[发明专利]磁阻随机存取存储器装置与其切换方法与存储器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁阻随机存取存储器装置(magnetoresistive randomaccess memory device，MRAM device)，特别涉及一种具有非正交切换写入线(small-angle toggle write lines)的双态模式磁阻随机存取存储器装置(toggle-mode magnetoresitive random access memory device)。 

背景技术

相较于传统存储器装置使用电子电荷储存数据，磁阻随机存取存储器(MRAM)装置以磁性储存数据。以磁性储存数据的优点包括非易失性、高操作速度、以及高耐久度。纵然MRAM装置与传统存储器装置相较具有上述优点，其商业量产与否必须考虑其技术发展是否能改善能量消耗、错误率、与存储器稳态的稳定性。 

为了通过磁性读写数据，MRAM装置包括可在两种稳态方向切换的磁矩向量(magnetic moment vector)。上述两种稳态方向分别对应MRAM装置的两种存储器状态。上述两种存储器状态具有不同的电子阻抗。写入操作负责提供磁场切换上述磁矩向量至预期的方向。读取操作将令电流流经MRAM装置以感测其电子阻抗并且判断其存储器状态。 

目前已有多项技术公开改良的MRAM装置。Savtchenko等人所公开的美国专利申请US Patent 6,545,906提及一种双态模式(toggle-mode)技术，用以改善MRAM装置的写入操作。此专利申请通过旋转作用磁场将数据写入MRAM装置，以改善存储器状态的稳定性与写入操作的可选择性。此外，美国专利申请US Patent 6,633,498与US Patent 6,515,341更公开可改善能量消耗的双态模式MRAM装置；其中使用偏磁场(bias field)作用于MRAM装置的磁性物质上，以降低切换磁矩向量的方向所需的能量。 

上述技术纵然可改善存储器状态的稳定度以及控制能量损耗，但外加于MRAM装置上的偏磁场将衍生出新的问题。偏磁场纵然降低存储器状态切换 所需的能量，却会影响写入操作期间作用磁场的旋转量，导致错误率大幅上升。因此，本技术领域需要一种可降低存储器能量消耗并且具有低错误率的双态模式MRAM装置。 

发明内容

本发明公开具有非正交切换写入线(small-angle toggle write lines)的一种双态模式磁阻随机存取存储器(toggle-mode MRAM)装置以及切换其存储器状态的方法。此外，本说明书亦公开此种双态模式MRAM装置所组成的存储器阵列的数种布局(layout)方式。本发明的双态模式MRAM装置具有非正交的两条写入线，用以切换其存储器状态；其中更使用偏磁场降低切换存储器的磁态所需的能量。若将偏磁场应用于传统双态模式MRAM装置中，写入线所提供的作用磁场的方向将受其影响。本发明通过非正交布局此二写入线补偿偏磁场对作用磁场所产生的影响。 

本发明的双态模式MRAM装置的一种实施方式包括第一写入线、第二写入线、以及磁阻存储单元。该第一写入线位于第一平面，其方向为第一方向。该第二写入线位于第二平面，其方向为第二方向。上述第一与第二平面彼此平行。该第一方向与该第二方向为非正交。该磁阻存储单元具有可切换磁态，并且设置于该第一与该第二写入线之间的交错区域。上述第一与第二写入线于该交错区域的投影彼此相交。在此实施方式中，该第一写入线负责传递第一写入电流以提供该磁阻存储单元第一磁场(H-Field)；该第二写入线负责传递第二写入电流以提供该磁阻存储单元第二磁场。上述第一与第二磁场乃根据既定操作方式作用于该磁阻存储单元，以切换该磁阻存储单元的磁态，以及上述第一与第二写入线相对于该磁阻存储单元的磁异向性易磁化轴各具有小于45度的夹角。