磁性存储器及其读写方法技术

本发明专利技术提供一种磁性存储器及其读写方法，磁性存储器包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通。本发明专利技术磁性存储器改变了传统的磁性存储器设计，大大提高了磁场存储器的存储密度。大大提高了磁场存储器的存储密度。大大提高了磁场存储器的存储密度。

【技术实现步骤摘要】
磁性存储器及其读写方法


[0001]本专利技术涉及集成电路领域，尤其涉及一种磁性存储器及其读写方法。

技术介绍

[0002]MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)是一种非易失性的磁性存储器，其提供与易失性静态随机存取存储器(SRAM)相当的性能以及与易失性动态随机存取存储器(DRAM)相当的密度和较低的功耗。与非易失性存储器(NVM)闪存相比，MRAM提供了更快的存取时间，并且随着时间的推移经受最小的退化，而闪存只能重写有限的次数。
[0003]MRAM元件的核心是磁隧道结(Magnetic tunnel junction；MTJ)，其可包括固定磁性层和自由磁性层，固定磁性层的磁化极性不可改变，自由磁性层的磁化极性可以改变。由于隧道磁电阻效应，在固定磁性层和自由磁性层之间的电阻值随着自由磁性层中的磁化极性切换而变化，从而实现磁性存储器的写入。
[0004]但是，内存密度是将MRAM推向主要内存/存储市场的关键限制因素之一，因此，如何提高磁性存储器的密度是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种高密度的磁性存储器及其读写方法。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种磁性存储器，其包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通。
[0007]进一步，所述磁隧道结包括：连接至所述第一导线的自由层；设置在所述自由层上表面的非磁性绝缘层；设置在所述非磁性绝缘层上表面的固定层，所述自由层的磁矩方向可变，所述固定层的磁矩方向固定；所述双向选通器件的一端与所述固定层连接，另一端与所述第二导线连接。
[0008]进一步，所述第一导线包括第一端及第二端，所述磁性存储器还包括若干条写入位线及若干个第一选择晶体管，所述第一选择晶体管被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线。
[0009]进一步，所述磁性存储器还包括源极线，所述源极线与所述第一导线的第二端电连接。
[0010]进一步，所述磁性存储器还包括若干条位线及若干个第二选择晶体管，所述第二选择晶体管被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线与所述位线。
[0011]进一步，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线垂直交叉。
[0012]进一步，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层中作为所述第一导线使用，在下层单元层中作为所述第二导线使用。
[0013]进一步，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层及下层单元层中均作为所述第一导线或所述第二导线使用。
[0014]进一步，不同的存储元件通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现分别控制。
[0015]进一步，所述双向选通器件的材料为掺杂的氧化铪。
[0016]本专利技术还提供一种磁性存储器的读写方法，所述磁性存储器包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通；
[0017]所述读写方法包括：向所述磁性存储器提供第一电流，所述第一电流流经所述第一导线，而不流经所述存储元件，使所述存储元件处于第一存储状态；向所述磁性存储器提供第二电流，所述第二电流流经选定的存储元件，使选定的存储元件由所述第一存储状态变为第二存储状态。
[0018]进一步，所述磁隧道结包括：连接至所述第一导线的自由层；设置在所述自由层上表面的非磁性绝缘层；设置在所述非磁性绝缘层上表面的固定层，所述自由层的磁矩方向可变，所述固定层的磁矩方向固定；所述双向选通器件的一端与所述固定层连接，另一端与所述第二导线连接；所述读写方法包括：所述第一电流及所述第二电流使所述自由层的磁矩方向变化趋势相反。
[0019]进一步，所述第一电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向反向的方向变化，所述第二电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向同向的方向变化。
[0020]进一步，所述第一电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向同向的方向变化，所述第二电流使所述自由层的磁矩方向朝向与所述固定层的磁矩方向反向的方向变化。
[0021]进一步，所述第一导线包括第一端及第二端，所述磁性存储器还包括若干条写入位线及若干个第一选择晶体管，所述第一选择晶体管被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线；所述读写方法包括：通过所述第一控制信号控制所述第一选择晶体管，使所述第一选择晶体管响应于所述第一控制信号，电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线，以使所述第一电流流经所述第一导线。
[0022]进一步，所述磁性存储器还包括源极线，所述源极线能够与所述第一导线的第二端电连接，所述读写方法包括：所述第一电流自所述写入位线经所述第一导线至所述源极线，或者所述第一电流自所述源极线经所述第一导线流向所述写入位线。
[0023]进一步，所述磁性存储器还包括若干条位线及若干个第二选择晶体管，所述第二
选择晶体管被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线与所述位线；所述读写方法包括：通过第二控制信号控制所述第二选择晶体管，使所述第二选择晶体管响应于所述第二控制信号，电连接所述第二导线与所述位线，使所述第二电流流经选定的存储元件。
[0024]进一步，所述读写方法还包括：在进行读操作时，向所述磁性存储器提供第三电流，所述第三电流从所述第二导线经过所述存储元件流向所述第一导线。
[0025]进一步，不同的存储元件通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现分别控制；向所述磁性存储器提供第二电流的步骤中，所述选定的存储元件配置为双向选通器件被施加阈值电压和/或电流时的存储元件。
[0026]本专利技术的优点在于，改变了传统的磁性存储器设计，大大提高了磁场存储器的存储密度。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性存储器，其特征在于，包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导线连接，所述双向选通器件被配置为在被施加阈值电压和/或电流时导通。2.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁隧道结包括：连接至所述第一导线的自由层；设置在所述自由层上表面的非磁性绝缘层；设置在所述非磁性绝缘层上表面的固定层，所述自由层的磁矩方向可变，所述固定层的磁矩方向固定；所述双向选通器件的一端与所述固定层连接，另一端与所述第二导线连接。3.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述第一导线包括第一端及第二端，所述磁性存储器还包括若干条写入位线及若干个第一选择晶体管，所述第一选择晶体管被配置为响应于第一控制信号而电连接所述第一导线的第一端与所述写入位线。4.根据权利要求3所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器还包括源极线，所述源极线与所述第一导线的第二端电连接。5.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器还包括若干条位线及若干个第二选择晶体管，所述第二选择晶体管被配置为响应于第二控制信号而电连接所述第二导线与所述位线。6.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线垂直交叉。7.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层中作为所述第一导线使用，在下层单元层中作为所述第二导线使用。8.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述磁性存储器包括多个所述单元层，多个所述单元层沿垂直所述第一平面的方向依次设置，相邻单元层共用同一导线，其中，所述导线在上层单元层及下层单元层中均作为所述第一导线或所述第二导线使用。9.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，不同的存储元件通过所述双向选通器件作为控制开关，以实现分别控制。10.根据权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述双向选通器件的材料为掺杂的氧化铪。11.一种磁性存储器的读写方法，其特征在于，所述磁性存储器包括至少一单元层，所述单元层包括：若干条平行的第一导线，位于第一平面内；若干条平行的第二导线，位于第二平面内，且所述第一平面与所述第二平面平行，所述
第二导线在所述第一平面上的投影与所述第一导线交叉；若干个存储元件，设置在所述第一平面与所述第二平面之间，所述存储元件包括沿垂直所述第一平面方向串联设置的磁隧道结及双向选通器件，所述磁隧道结与所述第一导线连接，所述双向选通器件与所述第二导...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴保磊，王晓光，吴玉雷，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：