一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，本發(fā)明基于磁性隨機(jī)存取存儲器的原理，提出了一種對采用多個磁性隧道結(jié)作為信息存儲單元的多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法；通過為多態(tài)磁性存儲器提供寫電流和輔助磁場，在極化電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩和輔助磁場的共同作用下，分別改變多個自由層的磁化方向，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)磁性存儲器的再編程；利用此操作方法可以對磁性存儲器進(jìn)行快速無限次再編程，且操作方法簡單容易實(shí)現(xiàn)、成本低。
【專利說明】
一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及非易失性存儲器和半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于受到供電三極管尺寸的限制，當(dāng)前的磁性隨機(jī)存取存儲器的存儲密度低于傳統(tǒng)的Flash及DRAM等。為了提高磁性存儲器的存儲密度，一種行之有效的辦法就是利用多態(tài)的磁性隧道結(jié)存儲位元，在一個存儲器位元里面存儲多個信息比特。然而，多態(tài)的存儲器位元較難進(jìn)行信息的寫入再編程，單獨(dú)使用磁場或者電流的寫入方法都面臨著多個態(tài)之間的串?dāng)_，難以正確實(shí)現(xiàn)編程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，本發(fā)明基于磁性隨機(jī)存取存儲器的原理，提出了一種對采用磁性隧道結(jié)作為信息存儲單元的多態(tài)存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，利用此操作方法可以對多態(tài)存儲器進(jìn)行快速無限次再編程，且操作方法簡單容易實(shí)現(xiàn)、成本低。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的:一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于，為多態(tài)磁性存儲器配置磁輔助再編程設(shè)備;通過磁輔助再編程設(shè)備為多態(tài)磁性存儲器提供輔助磁場。
[0005]作為優(yōu)選，所述多態(tài)磁性存儲器包括多態(tài)磁性隧道結(jié)存儲單元陣列、開關(guān)電路;開關(guān)電路與多態(tài)磁性隧道結(jié)存儲單元陣列連接，對其進(jìn)行控制。
[0006]作為優(yōu)選，本操作方法具體操作方法步驟如下:
[0007](I)將多態(tài)磁性存儲器置于磁輔助再編程設(shè)備產(chǎn)生的均勻外磁場中，該外磁場大于磁性隧道結(jié)自由層磁性薄膜矯頑力的磁場，磁場方向平行于釘扎層磁性薄膜的磁化方向，以此將存儲單元陣列中的信息全部重置為“00” ；
[0008](2)降低外磁場強(qiáng)度并180度反轉(zhuǎn)其磁化方向，使外磁場強(qiáng)度小于磁性隧道結(jié)自由層磁性薄膜矯頑力的磁場；
[0009](3)結(jié)合不同的寫電流方向，在外磁場和電流共同作用下寫入不同的電阻態(tài)“01”、“10”和“11”，實(shí)現(xiàn)一個多態(tài)磁性隧道結(jié)單元中多個比特信息的存儲;其中寫電流以自旋轉(zhuǎn)移力矩的方式作用于多態(tài)磁性隧道結(jié)存儲單元。
[0010]作為優(yōu)選，所述磁輔助再編程設(shè)備可提供均勻的磁場，提供的磁場強(qiáng)度大小可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)控。
[0011 ]作為優(yōu)選，所述磁輔助再編程設(shè)備提供的磁場方向平行于薄膜磁矩方向。
[0012]作為優(yōu)選，所述的開關(guān)電路所能提供的電流遠(yuǎn)小于基于自旋轉(zhuǎn)移力矩原理進(jìn)行編程所需電流;開關(guān)電路提供的電流大小通過降低供電電壓、降低供電電流、使用限流電路、縮小晶體管寬度進(jìn)行調(diào)控。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:1)本發(fā)明方法可對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行快速無限次再編程;2)本發(fā)明方法容易實(shí)現(xiàn)、操作簡單、成本低。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的一種面內(nèi)型磁場輔助再編程的多態(tài)磁性存儲器的擦寫操作示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中的一種垂直型磁場輔助再編程的多態(tài)磁性存儲器的擦寫操作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此:
[0017]實(shí)施例1:圖1的附圖標(biāo)記為:自由磁性層FL(Free Layer)、釘扎磁性層PL(PinnedLayer)、絕緣層IL( Insulating Layer)、磁性隧道結(jié)MTJ。
[0018]本實(shí)施例為面內(nèi)型磁場輔助再編程的多態(tài)磁性存儲器。
[0019]在正常的工作狀態(tài)下，該多態(tài)存儲器的工作電流遠(yuǎn)小于編程(即改變多態(tài)磁存儲單元電阻值)所需的電流，從而在讀操作時不會對器件的存儲狀態(tài)進(jìn)行寫入等誤操作。
[0020]該面內(nèi)型磁性多態(tài)存儲器的編程操作如圖1所示，本圖以釘扎方向向右為例進(jìn)行說明。進(jìn)行擦寫操作時，需要將該存儲器置于均勻外磁場中，該外磁場可以由永磁體、線圈、通電直導(dǎo)線等提供。操作步驟I是將存儲單元陣列中的信息全部重置為“00”的動作，首先設(shè)置磁場的方向平行于釘扎層磁化方向，增加磁場強(qiáng)度至大于MTJ自由層矯頑力，以此使MTJl和MTJ2中所有磁性層處于平行狀態(tài)，即最低電阻態(tài)“00”。操作步驟2是寫入“10”的動作，跟隨操作步驟I進(jìn)行，即完成操作I之后，降低外磁場強(qiáng)度至小于自由層矯頑力，并180度反轉(zhuǎn)其磁場方向(即向左)，然后在存儲單元中通過向上的電流，即可在磁場的輔助和電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩共同作用下把MTJl置為高阻態(tài)，即寫入存儲態(tài)“10”。操作步驟3是寫入“01”的動作，跟隨操作步驟I進(jìn)行，即完成操作I之后，降低外磁場強(qiáng)度至小于自由層矯頑力，并180度反轉(zhuǎn)其磁場方向(即向左)，然后在存儲單元中通過向下的電流，即可在磁場的輔助和電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩共同作用下把MTJ2置為高阻態(tài)，即寫入存儲態(tài)“01”。操作步驟4是寫入“11”的動作，跟隨操作步驟I進(jìn)行，即完成操作I之后，依次執(zhí)行操作步驟2和3或者依次執(zhí)行操作步驟3和2，即寫入存儲態(tài)“I I”。
[0021]本實(shí)施例中，MTJl和MTJ2的電阻態(tài)及隧穿電阻比值可以相同，也可以不同。如果相同，則“10”和“01”兩個狀態(tài)無法區(qū)分，最終將只有低、中、高三個阻態(tài)，即存儲狀態(tài)。如果不同，則“10”和“01”兩個狀態(tài)可以區(qū)分，最終將形成“00”、“01”、“10”和“11”四個存儲狀態(tài)。
[0022]實(shí)施例2:圖2的附圖標(biāo)記為:自由磁性層FL(Free Layer)、釘扎磁性層PL(PinnedLayer)、絕緣層IL( Insulating Layer)、磁性隧道結(jié)MTJ。
[0023]本實(shí)施例為垂直型磁場輔助再編程的多態(tài)磁性存儲器。
[0024]在正常的工作狀態(tài)下，該多態(tài)存儲器的工作電流遠(yuǎn)小于編程(即改變多態(tài)磁存儲單元電阻值)所需的電流，從而在讀操作時不會對器件的存儲狀態(tài)進(jìn)行寫入等誤操作。
[0025]該垂直型磁性多態(tài)存儲器的編程操作如圖2所示，本圖以釘扎方向向上為例進(jìn)行說明。進(jìn)行擦寫操作時，需要將該存儲器置于均勻外磁場中，該外磁場可以由永磁體、線圈、通電直導(dǎo)線等提供。操作步驟I是將存儲單元陣列中的信息全部重置為“00”的動作，首先設(shè)置磁場的方向平行于釘扎層磁化方向，增加磁場強(qiáng)度至大于MTJ自由層矯頑力，以此使MTJl和MTJ2中所有磁性層處于平行狀態(tài)，即最低電阻態(tài)“00”。操作步驟2是寫入“10”的動作，跟隨操作步驟I進(jìn)行，即完成操作I之后，降低外磁場強(qiáng)度至小于自由層矯頑力，并180度反轉(zhuǎn)其磁場方向(即向下)，然后在存儲單元中通過向上的電流，即可在磁場的輔助和電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩共同作用下把MTJl置為高阻態(tài)，即寫入存儲態(tài)“10”。操作步驟3是寫入“01”的動作，跟隨操作步驟I進(jìn)行，即完成操作I之后，降低外磁場強(qiáng)度至小于自由層矯頑力，并180度反轉(zhuǎn)其磁場方向(即向下)，然后在存儲單元中通過向下的電流，即可在磁場的輔助和電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩共同作用下把MTJ2置為高阻態(tài)，即寫入存儲態(tài)“01”。操作步驟4是寫入“11”的動作，跟隨操作步驟I進(jìn)行，即完成操作I之后，依次執(zhí)行操作步驟2和3或者依次執(zhí)行操作步驟3和2，即寫入存儲態(tài)“I I”。
[0026]本實(shí)施例中，MTJl和MTJ2的電阻態(tài)及隧穿電阻比值可以相同，也可以不同。如果相同，則“10”和“01”兩個狀態(tài)無法區(qū)分，最終將只有低、中、高三個阻態(tài)，即存儲狀態(tài)。如果不同，則“10”和“01”兩個狀態(tài)可以區(qū)分，最終將形成“00”、“01”、“10”和“11”四個存儲狀態(tài)。
[0027]以上的所述乃是本發(fā)明的具體實(shí)施例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，若依本發(fā)明的構(gòu)想所作的改變，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，仍應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于:為多態(tài)磁性存儲器配置磁輔助再編程設(shè)備;通過磁輔助再編程設(shè)備為多態(tài)磁性存儲器提供輔助磁場。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于，所述多態(tài)磁性存儲器包括多態(tài)磁性隧道結(jié)存儲單元陣列、開關(guān)電路;開關(guān)電路與多態(tài)磁性隧道結(jié)存儲單元陣列連接，對其進(jìn)行控制。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將多態(tài)磁性存儲器置于磁輔助再編程設(shè)備產(chǎn)生的均勻外磁場中，該外磁場大于磁性隧道結(jié)自由層磁性薄膜矯頑力的磁場，磁場方向平行于釘扎層磁性薄膜的磁化方向，以此將存儲單元陣列中的信息全部重置為“00” ； (2)降低外磁場強(qiáng)度并180度反轉(zhuǎn)其磁化方向，使外磁場強(qiáng)度小于磁性隧道結(jié)自由層磁性薄膜矯頑力的磁場； (3)結(jié)合不同的寫電流方向，在外磁場和電流共同作用下寫入不同的電阻態(tài)“01”、“10”和“11”，實(shí)現(xiàn)一個多態(tài)磁性隧道結(jié)單元中多個比特信息的存儲;其中寫電流以自旋轉(zhuǎn)移力矩的方式作用于多態(tài)磁性隧道結(jié)存儲單元。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于:所述磁輔助再編程設(shè)備為通電線圈、永磁體、通電導(dǎo)線中的任意一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于:所述磁輔助再編程設(shè)備可提供均勻的磁場，提供的磁場強(qiáng)度大小可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)控。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于:所述磁輔助再編程設(shè)備提供的磁場方向平行于薄膜磁矩方向。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種對多態(tài)磁性存儲器進(jìn)行磁場輔助再編程的操作方法，其特征在于:所述的開關(guān)電路所能提供的電流遠(yuǎn)小于基于自旋轉(zhuǎn)移力矩原理進(jìn)行編程所需電流;開關(guān)電路提供的電流大小通過降低供電電壓、降低供電電流、使用限流電路、縮小晶體管寬度進(jìn)行調(diào)控。
【文檔編號】G11C11/16GK106098093SQ201610410514
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李輝輝, 孟皓, 劉魯萍, 劉少鵬, 戴強(qiáng), 劉波
【申請人】中電?？导瘓F(tuán)有限公司