[发明专利]磁赛道存储器装置

说明书

本发明是在由美国国防部资助的协议号为H94003-05-2-0505的政府支持下进行的。美国政府在本发明中具有特定的权力。

技术领域

本发明涉及存储器存储系统，特别地，涉及使用电流使磁畴壁移动跨过读和写器件的存储器存储系统，允许在磁赛道中的畴或畴壁中存储数据并从其中读出数据。

背景技术

赛道存储器装置作为高密度存储装置正受到关注。例如，在2004年12月21日授权给Parkin的名称为“Shiftable magnetic register and methodof using the same”的美国专利6,834,005中，公开了这些装置，通过参考将其并入到这里。图1(包括图1A和1B)示出了包括磁移位寄存器10的这种赛道磁存储器系统100的示例性高级别体系结构，该磁移位寄存器10利用写器件(在此也称为写元件)15和读器件(在此也称为读元件)20。读器件20和写器件15形成系统100的读/写元件。

磁移位寄存器10包括由铁电材料制成的轨道11。轨道11可沿一个方向或另一方向在小的截面或畴中被磁化。信息被存储在轨道11中的诸如畴25、30的区域中。制造轨道的磁性材料的命令参数，即磁化方向或磁矩方向，从一个方向向另一个方向改变。磁矩方向的该变化形成用于在轨道11中存储信息的基础。

在一个实施例中，磁移位寄存器10包括数据区35和保留区(reservoir)40。数据区35包括存储数据的诸如畴25、30的连续畴组。以保留区40的形式向磁移位寄存器10提供附加的长度。

保留区40被制造为足够长，以便在区域35中的所有畴完全从区域35跨过读和写元件(为了写入和读取畴的目的)移动到区域40中时该保留区40容纳所有这些畴。在任何给定的时刻，这些畴由此被部分地存储在区域35中且部分地存储在区域40中，因此形成存储元件的是区域35和区域40的组合。在一个实施例中，保留区40是其中保留区没有处于静态的磁畴的区域。

由此，在任何给定的时刻存储区35位于磁移位寄存器10的不同部分内，并且保留区40在存储区35的任一侧被分成两个区域。虽然存储区35是一个连续区域，并且在本申请的一个实施例中无论存储区35位于移位寄存器10内的任何位置，畴在存储区35内的空间分布和范围近似相同，但在另一实施例中，存储区的部分在该区域的移动(特别地，跨过读和写元件)期间可扩展。部分(或者甚至整个)数据区35移动到保留区40中以在特定的畴中存取数据。

保留区40在图1中被示出为具有与数据区35近似相同的尺寸。然而，其他可选实施例可允许保留区40具有不同于数据区35的尺寸。作为一实例，如果将多于一个读和写元件用于每个磁移位寄存器，则保留区40可以比数据区35小得多。例如，如果将两个读和写元件用于一个移位寄存器并被沿着数据区的长度均等地设置，则保留区的长度将仅仅需要为数据区的长度的近似一半。

电路45被应用于轨道11以使畴25、30中的磁矩沿着轨道11移动，经过读器件20或写器件15。沿轨道排列的畴通过被称为畴壁(DW)的边界而彼此分隔。在具有畴壁的磁性材料中，依赖于包括赛道的磁性材料的特性，跨过畴壁的电流使畴壁沿着电流流动的方向或者与电流流动相反的方向移动。当电流通过畴时，其变为“自旋极化的”。当该自旋极化的电流通过而跨过居间的畴壁流入下一畴中时，其引发自旋扭矩。该自旋扭矩使畴壁移动。畴壁速度可以非常高，即，在100m/sec或更高的量级，因此，为了读取该畴或为了通过写元件改变其磁状态而使特定的畴移动到所要求的位置的过程可以非常短。

诸如畴25、30、31的畴在写器件15和读器件20之上向前和向后移动(或移位)，以使数据区35移入或移出保留区40，如图2(包括图2A、2B和2C)所示。在图2A的实例中，数据区35最初可存在于阱(即，磁移位寄存器10的底部32)的左侧上，其中在保留区40中没有畴。图2C示出了数据区35整体存在于磁移位寄存器10的右侧上的情况。

为了将数据写入诸如畴31的特定畴中，对磁移位寄存器10施加电流45，以使畴31移动到写器件15之上并与写器件15对准。当对磁移位寄存器施加电流时，数据区35中的所有畴都移动。