[发明专利]具有电阻性感测元件块擦除和单向写入的非易失性存储器阵列

说明书

背景技术

数据存储设备可用于以快速且高效的方式存储和检索用户数据。一些数据存储设备利用固态存储器单元的半导体阵列来存储数据。存储器单元可以是易失性的或者非易失性的。一些非易失性存储器单元可设置有具有单个晶体管(“T”)和单个可编程电阻性感测元件(“R”)的1T1R配置。

电阻性感测元件可通过对存储器单元施加写电流而被编程至不同的阻态，并且这些不同的阻态可用于指示不同的逻辑状态(例如，逻辑0、1、10等)。通过使用感测放大器来检测由读电流通过存储器单元所产生的电压，可感测到电阻性感测元件的经编程状态。已知多个电阻性感测元件(RSE)构造，包括但不限于磁性随机存取存储器(MRAM)，自旋扭矩转移随机存取存储器(STRAM)，电阻性随机存取存储器(RRAM)，相变随机存取存储器(PCRAM)，以及可编程金属单元(PMC)。

存储器单元晶体管用作开关设备以便于在写和读操作期间对存储器单元的访问，并且用以在其它时间将存储器单元从相邻单元去耦合。单元晶体管可被实现为n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)。

单元晶体管的大小将被调节成容纳用于将RSE编程至不同阻态的相对大的双向写电流，并且可比单元中的关联RSE要求实质上较大的半导体面积。因此单元晶体管的大小可在实现半导体阵列中的较大面积数据存储密度时充当限制因素。

发明内容

本发明的各个实施例通常涉及非易失性存储器单元及其使用方法。

根据一些实施例，存储器单元包括串联在第一和第二控制线之间的开关设备以及电阻性感测元件(RSE)。向第一控制线提供可变电压，并且将第二控制线维持在固定的参考电压。通过将第一控制线的可变电压降低到低于第二控制线的固定参考电压以使体-漏电流通过开关设备流至RSE来编程RSE的第一阻态。

表征本发明的多个实施例的这些和其它特征和优点可考虑以下具体讨论和所附附图来理解。

附图说明

图1是根据本发明的各个实施例构造和操作的示例性数据存储设备的概括功能示图。

图2示出根据一些实施例的图1的存储器阵列的电阻性感测元件(RSE)的示例性构造。

图3A-3B示出根据各个实施例的图1的设备的存储器单元的相应擦除和单向写入。

图4是图3A-3B的存储器单元的正视示图。

图5A-5C示出经受相应单列擦除、多列擦除以及多单元写操作的图4的存储器单元的阵列的示意图。

图6是根据各个实施例的数据访问例程的流程图。

具体实施方式

图1提供根据本发明各个实施例构造和操作的数据存储设备100的功能框图。

图1中设备100的顶层控制由控制器102执行，控制器102可以是可编程的或基于硬件的微控制器。控制器102经由控制器接口(I/F)电路104和主机设备通信。存储器空间106包括许多存储器阵列108。每个阵列108包括具有选定存储容量的半导体存储器块。在一些实施例中，该设备被表征为固态驱动器(SSD)。

图2示出在图1的存储器阵列108的各种存储器单元中用于存储数据的电阻性感测元件(RSE)110。RSE 110在图2中被表征为自旋扭矩转移随机存取存储器(STRAM)，但是可使用其它RSE构造。STRAM RSE包括具有固定参考层114、自由层116和隧穿阻挡层118的磁性隧穿结(MTJ)112。MTJ 112以电极120、122为界。在一些实施例中，电极包括自旋极化材料，该自旋极化材料均匀地确定通过RSE MTJ 112的电流的自旋方向。

参考层114具有在所选方向上的固定磁取向。可按多种方式来形成该固定磁取向，诸如藉由钉扎至单独磁体(未示出)。自由层116具有可选择地编程的磁取向，该磁取向可与参考层114的选定方向平行或反平行。可使用其它相应的磁化取向，诸如与图2中所示出的那些基本上垂直的取向。

当自由层116的磁化被定向成在与参考层114的磁化方向基本上相同的方向上(平行)时，获得MTJ 112的低阻态R_L。为将MTJ 112定向在平行低阻态，写电流124通过MTJ 112，使得参考层114的磁化方向设置自由层116的磁取向。由于电子在与电流方向相反的方向上流动，因此写电流方向从自由层116传到参考层114，并且电子从参考层114传播到自由层116。