[发明专利]使用串联磁性隧道结的多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器STT-MRAM

说明书

I.优先权要求

本申请要求共同拥有的于2015年3月11日提交的美国非临时专利申请No.14/645,213的优先权，该非临时专利申请的内容通过援引全部明确纳入于此。

II.领域

本公开一般涉及具有子阵列的多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)。

III.相关技术描述

技术进步已产生越来越小且越来越强大的计算设备。例如，各种各样的便携式个人计算设备(包括无线电话，诸如移动和智能电话、平板以及膝上型计算机)较小、轻量且易于由用户携带。这些设备可在无线网络上传达语音和数据分组。另外，许多此类设备纳入附加功能性，诸如数码相机、数码摄像机、数字记录器以及音频文件播放器。同样，此类设备可以处理可执行指令，包括可被用于访问因特网的软件应用，诸如web浏览器应用。如此，这些设备可包括显著的计算能力。

电子设备(诸如，移动电话)可包括各自具有不同使用的单独类型的存储器阵列。例如，移动电话可具有操作为用于快速短期数据存储的高速缓存存储器(例如，静态随机存取存储器(SRAM))的单独存储器阵列、和操作为用于长期数据存储的主存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM))的另一单独存储器阵列、和/或操作为片外非瞬态存储器(NVM)的其他单独存储器阵列。维持具有不同类型的存储器使用的单独存储器阵列可要求添加的芯片面积和功率使用。

IV.概述

一种多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)可被配置成用于电子设备(例如，移动电话)上的多个存储器应用(例如，高速缓存、主存储器或NVM)。例如，多位STT-MRAM单元的磁性隧道结(MTJ)元件可被配置成具有不同的读取余裕以及被调整成适应特定存储器使用的其他区分性操作参数。例如，多位STT-MRAM单元的存储器阵列可包括MTJ元件的子阵列，每个子阵列被配置成用于特定存储器使用。

在特定方面，一种设备包括具有第一读取余裕的第一MTJ元件。该设备还包括具有第二读取余裕的第二MTJ元件。第一读取余裕大于第二读取余裕的两倍。该设备还包括耦合在第一MTJ元件与第二MTJ元件之间的存取晶体管。存取晶体管具有耦合至字线的栅极。第一MTJ元件、第二MTJ元件和存取晶体管形成多位STT-MRAM存储器单元。

在另一特定方面，一种操作包括存取晶体管、第一MTJ元件和第二MTJ元件的设备的方法包括激活存取晶体管。第一MTJ元件与第二MTJ元件响应于存取晶体管。第一MTJ元件具有第一大小，并且第二MTJ元件具有大于第一大小的两倍的第二大小。该方法还包括通过执行感测出的值与第一参考值的第一比较和执行感测出的值与第二参考值的第二比较来确定第二MTJ元件的电阻状态。第二参考值基于第一比较的结果。

在另一特定方面，一种装备包括用于存储第一磁状态的第一装置。用于存储的第一装置具有第一大小。该装备还包括用于存储第二磁状态的第二装置。用于存储的第二装置具有大于第一大小的两倍的第二大小。该装备还包括用于将用于存储的第一装置和用于存储的第二装置耦合的装置。该用于耦合的装置耦合至字线。用于存储的第一装置、用于存储的第二装置、和所述用于耦合的装置形成多位STT-MRAM存储器单元。

在另一特定方面，一种装置包括由存储器阵列的多个第一MTJ元件形成的第一MTJ子阵列。该装置还包括由所述存储器阵列的多个第二MTJ元件形成的第二MTJ子阵列。第一MTJ子阵列被配置成基于用于第一存储器使用的第一参数集操作，并且第二MTJ子阵列被配置成基于用于不同于第一存储器使用的第二存储器使用的第二参数集操作。

由至少一个所公开的方面提供的一个特定优点在于与将单独的存储器阵列用于单独的存储器使用相比，减小了芯片大小和功耗。多位STT-MRAM存储器单元可包括具有被调整以适应特定存储器使用的区分性操作参数的子阵列。存储器单元阵列可包括该阵列内的子阵列，这些子阵列各自具有特定存储器使用。具有特定存储器使用下的存储器子阵列的单个存储器阵列的使用可比多个单独的存储器设备的使用消耗较小芯片面积并利用较少功率来用于数据存取和存储操作。

本公开的其他方面、优点和特征将在阅读了整个申请后变得明了，整个申请包括以下章节：附图简述、详细描述、以及权利要求书。

V.附图简述

图1是解说设备的特定方面的框图；

图2是描绘存储器阵列的一部分的框图；

图3A是解说具有存储器子阵列的系统的框图；

图3B是解说具有子阵列的存储器阵列的框图；以及