公开了一种包括存储阵列片(MAT)、中间电路、全局位线和全局电路的磁存储器，提供该磁存储器和编程该磁存储器的方法。每个MAT包括位线、字线和具有(多个)磁性结、(多个)选择设备、以及邻近于所述(多个)磁性结的自旋与轨道相互作用(SO)活性层的至少一部分的磁存储器。由于穿过SO活性层的预处理电流导致SO活性层在(多个)磁性结上施加SO转矩。(多个)磁性结可使用驱动通过通过(多个)磁性结的(多个)写电流和预处理电流编程。所述位线和字线相应于磁存储器单元。中间电路控制MAT之内的读取和写操作。每个全局位线相应于MAT的一部分。全局电路选择并驱动部分全局位线以用于读取操作和写操作。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】公开了一种包括存储阵列片(MAT)、中间电路、全局位线和全局电路的磁存储器，提供该磁存储器和编程该磁存储器的方法。每个MAT包括位线、字线和具有(多个)磁性结、(多个)选择设备、以及邻近于所述(多个)磁性结的自旋与轨道相互作用(SO)活性层的至少一部分的磁存储器。由于穿过SO活性层的预处理电流导致SO活性层在(多个)磁性结上施加SO转矩。(多个)磁性结可使用驱动通过通过(多个)磁性结的(多个)写电流和预处理电流编程。所述位线和字线相应于磁存储器单元。中间电路控制MAT之内的读取和写操作。每个全局位线相应于MAT的一部分。全局电路选择并驱动部分全局位线以用于读取操作和写操作。【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求转让给本申请的受让人的、2013年3月14日申请的名称为“包括使用基于自旋-轨道相互作用的切换的磁性隧道结的磁存储器的体系结构”的第61/785，908号临时专利申请的权益，其通过引用合并于此。本申请还要求转让给本申请的受让人的、2013年3月15日申请的名称为“包括使用基于自旋-轨道相互作用的切换的磁性隧道结的磁存储器的体系结构”的第61/798，578号临时专利申请的权益，其通过引用合并于此。
技术介绍
磁存储器，特别是磁性随机访问存储器(MRAM)，由于它们的在操作期间的对于较高的读/写速度、杰出的耐久力、非易失性和低电耗的潜力，已经吸引了越来越多的关注。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移矩随机存取存储器(STT-RAM)。STT-RAM利用至少部分地被驱动通过磁性结的电流写入的磁性结。被驱动通过磁性结的自旋偏振电流在磁性结中的磁矩上施加自旋转矩。结果，具有响应于自旋转矩的磁矩的(多个)层可以切换到期望的状态。期望传统的STT-RAM组合SRAM的快速读写速度、DRAM的容量和成本效益、以及闪存的非易失性(零待机电力)、结合基本上无限的耐久力(例如，大于IO15周期)。如下所述，STT-RAM使用双向电流来写数据。可以在没有来自磁场、热、或其他能量源的帮助的情况下执行这种写操作。因此，STT-RAM可以具有新兴存储技术的最低写入能量。 例如，图1-图2描绘如可以在传统的STT-RAM50中使用的传统的磁性隧道结(MTJ)IO。图1是传统的MTJlO的图，而图2描绘包括传统的MTJlO的传统的STT-RAM50的一部分的电路图。传统的MTJlO典型地驻留在底接触(bottom contact)11上，使用传统的(多个)晶种层12并包括传统的反铁磁(AFM)层14、传统的钉扎、或参考层16、传统的隧道势垒层18、传统的自由层20、以及传统的覆盖层22。还示出了顶接触24。顶接触和底接触可以耦接到图2中描绘的选择器件62。 传统的STT-RAM50包括包含该传统的MTJlO和选择器件62的磁储存单元60。选择器件62通常是诸如NMOS晶体管的晶体管并且包括漏极66、源极64和栅极68。还描绘了字线72、位线74和源极线70。字线72朝向垂直于位线74。取决于用于传统的STT-RAM50的特定体系结构，源极线70典型地平行或垂直于位线74。位线74连接到MTJ10，而源极线70连接到选择器件62的源极64。字线72连接到栅极68。 传统的STT-RAM50通过驱动双向电流通过单元60来编程磁存储单元60。具体来说，MTJlO被配置成能够通过流过传统的MTJlO的电流而在高电阻状态和低电阻状态之间改变。例如，MTJlO可以是磁性隧道结(MTJ)或可以使用自旋转移效应被写入的其他磁性结构。典型地，例如，这通过保证MTJlO具有足够小的横截面积以及使用自旋转移效应进行切换的所期望的其他特征来实现。当电流密度足够大时，被驱动通过MTJlO的电流载流子可以赋予(impart)足够的转矩来改变MTJlO的状态。当沿一个方向驱动写电流时，状态可以从低电阻状态改变为高电阻状态。当沿相反方向穿过MTJlO时，状态可以从高电阻状态改变为低电阻状态。 在写操作期间，字线72是高并且导通选择器件62。取决于将写入到磁存储单元60的状态，写电流从位线74流到源极线70，或反之从源极线70流到位线74。传统的自由层20的磁矩21可以因此而改变。在读操作期间，列解码器(未示出)选择期望的位线74。行解码器(图2中未示出)还使能合适的(多个)字线72。因此，字线72是高，使能选择器件62。因此，读电流从位线74流到源极线70。除了流过正被读取的单元的读电流(图2中的lData)之外，基准电流也被驱动通过参考电阻器(图2中未示出)。输出信号提供给读出放大器(sense amplifier)(未不出)。 虽然传统的MTJlO和STT-RAM50可以使用自旋转移写入并且在STT-RAM中使用，但是存在缺点。例如，写入差错率可能高于具有可接受脉冲宽度的存储器所期望的。写入差错率(WER)是当单元60在经受至少等于典型的切换电流的电流时(即，传统的磁性结的自由层20的磁化21)不切换的概率。期望WER为10_9或更小。期望10_21的WER与DRAM兼容。然而，在这个WER值处，可能要求很高的电流来实现传统的自由层20的切换。此外，已经确定，对于更短的写电流脉冲，改善WER可能是个挑战。对于更高的脉冲宽度，WER相对施加到MTJlO的电压具有更高的斜率。因此，对于相同脉冲宽度应用更高电压可以带来WER的显著降低。然而，随着脉冲宽度变短，WER曲线的斜率下降。为了降低脉冲宽度，则电压和/或电流的增大不太可能带来WER的降低。在足够短的脉冲的情况下，即使高电压/电流也不会导致更低的差错率。因此，采用传统的MTJlO的存储器可能具有通过增大电压可能不会被治愈的(cured)、不可接受的高WER。 此外，虽然在图1中示出单个磁性隧道结，但是经常使用双磁性隧道结以获得足够高的自旋转移矩用于切换。双磁性隧道结具有由两个隧道势垒层夹在中间的(sandwiched)单个自由层。每个隧道势垒层处于自由层和参考层之间。双磁性隧道结的第二(上)隧道势垒对于利用适当晶体结构的生长(grow)是个挑战。此外，为了获得这种高转矩，参考层使他们的磁矩固定在相反的方向。结果，存在磁阻的消除，其使读信号降低。这种信号方面的降低是不期望的。 此外，期望提供可扩展的、并且具有足够快速的访问时间的STT-RAM，以继续发展为下一代非易失性存储器。可能很难提供或者不可能提供这种给出上面描述的挑战的存储器。 因此，需要的是可以改善基于自旋转移矩的存储器的性能的方法和系统。此处描述的方法和系统解决这种需求。
技术实现思路
一种方法和系统提供包括存储阵列片(memory array tile, MAT)、中间电路、全局位线和全局电路的磁存储器。每个MAT包括位线、字线和磁储存单元，该具有磁储存单元至少一个磁性结、至少一个选择器件以及邻近于所述(多个)磁性结的自旋与轨道相互作用 (SO)活性层的至少一部分。SO活性层被配置成由于穿过SO活性层的SO电流而在(多个)磁性结的至少一部分上施加SO转矩。所述(多个)磁性结可以使用被驱动通过(多个)磁性结的(多个)写电流以及SO电流来编程。所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁存储器，包括：多个存储阵列片（MAT），所述多个MAT中的每一个包括多个位线、多个字线和多个磁储存单元，所述多个磁储存单元中的每一个包括至少一个磁性结、至少一个选择器件和邻近于所述至少一个磁性结的自旋‑轨道相互作用（SO）活性层的至少一部分，所述SO活性层的至少一部分被配置成：由于至少一个SO电流穿过所述SO活性层的至少一部分导致在所述至少一个磁性结的至少一部分上施加SO转矩，所述至少一个磁性结能够使用被驱动通过所述至少一个磁性结的至少一个写电流和提供给所述SO活性层的至少一部分的所述至少一个SO电流来编程，所述多个位线和所述多个字线相应于所述多个磁储存单元；中间电路，用于控制所述多个MAT之内的读操作和写操作；多个全局位线，所述全局位线中的每一个相应于所述多个MAT的一部分；全局电路，用于选择和驱动所述多个全局位线的一部分以用于读操作和写操作。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AE昂格，AV克瓦尔科夫斯基，D阿帕尔科夫，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
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