[发明专利]存储器、其写入方法与读取方法

说明书

本申请提供了一种存储器、其写入方法与读取方法。该存储器包括多个存储单元，各存储单元包括一个MOS管、N个串联的MTJ、位线、字线和源线，N个MTJ设置在MOS管的表面上且沿远离MOS管方向上依次叠置设置，N个MTJ中，与MOS管距离最小的MTJ为底端MTJ，与MOS管距离最大的MTJ为顶端MTJ，底端MTJ的一端与MOS管的源极和漏极中的一个电连接，源线与源极和漏极中的另一个电连接，顶端MTJ的一端与位线电连接，MOS管的栅极和字线电连接，N≥2，且N为整数。该存储器的存储单元在同样的面积下，可以存储更多的信息，可以实现高密度存储。

技术领域

本申请涉及存储领域，具体而言，涉及一种存储器、其写入方法与读取方法。

背景技术

MTJ(磁性隧道结)：基于磁性隧道磁阻(TMR)效应，由两个磁性层和介于两个磁性层中间的介质层组成，两个磁性层分别为第一磁性层和第二磁性层，其中，第一磁性层的磁化取向固定，称为固定层；第二磁性层的磁化取向可通过磁场或电流改变，称为自由层，通过调整自由层的磁化取向，使得两个磁性层处于平行态或反平行态，对应高电阻态(对应电阻R_ap，逻辑状态为0)和低电阻态(对应电阻R_p，逻辑状态为1)，可以用来存储信息。

自旋转移力矩磁性随机存储器(Spin Transfer Torque Magnetic RandomAccess Memory，简称STT-MRAM)利用电流改变MTJ状态，这是一种极具潜力的新型存储器。该存储器除了具有电路设计简单，读写速度快，无限次擦写等优点外，相对于传统存储器如DRAM的最大优势为非易失性(断电数据不丢失)。

图1为目前应用较广泛的STT-MRAM的存储单元的结构示意图，如图1所示，每个存储单元包括1个MTJ2、1个MOS管(1如NMOS)、连接电极以及连接线等。MTJ的靠近底电极的一端和MOS管的漏极300连接，MTJ的靠近顶电极的一端和位线3连接，MOS管的栅极200和字线4电连接，源线5与源极100的电连接。

现有技术中尽管可以使用多种方法来降低MTJ的写电流，但理论上写电流正比于存储器的数据保存时间，一定的数据保存时间和磁性材料的阻尼系数限制了写电流的进一步降低，因此，写电流还是比较大，写电流与MOS管的面积成正比，这就导致MOS管的面积较大。当前工艺节点下(以40纳米工艺，MTJ的直径60纳米为例)，MTJ的写电流为100微安左右，为保证MOS管能够提供相应的写电流，对应MOS管的面积超过MTJ的面积10倍。

因此，在1个MOS选择管对应1个MTJ的存储单元中，存储单元的面积主要由MOS管的面积决定，这对高密度的存储器非常不利。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种存储器、其写入方法与读取方法，以解决现有技术中的存储器难以实现高密度的存储单元的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种存储器，该存储器包括多个存储单元，各上述存储单元包括一个MOS管、N个串联的MTJ、位线、字线和源线，N个上述MTJ设置在上述MOS管的表面上且沿远离上述MOS管方向上依次叠置设置，N个上述MTJ中，与上述MOS管距离最小的上述MTJ为底端MTJ，与上述MOS管距离最大的上述MTJ为顶端MTJ，上述底端MTJ的一端与上述MOS管的源极和漏极中的一个电连接，上述源线与上述源极和上述漏极中的另一个电连接，上述顶端MTJ的一端与上述位线电连接，上述MOS管的栅极和上述字线电连接，N≥2，且N为整数。

进一步地，N个上述MTJ中至少有两个上述MTJ的写入电流不同，优选N个上述MTJ的写入电流都不同。