[发明专利]降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)中的源极负载效应

说明书

技术领域

本发明大体上是针对降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)中的源极负载效应。

背景技术

非易失性存储器技术的进步包括基于电阻的存储器技术，例如磁阻性随机存取存储器(MRAM)。MRAM技术是使用基于铁磁的磁性隧道结(MTJ)作为基本存储器元件的新兴非易失性存储器技术。MRAM的常用阵列架构为一个晶体管一个MTJ(1T1MTJ)架构。顾名思义，此架构中的每一位单元(bit cell)是由MTJ与n沟道金属氧化物半导体(NMOS)存取晶体管串联连接而组成。为了充分利用与按比例缩小NMOS技术相关联的密度增大及面积减小的优点，需要将较小晶体管及较低操作电压用于MRAM位单元。然而，尽管按比例缩小NMOS技术已进入深亚微米领域，因此产生面积及密度优势，但在设计具有稳定操作的1T1MTJ架构时仍可能存在困难，尤其是在源极负载效应方面。

发明内容

在特定实施例中，揭示一种方法，其包括确定磁性隧道结(MTJ)结构的切换电流比率，所述切换电流比率使存储器单元能够稳定操作。所述存储器单元包括耦合到存取晶体管的MTJ结构。所述方法还包括修改易发生于MTJ结构的自由层的偏移磁场。所述经修改的偏移磁场致使MTJ结构展现切换电流比率。所述偏移磁场可因自由层与其在MTJ结构中的邻近层之间的静磁耦合而产生。

所述偏移场的极性可视连接类型而定。在特定实施例中，可将存储器单元从使存取晶体管电耦合到MTJ结构的经钉扎层的第一配置调整为使存取晶体管电耦合到MTJ结构的自由层的第二配置，以降低存储器单元处的源极负载效应。在一个实施例中，揭示一种存储器单元，其具有MTJ结构的经钉扎层的经调整的厚度。在另一实施例中，揭示一种设备，其包括自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)，所述STT-MRAM包括根据所揭示的方法而设计的存储器单元。

在另一实施例中，揭示一种设备，其包括存储器单元，所述存储器单元包括磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括耦合到位线的自由层且还包括经钉扎层。所述自由层的磁矩在第一状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上平行，且在第二状态中与所述经钉扎层的所述磁矩大体上反平行。所述经钉扎层具有物理尺寸以产生偏移磁场，所述偏移磁场在第一电压从所述位线施加到耦合到存取晶体管的源极线时对应于所述MTJ结构的使得能够在所述第一状态与所述第二状态之间切换的第一切换电流，且在所述第一电压从所述源极线施加到所述位线时对应于使得能够在所述第二状态与所述第一状态之间切换的第二切换电流。

在另一实施例中，揭示一种存储器单元，其包括磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括自由层，且还包括耦合到位线的经钉扎层。所述自由层的磁矩在第一状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上平行，且在第二状态中与所述经钉扎层的所述磁矩大体上反平行。所述存储器单元还包括存取晶体管，所述存取晶体管使源极端子耦合到源极线，且使漏极端子经由导电路径耦合到所述MTJ结构的所述自由层。所述自由层与所述存取晶体管的所述漏极端子之间的第一距离大于所述经钉扎层与所述漏极端子之间的第二距离。

在另一实施例中，揭示一种设备，其包括存储器装置，所述存储器装置包括多个存储器单元。所述多个存储器单元中的至少一个存储器单元包括磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构的自由层的磁矩在第一状态中与所述MTJ结构的经钉扎层的磁矩大体上平行，且在第二状态中与所述经钉扎层的所述磁矩大体上反平行。所述存储器单元还包括耦合到所述MTJ结构的存取晶体管。用以将所述MTJ结构从所述第一状态切换到所述第二状态的第一切换电流的量值的比率小于将所述MTJ结构从所述第二状态切换到所述第一状态的第二切换电流的一半。

所揭示的实施例所提供的一个特定优点是供不同位单元类型通过调整装置参数以在特定晶体管电流-电压特性内操作而实现STT-MRAM切换的设计方法。

在审阅整个申请案之后，本发明的其它方面、优点及特征将变得显而易见，整个申请案包括以下部分：附图说明、具体实施方式及权利要求书。

附图说明

图1为包括具有经编程偏移磁场的存储器单元的存储器装置的特定说明性实施例的框图；

图2为具有经编程偏移磁场的存储器单元的特定说明性实施例的图；

图3为具有经编程偏移磁场的磁性隧道结(MTJ)结构的第一说明性实施例的图；

图4为具有经编程偏移磁场的磁性隧道结(MTJ)结构的第二说明性实施例的图；

图5为存储器单元的操作特性的第一实施例的图；