[发明专利]具有并发和差分感测的多自由层MTJ和多端子读电路

权利要求书

1.一种多自由层磁性隧道结(MTJ)单元，包括：

底部电极层；

所述底部电极层上的反铁磁(AFM)层；

所述反铁磁层上的固定磁化层；

所述固定磁化层上的阻挡层；

所述阻挡层的第一区域上的第一自由磁化层；

所述阻挡层的与所述第一区域横向偏移的第二区域上的第二自由磁化层；

耦合至所述第一自由磁化层的第一顶部电极和耦合至所述第二自由磁化层的第二顶部电极；

第一电流开关，用于将所述第一顶部电极可切换地耦合至第一MTJ读/写端子；

第二电流开关，用于将所述第二顶部电极可切换地耦合至第二MTJ读/写端子；以及

耦合至所述底部电极层的第三MTJ读/写端子。

2.如权利要求1所述的多自由层MTJ单元，其特征在于，进一步包括：

耦合至所述第一电流开关、所述第二电流开关的读电流控制开关，被配置成将所述第一电流开关和所述第二电流开关切换至读模式，其中所述读模式将所述第一顶部电极耦合至所述第一MTJ读/写端子，以及并发地将所述第二顶部电极耦合至所述第二MTJ读/写端子。

3.如权利要求2所述的多自由层MTJ单元，其特征在于，被配置成在所述读模式中在所述第一MTJ读/写端子与所述第二MTJ读/写端子之间建立读电流通路，其中所述读电流通路包括与所述第二自由磁化层串联的第一自由磁化层。

4.如权利要求3所述的多自由层MTJ单元，其特征在于，所述读电流通路进一步包括所述固定磁化层，所述固定磁化层在所述第一区域之下与所述阻挡层的界面和所述固定磁化层在所述第二区域之下与所述阻挡层的界面之间。

5.如权利要求3所述的多自由层MTJ单元，其特征在于，进一步包括：所述第一MTJ读/写端子与第一位/选择线的耦合以及所述第二MTJ读/写端子与第二位/选择线的耦合，其中在所述读模式期间，响应于所述第一位/选择线和所述第二位/选择线之一上的读电压，以及所述第一位/选择线和所述第二位/选择线中的另一者上的电流阱，读电流流经所述第一位/选择线和所述第二位/选择线之一与所述第一位/选择线和所述第二位/选择线中的另一者之间的所述读电流通路。

6.如权利要求1所述的多自由层MTJ单元，其特征在于，所述第一电流开关包括具有栅极的第一场效应晶体管(FET)，而所述第二电流开关包括具有栅极的第二FET，

其中响应于并发在所述第一FET的所述栅极和所述第二FET的所述栅极上的导通电压，在所述第一MTJ读/写端子与所述第二MTJ读/写端子之间建立第一模式读通路，所述第一模式读通路包括与所述第二自由磁化层串联的所述第一自由磁化层，以及

其中响应于与所述第二FET的所述栅极上的断开电压并发的所述第一FET的所述栅极上的导通电压，在所述第一MTJ读/写端子与所述第三MTJ读/写端子之间建立第二模式读通路，所述第二模式读通路包括所述第一自由磁化层并且不包括所述第二自由磁化层。

7.如权利要求1所述的多自由层MTJ单元，其特征在于，所述第一电流开关包括具有栅极的第一场效应晶体管(FET)，而所述第二电流开关包括具有栅极的第二FET，其中所述多自由层MTJ单元进一步包括：

所述第一MTJ读/写端子与第一位/选择线的耦合以及所述第二MTJ读/写端子与第二位/选择线的耦合；以及

所述第一FET的所述栅极与第一字线的耦合以及所述第二FET的所述栅极与第二字线的耦合，

其中响应于所述第一字线和所述第二字线的第一状态，所述第一FET为导通且所述第二FET为导通，由此在所述第一MTJ读/写端子以及所述第二MTJ读/写端子之间建立第一模式读通路，以及

其中响应于所述第一字线和所述第二字线的第二状态，所述第一FET为导通而所述第二FET为断开，由此在所述第一MTJ读/写端子以及所述第三MTJ读/写端子之间建立第二模式读通路。

8.如权利要求7所述的多自由层MTJ单元，其特征在于，所述第一模式读通路包括与所述第二自由磁化层串联的所述第一自由磁化层，并且其中所述第二模式读通路不包括所述第二自由磁化层。