioniert sind, entlang der leichten Achse positioniert sind.
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