TWI428914B - 堆疊式磁性移位暫存記憶體 - Google Patents

Description

堆疊式磁性移位暫存記憶體

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

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晶片或硬碟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電路108的位置，由讀取電路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。

基本上，傳統的磁性移位暫存記憶體的設計仍不是很理想，且磁性移位暫存記憶體技術是屬於初期發展階段，業者仍積極在研發。

更例如，前述的傳統設計，在磁區上的磁化方向是水平於磁軌，如此磁壁需要較大的寬度，導致記憶胞的磁區較大。傳統技術中也有提出設計使磁區上的磁化方向是垂直於磁軌，以減少記憶胞的尺寸。然而，此種垂直式的記憶胞，不利於在U型磁軌上的移動。因此，U型磁軌的設計仍有改進的地方。

本發明提出一種堆疊式磁性移位暫存記憶體，其暫存記憶層可維持直線條層，而相鄰的暫存記憶層之間藉由一耦合機制，將資料跨層傳遞，達到整個儲存資料的移位。

本發明提出一種堆疊式磁性移位暫存記憶體包含多層磁性移位暫存記憶層，構成一堆疊結構單元。每一個磁性移位暫存記憶層有多個磁區，每一個磁區有一磁化方向對應一儲存資料。相鄰二個磁性移位暫存記憶層分別有一上磁區與一下磁區構成一耦合區，藉由一耦合結構使下磁區與上磁區具有相同的儲存資料。一電流驅動單元耦接於該些磁性移位暫存記憶層，分別給予有預定方向的一驅動電流，使磁性移位暫存記憶層的磁區所儲存的資料，以一移位方向由磁性移位暫存記憶層的一最前記憶層藉由該耦合結構依序流向一最末記憶層。

又於一實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體例如更包含一寫入元件與一讀取元件。寫入元件設置在最前記憶層與最末記憶層之其一，以對經過的該些磁區的其一磁區寫入一寫入資料。讀取元件設置在最前記憶層與最末記憶層之另其一，以對經過的該些磁區的其一磁區讀出一讀出資料。

又於一實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體例如更包括一電路單元使該讀出資料傳送給該寫入元件當作該寫入資料，重複寫入到經過的該磁區。

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。

本發明提出一個擁有高位元密度的磁性移位暫存記憶體元件架構及操作方法，採用堆疊式膜層架構，搭配傳遞膜層間位元訊息的耦合位元區。又同時例如採用雙電流源驅動架構，可將儲存在各層之間的位元訊息藉由耦合位元相互傳遞，而不需藉由龐大的元件串接來驅動整體磁壁移動。在此架構中，記憶層之間的電性可以是相互獨立的，但是以耦合位元區作為各層間訊號傳遞的溝通橋樑。耦合位元區的形成視材料特性而定，以垂直式磁性材料為例，例如有效控制各層間材料的矯頑力(coercive force)，在耦合位元的區域上形成矯頑力大小不一的位元組合。藉由其垂直方向的外漏場來寫動特定位元，形成單方向的耦合機制。另外水平式材料可採用磁性薄膜間的交互偶合力來完成資訊傳遞的機制，經由設計的耦合區可在單方向地將位元訊息傳遞，有效地將堆疊膜層間位元資訊作有秩序的傳輸。

本發明的堆疊式膜層可大幅提升元件位元密度，磁性軌道皆為水平方向排列，避免因製作U型軌道而須採用的深度溝槽製程(deep trench process)，由於磁壁移動對於軌道形狀的變異極為敏感，水平式堆疊的磁性軌道同時也可降低因U型軌道所造成磁壁移動的困難度。

目前垂直式材料例如採用多層鍍膜結構，如Co/Ni等 多層膜結構，其無法相容於U型軌道製程，因此在側壁軌道上需將膜層做水平的鍍製。然而水平式及垂直式材料皆相容於本發明堆疊式的磁性軌道。本發明的堆疊式磁性位移暫存記憶體架構擁有高位元密度，高相容性，以及平面製程的優點，同時水平式軌道提供磁壁更佳的行進軌道，提升位元寫入及讀取的可靠度。

以下舉一些實施來說明本發明，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做適當結合。

圖4(a)~4(b)繪示依據本發明實施例，垂直式材料的磁性移位暫存記憶層的剖面示意圖。參閱圖4(a)，對於磁性移位暫存記憶層200，是軌道膜層的結構。在移位暫存記憶層(shift registering layer)200。上有多個磁區(magnetic domain)202，以垂直式的磁性材料而言，每一個磁區會有垂直於移位暫存記憶層200的磁化方向，如箭頭所示，其向上或向下的方向例如分別對應一位元所儲存的“0”或“1”資料。相鄰磁區之間會有一界面202a，202b等，然而如果相鄰磁區的磁化方向不同時，會產生磁壁。參閱圖4(b)，磁壁的移動會隨電子流移動，也就是與正電流的方向相反移動。當驅動電流以脈衝形式由右段輸入，則磁區所儲存的資料，在一次脈衝會向右移位一個磁區，而最左端的磁區，依照操作需要例如就可以寫入新的儲存資料。

圖5繪示依據本發明實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體的剖面示意圖。參閱圖5，堆疊式磁性移位暫存記憶體的一個單元會包含多層的磁性移位暫存記憶層300a、 300b、300、300d，構成一堆疊結構單元。本實施例以四層為例，但是實際的層數依設計而定。如圖4所示，每一個該磁性移位暫存記憶層300a~300d有多個磁區，每一個磁區有一磁化方向對應一儲存資料。本實施例也是以垂直式材料為例，因此磁化方向是垂直於磁性移位暫存記憶層，其例如是奈米線層的結構。相鄰二個磁性移位暫存記憶層，例如移位暫存記憶層300c與300d之間分別有一上磁區與一下磁區構成一耦合區域302，藉由一耦合結構330使下磁區與上磁區具有相同的儲存資料，以磁化方向308來表示。該上磁區與該下磁區係分別位於該移位暫存記憶體300d與300c一側端，且為上下位置關係。

耦合結構330可以是磁性耦合材料或是自由空間。以垂直式材料為例，例如資料是設計成向下移位，由於移位暫存記憶層300d上在耦合區域302的上磁區會有外漏磁場(fringe field)，以感應(induce)移位暫存記憶層300c上在耦合區域302的下磁區，使得耦合區域302的上磁區與下磁區都是磁化方向308相下的相同狀態。二個移位暫存記憶層300c與300b的另外一端的耦合區域304也是相同的機制傳遞資料。又二個移位暫存記憶層300a與300b的另外一端的耦合區域也是相同的機制傳遞資料，不予詳述。

另外，至少為了避免相鄰記憶層在其他磁區的相互干擾，可以再設置遮蔽層(shielding layer)306。以移位暫存記憶層300d為例，單一記憶層的一端會由電流驅動單元輸入預定方向的驅動電流，而另一端會接地。在接地端的磁區 更例如會有尖凸的結構。當資料移出接地的磁區時，尖凸的結構有助將資料消除，不會影響新移入的資料。以本實施例而言，奇數層300a、300c的資料是由右邊往左邊移位，而偶數層300b、300d的資料是由左邊往右邊移位。

於實際操作中，例如在最上層的移位暫存記憶層300d設置有一寫入元件312，而最下層的移位暫存記憶層300a設置有一讀取元件310。由讀取元件310讀出的資料，可以藉由電路單元800，再傳回到寫入元件312，寫到對應的磁區。當然，如果對於一寫入一筆資料的操作而言，寫入元件312，就直接寫入新輸入要儲存的資料，不必由讀取元件310讀出舊資料。

為了達到類似多樓層建築中人員藉由樓梯移動向下的作用，以本實施例，相鄰二層的移動方向例如設計成不同，因此資料可以順利由上層300d往下層300a移動。圖6繪示依據本發明一實施例，以圖5的結構為基礎磁區移動方向與電流方向的示意圖。參閱圖6，點線316是磁區的移位的路徑，每一層的粗線314是驅動電流方向，交替設置，其例如採用相同電流脈衝但是輸入方向交替變化。因此，點線316由最上層藉由耦合結構，連續連接到最下層，上層的資料依序可以移位到下層，再藉由電路單元800移至上層達到循環。如此，本發明的堆疊式磁性移位暫存記憶體也無需設置緩衝區域。

於此，最上層與最下層僅是配合說明所使用的文字，無需限制在最上層與最下層的幾何位置關係。又，讀取元 件310與寫入元件312的設置位置有僅是一實施例，在相同的機制下，也可以做相對應的變換。

圖7繪示圖5的立體示意圖。參閱圖7，磁性移位暫存記憶層是直線條層，相互重疊的疊置，因此在製程較為簡易。相鄰二層之間的耦合結構，可以例如是自由空間或磁性耦合材料。如果資料流動是由上往下，則耦合結構允許上層磁區的資料耦合到下層磁區，達到單向傳遞的功能。又由於結構是相互重疊的設計，因此相鄰二層的磁區移動方向不同，因此電流方向如箭頭400、402所示，是交替變化。

圖8繪示依據本發明一實施例，資料移位的機制示意圖。參閱圖8，右下角是驅動電流脈衝，代表向右與向左的驅動電流。以相鄰的二個移位暫存記憶層300c與300d之間的移位為例，其耦合結構330設置在右端的耦合區域，且單一層移位暫存記憶層例如有四個磁區0~3，所儲存的資料以磁化方向代表。在t=0的階段，移位暫存記憶層300d的第0磁區的資料，例如藉由外漏磁場促使耦合結構330下的磁區具有與第0磁區相同的資料，因此資料已成功向下移位到移位暫存記憶層300c。於t=T，移位暫存記憶層300c向左移位一個磁區，且在耦合結構330下的磁區是自由狀態。於t=2T，移位暫存記憶層300d向右移位一個磁區，因此將第1磁區的資料耦合到移位暫存記憶層300c。於t=3T，移位暫存記憶層300c的磁區向左再移位一個磁區。於t=4T，移位暫存記憶層300d向右移位一個 磁區，因此將第2磁區的資料耦合到移位暫存記憶層300c。於t=5T，移位暫存記憶層300c的磁區向左再移位一個磁區。於t=6T，移位暫存記憶層300d向右移位一個磁區，因此將第3磁區的資料耦合到移位暫存記憶層300c。如此，移位暫存記憶層300d全部移到移位暫存記憶層300c。

依操作需要，移位暫存記憶層300d上對應寫入元件的磁區可以寫入所要的資料，例如是由讀取元件所讀出的資料，或是要寫入的新資料。

以下描述遮蔽層的設置。圖9(a)~9(b)繪示依據本發明一實施例，移位暫存記憶層之間的遮蔽層結構立體與剖面示意圖。參閱圖9(a)，以垂直式的材料而言，其是利用外漏磁場來寫動另一層磁區的資料，因此需要遮蔽層458設置在移位暫存記憶層450、452、454之間，僅露出耦合區域456。參閱圖9(b)，其是圖9(a)的剖面示意圖。遮蔽層458例如是具有高磁導係數的材料，可以遮蔽磁力。因此，只有耦合區域的磁區會感應到外漏磁場。由於有遮蔽層458的設置，耦合區域456例如可以是自由空間。於此實施例，遮蔽層458是單獨的一層，但此遮蔽層458的設置方式不是唯一的方式。

圖10(a)~10(b)繪示依據本發明一實施例，移位暫存記憶層之間的遮蔽層結構立體與剖面示意圖。參閱圖10(a)，遮蔽層460是一薄層但是直接設置在移位暫存記憶層450、452、454的表面上。參閱圖10(b)，其是圖10(a)的 剖面示意圖。換句話說，遮蔽層460的設置可以依設計需要而變化，能達到遮蔽磁場的干擾即可。

圖11(a)~11(b)繪示依據本發明一實施例，移位暫存記憶層之間的遮蔽層結構立體與剖面示意圖。參閱圖11(a)，如果磁區的設計是採用水平材料的設計，在磁區的磁化方向是水平方向，則外漏磁場的強度很低或是沒有外漏磁場，因此無需考慮圖9~10中用以遮蔽磁場的遮蔽層。然而，由於在耦合區域的上磁區沒有外漏磁場可以寫動下一層的下磁區，因此其需要實體的耦合結構462將上磁區的磁場耦合到下磁區。參閱圖11(b)，其是圖11(a)的剖面示意圖。

圖12(a)~12(b)繪示依據本發明一實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體結構立體與上視示意圖。參閱圖12(a)，以8層構成一堆疊結構單元為例，包括8層的移位暫存記憶層600a~600h，以重疊的以方式疊置而成。讀取元件602設置在最前與最後的二個移位暫存記憶層600a、600h的其一，例如是在移位暫存記憶層600a的一端。又，寫入元件604設置在最前與最後的二個移位暫存記憶層600a、600h的另其一，例如是在移位暫存記憶層600h的一端。此八層的結構與圖5的四層結構的作用機制相同，其層數取決實際需要，只要是至少二層即可。參閱圖12(b)，從上視圖來看，由於8層的移位暫存記憶層600a~600h是重疊的以方式疊置，因此僅看到移位暫存記憶層600h與寫入元件604。

圖13(a)~13(b)繪示依據本發明一實施例，堆疊式磁性 移位暫存記憶體結構立體與上視示意圖。參閱圖13(a)，以9層構成一堆疊結構單元為例，包括9層的移位暫存記憶層700a~700i，但是四邊的方式螺旋疊置，其中僅在兩端的耦合區域有重疊。如此即使是垂直式材料也可以省去遮蔽層的設置。讀取元件702例如設置在移位暫存記憶層700a的一端。又，寫入元件704例如設置在移位暫存記憶層700i的一端。參閱圖13(b)，其是圖13(a)的上視圖，因此移位暫存記憶層700g~700i構成四邊形的結構。於此種的結構，驅動電流的方向可以順著螺旋的單一方向流動，無需交替相反的方向移動。

圖14繪示依據本發明一實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體結構上視示意圖。參閱圖14，依相同的方式，可以以其他的螺旋多邊形來達成，例如是六邊形，包含有移位暫存記憶層800a~800f，而寫入元件8004設置在移位暫存記憶層800a的一端。

以下再進一步描述上下二層在耦合區域的磁區耦合機制。圖15(a)~15(b)繪示依據本發明一實施例，以矯頑力為機制的耦合結構示意圖。參閱圖15(a)~15(b)，在耦合區的設計在考慮單方向耦合，例如僅上層的磁區可以寫動下層的磁區的單方向耦合方式。其設計例如可以使上方軌道904的矯頑力場906與下方軌道900的矯頑力場902的大小不同，且耦合力908介於矯頑力場902與906兩者之間，會造成下方磁區寫動而上方磁區保持不變的效果。也就是說，此設計可以將上方的磁區資訊傳遞至下方，反之，相 反方向傳輸亦相同。藉由良好的膜層設計可達到本發明所需的單方向傳輸耦合區。改變區域磁性矯頑力方法例如有(1)改變區域幾何條件；(2)藉由摻雜如Au，Ag，Cu等任何可改變區域磁性特性之材；(3)於相鄰層藉由磁性疊合層改變區域磁性特性。然而要達到控制矯頑力之設計也不限於上述的方式，只要能達到單方向傳輸耦合區即可。

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‧‧‧讀取電路

200‧‧‧移位暫存記憶層

202‧‧‧磁區

202a、202b‧‧‧界面

300a~300d‧‧‧移位暫存記憶層

302、304‧‧‧耦合區域

306‧‧‧遮蔽層

308‧‧‧磁化方向

310‧‧‧讀取元件

312‧‧‧寫入元件

314‧‧‧粗線

316‧‧‧點線

330‧‧‧耦合結構

400、402‧‧‧箭頭

450、452、454‧‧‧移位暫存記憶層

456‧‧‧耦合區域

458、460‧‧‧遮蔽層

462‧‧‧耦合結構

600a~600h‧‧‧移位暫存記憶層

602、702‧‧‧讀取元件

604、704、8004‧‧‧寫入元件

700a~700i‧‧‧移位暫存記憶層

800‧‧‧電路單元

800a~800f‧‧‧移位暫存記憶層

900、904‧‧‧軌道

902、906‧‧‧矯頑力場

908‧‧‧耦合力

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繪示習知技術之讀取的機制示意圖。

圖4(a)~4(b)繪示依據本發明實施例，垂直式材料的磁性移位暫存記憶層的剖面示意圖。

圖5繪示依據本發明實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體的剖面示意圖。

圖6繪示依據本發明一實施例，以圖5的結構為基礎磁區移動方向與電流方向的示意圖。

圖7繪示圖5的立體示意圖。

圖8繪示依據本發明一實施例，資料移位的機制示意圖。

圖9(a)~9(b)繪示依據本發明一實施例，移位暫存記憶 層之間的遮蔽層結構立體與剖面示意圖。

圖10(a)~10(b)繪示依據本發明一實施例，移位暫存記憶層之間的遮蔽層結構立體與剖面示意圖。

圖11(a)~11(b)繪示依據本發明一實施例，移位暫存記憶層之間的遮蔽層結構立體與剖面示意圖。

圖12(a)~12(b)繪示依據本發明一實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體結構立體與上視示意圖。

圖13(a)~13(b)繪示依據本發明一實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體結構立體與上視示意圖。

圖14繪示依據本發明一實施例，堆疊式磁性移位暫存記憶體結構上視示意圖。

圖15(a)~15(b)繪示依據本發明一實施例，以矯頑力為機制的耦合結構示意圖。

300a~300d‧‧‧移位暫存記憶層

302、304‧‧‧耦合區域

306‧‧‧遮蔽層

308‧‧‧磁化方向

310‧‧‧讀取元件

312‧‧‧寫入元件

800‧‧‧電路單元

Claims (18)

1. 一種堆疊式磁性移位暫存記憶體，包括：多層磁性移位暫存記憶層，構成一堆疊結構單元，其中每一個該磁性移位暫存記憶層有多個磁區，每一個該磁區有一磁化方向對應一儲存資料，其中相鄰二個該磁性移位暫存記憶層分別有一上磁區與一下磁區構成具有一耦合結構的一耦合區，藉由該耦合結構，允許從該上磁區的一外漏磁場對該下磁區感應，使該下磁區與該上磁區具有相同的儲存資料，其中該些磁性移位暫存記憶層分為一第一群組與一第二群組，其中該第一群組的該些磁性移位暫存記憶層與該第一群組的該些磁性移位暫存記憶層交錯配置；以及一電流驅動單元，耦接於該些磁性移位暫存記憶層，分別對該第一群組給予一第一方向的一第一驅動電流，以及對該第二群組給予與該第一方向不同的一第二方向的一第二驅動電流，其中該些磁性移位暫存記憶層的每一具有一電流輸入端與一接地端，該第一驅動電流或該第二驅動電流僅流過該些磁性移位暫存記憶層其中所對應的一層，使該些磁性移位暫存記憶層的該些磁區所儲存的該些儲存資料，以一移位方向移動，其中在該上磁區的該儲存資料被傳遞到該下磁區。
2. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，更包括：一寫入元件，設置在該最前記憶層與該最末記憶層之 其一，以對經過的該些磁區的其一磁區寫入一寫入資料；以及一讀取元件，設置在該最前記憶層與該最末記憶層之另其一，以對經過的該些磁區的其一磁區讀出一讀出資料。
3. 如申請專利範圍第2項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，更包括一電路單元使該讀出資料傳送給該寫入元件當作該寫入資料，重複寫入到經過的該磁區。
4. 如申請專利範圍第2項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中該寫入資料是新的要寫入的資料。
5. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中該堆疊結構單元包括該些磁性移位暫存記憶層是完全重疊，且該電流驅動單元提供給該些磁性移位暫存記憶層屬於該第一群組的至少一偶數記憶層與屬於該第二群組的至少一奇數記憶層是不同的電子流方向。
6. 如申請專利範圍第5項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中相鄰二個該磁性移位暫存記憶層之間，除該耦合區外有一遮蔽層，且該耦合結構是一自由空間或是一磁性耦合體。
7. 如申請專利範圍第5項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中相鄰二個該磁性移位暫存記憶層之間沒也遮蔽層，且在該耦合區域的該耦合結構是一磁性耦合體。
8. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中該磁性移位暫存記憶層有相同的矯頑力。
9. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫 存記憶體，其中位於該耦合區上下方之二個該磁性移位暫存記憶層有不同的二個矯頑力，而在該耦合區域的一耦合力介於不同的該二個矯頑力之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中該堆疊結構單元是該些磁性移位暫存記憶層僅是在該耦合區域有重疊，且該電流驅動單元提供給每一個該些磁性移位暫存記憶層的電子流方向是由一端的該耦合區域到另一端的該耦合區。
11. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中該些磁性移位暫存記憶層是四邊形的環繞結構。
12. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中該些磁性移位暫存記憶層是多邊形的環繞結構。
13. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中每一個該磁區的該磁化方向是平行於該磁性移位暫存記憶層。
14. 如申請專利範圍第13項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中該耦合區的該耦合結構包括一磁性交換材料。
15. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中每一個該磁區的該磁化方向是垂直於該磁性移位暫存記憶層。
16. 如申請專利範圍第15項所述的堆疊式磁性移位 暫存記憶體，其中該耦合區的該耦合結構是一自由空間，藉由外漏磁場耦合。
17. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中每一個該些磁性移位暫存記憶層，有一第一端接收該第一驅動電流或該第二驅動電流取決於所屬的該第一群組或是該第二群組，以及一第二端連接到一地電壓。
18. 如申請專利範圍第17項所述的堆疊式磁性移位暫存記憶體，其中每一個該磁性移位暫存記憶層的該第二端有一尖狀結構連接到該地電壓。