[发明专利]低功率MRAM存储器阵列

说明书

技术领域

技术领域是用于数据存储的随机存取存储器。尤其，技术领域是具有降低的功率要求的磁随机存取存储器阵列。

背景技术

磁随机存取存储器(MRAM)是用于长期数据存储的非易失性存储器类型。从MRAM器件存取数据比从传统长期存储器件，如硬盘驱动器存取数据快得多。另外，MRAM是致密的，并且与硬盘驱动器和其他传统长期存储器件相比，耗费更小的功率。

典型的MRAM器件包括存储器件单元阵列。图1表示出传统存储器件单元阵列10。存储器单元阵列10包括沿着存储器单元阵列10的行延伸的字线14和沿着存储器单元阵列10的列延伸的位线16。存储器单元12位于每个字线14和位线16的交叉点上。每个存储器单元12存储一比特信息作为磁化取向。每个存储器单元12的磁化取向在任何给定的时间假设是两个稳定取向之一。两个稳定取向，平行和反平行，代表“1”和“0”的二进制逻辑值。

选择的存储器单元12的磁化取向通过向在选择的存储器单元12处交叉的字线14和位线16提供电流来转换。电流产生磁场，当磁场组合时，把选择的存储器单元的磁化取向从平行转换为反平行，或者相反。

传统存储器单元12的磁化取向由图2A和2B表示。参考层24和数据存储层18确定存储器单元12的磁化取向。数据存储层18的磁化可由在图2A和2B中在数据存储层18上的箭头表示的两个方向之一上取向。两个可能的磁化方向与数据存储层18的“易轴”对齐。参考层24包括具有固定或“被钉扎”的磁化的磁性材料层(由参考层24上的箭头表示)。参考层磁化被钉扎在与易轴平行的方向上。提供给在存储器单元12处交叉的字线14和位线16的电流在图2A和2B所示的状态之间转换数据存储层18的磁化。由于改变存储器单元磁化引起的电阻改变可由读出电流检测，以确定存储器单元12的二进制状态。

如图1，2A和2B所示，字线14和位线16是线性的，并且数据存储层18的易轴与字线14平行取向。

图3表示传统线性字线14和位线16产生的场，以及存储器单元12的结果得到的磁化强度M。以轮廓形式表示出位线16，以便于在图3中存储器单元12的磁化强度M是可见的。通过位线16的电流Iy导致磁场Hx。当电流Ix通过字线14时产生类似的磁场Hy。磁场Hx和Hy组合来转换存储器单元12的磁取向。

由于通过正交电流产生场Hx和Hy，场Hx和Hy产生的转换场的强度小于Hx+Hy。因此，没有全部使用电流Ix和Iy。例如，如果场Hx和Hy大小相等，结果得到的场离开字线14、位线16在45度角度上取向，并且具有大约0.7·(Hx+Hy)的大小。因此为产生需要的转换场，字线和位线的正交关系导致对电流Ix和Iy的更高的电流要求。

高的字线和位线电流是不希望的，因为存储器阵列功耗在MRAM应用中是一个严重的制约因素。高的字线和位线电流要求更大的位线和字线以及写入电流来处理高的电流。这导致更大更昂贵的MRAM器件。从而，要求降低字线和位线需要的电流。

因此存在一种降低MRAM存储器阵列的功耗的需要。

发明内容

具有非线性字线和产生横向磁场的永磁层的低功率MRAM存储器阵列满足上述需求并实现在传统MRAM器件中未出现的其它优点。

根据第一方面，MRAM存储器阵列包括：存储器单元阵列；多个在第一方向延伸的非线性字线；和多个在第二方向延伸的实质上线性的位线。在多个存储器单元位置处字线与位线交叉，并且在存储器单元位置处放置存储器单元。

还根据第一方面，非线性字线部分在y方向上与位线部分共存。由于字线和位线在y方向共存，字线和位线中的电流产生的磁场在共存部分X方向对齐。因此增大了在共存部分的结果得到的磁场强度。另外，结果得到的场与位于共存部分的存储器单元的易轴更密切地对齐。将结果得到的场与易轴对齐减小了改变存储器单元的磁化取向所需的场的大小。因此，可使用更小的字线和位线电流来转换存储器单元的二进制状态，并降低存储器阵列的功耗。

根据第二方面，每个存储器单元包括具有横过存储器单元的易轴来取向的磁化方向的横向取向磁性层。横向场改善了存储器单元转换的可重复性，并且降低转换存储器单元所需的字线和位线电流。

而且，根据第二方面，横向磁场可在任何时候施加，从而永磁体可用来形成横向取向磁性层。不需要电流来产生横向磁场，进一步降低了存储器阵列的功耗。

联系附图，从下面的详细说明中，其他方面和优点变得明显。

附图说明

图1表示传统存储器单元阵列；