一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法
【专利摘要】本发明涉及一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，本发明基于磁性随机存取存储器的原理，提出了一种对采用多个磁性隧道结作为信息存储单元的多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法；通过为多态磁性存储器提供写电流和辅助磁场，在极化电流的自旋转移力矩和辅助磁场的共同作用下，分别改变多个自由层的磁化方向，从而实现多态磁性存储器的再编程；利用此操作方法可以对磁性存储器进行快速无限次再编程，且操作方法简单容易实现、成本低。
【专利说明】
一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法
技术领域
[0001]本发明涉及非易失性存储器和半导体领域，尤其涉及一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法。
【背景技术】
[0002]由于受到供电三极管尺寸的限制，当前的磁性随机存取存储器的存储密度低于传统的Flash及DRAM等。为了提高磁性存储器的存储密度，一种行之有效的办法就是利用多态的磁性隧道结存储位元，在一个存储器位元里面存储多个信息比特。然而，多态的存储器位元较难进行信息的写入再编程，单独使用磁场或者电流的写入方法都面临着多个态之间的串扰，难以正确实现编程。
【发明内容】
[0003]本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，本发明基于磁性随机存取存储器的原理，提出了一种对采用磁性隧道结作为信息存储单元的多态存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，利用此操作方法可以对多态存储器进行快速无限次再编程，且操作方法简单容易实现、成本低。
[0004]本发明是通过以下技术方案达到上述目的:一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于，为多态磁性存储器配置磁辅助再编程设备;通过磁辅助再编程设备为多态磁性存储器提供辅助磁场。
[0005]作为优选，所述多态磁性存储器包括多态磁性隧道结存储单元阵列、开关电路;开关电路与多态磁性隧道结存储单元阵列连接，对其进行控制。
[0006]作为优选，本操作方法具体操作方法步骤如下:
[0007](I)将多态磁性存储器置于磁辅助再编程设备产生的均匀外磁场中，该外磁场大于磁性隧道结自由层磁性薄膜矫顽力的磁场，磁场方向平行于钉扎层磁性薄膜的磁化方向，以此将存储单元阵列中的信息全部重置为“00” ；
[0008](2)降低外磁场强度并180度反转其磁化方向，使外磁场强度小于磁性隧道结自由层磁性薄膜矫顽力的磁场；
[0009](3)结合不同的写电流方向，在外磁场和电流共同作用下写入不同的电阻态“01”、“10”和“11”，实现一个多态磁性隧道结单元中多个比特信息的存储;其中写电流以自旋转移力矩的方式作用于多态磁性隧道结存储单元。
[0010]作为优选，所述磁辅助再编程设备可提供均匀的磁场，提供的磁场强度大小可根据需求进行调控。
[0011 ]作为优选，所述磁辅助再编程设备提供的磁场方向平行于薄膜磁矩方向。
[0012]作为优选，所述的开关电路所能提供的电流远小于基于自旋转移力矩原理进行编程所需电流;开关电路提供的电流大小通过降低供电电压、降低供电电流、使用限流电路、缩小晶体管宽度进行调控。
[0013]本发明的有益效果在于:1)本发明方法可对多态磁性存储器进行快速无限次再编程;2)本发明方法容易实现、操作简单、成本低。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例1中的一种面内型磁场辅助再编程的多态磁性存储器的擦写操作示意图；
[0015]图2是本发明实施例2中的一种垂直型磁场辅助再编程的多态磁性存储器的擦写操作示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此:
[0017]实施例1:图1的附图标记为:自由磁性层FL(Free Layer)、钉扎磁性层PL(PinnedLayer)、绝缘层IL( Insulating Layer)、磁性隧道结MTJ。
[0018]本实施例为面内型磁场辅助再编程的多态磁性存储器。
[0019]在正常的工作状态下，该多态存储器的工作电流远小于编程(即改变多态磁存储单元电阻值)所需的电流，从而在读操作时不会对器件的存储状态进行写入等误操作。
[0020]该面内型磁性多态存储器的编程操作如图1所示，本图以钉扎方向向右为例进行说明。进行擦写操作时，需要将该存储器置于均匀外磁场中，该外磁场可以由永磁体、线圈、通电直导线等提供。操作步骤I是将存储单元阵列中的信息全部重置为“00”的动作，首先设置磁场的方向平行于钉扎层磁化方向，增加磁场强度至大于MTJ自由层矫顽力，以此使MTJl和MTJ2中所有磁性层处于平行状态，即最低电阻态“00”。操作步骤2是写入“10”的动作，跟随操作步骤I进行，即完成操作I之后，降低外磁场强度至小于自由层矫顽力，并180度反转其磁场方向(即向左)，然后在存储单元中通过向上的电流，即可在磁场的辅助和电流的自旋转移力矩共同作用下把MTJl置为高阻态，即写入存储态“10”。操作步骤3是写入“01”的动作，跟随操作步骤I进行，即完成操作I之后，降低外磁场强度至小于自由层矫顽力，并180度反转其磁场方向(即向左)，然后在存储单元中通过向下的电流，即可在磁场的辅助和电流的自旋转移力矩共同作用下把MTJ2置为高阻态，即写入存储态“01”。操作步骤4是写入“11”的动作，跟随操作步骤I进行，即完成操作I之后，依次执行操作步骤2和3或者依次执行操作步骤3和2，即写入存储态“I I”。
[0021]本实施例中，MTJl和MTJ2的电阻态及隧穿电阻比值可以相同，也可以不同。如果相同，则“10”和“01”两个状态无法区分，最终将只有低、中、高三个阻态，即存储状态。如果不同，则“10”和“01”两个状态可以区分，最终将形成“00”、“01”、“10”和“11”四个存储状态。
[0022]实施例2:图2的附图标记为:自由磁性层FL(Free Layer)、钉扎磁性层PL(PinnedLayer)、绝缘层IL( Insulating Layer)、磁性隧道结MTJ。
[0023]本实施例为垂直型磁场辅助再编程的多态磁性存储器。
[0024]在正常的工作状态下，该多态存储器的工作电流远小于编程(即改变多态磁存储单元电阻值)所需的电流，从而在读操作时不会对器件的存储状态进行写入等误操作。
[0025]该垂直型磁性多态存储器的编程操作如图2所示，本图以钉扎方向向上为例进行说明。进行擦写操作时，需要将该存储器置于均匀外磁场中，该外磁场可以由永磁体、线圈、通电直导线等提供。操作步骤I是将存储单元阵列中的信息全部重置为“00”的动作，首先设置磁场的方向平行于钉扎层磁化方向，增加磁场强度至大于MTJ自由层矫顽力，以此使MTJl和MTJ2中所有磁性层处于平行状态，即最低电阻态“00”。操作步骤2是写入“10”的动作，跟随操作步骤I进行，即完成操作I之后，降低外磁场强度至小于自由层矫顽力，并180度反转其磁场方向(即向下)，然后在存储单元中通过向上的电流，即可在磁场的辅助和电流的自旋转移力矩共同作用下把MTJl置为高阻态，即写入存储态“10”。操作步骤3是写入“01”的动作，跟随操作步骤I进行，即完成操作I之后，降低外磁场强度至小于自由层矫顽力，并180度反转其磁场方向(即向下)，然后在存储单元中通过向下的电流，即可在磁场的辅助和电流的自旋转移力矩共同作用下把MTJ2置为高阻态，即写入存储态“01”。操作步骤4是写入“11”的动作，跟随操作步骤I进行，即完成操作I之后，依次执行操作步骤2和3或者依次执行操作步骤3和2，即写入存储态“I I”。
[0026]本实施例中，MTJl和MTJ2的电阻态及隧穿电阻比值可以相同，也可以不同。如果相同，则“10”和“01”两个状态无法区分，最终将只有低、中、高三个阻态，即存储状态。如果不同，则“10”和“01”两个状态可以区分，最终将形成“00”、“01”、“10”和“11”四个存储状态。
[0027]以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于:为多态磁性存储器配置磁辅助再编程设备;通过磁辅助再编程设备为多态磁性存储器提供辅助磁场。2.根据权利要求1所述的一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于，所述多态磁性存储器包括多态磁性隧道结存储单元阵列、开关电路;开关电路与多态磁性隧道结存储单元阵列连接，对其进行控制。3.根据权利要求2所述的一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将多态磁性存储器置于磁辅助再编程设备产生的均匀外磁场中，该外磁场大于磁性隧道结自由层磁性薄膜矫顽力的磁场，磁场方向平行于钉扎层磁性薄膜的磁化方向，以此将存储单元阵列中的信息全部重置为“00” ； (2)降低外磁场强度并180度反转其磁化方向，使外磁场强度小于磁性隧道结自由层磁性薄膜矫顽力的磁场； (3)结合不同的写电流方向，在外磁场和电流共同作用下写入不同的电阻态“01”、“10”和“11”，实现一个多态磁性隧道结单元中多个比特信息的存储;其中写电流以自旋转移力矩的方式作用于多态磁性隧道结存储单元。4.根据权利要求1所述的一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于:所述磁辅助再编程设备为通电线圈、永磁体、通电导线中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于:所述磁辅助再编程设备可提供均匀的磁场，提供的磁场强度大小可根据需求进行调控。6.根据权利要求5所述的一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于:所述磁辅助再编程设备提供的磁场方向平行于薄膜磁矩方向。7.根据权利要求2所述的一种对多态磁性存储器进行磁场辅助再编程的操作方法，其特征在于:所述的开关电路所能提供的电流远小于基于自旋转移力矩原理进行编程所需电流;开关电路提供的电流大小通过降低供电电压、降低供电电流、使用限流电路、缩小晶体管宽度进行调控。
【文档编号】G11C11/16GK106098093SQ201610410514
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】李辉辉, 孟皓, 刘鲁萍, 刘少鹏, 戴强, 刘波
【申请人】中电海康集团有限公司