[发明专利]具有短读出时间的存储设备

说明书

技术领域

本发明的技术领域涉及电阻式交叉点存储设备。更具体地说，本发明的技术领域是有短读出时间的存储设备。

背景技术

磁性随机存取存储器(“MRAM”)是推荐的非易失存储器类型。从MRAM设备访问数据比从常规的长期存储设备，例如硬盘驱动器，访问数据要快得多。另外，MRAM是紧凑的，消耗的能量也要比常规的长期存储设备要少。

图1描绘了一个常规的MRAM存储器阵列10，它在字线14和位线16的交叉点上是一个电阻存储单元12。字线14沿着存储器阵列10的行水平扩展，位线16沿着存储器阵列10的列垂直扩展。每个存储单元12能够存储二元状态“0”和“1”。

图2描绘了一个常规的存储单元12。存储单元12是一个自旋相关隧道效应(“SDT”)设备。存储单元12包括钉扎层24和自由层18。钉扎层24的磁化具有固定的取向，由箭头26说明。自由层18的磁化，由双向箭头28说明，可以沿着自由层18的“易磁化轴”定向在两个方向中的任意一个方向上。如果自由层18和钉扎层24的磁化方向相同，存储单元12的取向就是“平行的”。如果它们的磁化方向相反，存储单元12的取向就是“反平行的”。这两个取向分别对应于二元状态“1”和“0”。

自由层18和钉扎层24由绝缘隧道阻挡层20分隔开。绝缘隧道阻挡层20允许在自由层18和钉扎层24之间发生量子力学隧道效应。隧道效应是与电子自旋相关的，使得存储单元12的电阻成为自由层18和钉扎层24的磁化的相对取向的函数。如果存储单元12的取向是平行的，那么它的电阻就有“低”值R，如果它的方向是反平行的，那么其电阻就有“高”值R+ΔR。

存储器阵列10中的每个存储单元12可以有它的由写操作来改变的二元状态。提供给在特定存储单元12上交叉的字线14和位线16的写电流在与钉扎层24平行和反平行之间转换自由层18的磁化。通过位线16的电流Iy产生磁场Hx。当电流Ix通过字线14时会产生类似的磁场Hy。磁场Hx和Hy结合转换存储单元12的磁化方向。可以读取因为改变存储单元磁化而产生的电阻变化以确定存储单元12的二元状态。

存储器阵列10中的每个位线16被连接到一个开关上(未示出)，而且每个开关连接到一个读出放大器(未示出)的输入上。当与存储单元12相交的位线16被连接到读出放大器的输入上时，通过在特定存储单元12的字线14上施加读电压，可以读取选中的存储单元12的二元状态，或“位”。连接选中的位线16到读出放大器的开关可以交替地打开或闭合以读取选中的存储单元12。

存储器阵列10在读出存储单元12之间“稳定”的需求会减慢常规存储器阵列10中的读操作。存储器阵列10必须稳定下来，因为每次连接选中的位线16到读出放大器的开关是打开或者闭合的，在位线16末端的电势也发生变化。位线末端的电势变化引起存储单元12间的电压也变化到一个不同的平衡状态。控制读操作的微处理器因而必须把稳定时间合并到读操作中以允许存储器阵列10稳定到存储单元12的读取之间期望的平衡状态。稳定时间是不期望的，因为在每个单位时间中能读取的存储单元12很少。

因而存在着减少存储器阵列中的读时间的需要。

发明内容

按照第一方面，存储设备实现减少的读出时间。存储设备包括一个存储单元的存储器阵列，并交叉字线和位线。一组(bank)读出放大器选择开关有选择地耦合位线到一个读出放大器。可以闭合该组读出放大器选择开关中的每个开关以允许读出放大器读出选中的存储单元的二元状态。一组读/写选择开关有选择地耦合位线到列写入电流源和参考电势电压。可以分别闭合该组读/写选择开关中的开关以耦合选中的位线到参考电势电压。在读操作期间，操作该组读出放大器选择开关和该组读/写选择开关以使存储器阵列中的位线保持在等电位状态。

按照第一方面，阵列不受位线同读出放大器的连接和断开的干扰。被设置在参考电势电压的读出放大器向作为该组读/写开关的位线提供相同的电位。因为存储器阵列中的位线不受等电位状态干扰，因而不需要由转换到放大器而引起的稳定时间。读出时间因而短于常规设备中的读出时间。

下面结合附图由详细描述将使其它方面和优点变得更加清楚。

附图说明

图1说明常规的存储单元阵列；

图2说明常规存储单元的二元状态；

图3是一种存储设备的实施方案的示意图；

图4是说明图3中所说明的存储设备的写操作的流程图；

图5是图3中说明的存储设备的读时序图；