DE69921737T2 - Magnetische Speicherzelle - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnetspeicher; z. B. eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle.
  • Ein Magnetspeicher umfasst gewöhnlich ein Array von Magnetspeicherzellen. Typischerweise verwendet jede Magnetspeicherzelle Magnetfelder, um ein entsprechendes Bit von Informationen zu speichern. Ein Magnetspeicher umfasst ferner gewöhnlich ein Array von Leitern, die einen Lese- und Schreibzugriff auf die Magnetspeicherzellen bereitstellen. Eine derartige Anordnung eines Magnetspeichers kann als ein Magnetdirektzugriffsspeicher (MRAM; MRAM = magnetic random access memory) bezeichnet werden.
  • Bekannte Magnetspeicherzellen umfassen typischerweise eine Datenspeicherungsschicht und eine Referenzschicht. Die Referenzschicht ist gewöhnlich eine Schicht aus einem magnetischen Material, bei der die Ausrichtung einer Magnetisierung in eine spezielle Richtung fest oder „festgelegt" (pinned) ist. Die Datenspeicherungsschicht ist typischerweise eine Schicht aus einem magnetischen Material, bei der die Magnetisierungsausrichtung durch die Anlegung von externen Magnetfeldern geändert werden kann. Dies tritt gewöhnlich während Schreiboperationen auf, bei denen elektrische Ströme an die Leiter des Magnetspeichers angelegt werden, um die Magnetisierungsausrichtung in der Datenspeicherungsschicht zu ändern.
  • Typischerweise hängt der logische Zustand einer bekannten Magnetspeicherzelle davon ab, ob die Magnetisierungsausrichtung in der Datenspeicherungsschicht derselben parallel oder antiparallel zu der Magnetisierungsausrichtung in der Referenzschicht derselben ist. Parallele Ausrichtungen bewirken gewöhnlich, dass sich eine Magnetspeicherzelle in einem Niedrigwiderstandszustand befindet, während antiparallele Ausrichtungen gewöhnlich bewirken, dass sich eine Magnetspeicherzelle in einem Hochwiderstandszustand befindet. Typischerweise wird der logische Zustand einer Magnetspeicherzelle durch ein Messen des Widerstandswerts derselben gelesen.
  • Die vorliegende Erfindung versucht, eine verbesserte Speicherzelle zu schaffen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel versieht Magnetspeicherzellen mit der Fähigkeit zum Speichern von mehr als einem Bit pro Zelle. Eine derartige Magnetspeicherzelle kann die Speicherdichte von MRAMs erhöhen und möglicherweise die Gesamtkosten pro Bit von Magnetspeichern und Systemen, die Magnetspeicher einsetzen, reduzieren.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel sieht eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle vor, die eine Datenspeicherungsschicht umfasst, die eine Form aufweist, die vorausgewählt ist, um zumindest drei Domänenzustände vorzusehen, wobei jeder Domänenzustand einem speziellen logischen Zustand von Informationen in der Magnetspeicherzelle und einer speziellen Ausrichtung einer Magnetisierung in der Datenspeicherungsschicht entspricht, wobei die Form ein Quadrat ist, das vier Endregionen und eine innere Region umfasst. Die magnetische Mehrbit-Speicherzelle umfasst eine Referenzschicht, die eine feste Ausrichtung einer Magnetisierung aufweist, die durch einen Ausrichtungswinkel definiert ist, wobei der Ausrichtungswinkel vorausgewählt ist, um die Domänenzustände der Datenspeicherungsschicht zu unterscheiden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Magnetspeicher gemäß Anspruch 2 vorgesehen.
  • Andere Merkmale und Vorteile der bevorzugten Ausführungsbeispiele werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unten lediglich durch ein Beispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 die Grundstruktur einer Magnetspeicherzelle darstellt, die mehrere Bits einer Speicherung vorsieht;
  • 2 eine Draufsicht einer Referenzschicht einer magnetischen Mehrbit-Speicherzelle zeigt;
  • 3a bis 3d die vier Domänenzustände der Datenspeicherungs schicht bei einem Ausführungsbeispiel einer magnetischen Mehrbit-Speicherzelle darstellen;
  • 4 die Beziehung zwischen dem gemessenen Widerstandswert einer magnetischen Mehrbit-Speicherzelle und dem Winkel θ der Referenzschicht derselben für jeden der Domänenzustände der Datenspeicherungsschicht derselben zeigt;
  • 5 eine Draufsicht eines Magnetspeichers ist, der ein Array von magnetischen Mehrbit-Speicherzellen umfasst.
  • 1 stellt die Grundstruktur einer Magnetspeicherzelle 40 dar, die mehrere Bits einer Speicherung vorsieht. Die Magnetspeicherzelle 40 umfasst eine Datenspeicherungsschicht 50 und eine Referenzschicht 54.
  • Die Magnetspeicherzelle 40 sieht einen Satz von zumindest drei logischen Zuständen vor, die mehrere Bits einer Informationsspeicherung ergeben. Die logischen Zustände der Magnetspeicherzelle 40 entsprechen den relativen Magneti sierungsausrichtungen in der Datenspeicherungsschicht 50 und der Referenzschicht 54. Die Magnetisierungsausrichtung in der Datenspeicherungsschicht 50 kann durch einen Vektor M1 dargestellt werden. Die Magnetisierungsausrichtung in der Referenzschicht 54 kann durch einen Vektor M2 dargestellt werden.
  • Die Magnetisierungsausrichtung M2 ist in eine spezielle Richtung fest. Die Magnetisierungsausrichtung M1 jedoch verändert sich abhängig von dem logischen Zustand der Magnetspeicherzelle 40. Jeder logische Zustand der Magnetspeicherzelle 40 entspricht einer speziellen Ausrichtung von M1. Die möglichen Ausrichtungen von M1 werden als die Domänenzustände der Datenspeicherungsschicht 50 bezeichnet. Somit hängt der logische Zustand der Magnetspeicherzelle 40 von dem Domänenzustand der Datenspeicherungsschicht 50 ab. Zusätzlich wird der Domänenzustand der Datenspeicherungsschicht 50 durch die Anlegung von externen Magnetfeldern unter Verwendung von Leitern manipuliert, die der Magnetspeicherzelle 40 zugeordnet sind.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel nimmt die Datenspeicherungsschicht 50 vier Domänenzustände auf, Zustand 1 bis Zustand 4, was logischen Zuständen 0 bis 3 der Magnetspeicherzelle 40 entspricht. Dies ergibt 2 Bits einer Informationsspeicherung in einer Magnetspeicherzelle.
  • Der logische Zustand der Magnetspeicherzelle 40 wird durch ein Messen des Widerstandswerts derselben bestimmt. Der Widerstandswert der Magnetspeicherzelle 40 unterscheidet sich gemäß den relativen Ausrichtungen von M1 und M2, d. h. dem Domänenzustand der Datenspeicherungsschicht 50. Der Widerstandswert der Magnetspeicherzelle 40 kann durch ein Anlegen einer Lesespannung und ein Messen eines resultierenden Erfassungsstroms gemessen werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Magnetspeicherzelle 40 eine Tunnelbarriere 52 zwischen der Datenspeiche rungsschicht 50 und der Referenzschicht 54. Diese Struktur kann dahingehend als eine Spintunnelvorrichtung bezeichnet werden, dass eine elektrische Ladung während Leseoperationen durch die Tunnelbarriere 52 wandert. Diese Wanderung einer elektrischen Ladung durch die Tunnelbarriere 52 rührt von einem Phänomen her, das als ein Spintunneln bekannt ist und auftritt, wenn eine Lesespannung an die Magnetspeicherzelle 40 angelegt ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Riesen-Magnetowiderstand-Struktur bei der Magnetspeichervorrichtung 40 verwendet werden.
  • 2 zeigt eine Draufsicht der Referenzschicht 54 der Magnetspeicherzelle 40. Ebenfalls gezeigt ist der M2-Vektor, der die feste Magnetisierungsausrichtung der Referenzschicht 54 darstellt. Der M2-Vektor bildet einen Winkel θ mit Bezug auf eine x-Achse.
  • Die Magnetisierungsausrichtung M2, die den Winkel θ aufweist, kann unter Verwendung einer Vielfalt von bekannten Techniken realisiert sein. Zum Beispiel kann die Referenzschicht 54 eine Permalloy-Schicht, wie beispielsweise Nickeleisen (NiFe) sein, die mit einer antiferromagnetischen Schicht gekoppelt ist, die die Magnetisierungsausrichtung in der Permalloy-Schicht festlegt. Das antiferromagnetische Material kann Eisenmangan (FeMn) oder Nickelmangan (NiMn) sein. Alternative Materialien für das antiferromagnetische Material umfassen NiO, TbCo, PtMn und IrMn.
  • Der Winkel θ von M2 kann durch ein Anlegen eines starken Magnetfelds, wie beispielsweise 1000 Oersted, in eine Richtung parallel zu dem erwünschten M2-Vektor und ein Erwärmen der Magnetspeicherzelle 40 auf eine hohe Temperatur, wie beispielsweise 300°C, erzielt werden. Die Magnetspeicherzelle 40 wird dann bei dem Vorhandensein dieses Magnetfelds gekühlt, um die Magnetisierungsausrichtung in dem antiferromagnetischen Material in eine Richtung parallel zu dem erwünschten Winkel θ festzulegen. Eine Magnet austauschkopplung zwischen dem ausgeheilten antiferromagnetischen Material und dem Permalloy-Material der Referenzschicht 54 legt M2 auf den erwünschten Winkel θ fest.
  • Alternativ kann die Referenzschicht 54 ein Material mit einer hohen Koerzivität, wie beispielsweise eine Kobalt-Platin-Legierung, sein. Ein Magnetfeld ausreichender Stärke kann an die Referenzschicht 54 angelegt werden, um die Magnetisierungsausrichtung M2 auf den erwünschten Winkel θ festzulegen. Die relativ hohe Koerzivität der Referenzschicht 54 würde ein Umschalten von M2 bei dem Vorhandensein von externen Magnetfeldern verhindern, die während Schreiboperationen an die Magnetspeicherzelle 40 angelegt sind.
  • 3a – 3d stellen die vier Domänenzustände der Datenspeicherungsschicht 50 bei einem Ausführungsbeispiel der Magnetspeicherzelle 40 dar. Ein Vektor 60, der parallel zu der x-Richtung ist, stellt eine Magnetisierungsausrichtung in dem Inneren der Datenspeicherungsschicht 50 dar. Der Vektor 60 ist parallel zu dem, was als die Leichtachse der Datenspeicherungsschicht 50 bezeichnet werden kann.
  • Ein Satz von Vektoren 61 – 64 stellt Magnetisierungsausrichtungen dar, die den Endregionen von magnetischen Materialien zugeordnet sind. Die Magnetisierungen, die durch die Vektoren 61 – 64 dargestellt sind, sind in Richtungen ausgerichtet, die im wesentlichen parallel zu den Kanten der Datenspeicherungsschicht 50 sind. Bei bekannten Magnetspeicherzellen sind die Abmessungen dx und dy einer Datenspeicherungsschicht typischerweise ausgewählt, um Felder bei den Endregionen zu minimieren und die Magnetisierung zu maximieren, die entlang der Leichtachse ist. Bei derartigen bekannten Magnetspeicherzellen ist dx gewöhnlich größer als dy, was eine rechteckige Form mit einer langen Abmessung entlang der Leichtachse ergibt.
  • Anstelle zu versuchen, die Magnetisierung bei den Endregionen zu minimieren, verwenden die vorliegenden Techniken diese Magnetisierung bei den Endregionen, um zusätzliche Domänenzustände in der Datenspeicherungsschicht 50 zu erhalten. Folglich sind die Abmessungen dx und dy ausgewählt, um gleich zu sein, und bilden eine quadratische Form für die Datenspeicherungsschicht 50. Die vier Domänenzustände der Datenspeicherungsschicht 50 werden durch ein Manipulieren nicht nur der Richtung des Vektors 60 entlang der Leichtachse, sondern auch durch ein Manipulieren der Richtungen der Vektoren 61 – 64 bei den Endregionen der Datenspeicherungsschicht 50, wie es gezeigt ist, realisiert.
  • Die quadratische Form der Datenspeicherungsschicht 50 ergibt nicht nur zusätzliche Domänenzustände, sondern verbessert auch die Dichte, die bei einem MRAM verglichen mit derselben erhalten werden kann, die bei einer Verwendung von rechteckigen Speicherzellen erhalten werden kann. Dies ist so, weil für eine gegebene minimale Merkmalsgröße mehr quadratische Magnetspeicherzellen auf einer gegebenen Substratfläche gebildet sein können als rechteckige Magnetspeicherzellen.
  • 3a zeigt den Domänenzustand 1 der Datenspeicherungsschicht 50 und zeigt die Richtungen der Vektoren 60 – 64. Wie es gezeigt ist, ist die Magnetisierungsausrichtung M1 ein resultierender Vektor der Vektoren 60 – 64 und zeigt in eine +x,–y-Richtung.
  • 3b zeigt den Domänenzustand 2 der Datenspeicherungsschicht 50. Die Magnetisierungsausrichtung M1 ist ein resultierender Vektor der Vektoren 60 – 64 und zeigt in eine +x,+y-Richtung.
  • 3c stellt den Domänenzustand 3 der Datenspeicherungsschicht 50 dar. Die Magnetisierungsausrichtung M1 zeigt in eine –x,–y-Richtung.
  • 3d stellt den Domänenzustand 4 der Datenspeicherungsschicht 50 dar. Die Magnetisierungsausrichtung M1 zeigt in eine –x,+y-Richtung.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Materialparameter und die Geometrie der Datenspeicherungsschicht 50 optimiert, so dass die x- und die y-Komponente von M1 bei jedem der Domänenzustände 1 – 4 gleich sind. Diese Optimierung hängt von der Magnetisierungsverteilung in der Datenspeicherungsschicht 50, der Filmdicke der Datenspeicherungsschicht 50, der dx- und der dy-Abmessung und dem Materialtyp ab, der für die Datenspeicherungsschicht 50 ausgewählt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Permalloy-Schicht, wie beispielsweise Nickeleisen, als der Hauptkörper der Datenspeicherungsschicht 50 mit einem dünnen polarisationsverbessernden Film bei der Schnittstelle bzw. Grenzfläche zu der Tunnelbarriere 52 verwendet werden.
  • Der Widerstandswert der Magnetspeicherzelle 40 hängt von den relativen Ausrichtungen von M1 und M2 ab. Die Ausrichtung von M1 hängt von dem Domänenzustand der Datenspeicherungsschicht 50 ab. Die Ausrichtung von M2 ist fest und ist durch den Winkel θ definiert. Es ist erwünscht, den Winkel θ auszuwählen, so dass eine relativ gleiche Veränderung bei einem Widerstandswert der Magnetspeicherzelle 40 zwischen Veränderungen bei den Domänenzuständen 1 – 4 erfasst wird.
  • 4 zeigt die Beziehung zwischen einem gemessenen Widerstandswert der Magnetspeicherzelle 40 und dem Winkel θ für jeden der Domänenzustände 1 – 4. Ein Satz von Kurven 81 – 84 stellt Berechnungen dar, die jeweils den Domänenzuständen 1 – 4 zugeordnet sind. Die Kurven 81 – 84 können verwendet werden, um einen Winkel θ auszuwählen, bei dem es eine gleiche Signalveränderung bei einem Übergehen von einem Domänenzustand zu einem anderen gibt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die x- und die y-Komponente von M1 gleich sind, beträgt der ausgewählte Winkel θ 26,6 Grad. Andere Winkel sind geeignet. Zum Beispiel Winkel, die 90 Grad relativ zu 26,6 Grad betragen. Zusätzlich können weniger optimale Winkel gewählt werden, die keine gleichen Veränderungen bei einem gemessenen Widerstandswert zwischen den Domänenzuständen 1 – 4 ergeben.
  • Eine Auswahl von 45 Grad für θ resultiert in einer Vorrichtung mit drei Zuständen. Dies ergibt weniger Zustände, aber höhere Widerstandsveränderungen zwischen Zuständen, die bei einigen Anwendungen erwünscht sein können.
  • 5 ist eine Draufsicht eines Magnetspeichers 10, der ein Array von Magnetspeicherzellen umfasst, das die Magnetspeicherzelle 40 zusammen mit zusätzlichen Magnetspeicherzellen 41 – 43 aufweist. Der Magnetspeicher 10 umfasst ferner ein Array von Leitern 20 – 21 und 30 – 31, die einen Lese- und Schreibzugriff auf die Magnetspeicherzellen 40 – 43 ermöglichen. Die Leiter 30 – 31 sind obere Leiter und die Leiter 20 – 21 sind orthogonale untere Leiter. Jede der Magnetspeicherzellen 40 – 43 weist Abmessungen dx und dy auf.
  • Die logischen Zustände der Magnetspeicherzellen 40 – 43 werden durch ein Manipulieren der Domänenzustände der jeweiligen Datenspeicherungsschichten derselben manipuliert. Diese Domänenzustände werden durch ein Anlegen von elektrischen Strömen an die Leiter 20 – 21 und 30 – 32 manipuliert.
  • Zum Beispiel bewirkt ein elektrischer Strom, der an den Leiter 30 in die +x-Richtung angelegt ist, ein Magnetfeld (Hy+) in der Datenspeicherungsschicht 50 in die +y-Richtung gemäß der Rechte-Hand-Regel. Ein elektrischer Strom, der an den Leiter 30 in die –x-Richtung angelegt ist, bewirkt ein Magnetfeld (Hy–) in der Datenspeicherungsschicht 50 in die –y-Richtung. Gleichermaßen bewirkt ein elektrischer Strom, der an den Leiter 20 in die +x-Richtung angelegt ist, ein Magnetfeld (Hx+) in der Datenspeicherungsschicht 50 in die +x-Richtung, während ein elektrischer Strom, der an den Leiter 20 in die –y-Richtung angelegt ist, ein Magnetfeld (Hx–) in der Datenspeicherungsschicht 50 in die -x-Richtung bewirkt. Diese induzierten Magnetfelder Hx+, HX–, Hy+ und Hy– können verwendet werden, um die Richtungen der Vektoren 60 – 64 zu ändern, wodurch der Domänenzustand der Datenspeicherungsschicht 50 und der logische Zustand der Magnetspeicherzelle 40 verändert wird.
  • Ein Übergang von dem Domänenzustand 1 zu dem Domänenzustand 2 kann mit der folgenden Prozedur erzielt werden. Zuerst lege man ein Hx+-Feld an, um die Magnetspeicherzelle 40 freizugeben bzw. zu aktiveren. Als nächstes lege man ein Hy+-Feld an, um die Vektoren 62 und 64 von der –y- zu der +y-Richtung zu drehen. Als nächstes entferne man das Hy+-Feld. Schließlich entferne man das Hx+-Feld. Viele andere Sequenzen der Magnetfelder Hx+, Hy– und Hy+ und Hy– können verwendet werden, um die Magnetspeicherzelle 40 umzuschalten.

Claims (10)

  1. Eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle (40), die folgende Merkmale aufweist: eine Datenspeicherungsschicht (50), die eine Form aufweist, die vorausgewählt ist, um zumindest drei Domänenzustände vorzusehen, wobei jeder Domänenzustand einer speziellen Ausrichtung einer Magnetisierung (M1) in der Datenspeicherungsschicht (50) entspricht, wobei die Form ein Quadrat ist, das vier Endregionen und eine innere, Region umfasst; und eine Referenzschicht (54), die eine feste Ausrichtung einer Magnetisierung (M2) aufweist, die durch einen Ausrichtungswinkel (θ) definiert ist, wobei der Ausrichtungswinkel vorausgewählt ist, um die Domänenzustände der Datenspeicherungsschicht zu unterscheiden.
  2. Ein Magnetspeicher, der folgende Merkmale aufweist: ein Array von magnetischen Speicherzellen (40) gemäß Anspruch 1; und einen Satz von Leitern (20, 21, 30, 31), der einen Lese- und Schreibzugriff auf die magnetischen Speicherzellen ermöglicht.
  3. Ein Magnetspeicher gemäß Anspruch 2, bei dem die Sequenz von äußeren Magnetfeldern durch ein Anlegen von elektrischen Strömen an die Leiter (20, 21, 30, 31) angelegt wird.
  4. Ein Magnetspeicher gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Leiter (20, 21, 30, 31) einen Satz von oberen Lei tern (30, 31) und einen Satz von unteren Leitern (20, 21) umfassen.
  5. Ein Magnetspeicher gemäß Anspruch 4, bei dem die Sequenz von äußeren Magnetfeldern durch ein Anlegen eines elektrischen Stroms an einen der oberen Leiter (30, 31) und dann ein Anlegen eines elektrischen Stroms an einen der unteren Leiter (20, 21) oder durch ein Anlegen eines elektrischen Stroms an einen der unteren Leiter (20, 21) und dann ein Anlegen eines elektrischen Stroms an einen der oberen Leiter (30, 31) angelegt wird.
  6. Ein Magnetspeicher oder eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Domänenzustand durch einen resultierenden Vektor aus einem Satz von Vektoren definiert ist, die eine Ausrichtung einer Magnetisierung in jeder Endregion und eine Ausrichtung einer Magnetisierung in der inneren Region darstellen.
  7. Ein Magnetspeicher oder eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausrichtungswinkel (θ) ausgewählt ist, um drei oder vier Domänenzustände in der Datenspeicherungsschicht (50) zu unterscheiden.
  8. Ein Magnetspeicher oder eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausrichtungswinkel (θ) ausgewählt ist, um eine im Wesentlichen gleiche Änderung bei einem Widerstandswert der magnetischen Speicherzelle (40) zwischen Domänenzuständen zu ergeben.
  9. Ein Magnetspeicher oder eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder eines Satzes von logischen Zuständen der magnetischen Speicherzelle (40) einem speziellen der Domänenzustände der Datenspeicherungsschicht (50) entspricht.
  10. Ein Magnetspeicher oder eine magnetische Mehrbit-Speicherzelle gemäß Anspruch 9, wobei ein spezieller logischer Zustand der magnetischen Speicherzelle (40) durch ein Anlegen einer Sequenz von äußeren Magnetfeldern geschrieben wird, um zu bewirken, dass die Datenspeicherungsschicht (50) zwischen den Domänenzuständen umschaltet.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6161106A (en) * 1998-07-28 2000-12-12 Motorola, Inc. Perishable media system and method of operation
US5982660A (en) * 1998-08-27 1999-11-09 Hewlett-Packard Company Magnetic memory cell with off-axis reference layer orientation for improved response
JP2002334971A (ja) * 2001-05-09 2002-11-22 Nec Corp 磁性メモリ及びその動作方法
US6466471B1 (en) 2001-05-29 2002-10-15 Hewlett-Packard Company Low power MRAM memory array
US6510080B1 (en) * 2001-08-28 2003-01-21 Micron Technology Inc. Three terminal magnetic random access memory
US6649423B2 (en) * 2001-10-04 2003-11-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method for modifying switching field characteristics of magnetic tunnel junctions
US6795336B2 (en) * 2001-12-07 2004-09-21 Hynix Semiconductor Inc. Magnetic random access memory
JP3866567B2 (ja) * 2001-12-13 2007-01-10 株式会社東芝 半導体記憶装置及びその製造方法
US20030161180A1 (en) * 2002-02-22 2003-08-28 Bloomquist Darrel R. Shared bit lines in stacked MRAM arrays
SG115462A1 (en) * 2002-03-12 2005-10-28 Inst Data Storage Multi-stage per cell magnetoresistive random access memory
US6778421B2 (en) * 2002-03-14 2004-08-17 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Memory device array having a pair of magnetic bits sharing a common conductor line
US6593608B1 (en) 2002-03-15 2003-07-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magneto resistive storage device having double tunnel junction
US6885573B2 (en) 2002-03-15 2005-04-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Diode for use in MRAM devices and method of manufacture
US6724652B2 (en) 2002-05-02 2004-04-20 Micron Technology, Inc. Low remanence flux concentrator for MRAM devices
US7095646B2 (en) * 2002-07-17 2006-08-22 Freescale Semiconductor, Inc. Multi-state magnetoresistance random access cell with improved memory storage density
US6654278B1 (en) * 2002-07-31 2003-11-25 Motorola, Inc. Magnetoresistance random access memory
US6809958B2 (en) 2002-09-13 2004-10-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MRAM parallel conductor orientation for improved write performance
US6806127B2 (en) * 2002-12-03 2004-10-19 Freescale Semiconductor, Inc. Method and structure for contacting an overlying electrode for a magnetoelectronics element
US6888743B2 (en) * 2002-12-27 2005-05-03 Freescale Semiconductor, Inc. MRAM architecture
US6909631B2 (en) * 2003-10-02 2005-06-21 Freescale Semiconductor, Inc. MRAM and methods for reading the MRAM
US7002228B2 (en) * 2003-02-18 2006-02-21 Micron Technology, Inc. Diffusion barrier for improving the thermal stability of MRAM devices
US6987692B2 (en) * 2003-10-03 2006-01-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetic memory having angled third conductor
US7072209B2 (en) * 2003-12-29 2006-07-04 Micron Technology, Inc. Magnetic memory having synthetic antiferromagnetic pinned layer
US7187576B2 (en) * 2004-07-19 2007-03-06 Infineon Technologies Ag Read out scheme for several bits in a single MRAM soft layer
US7751231B2 (en) * 2008-05-05 2010-07-06 Qimonda Ag Method and integrated circuit for determining the state of a resistivity changing memory cell
GB201117446D0 (en) * 2011-10-10 2011-11-23 Univ York Method of pinning domain walls in a nanowire magnetic memory device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3707706A (en) * 1970-11-04 1972-12-26 Honeywell Inf Systems Multiple state memory
US4103315A (en) * 1977-06-24 1978-07-25 International Business Machines Corporation Antiferromagnetic-ferromagnetic exchange bias films
US5477482A (en) * 1993-10-01 1995-12-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Ultra high density, non-volatile ferromagnetic random access memory
US5841611A (en) * 1994-05-02 1998-11-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect type head, memory device, and amplifying device using the same
US5640343A (en) * 1996-03-18 1997-06-17 International Business Machines Corporation Magnetic memory array using magnetic tunnel junction devices in the memory cells
US5764567A (en) * 1996-11-27 1998-06-09 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction device with nonferromagnetic interface layer for improved magnetic field response
US5703805A (en) * 1996-05-08 1997-12-30 Motorola Method for detecting information stored in a MRAM cell having two magnetic layers in different thicknesses
US5734605A (en) * 1996-09-10 1998-03-31 Motorola, Inc. Multi-layer magnetic tunneling junction memory cells
US5768183A (en) * 1996-09-25 1998-06-16 Motorola, Inc. Multi-layer magnetic memory cells with improved switching characteristics
US5828598A (en) * 1997-05-23 1998-10-27 Motorola, Inc. MRAM with high GMR ratio

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