TWI424433B - 磁性移位暫存記憶體與讀取方法 - Google Patents

Description

磁性移位暫存記憶體與讀取方法

本發明是有關於一種磁性移位暫存記憶體(magnetic shift register memory)以及其讀取方法。

磁性隨機存取記憶體(MRAM)是具有非揮發性、高密集度、高讀寫速度、抗輻射線等等優點，具取代傳統半導體記憶體，跨入嵌入式記憶體應用之優勢。傳統的磁場寫入式的MRAM元件，採用金屬線通入電流，感應出磁場，以翻轉MRAM之自由層。然而由於隨尺寸縮小，去磁場效應之快速增加，所需寫入電流激增，造成此類MRAM記憶體遭遇到微縮化的種種困難。

近幾年來MRAM技術有提出採取自旋傳輸翻轉(Spin-torque-transfer switching，STT)的技術，其又稱為Spin-RAM，是寫入方式的新一代磁性記憶體技術。寫入電流直接流經記憶元，隨記憶元尺寸縮小，所需的寫入電流隨之下降，因此這類記憶體擁有不錯的微縮性。然而，此STT技術至今仍有元件熱穩定性不足、寫入電流過大、以及可靠度特性之種種不確定性，可能導致此類記憶體未來推入量產時產生巨大的阻礙。

另外傳統技術中也有利用電流脈衝來移動磁壁的(current-driven domain wall motion)理論，於1998年~2004年陸續提出與發展完備。美國專利第6,834,005 B1號 文件，提出一種可以大幅提高資訊儲存容量的元件結構，稱為磁性移位暫存記憶體(magnetic shift register)。這種記憶體有機會取代現在的動態隨機存取記憶體(DRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)以及快閃記憶體(FLASH)晶片，甚至還可以讓“記憶體硬碟晶片(disk drive on a chip)”變成事實。此記憶體主要採用類似於硬碟的磁性記錄盤，折疊成三維堆疊方式儲存，藉由電流驅動磁壁移動的方式，將資訊逐一的記錄其中，所以其等效的位元尺寸可以縮小許多，且操作速度超過固態快閃記憶體晶片以及硬碟的速度。

圖1A-1C繪示傳統磁性移位暫存記憶的操作示意圖。記憶體元件100，包含一位元儲存區35(Storage region)，一位元暫存區40(Reservoir region)，一寫入元件15(Writing device)，一讀取元件20(Reading device)。此移位暫存記憶體100，以磁性金屬材料來形成，例如NiFe、CoFe等之鐵磁性材料，可供資訊儲存及移動的軌道11(Track)。軌道11上可以磁化成許多小區域的磁區(Magnetic Domains)25、30。這些磁區之磁化向量(magnetization)的方向，可以表示儲存資訊的0與1邏輯值。這個移位暫存記憶體之軌道11與鄰近軌道相互連接成串，以一組寫入元件15及讀取元件20區隔成每一組記憶區域，在每一組記憶區域當中，包含位元儲存區35及位元暫存區40。在資訊儲存起始態時(Quiescent state)，也就是不加電流驅動磁壁移動之穩態時，許多的記憶單元，例 如磁區25代表資料0，磁區30代表資料1，依序儲存在位元儲存區35內。而此時位元暫存區40不存放資訊。此磁性移位暫存記憶體的讀取元件20是用磁性穿遂元件(Magnetic Tunneling Junction,MTJ)與軌道11相連接，欲讀取依序的位元資訊的時候，藉由通入電流脈衝45導致每一個磁區25、30向電子流的方向產生磁壁移動(Domain Wall Motion，DWM)。

圖1B顯示一個暫態狀態，此時可以讀取與讀取元件20最接近的位元資訊，在這個暫態狀態，已經將先前讀取過的位元資訊移入位元暫存區40之內，直到所有儲存在位元儲存區35的位元資訊都讀取完畢之後，此時全部位元資訊都移入位元暫存區40，再通入反向的電流脈衝45將所有位元資訊移回位元儲存區35。此磁性移位暫存記憶體在寫入資料時，也是藉由通入電流脈衝45將欲寫入資料的磁區移動到寫入元件15之處，此時這個寫入元件15也是由另外一條寫入線，藉由磁壁移動的方式，將特定方向的漏磁場(Stray field)移到寫入區，導致該磁區翻轉成欲寫入的資料方向，而後再將依序的磁區資訊藉由反向的電流脈衝45移回原位。依據一般記憶體的知識，讀取元件20藉由一個選擇電晶體(Select transistor,MOS transistor)與感應放大器(Sense amplifier)相接，而此電晶體會佔據Si基板的實體面積，而資訊磁區25、30之尺度，一般而言比起電晶體微小許多，所以這個磁性移位暫存記憶體的等效位元尺寸，主要就視此電晶體佔據的面積，以及一組電晶 體，掌管幾個儲存於位元儲存區35之內的位元資訊(25,30)。由於磁性移位暫存記憶體包含多個位元，因此等效位元尺寸就可大為降低。

圖2繪示圖1A~1C中的機制示意圖。參閱圖2，簡化圖1的機制，可以將移位暫存記憶體100延展在一直線軌道上，其包含位元儲存區35以及位元暫存區40，分別都有多個磁區25、30。假設如圖2中，一個移位暫存記憶體100的位元儲存區35記錄四個位元的資料，可以被移動到位元暫存區40。圖3繪示讀取的機制示意圖。參閱圖3，例如施加脈衝電流106給移位暫存記憶體100。如此，磁區102、104會被移位，其中一個磁區會通過讀取元件108的位置，由讀取元件108讀取位元資料。如果是寫入此磁區的資料也可以藉由一寫入電路將位元資料寫入。

圖4繪示傳統方式讀取磁區的資料的機制示意圖。參閱圖4(a)，接續圖3的讀取方式，讀取元件一般會利用一金屬電極206連接至週邊讀取電路(未顯示)，以及一磁阻(magnetoresistance)讀取元件之磁矩固定參考層204，例如可為磁性穿隧接面(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)元件之固定參考層。磁性穿隧接面元件可以包括自由層結構，穿隧阻障層(Tunneling Barrier)，以及固定參考層結構，藉由一磁性耦合金屬結構202與所要讀取的磁區接觸，以耦合並感應磁區中的磁矩方向208。換句話說，磁阻讀取元件是藉由一磁性耦合金屬結構202與對應磁區相接。參閱圖4(b)，另一種磁阻讀取元件，包含具有固定磁矩方向的 固定參考層204，其藉由穿隧阻障層210直接與所要讀取的磁區接觸，以感應磁區中的磁矩方向208。也就是以磁矩208，穿隧阻障層210及參考固定層204構成了磁性穿隧接面元件，磁矩208亦扮演磁性穿隧接面元件的自由層角色。

換句話說，傳統讀取的所儲存的資料都是直接耦合或偵測磁區上的磁矩，因此需要耦合結構202。如果磁阻讀取元件之參考固定層204太接近磁區，或磁性穿隧阻障層210與磁矩相接，磁阻讀取元件的外漏磁場可能會干擾磁軌上的磁壁正常移動。

也就是說，傳統讀取的方式仍有其可能的問題，相關技術研發者，仍繼續尋求其他可能的設計方式與方法。

本發明提出磁性移位暫存記憶體的結構與讀取方法，藉由在相鄰二磁區的界面上偵測是否有外漏磁場產生，以決定磁區所儲存的位元資料。

本發明提出一種磁性移位暫存記憶體，包括至少一個磁軌。每一個磁軌上有至少一組叢資料，由連續的多個磁區所構成。每一個磁區有一磁矩方向對應一儲存資料。一前頭磁區有已知給予的一磁矩方向的一已知儲存資料，設置在該組叢資料的最前端與該組叢資料成為一資料儲存單元。

本發明提出磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中磁 性移位暫存記憶體包括：至少一個磁軌，該磁軌上有至少一組叢資料，由連續的多個磁區所構成，每一個該磁區有一磁矩方向對應一儲存資料；一前頭磁區，有已知給予的一磁矩方向，設置在該組叢資料的最前端；以及一讀取元件是設置在相鄰磁區的一邊界上以偵測一外漏磁場狀態。讀取方法包括將該磁軌上的該些磁區的該些儲存資料依序往該前頭磁區的方向移位，且每一次移位就進行一讀取操作，。讀取操作包括：藉由該讀取元件先讀取一第一個磁區的資料，其是根據該前頭磁區與該組叢資料的該第一個磁區所產生的該外漏磁場狀態所決定。又，依序讀取在該組叢資料的其他該些儲存資料，其中以該第一個磁區的資料為參考，藉由一規則，依照當前偵測的該外漏磁場狀態，由前一個該磁區已讀取的該儲存資料決定當前該磁區所讀取的該儲存資料。

本發明提出一種磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中該磁性移位暫存記憶體包括：至少一個磁軌，該磁軌上有至少一組叢資料，由連續的多個磁區所構成，每一個該磁區有一磁矩方向對應一儲存資料。讀取方法包括：使該些磁區之間的多個界面會依序通過一讀取位置。將該些磁區的該些儲存資料以一次一個移位，依序將該組叢資料經過該些磁區移動，使經過讀取位置。偵測在讀取位置是否有一外漏磁場，且依照一規則決定當下所讀取的該磁區的該儲存資料。該規則包括：如果在該讀取位置所偵測的結果是無該外漏磁場，則當前所讀取的該磁區的該儲存資料與前一 個該磁區的該儲存資料相同；以及如果在該讀取位置所偵測的結果是有該外漏磁場，則當前所讀取的該磁區的該儲存資料與前一個該磁區的該儲存資料相反。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

本發明針對水平異向材料或是垂直異向材料的磁性移位暫存記憶體提出藉由磁壁外漏磁場(Domain wall fringe field)以動態讀取磁性移位暫存記憶體資料的方法。水平異向材料或垂直異向材料的磁性移位暫存記憶體是指磁區的磁矩方向分別是平行或垂直於磁軌。在叢資料(Burst bits)之前，置放一個已知資料狀態的識別位元(Heading bit)，藉由磁壁外漏磁場與此已知的資料狀態，判別叢資料的第一位元。隨後叢資料的每一位元，藉由磁壁外漏磁場與其上一筆已知的資料狀態，判別其真實的記憶狀態。此方法採用感應磁壁外漏磁場的方式，可解決一般讀取元件直接與磁性奈米線緊密接觸的困難製程以及磁性干擾問題，並解決感應磁壁外漏磁場方法之第一位元判別問題。

以下舉一些實施例來說明本發明內容，但是本發明不僅限於所舉實施例。又所舉的實施例之間也可以相互適當結合。

圖5繪示依據本發明一實施例，讀取儲存資料的機制示意圖。參閱圖5(a)，先以水平異向的材料為例來說明。本發明是利用磁壁的外漏磁場來做為判定儲存資料的內容。因此讀取元件302是對應相鄰磁區200的界面300來設置。當相鄰磁區200的磁矩方向208相反，例如是頭對頭的狀況則在磁區的界面300處會產生磁壁，其外漏磁場方向是朝外。因此，讀取元件302可以不用接觸磁區200的界面300即可感應到外漏磁場。讀取元件302配合一金屬電極304與週邊讀取電路相接，可獲得一磁阻值。參閱圖5(b)，除了圖5(a)的非接觸設計外，也可以加入金屬導電材料306，以利於縮小讀取元件與磁軌距離，以增大感應訊號。

圖6繪示依據本發明一實施例，水平異向材料的外漏磁場的四種狀態示意圖。圖7繪示依據本發明一實施例，對應圖6的四種外漏磁場狀態的標示示意圖。參閱圖6(a)，其是相鄰二個磁區的磁矩方向相同，即是頭對尾或是尾對頭的二種狀態。此二種狀態，由於磁矩方向相同不會產生磁壁，也因此實質上是沒有外漏磁場，即是本發明所謂的沒有外漏磁場的狀態。因此，讀取元件400，例如置放在磁區下方，其參考層的磁矩方向例如是朝上。也同時參閱圖7(a)，此時，由於沒有外漏磁場產生，讀取元件400之固定參考層與自由層之磁矩呈垂直組態，所感應到的磁阻(R)與磁場(H)的關係是在一中間態。此時單以磁阻值尚無法判斷所儲存的資料。

參閱圖6(b)與圖7(b)，本狀態的相鄰磁區的磁矩方向是頭對頭的情形，因此會產生外漏磁場402，其磁場方向是朝外，因此造成讀取元件400之固定參考層與自由層之磁矩呈反平行的組態，可以產生較大的磁阻值。在圖7(b)的磁阻(R)與磁場(H)的關係是在一高磁阻值的狀態，例如代表“1”的儲存資料。

參閱圖6(c)與圖7(c)，本狀態的相鄰磁區的磁矩方向是尾對尾的情形，因此會產生外漏磁場402，其磁場方向是朝內，因此造成讀取元件400之固定參考層與自由層的磁矩呈平行的組態，可以產生較小的磁阻值。在圖7(c)的磁阻(R)與磁場(H)的關係是在一低磁阻值的狀態，例如代表“0”的儲存資料。

更詳細的機制描述如下，一般在硬碟產業熟知的磁頭元件，主要採取自由層與參考層相互正交的配置方式，以獲得最佳的線性讀取特性。於圖7為一般此類讀取元件的磁阻-磁場(R-H)特性曲線及其自由層與參考層的磁矩示意圖。由於此讀取元件自由層與參考層相互成90度，在此讀取元件未受磁場作用下，其磁阻呈現中間態(Rmid=2/(1/Rhigh+1/Rlow)。當磁場為正方向的時候，自由層偏轉，可能使得自由層與參考層的夾角增大，磁阻會偏向Rhigh，如圖7(b)所示可代表資料“1”。而當磁場為負方向的時候，自由層向另一方向偏轉，可能使得自由層與參考層的夾角減小，磁阻會偏向Rlow，如圖7(c)所示可代表資料“0”。這三種情形可以對應到由磁壁區產生外漏磁場的 情形，此磁壁是由相鄰兩個位元儲存不同類型的資料所形成。當相鄰位元儲存相同類型資料，如磁矩朝右代表位元資料1，磁矩朝左代表位元資料0，則兩位元1+1與兩位元0+0的情形，沒有磁壁的形成，此時並不會有磁壁外漏磁場產生，這個情形之下，讀取元件未受磁場作用，將呈現中間態。當相鄰兩位元資料為1+0的情形，即是磁矩頭對頭的情形，此時形成磁壁，可以視為正磁荷的情形，外漏磁場將從磁壁區向外發散(+Hx,+Hy,+Hz)。這個時候讀取元件可能呈現資料1的情形。另一種情形當相鄰兩位元資料為0+1的情形，即是磁矩尾對尾的情形，此時亦形成磁壁，可以視為負磁荷的情形，外漏磁場將指向磁壁區(-Hx,-Hy,-Hz)，這個時候讀取元件可能呈現資料0的情形。

相同的機制也可以應用到垂直式的記憶體。圖8繪示依據本發明一實施例，垂直式設計的外漏磁場的四種狀態示意圖。參閱圖8(a)，相鄰二磁區200的磁矩方向例如都是朝上或是朝下，而沒有產生磁壁，也因此沒有外漏磁場412。如果讀取元件410也是置於磁區界面的下方，而其參考層的磁矩方向例如朝右。因此，所感應到的磁阻是處於中間態，且無法分辨相鄰兩磁區是朝上或是朝下的狀態。

參與圖8(b)，當相鄰二磁區200的磁矩方向例如是左磁區朝上右磁區朝下，則會產生磁壁，也因此有朝左的外漏磁場。此時感應讀取元件之自由層與參考磁矩方向構成 反平行的狀態，有高磁阻值。

參與圖8(c)，當相鄰二磁區200的磁矩方向例如是左磁區朝下右磁區朝上，則也會產生磁壁，也因此有朝右的外漏磁場。此時讀取元件之自由層與參考磁矩方向構成平行的狀態，有低磁阻值。

藉由上述機制，在實際的磁性移位暫存記憶體的應用上，是針對磁軌設置。圖9繪示依據本發明一實施例，磁性移位暫存記憶體以及讀取元件的配置示意圖。參閱圖9(a)，磁性移位暫存記憶體一般包括至少一個磁軌。對於一個磁軌上有至少一組叢資料500，由連續的多個磁區所構成。每一個磁區有一磁矩方向對應一儲存資料。一前頭磁區502有已知給予的一磁矩方向的一已知儲存資料，設置在叢資料500的最前端，且與叢資料500成為一資料儲存單元。

讀取元件506是設置在叢資料500的第一個磁區與前頭磁區502的界面上。讀取元件506可藉由週邊電路讀取磁阻值，並轉換為感應電路的輸出邏輯狀態。當如圖9(a)的情形為例是沒有磁壁產生，也因此沒有外漏磁場。因此，讀取元件506所感應到的值不足以超過一臨界值而改變感應電路之輸出狀態，因此維持原狀態。此時判定叢資料500的第一個磁區的磁矩方向及儲存資料與前頭磁區502的已知資料相同，例如是磁矩方向朝左為“0”，朝右為“1”。因此，叢資料500的第一個儲存資料可以被正確決定。

如果繼續讀取叢資料500其它的資料，則將叢資料500與前頭磁區502為單元的多個磁區，以一次一個磁區向讀取元件506的方向移位。由於對應當前要讀取的磁區的前一個磁區，已移位到原先前頭磁區502的位置，且所儲存的位元資料是已讀取，因此可以正確讀取叢資料500的後續其他磁區的資料。圖10會描述判斷方法的實施例。

圖9(b)是另一種初始情形。叢資料500的第一個磁區的資料是朝右，則會與前頭磁區502產生磁壁，也因此產生外漏磁場。依照簡化的讀取元件506，由於外漏磁場產生的感應電路訊號可大於臨界值，足以改變輸出狀態，因此正確判定叢資料500的第一個磁區的資料與前頭磁區502的資料相反，磁矩方向朝右。

圖9(c)是以前頭磁區502為已知朝右的磁矩方向。因此，叢資料500的第一個磁區如果是朝左，則也會產生外漏磁場，但是磁場方向與圖9(b)相反。此時，由於外漏磁場產生感應電路訊號也大於臨界值，因此讀取元件506的輸出狀態會轉態，因此正確判斷是磁矩方向朝左的資料。

參閱圖9(d)，其也是以前頭磁區502為已知朝右的磁矩方向。如果叢資料500的第一個磁區如果是另一種朝右右的資料，則不會產生外漏磁場，因此讀取元件506的輸出狀態維持，因此正確判斷是磁矩方向朝右的資料。

上述中，讀取元件506的功能可以實際設計而改變，只要能感應出是否有磁壁所產生的外漏磁場即可。前頭磁區502的設計，便於正確判斷叢資料500的第一個磁區的 資料，而後續的資料依相同機制可以正確判斷讀出。

圖10繪示依據本發明一實施例，資料判斷的機制示意圖。參閱圖10，動態讀取磁性移位暫存記憶體資料的方法可簡化成四種組態，推演磁壁移動及磁壁外漏磁場造成讀取元件訊號的各種組合如狀態A、B、C、及D。

讀取元件可透過位元線與週邊的感應電路相接，感應電路例如透過差動放大訊號的方式以改變拴鎖(Latch)其資料。一般差動訊號例如約為100mV等級，即是臨界值。讀取元件在磁壁存在的時候，可以感受外漏磁場的作用而形成Rhigh或Rlow的狀態，可以改變感應放大器之拴鎖的資料成1或0。然而，當磁壁不存在的時候，讀取元件無外漏磁場作用，呈現Rmid的狀態，此訊號的差別，不足夠改變拴鎖的資料，感應放大器仍舊呈現原先儲存的資料，若上一位元為資料1，則可表示此一位元仍舊為資料1，才造成無磁壁的情形，未改變感應放大器的值。

以狀態機制為例說明，假設最初的狀態(A)600為一個頭對頭的情形。磁矩方向550例如朝左代表資料“0”，相鄰磁區的磁矩方向552朝右代表資料“1”。此時讀取元件可以讀取到磁矩方向552為Rhigh(資料1)的結果，這時感應放大器的輸出為1，可代表左位元的儲存資料為1(磁矩朝右)。假設驅動電流造成磁壁移動的方向向右，在一次的驅動脈衝，磁區所儲存的位元均同步向右移動一格，在此僅顯示讀取元件處的相鄰兩個位元。以狀態A 600到狀態B 602為例，新進入的位元磁矩方向554朝左，則跟上 一個位元組合成尾對尾的磁壁狀態B 602。此時讀取元件可以讀取到Rlow的結果，週邊感應放大器電路可以判別出資料0，這個資料0的結果，可以對應到左位元的磁矩方向，也就是朝左。其他的狀態如狀態C 604是狀態B 602向右移位，與新進入的磁矩方向556同為朝左。狀態D 606是狀態A 600向右移位的結果，與新進入的磁矩方向558同為朝右。在任何狀態進入狀態A 600，如B→A或C→A及在任何狀態進入狀態B 602，如D→B或A→B的情形，讀取元件可以讀到Rhigh或Rlow的狀態。都可將感應放大器更改成正確的狀態，可對應成左位元的儲存資料。然而，當狀態移入無磁壁的情形時，如A→D、D→D、B→C、C→C，讀取元件都出現Rmid的狀態，此時差動放大不足以改變上一次感測放大器所記錄的資料。如果對應這個狀態電路可能出現的情形，會出現無磁壁的情形，表示下一筆資料跟上一筆資料一樣(磁矩都朝右，或磁矩都朝左)，仍舊利用感測放大器的讀值。由狀態A 600開始，其後續的狀態可能是狀態B 602或狀態D 606。同樣地，以狀態B 602開始，其後續的狀態可能是狀態A 600或狀態C 604。以狀態C 604開始，其後續的狀態可能仍是狀態C 604或狀態A 600。以狀態D 606開始，其後續的狀態可能是狀態D 606或狀態B 602。

依照這樣的流程，資料的判別仍舊可以跟一般的記憶體相同，依據感應放大器的輸出，即代表每一筆位元資料。如果初始狀態是狀態A 600或狀態B 600，則可以順利判 斷。然而初始狀態如果是狀態C 604與狀態D 606，將無法判別的差別，需要再利用其他機制來判斷。

依照一實施例，本發明的磁性移位暫存記憶體如前述例如可以增加前頭磁區，先行置放一筆已知狀態的位元資料，又稱為前導位元(heading bit)，例如磁矩方向550。狀態電路在讀取操作時都可以從第一個位元開始。狀態A 600與狀態B 602的判斷不會有間題，如果初始狀態是狀態D 606或狀態C 604，且感應放大器的初始值也與前導位元一致。其右磁區儲存前導位元且其磁矩方向為已知。叢資料的第一筆資料與此前導位元，沒有磁壁形成，但由於感應放大器初始狀態的資料“0”(狀態C 604)或“1”(狀態D 604)。差動訊號不足以更改感應放大器的值，所以仍舊輸出相同的資料。如此，即使初始狀態是狀態D 606或狀態C 604，本實施例可以順利正確判斷。當然本發明也不排除利用其他方式來判斷叢資料的一個位元，但是可能較為複雜。

本發明將讀取元件設置在磁區的界面上，藉由偵測外漏磁場來讀取位元資料。又，為了順利判斷叢資料的第一個位元，例如藉由設置前頭磁區的已知前導位元來判斷。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11‧‧‧軌道

15‧‧‧寫入元件

20‧‧‧讀取元件

25、30‧‧‧磁區

35‧‧‧位元儲存區

40‧‧‧位元暫存區

100‧‧‧記憶體元件

102、104‧‧‧磁區

106‧‧‧脈衝電流

108‧‧‧讀取元件

200‧‧‧磁區

202‧‧‧耦合結構

306‧‧‧金屬材料

204‧‧‧讀取元件之磁矩固定參考層

206、304‧‧‧金屬電極

208、550~558‧‧‧磁矩方向

210‧‧‧穿隧阻障層

302、400、410、506‧‧‧讀取元件

300‧‧‧界面

402、412‧‧‧外漏磁場

500‧‧‧叢資料

502‧‧‧前頭磁區

600~606‧‧‧狀態

圖1A-1C繪示傳統磁性移位暫存記憶的操作示意圖。

圖2繪示圖1A~1C中的機制示意圖。

圖3繪示讀取的機制示意圖。

圖4繪示傳統方式讀取磁區的資料的機制示意圖。

圖5繪示依據本發明一實施例，讀取儲存資料的機制示意圖。

圖6繪示依據本發明一實施例，水平異向材料的外漏磁場的四種狀態示意圖。

圖7繪示依據本發明一實施例，對應圖6的四種外漏磁場狀態的標示示意圖。

圖8繪示依據本發明一實施例，垂直異向材料的外漏磁場的四種狀態示意圖。

圖9繪示依據本發明一實施例，磁性移位暫存記憶體以及讀取元件的配置示意圖。

圖10繪示依據本發明一實施例，資料判斷的機制示意圖。

500‧‧‧叢資料

502‧‧‧前頭磁區

506‧‧‧讀取元件

Claims (17)

1. 一種磁性移位暫存記憶體，包括：至少一個磁軌，該磁軌上有至少一組叢資料，由連續的多個磁區所構成，每一個該磁區有一磁矩方向對應一儲存資料；一前頭磁區，有已知給予的一磁矩方向的一已知儲存資料，設置在該組叢資料的最前端與該組叢資料成為一資料儲存單元；以及一讀取元件，設置在相鄰磁區的一邊界上，以偵測一外漏磁場的狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的磁性移位暫存記憶體，其中該磁矩方向是垂直於該磁軌或是水平於該磁軌。
3. 如申請專利範圍第1項所述的磁性移位暫存記憶體，其中該磁軌的該些磁區，於讀取操作時是朝向該前頭磁區的方向移位。
4. 如申請專利範圍第1項所述的磁性移位暫存記憶體，其中該讀取元件藉由該前頭磁區決定該組叢資料的一第一個位元資料後，依前一個該磁區的該磁矩方向決定後一個該磁區的該磁矩方向，得到所儲存的該儲存資料。
5. 一種磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中該磁性移位暫存記憶體包括：至少一個磁軌，該磁軌上有至少一組叢資料，由連續的多個磁區所構成，每一個該磁區有一磁矩方向對應一儲存資料；一前頭磁區，有已知給予的一磁矩方向，設置在該組叢資料的最前端；以及一讀取元件是設 置在相鄰磁區的一邊界上以偵測一外漏磁場狀態，該讀取方法包括：將該磁軌上的該些磁區的該些儲存資料依序往該前頭磁區的方向移位，且每一次移位就進行一讀取操作，該讀取操作包括：藉由該讀取元件先讀取一第一個磁區的資料，其是根據該前頭磁區與該組叢資料的該第一個磁區所產生的該外漏磁場狀態所決定；以及依序讀取在該組叢資料的其他該些儲存資料，其中以該第一個磁區的資料為參考，藉由一規則，依照當前偵測的該外漏磁場狀態，由前一個該磁區已讀取的該儲存資料決定當前該磁區所讀取的該儲存資料。
6. 如申請專利範圍第5項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中藉由該讀取元件偵測該外漏磁場狀態得到一中間阻值態、一高阻值態以及一低阻值態的其一。
7. 如申請專利範圍第5項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中藉由該讀取元件偵測該外漏磁場狀態得到一中間阻值態或是一大阻值態，其中該中間阻值態對應無外漏磁場的狀態，該大阻值態對應有正方向或負方向外漏磁場的狀態。
8. 如申請專利範圍第5項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中該磁矩方向是垂直於該磁軌或是水平於該磁軌。
9. 如申請專利範圍第5項所述之磁性移位暫存記憶 體的讀取方法，其中該第一個磁區的該儲存資料的一決定條件包括：如果該第一個磁區的該外漏磁場狀態是無外漏磁場，則該第一個磁區的該儲存資料與該前頭磁區的該已知儲存資料相同；以及如果該第一個磁區的該外漏磁場狀態是有外漏磁場，則該第一個磁區的該儲存資料與該前頭磁區的該已知儲存資料相反。
10. 如申請專利範圍第9項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中依序讀取在該組叢資料的其他該些儲存資料中的該規則包括：以前一個該磁區的該儲存資料做為一參考資料；如果該外漏磁場狀態是無外漏磁場，則當前所讀取的該磁區的該儲存資料與該參考資料相同；以及如果該外漏磁場狀態是有外漏磁場，則當前所讀取的該磁區的該儲存資料與該參考資料相反。
11. 如申請專利範圍第5項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中該讀取元件是一磁場讀取元件有二個輸出狀態，當沒有感應到外漏磁場時不會轉態，反之當感應到外漏磁場時會轉態。
12. 一種磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中該磁性移位暫存記憶體包括：至少一個磁軌，該磁軌上有至少一組叢資料，由連續的多個磁區所構成，每一個該磁區有一磁矩方向對應一儲存資料，該讀取方法包括： 對一前頭磁區設定一給予的磁矩方向，其中該前頭磁區是該組叢資料的該些磁區的最前一個磁區，以儲存對應該給予的磁矩方向的一已知位元資料；使該些磁區之間的多個界面會依序通過一讀取位置；將該些磁區的該些儲存資料以一次一個移位，依序將該組叢資料經過該些磁區移動，使經過該讀取位置；偵測在該讀取位置是否有一外漏磁場，依照一規則決定當下所讀取的該磁區的該儲存資料，其中該規則包括：如果在該讀取位置所偵測的結果是無該外漏磁場，則當前所讀取的該磁區的該儲存資料與前一個該磁區的該儲存資料相同；以及如果在該讀取位置所偵測的結果是有該外漏磁場，則當前所讀取的該磁區的該儲存資料與前一個該磁區的該儲存資料相反。
13. 如申請專利範圍第12項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中在該讀取位置偵測是否有該外漏磁場的方法包括設置一讀取元件來偵測是否有該外漏磁場。
14. 如申請專利範圍第13項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中是該讀取元件有一磁阻臨界值且有一小磁阻狀態與一大磁阻狀態，該讀取元件有一偵測前狀態是該小磁阻狀態與該大磁阻狀態之其一，該讀取元件進行如下操作：當偵測的一磁阻值對應沒有該外漏磁場而小於該磁阻臨界值時則維持該偵測前狀態；以及 當偵測的該磁阻值對應有該外漏磁場而大於該磁阻臨界值時則維持改變該偵測前狀態到另一狀態。
15. 如申請專利範圍第14項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中藉由該讀取元件是否有轉態，決定是否有該外漏磁場。
16. 如申請專利範圍第14項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，其中該磁矩方向是垂直於該磁軌或是水平於該磁軌。
17. 如申請專利範圍第14項所述之磁性移位暫存記憶體的讀取方法，更包括：當讀取該組叢資料的一第一個該儲存資料時，藉由一已知磁矩方向來決定。