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    • 专利摘要:
    Verfahren und Vorrichtung zum Koppeln von Leitern in einem Magnetspeicher. Bei manchen Ausführungsbeispielen umfaßt das Speicherelement folgende Merkmale: ein erstes Magnetspeicherelement, eine erste Gruppe von Leitern, die mit dem ersten Magnetspeicherelement magnetisch gekoppelt sind, ein zweites Magnetspeicherelement, eine zweite Gruppe von Leitern, die mit dem zweiten Magnetspeicherelement magnetisch gekoppelt sind, wobei das zweite Magnetspeicherelement im wesentlichen vertikal zu dem ersten ist und die erste und die zweite Gruppe von Leitern zumindest einen Leiter gemeinsam haben.
    公开号:DE102004022576A1
    申请号:DE200410022576
    申请日:2004-05-07
    公开日:2005-03-31
    发明作者:Thomas C. Sunnyvale Anthony；Frederick A. Palo Alto Perner；Kenneth K. Smith
    申请人:Hewlett Packard Development Co LP；
    IPC主号:G11C11-15
    专利说明:
    [0001] Speichervorrichtungensind auf zahlreichen Gebieten, die Computer und Elektronik beinhalten, allgegenwärtig. Inmanchen Fällenwurde ein Speicher mit Speicherungselementen implementiert, die inder Lage sind, eine elektrische Ladung zu speichern. In anderenFällenwurde ein Speicher mit Speicherungselementen implementiert, diein der Lage sind, eine magnetische Orientierung zu speichern. MagnetischeHalbleiterspeicherarrays können einzelneSpeicherungselemente umfassen, die unter Verwendung von Halbleiterverarbeitungstechniken konstruiertwerden.
    [0002] Dieeinzelnen magnetischen Elemente des Magnetspeicherarrays können Materialienmit variierenden magnetischen Eigenschaften umfassen, die durcheine isolierende Schicht getrennt sind. Die Magnetisierungen dergetrennten Materialien könnenin derselben Richtung ausgerichtet sein (als „parallel" bezeichnet), oder ihre Orientierungkann in entgegengesetzten Richtungen verlaufen (als „antiparallel" bezeichnet). Derelektrische Widerstand der magnetischen Elemente kann je nach derparallelen oder antiparallelen Orientierung der Magnetisierungenvariieren. Auf diese Weise könnendigitale Informationen gespeichert und wiedergewonnen werden, indemdigitale Werte (z.B. 1en und 0en) dem elektrischen Widerstand zugeordnetwerden, der dem parallelen oder antiparallelen Zustand zugeordnetist.
    [0003] DieOrientierung (d.h. parallel oder antiparallel) und folglich derdigitale Wert eines Speicherelements können konfiguriert werden, indemin dem Speicherelement ein Magnetfeld erzeugt wird. Leiter, diesich eventuell in der Nähedes Speicherelements befinden, könneneventuell Strom führen,und dieser Strom kann folglich in dem nahegelegenen Speicherelementein Magnetfeld erzeugen. Das erzeugte Magnetfeld kann dann die Orientierungdes Speicherelements verändern.
    [0004] Dain der Verbraucherelektronik oft ein Speicher verwendet wird, istein Speicher wünschenswert,der eine hohe Geschwindigkeit aufweist, kostengünstig ist und wenig Strom verbraucht.Der Leistungsverbrauch, die Geschwindigkeit und die Kosten des Speicherchipssind direkt auf die Gesamtchipfläche(d.h. die Flächedes Arrays von Speicherelementen und einer begleitenden Schaltungsanordnung) bezogen,und größere Chipssind eventuell teurer herzustellen. Folglich können kostengünstige Speichergebaut werden, indem Speicherelemente in einem Speicherarray dichtbepackt werden. Jedoch könnendie beim Konfigurieren der Speicherelemente verwendeten Leiter dieDichte der Speicherelemente auf unerwünschte Weise einschränken undzu einer größeren Chipgröße führen.
    [0005] Deshalbmag es schwierig sein, einen Speicher zu entwerfen, der schnellund billig ist und der wenig Leistung verbraucht, da die Technikenzum Erhöhender Geschwindigkeit und zum Verringern des Leistungsverbrauchs oftzu Kostenerhöhungenführen,und umgekehrt.
    [0006] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Speicher,Verfahren sowie Computer mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
    [0007] DieseAufgabe wird durch einen Speicher gemäß Anspruch 1, durch Verfahrengemäß Anspruch10 oder 17 sowie durch Computer gemäß Anspruch 14 oder 20 gelöst.
    [0008] Essind Verfahren und Vorrichtungen zum Koppeln von Leitern in einemMagnetspeicher offenbart. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Speicherelementfolgende Merkmale aufweisen: ein erstes Magnetspeicherelement, eineerste Gruppe von Leitern, die mit dem ersten Magnetspeicherelementma gnetisch gekoppelt sind, ein zweites Magnetspeicherelement, einezweite Gruppe von Leitern, die mit dem zweiten Magnetspeicherelementmagnetisch gekoppelt sind, wobei das zweite Magnetspeicherelementim wesentlichen vertikal zu dem ersten ist und wobei die erste unddie zweite Gruppe von Leitern zumindest einen gemeinsamen Leiteraufweisen können.
    [0009] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0010] 1 ein exemplarisches Computersystem gemäß verschiedenenAusführungsbeispielender Erfindung;
    [0011] 2A ein Substrat in Waferformgemäß verschiedenenAusführungsbeispielender Erfindung;
    [0012] 2B einen vereinfachten Querschnitteiner integrierten Schaltung, die einen Magnetspeicher gemäß verschiedenenAusführungsbeispielender Erfindung enthält;
    [0013] 3 eine exemplarische Implementierung einesMagnetspeicherelements gemäß Ausführungsbeispielender Erfindung;
    [0014] 4A eine exemplarische Beziehungzwischen den Achsen der magnetischen Orientierung eines exemplarischenSpeicherelements gemäß Ausführungsbeispielender Erfindung;
    [0015] 4B eine exemplarische Beziehungzwischen den Achsen der magnetischen Orientierung eines exemplarischenSpeicherelements, wobei die Achse der harten Magnetisierbarkeitbzw. die harte Achse gemäß Ausführungsbeispielender Erfindung verändertist;
    [0016] 5 eine exemplarische Implementierung einesMagnetspeicherelements, das Lese- und Schreibleiter gemäß Ausführungsbeispielender Erfindung umfaßt;und
    [0017] 6 ein exemplarisches Ausführungsbeispielvon Magnetspeicherelementen, die gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindungvertikal angeordnet sind.
    [0018] Inder gesamten folgenden Beschreibung und in den gesamten Patentansprüchen werdenbestimmte Begriffe verwendet, um auf bestimmte SystemkomponentenBezug zu nehmen. Wie Fachleute erkennen werden, können Unternehmenmit unterschiedlichen Namen auf eine Komponente Bezug nehmen. DiesesDokument beabsichtigt nicht, zwischen Komponenten zu unterscheiden,die sich in Bezug auf ihre Namen, jedoch nicht in Bezug auf ihre Funktionunterscheiden. In der folgenden Erläuterung und in den Ansprüchen werdendie Begriffe „einschließlich" bzw. „umfassen" und „aufweisen" auf offene Weiseverwendet und sollten somit in der Bedeutung von „einschließlich, abernicht ausschließlich..." interpretiertwerden. Ferner soll der Begriff „koppeln" oder „koppelt" entweder eine indirekte oder eine direkteelektrische oder mechanische Verbindung bedeuten. Wenn also eineerste Vorrichtung mit einer zweiten Vorrichtung gekoppelt ist, kanndiese Verbindung durch eine direkte Verbindung oder durch eine indirekteVerbindung überandere Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen. Der Begriff „magnetischgekoppelt" sollsich auf die Situation beziehen, bei der ein Magnetfeld, das voneinem ersten Material ausgeht, in einem zweiten Material erzeugt wird.Beispielsweise kann ein Leiter, der einen Strom führt, einMagnetfeld ausstrahlen, das in ein magnetisches Material eingekoppeltsein kann. Ferner bezieht sich der Begriff Strom der „Achseder leichten Magnetisierbarkeit" bzw.Strom der leichten Achse auf einen Strom, der entlang der Achseder leichten Magnetisierbarkeit eines Magnetspeicherelements einMagnetfeld erzeugt. Desgleichen bezieht sich der Begriff Strom der „Achseder harten Magnetisierbarkeit" bzw.Strom der harten Achse auf einen Strom, der entlang der Achse derharten Magnetisierbarkeit eines Magnetspeicherelements ein Magnetfelderzeugt.
    [0019] Derhierin offenbarte Speicher und die Verfahren zum Verringern einesSpeicherleistungsverbrauchs könnenbei einem Computersystem verwendet werden. 1 veranschaulicht ein exemplarischesComputersystem 100. Das Computersystem der 1 umfaßt eine CPU 102, die über einen CPU-Busmit einer Brückenlogikvorrichtung 106 elektrischgekoppelt sein kann. Die Brückenlogikvorrichtung 106 wirdmanchmal als „Nord-Brücke" bezeichnet. DieNord-Brücke 106 kanndurch einen Speicherbus mit einem Hauptspeicherarray 104 elektrischgekoppelt werden und kann ferner über einen AGP-Bus (AGP = advancedgraphics processor, moderner Graphikprozessor) mit einer Graphiksteuerung 108 elektrischgekoppelt sein. Die Nord-Brücke 106 kanndie CPU 102, den Speicher 104 und die Graphiksteuerung 108 beispielsweisedurch einen Haupterweiterungsbus (BUS A), z.B. einen PCI-Bus odereinen EISA-Bus, mit den anderen Peripheriegeräten in dem System koppeln.Diverse Komponenten, die unter Verwendung des Busprotokolls von BUSA arbeiten, könnensich auf diesem Bus befinden, z.B. eine Audiovorrichtung 114 undeine Netzwerkschnittstellenkarte (NIC – network interface card) 118.Diese Komponenten könnenin die Hauptplatine integriert sein oder sie können in Erweiterungsschlitze 110,die mit dem BUS A gekoppelt sind, eingesteckt sein.
    [0020] DasHauptspeicherarray 104 kann unter Verwendung von Halbleiterverarbeitungstechnikenhergestellt werden. 2A veranschaulichtein Halbleitersubstrat 210 in Waferform. Das Substrat 210 kann Silizium,Germanium, Galliumarsenid oder andere Elemente umfassen, die halbleitendeEigenschaften aufweisen. Auf einer Seite 210A des Substratskönneneine Schaltungsanordnung und Speicherelemente integriert sein, während diegegenüberliegendeSeite 210B im wesentlichen leer bleiben kann. 2B veranschaulicht einenver einfachten Querschnitt des Substrats 210, der eine Schaltungsanordnung 212 undSpeicherelemente 214, die auf dem Substrat 210 integriertsind, umfaßt.Die Schaltungsanordnung 212 kann Transistoren vom CMOS-Typ (CMOS= complementary metal oxide semiconductor, komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) umfassen.Alternativ dazu könnenandere Technologien (z.B. bipolar, JFET) verwendet werden. Die Schaltungsanordnung 212 kanneine Schaltungsanordnung zum Schreiben und Lesen von digitalen Informationenin und aus dem Magnetspeicher 214 implementieren. Da verschiedeneMaterialien und Techniken verwendet werden können, können die Schaltungsanordnung 212 undder Speicher 214 separat hergestellt werden. Bei 2B können die Transistoren in derSchaltungsanordnung 212 beispielsweise auf der integriertenSchaltung integriert werden, bevor die Speicherelemente des Speichers 214 integriertwerden.
    [0021] DerMagnetspeicher 214 kann Speicherelemente umfassen, wobeiInformationen in den Speicherelementen gespeichert werden können, indem ihrMagnetzustand verändertwird. 3 veranschaulichteine Implementierung eines Speicherelements 215 und zugeordneterLeiter 216 und 217, die verwendet werden können, umdas Speicherelement zu beschreiben. Das Speicherelement 215 kanneine Referenzschicht 215A umfassen, die bei manchen Ausführungsbeispieleneine Magnetisierung mit feststehender Orientierung aufweist (wiedurch den einseitigen gestrichelten Pfeil dargestellt ist). Beidiesen Ausführungsbeispielenkann die Schicht 215A aufgrund ihrer feststehenden Orientierungals die „gepinnte" Schicht bezeichnetwerden. Das Speicherelement 215 kann auch eine weitereSchicht 215B, die auf der Schicht 215A integriertist, umfassen, wobei eine isolierende Schicht 215C zwischenden Schichten 215A und 215B angeordnet ist. Aufdiese Weise könnendie Schichten 215A und 215B um die Schicht 215C einesandwichartige Struktur bilden. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Schicht 215B eineMagnetisierung mit einer variablen Orientierung aufweisen (wie siedurch den doppelseitigen gestrichelten Pfeil veranschaulicht ist).Dadurch, daß die Magnetschicht 215 ineiner bestimmten Richtung einem Magnetfeld augesetzt ist, kann dieOrientierung der Magnetisierung in der Magnetschicht 215B verändert werden.Somit kann die Schicht 215B als die „Daten"-Schicht bezeichnet werden, da sie dieAusrichtung des Speicherelements 215 bezüglich der Schicht 215A,die eine feststehende Orientierung aufweisen kann, speichern kann.
    [0022] DieMagnetschichten 215A und 215B des Speicherelements 215 können vorkonfiguriertsein, um eine bestimmte Achse fürdie Orientierung der Magnetisierung zu begünstigen. Die begünstigteOrientierung der Magnetisierung wird manchmal als die „Achseder leichten Magnetisierbarkeit" bzw. „leichte Achse" bezeichnet. Beispielsweiseist die leichte Achse der Magnetschicht 215B bei 3 mit EA bezeichnet.Desgleichen wird die nicht begünstigteOrientierung der Magnetisierung manchmal als die „Achseder harten Magnetisierbarkeit" bzw. „harte Achse" bezeichnet. Dieharte Achse der Schicht 215B, die bei 3 mit HA bezeichnetist, kann orthogonal zu der Achse der leichten Magnetisierbarkeit sein.Das Speicherelement 215 kann derart konfiguriert sein,daß dieMagnetfelder, die zum Ändernder magnetischen Orientierung einer Magnetschicht erforderlich sind,entlang der leichten Achse geringer sind als entlang der hartenAchse.
    [0023] 4A veranschaulicht eineexemplarische Beziehung zwischen dem Absolutwert der Magnetfelderentlang der leichten Achse (BE) und demAbsolutwert der Magnetfelder entlang der harten Achse (BH), währendsie sich auf ein Verändernder magnetischen Orientierung der Magnetschicht beziehen. Die bei 4A veranschaulichte Kurvekann die magnetische Schwelle darstellen, bei der sich eine Magnetisierungsorientierungeiner Magnetschicht (z.B. der Schicht 215B bei 3) umdrehen kann. Eine Magnetschichtkann einem Nettomagnetfeld unterworfen sein, das eine Komponentein der Richtung der leichten Achse BE undeine Komponente in der Richtung der harten Achse BH aufweist.Wenn die Magnet schicht ein Nettomagnetfeld erfährt, das über der Magnetisierungsschwelleliegt (in 4A veranschaulicht),kann die magnetische Orientierung der Magnetschicht geändert werden.Unterhalb der Magnetschwelle ist das an die Magnetschicht angelegte Nettomagnetfeldeventuell jedoch nicht ausreichend, um zu bewirken, daß sich dieOrientierung der Magnetschicht ändert.
    [0024] Beispielsweisekann die in 4A veranschaulichteMagnetisierungsschwelle den Magnetisierungscharakteristika der in 3 veranschaulichten Schicht 215B entsprechen.Ein Strom in dem Leiter 216 kann ein Magnetfeld erzeugen,das mit der harten Achse (in 4A alsBH1 angegeben) ausgerichtet ist, und einStrom in dem Leiter 217 kann ein Magnetfeld erzeugen, dasmit der leichten Achse (als BE1 angegeben)ausgerichtet ist. Die gestrichelten Linien in 4A geben an, daß die MagnetfeldkomponentenBE1 und BH1 zusammenan einem Punkt A ein Nettomagnetfeld ergeben können. Da das Nettomagnetfeldbei Punkt A unter der Magnetisierungsschwelle liegt, ist das Nettomagnetfeldeventuell nicht ausreichend, um zu bewirken, daß sich die magnetische Orientierungder Magnetschicht ändert. Fallsjedoch die Komponente der harten Achse auf BH2 erhöht wird(wie durch die gestrichelte Linie angegeben ist), während dasMagnetfeld der leichten Achse konstant bei BE1 gehaltenwird, so ist das Nettomagnetfeld bei Punkt B eventuell ausreichend,um zu bewirken, daß sichdie Orientierung der Magnetschicht ändert. Die in 4A gezeigte Beziehung ist lediglich veranschaulichend,und es könnenandere praktikable Beziehungen existieren. Beispielsweise können Magnetschichtenmit einer inhärentenVeränderungder Magnetisierungsschwelle entweder in der leichten Achse oderder harten Achse hergestellt werden, wie in 4B veranschaulicht ist.
    [0025] UnterBezugnahme auf 4B kanndie Magnetisierungsschwelle in der Richtung der harten Achse BH geändertwerden. Ein Ändernder harten Achse kann auf verschiedene Weisen erfolgen, z.B. durchDrehen des Magnetspeicherelements 215 bezüglich derLeiter 216 und 217. Bei diesen Ausführungsbeispielenkann ein Erzeugen eines Magnetfelds entlang der leichten Achse alleinausreichend sein, um zu bewirken, daß sich die Orientierung der Magnetschicht ändert. Wiein 4B angegeben ist, kanndas Feld BE2 der leichten Achse bei PunktC allein ausreichend sein, um die Magnetschwelle zu überwindenund zu bewirken, daß sichdie magnetische Orientierung der Magnetschicht ändert.
    [0026] Untererneuter Bezugnahme auf 3 kann dieOrientierung der Magnetisierung der Schicht 215B so eingestelltsein, daß sieparallel zu der Magnetisierung der Schicht 215A ist (d.h.Pfeile in dieselbe Richtung) oder antiparallel zu der Magnetisierungder Schicht 215A ist (d.h. Pfeile in entgegengesetzte Richtungen).Durch Variieren der relativen magnetischen Orientierungen (paralleloder antiparallel) der Schichten 215A und 215B kannder elektrische Widerstand der Schicht 215C variiert werden.Digitale Werte könnengespeichert werden, indem die verschiedenen elektrischen Widerstände derSchicht 215C den digitalen Werten zugeordnet werden. Dementsprechendwird das Speicherelement 215 manchmal als magnetoresistiverTunnelübergang(MTJ – magnetoresistivetunnel junction) bezeichnet. Beispielsweise kann über dasSpeicherelement 215 ein Spannungspotential eingerichtetwerden, das bewirken kann, daß Stromträger durchdie Schicht 215C „tunneln". Der elektrischeWiderstand bezüglichdes Stromflusses kann charakterisiert und einem digitalen Wert zugeordnetwerden – z.B.kann 1 MΩ gemessenund einer digitalen 0 zugeordnet werden, und es kann 1,1 MΩ gemessenund einer digitalen 1 zugeordnet werden.
    [0027] UmDatenwerte in dem Speicherelement 215 zu speichern, können Schreibleitungen 216 und 217 verwendetwerden. Die in 3 veranschaulichte Trennungsentfernungzwischen den Schreibleitungen 216 und 217 unddem Speicherelement 215 ist der Deutlichkeit halber übertriebendargestellt, und gemäß Ausführungsbeispielender Erfindung kann die tatsächlicheTrennungsentfernung eine Größenordnungvon einigen wenigen hundert Angström oder weniger aufweisen. AlternativeAusführungsbeispiele können Leitungen 216 und 217 ineinem direkten physischen Kontakt mit dem Speicherelement 215 umfassen,wobei kein Dielektrikum das Speicherelement 215 von einerder Leitungen 216 oder 217 trennt. Eine Schaltungsanordnung(in 3 nicht dargestellt)kann mit den Schreibleitungen 216 und 217 elektrischgekoppelt sein, um elektrische Ströme I1 undI2 zu liefern. Der Strom I1 inder Schreibleitung 216 kann ein Magnetfeld B1 erzeugen,und desgleichen kann der Strom I2 in derSchreibleitung 217 ein Magnetfeld B2 erzeugen.Die Magnetfelder B1 und B2 können dannkollektiv zu dem Magnetfeld, das in dem Speicherelement 215 erzeugtwird, beitragen, wobei die Magnetfelder B1 undB2 durch Einstellen der Stärke undRichtung der StrömeI1 und I2 eingestelltwerden können.Beispielsweise kehrt ein Umkehren der Richtung der Ströme I1 und I2 die Orientierungder Magnetfelder B1 und B2 um.Dementsprechend kann die Orientierung der Magnetisierungen in denSchichten 215A und 215B so eingestellt werden, daß sie paralleloder antiparallel ist. Wie oben erwähnt wurde, kann das Magnetspeicherelement 215 einemEinstellen der inhärentenMagnetisierung unterworfen werden, was die Umschalt- bzw. Schaltcharakteristikades Speicherelements verändernkann, wie in 4B veranschaulichtist.
    [0028] 5 veranschaulicht das Speicherelement 215 der 3 ausführlicher und einschließlich der Leseleitungen 218 und 219.Um Daten aus einem Speicherelement zu lesen, können die Leseleitungen 218 und 219 mitdem Speicherelement elektrisch gekoppelt sein, wie in 5 veranschaulicht ist. Ein Zwischenschichtdielektrikum(ILD – inter-layerdielectric) 220 kann die Schreibleitung 216 vonder Leseleitung 218 elektrisch trennen. Desgleichen kanndie ILD 221 die Schreibleitung 217 von der Leseleitung 219 elektrischtrennen. Währenddie ILDs 220 und 221 in der Darstellung die Lese-und Schreibleitungen in 3B trennen,zeigen nachfolgende Figuren der Deutlichkeit halber eventuell nicht,wie eine ILD Lese- und Schreibleitung trennt. Man sollte verstehen,daß eineILD zu Zwecken einer elektrischen Trennung zwischen jeglichem Lese-und Schreibleiterpaar enthalten sein kann. Obwohl die Leseleitung 218 unddie Schreibleitung 216 als in derselben Richtung verlaufenddargestellt sind, ist dieses Ausführungsbeispiel außerdem nichterforderlich; und die Leseleitung 218 und die Schreibleitung 216 können ineiner beliebigen Richtung bezüglichzueinander orientiert sein. Desgleichen können die Leseleitung 219 unddie Schreibleitung 217 auch in jeglicher Richtung bezüglich zueinanderorientiert sein. Eine Schaltungsanordnung (in 5 nicht veranschaulicht) kann mit denLeseleitungen 218 und 219 elektrisch gekoppeltsein, um ein Lesen des Speicherelements 215 zu ermöglichen.
    [0029] Gemäß Ausführungsbeispielender Erfindung könnenHochdichte-Speicherarrays benachbart zueinander auf dem Substratintegriert sein. 6 veranschaulichtMagnetspeicherelemente 222 und 223, die im wesentlichenvertikal zueinander sind. Obwohl 6 dasSpeicherelement 222 direkt unter dem Speicherelement 223 veranschaulicht,kann zwischen den Speicherelementen 222 und 223 ein lateralerVersatz vorliegen. Das Speicherelement 222 kann fernermit Leseleitern 225 und 226 elektrisch gekoppeltsein. Die Leseleiter 225 und 226 können verwendetwerden, um den digitalen Zustand des Speicherelements 222 zubestimmen. Desgleichen könnenLeseleiter 227 und 228 mit dem Magnetspeicherelement 223 gekoppeltsein, und die Leseleiter 227 und 228 können verwendetwerden, um den digitalen Zustand des Speicherelements 223 zu bestimmen.
    [0030] DasSpeicherelement 222 kann mit Schreibleitern 229 und 230 magnetischgekoppelt sein. Die Schreibleiter 229 und 230 können verwendetwerden, um die magnetische Orientierung des Speicherelements 222 einzustellen.Desgleichen könnendie Schreibleiter 230 und 231 mit dem Speicherelement 223 magnetischgekoppelt sein, und die Schreibleiter 230 und 231 können verwendetwerden, um die magnetische Orientierung des Speicherelements 223 einzustellen.Durch Integrie ren der Speicherelemente 222 und 223 aufeinanderkönnen dieSpeicherelemente 222 und 223 Schreibleiter gemeinsamverwenden. Beispielsweise kann der Schreibleiter 230 sowohlmit dem Speicherelement 222 als auch mit dem Speicherelement 223 magnetischgekoppelt sein. Auf diese Weise kann bzw. können ein oder mehrere Leitereliminiert werden, so daß wenigerVerarbeitungsschritte erforderlich sein können, um die Speichervorrichtungenherzustellen. Zusätzlichverbraucht ein Erzeugen von Strömenin den verschiedenen Leitern, die Magnetspeicherelementen zugeordnetsind, Leistung, und somit kann ein Verringern der Anzahl der Leiter,die verwendet werden, um Speicheroperationen durchzuführen, folglich dieMenge an verbrauchter Leistung verringern.
    [0031] Dieleichten Achsen der Speicherelemente 222 und 223 können inder Y-Richtung konfiguriert sein, und die harten Achsen können inder X-Richtung konfiguriert sein, wobei die X-, Y- und Z-Richtungenin 6 angegeben sind.Bei dieser Konfiguration könnenStröme,die in den Schreibleitern 229 und 231 fließen, zudem Feld der leichten Achse beitragen, und Ströme, die in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 fließen, können zudem Feld der harten Achse beitragen. Somit kann durch ein Ändern dermagnetischen Orientierung der Speicherelemente 222 und 223 einStrom der harten Achse in dem Leiter 230 fließen. DerStrom der harten Achse allein ist nicht ausreichend, um die magnetischeOrientierung der Speicherelemente 222 oder des Speicherelements 223 zu ändern. DieseSituation wurde bezüglichPunkt A in 4A gezeigt.Um die Orientierung der Speicherelemente zu ändern, ist in dem Schreibleiterder leichten Achse des Speicherelements eventuell ein Strom derleichten Achse erforderlich. Beispielsweise kann, wenn ein Stromder harten Achse in dem Leiter 230 fließt, die magnetische Orientierungder Magnetisierung des Speicherelements 222 geändert werden,indem ein Strom der leichten Achse in dem Leiter 229 erzeugtwird. Wenn ein Strom der harten Achse in dem Leiter 230 fließt, kanndie Orientierung der Magnetisierung des Speicherelements 223 fernergeändertwerden, indem ein Strom der leichten Achse in dem Leiter 231 erzeugt wird.Deshalb könnendie Speicherelemente 222 und 223 unabhängig voneinanderihre magnetischen Orientierungen und folglich ihre digitalen Zustände ändern lassen.Die Speicherelemente 222 und 223 können gleichzeitigbeschrieben werden, indem Ströme andie Leiter 230, 229 und 231 angelegtwerden. Deshalb könnenunter Verwendung von drei Strömen zweiSpeicherelemente beschrieben werden, und die Menge an verwendeterEnergie kann somit verringert werden.
    [0032] Fallsdie leichten Achsen der Speicherelemente 222 und 223 inder X-Richtung verlaufen, erzeugt der Strom in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 alternativdazu ein Feld der leichten Achse. Die Speicherelemente 222 und 223 können beispielsweisegleichzeitig beschrieben werden, indem ein Strom in dem gemeinsamenSchreibleiter 230 sowie in den Leitern 229 und 231 erzeugtwird.
    [0033] Fernerkönnendie leichten oder die harten Achsen so geändert werden, daß Speicherelemente beschriebenwerden können,indem lediglich ein Strom der leichten Achse oder lediglich einStrom der harten Achse angelegt wird. Beispielsweise kann in denSpeicherelementen dahingehend eine Veränderung erzeugt werden, alsdie in 4B veranschaulichteSchaltschwelle gilt. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die Orientierungder Speicherelemente geändertwerden, indem lediglich Felder der leichten Achse, z.B. Punkt Ain 4B, angelegt werden.Unter erneuter Bezugnahme auf 6 kannalso, falls das Speicherelement 222 eine veränderte Magnetisierungsschwellencharakteristikumfaßt,ein Strom in den Schreibleiter 229 allein ermöglichen,daß dieOrientierung des Speicherelements 222 geändert wird. Fallsdas Speicherelement 223 eine geänderte Magnetisierungscharakteristikaufweist, kann desgleichen der Strom in dem Schreibleiter 231 alleinausreichend sein, um die Orientierung des Speicherelements 223 zu ändern.
    [0034] Dergemeinsame Schreibleiter 230 kann verwendet werden, umselektiv Daten in die Speicherelemente 222 und 223 zuschreiben. Beispielsweise kann die in 6 veranschaulichteStruktur in einem Array von Speicherelementen implementiert sein,wo viele Speicherelemente mit dem Schreibleiter 230 gekoppeltsind. Falls also der Leiter 230 einen Strom der leichtenAchse darstellt, so könnenalle Speicherelemente in dem Array, die mit dem Schreibleiter 230 magnetischgekoppelt sind, gleichzeitig verändert werden,indem in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 eine ausreichendeStrommenge erzeugt wird. Beispielsweise können alle Speicherelemente,die mit dem Schreibleiter 230 magnetisch gekoppelt sind,in 1 geschrieben werden. Anschließend können gewünschte Speicherelemente inden entgegengesetzten digitalen Zustand geschrieben werden, indemder Strom in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 (Strom derleichten Achse) verringert wird, während der entsprechende Stromin dem Schreibleiter 229 und/oder 231 (Strom derharten Achse) erzeugt wird. Auf diese Weise können das Speicherelement 222 und/oder 223 unterVerwendung von drei Leitern in einen gewünschten digitalen Zustand geschrieben werden,was insgesamt zu Leistungsersparnissen führen kann.
    [0035] DiezerstörungsfreienLesetechniken, die in der US-PatentanmeldungNr. 10/465,714 mit dem Titel „RetrievingData Stored in a Magnetic Integrated Memory" (Anwaltsaktenzeichen Nr. 200205501-1), diedurch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist, offenbartsind, könnenin den hierin offenbarten verschiedenen Ausführungsbeispielen implementiertsein. Unter Bezugnahme auf 6 kanneine (in 6 nicht veranschaulichte)Leseschaltungsanordnung beispielsweise den Widerstand des Speicherelements 222 über dieLeseleiter 225 und 226 überwachen. Gleichzeitig kannein Strom in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 fließen, derin diesem Beispiel ein Feld entlang der harten Achse des Speicherelements 222 erzeugen kann.Das entlang der harten Achse erzeugte Magnetfeld ist nicht ausreichend,um die magnetische Orientierung des Speicherelements 222 zu ändern. JedochkönnenMagnetfelder der harten Achse ausreichend sein, um den Widerstandvon Speicherelementen vorübergehendzu stören,währenddas Magnetfeld ein- und ausgeschaltet wird. Durch Überwachender Änderungsratedes Widerstandes des Speicherelements 222, während derStrom geschaltet wird, kann die Orientierung der Magnetisierungdes Speicherelements 222 bestimmt werden. Da der Leiter 230 sowohlmit dem Speicherelement 222 als auch mit dem Speicherelement 223 magnetischgekoppelt sein kann, kann der Leiter 230 ferner verwendetwerden, um die Orientierung des Speicherelements 222 unddes Speicherelements 223 gleichzeitig zu bestimmen. Dadurchkann eine Speicherlesezeit verringert werden, während mehrere Speicherelementegleichzeitig gelesen werden können.
    [0036] Dieobige Erläuterungsoll die Prinzipien und verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegendenErfindung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen und Modifizierungenwerden Fachleuten einleuchten, nachdem die obige Offenbarung vollständig verstandenwird. Beispielsweise können,obwohl in Verbindung mit einigen der Ausführungsbeispiele der Erfindungmagnetoresistive Speicherelemente offenbart wurden, andere Speichervorrichtungenmit variablen Widerständenimplementiert werden, ohne von dem Schutzumfang dieser Offenbarungabzuweichen.
    [0037] Obwohl 6 zwei im wesentlichen vertikal zueinanderliegende Speicherelemente zeigt, kann außerdem ein zusätzlichesStapeln implementiert sein. Beispielsweise können mehrere Speicherelementeim wesentlichen vertikal zueinander gestapelt sein, wobei magnetischeLeiter zwischen den Magnetspeicherelementen angeordnet sind. Aufdiese Weise könnendie sandwichartig angeordneten Leiter verwendet werden, um den Magnetzustandder gestapelten Magnetspeicherelemente einzustellen. Ferner kanndie Konfiguration der leichten Achse und der harten Achse in jeglicherRichtung implementiert werden, und die Rollen der leichten Achseund der harten Achse, wie sie hierin beschrieben werden, können um gekehrtwerden. Ferner könnenSpeicherelemente, die vertikal zueinander benachbart sind, unterVerwendung des gemeinsamen Leiters in entgegengesetzte digitaleZuständegeschrieben werden. Beispielsweise kann das untere Speicherelementtief geschrieben sein, und das obere Speicherelement kann hoch geschriebensein. Auf diese Weise könnenDifferentialerfassungstechniken sowohl an dem oberen als auch demunteren Speicherelement durchgeführtwerden, so daß dieGenauigkeit der Leseoperationen erhöht werden kann. Es ist beabsichtigt,daß diefolgenden Patentansprücheso interpretiert werden sollen, daß sie alle derartigen Variationenund Modifizierungen umfassen.
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Speicher (104), der folgende Merkmaleaufweist ein erstes Magnetspeicherelement (222); eineerste Gruppe von Leitern (229, 230), die mit dem erstenMagnetspeicherelement (222) magnetisch gekoppelt sind; einzweites Magnetspeicherelement (223); und eine zweiteGruppe von Leitern (230, 231), die mit dem zweitenMagnetspeicherelement (223) magnetisch gekoppelt sind; wobeidas zweite Speicherelement (223) im wesentlichen vertikalzu dem ersten Speicherelement (222) ist und die erste unddie zweite Gruppe von Leitern zumindest einen Leiter (230)gemeinsam haben.
    [2] Speicher (104) gemäß Anspruch 1, bei dem die Magnetspeicherelemente(222, 223) in der Lage sind, ihre magnetischeOrientierung durch den gemeinsamen Leiter (230) einstellenzu lassen.
    [3] Speicher (104) gemäß Anspruch 2, bei dem Leistung,die erforderlich ist, um die magnetische Orientierung der Magnetspeicherelemente(222, 223) zu ändern,von der Anzahl von Leitern (230) abhängig ist, und bei dem die Anzahlvon Leitern, die zum Schreiben von Daten in die Speicherelemente(222, 223) verwendet werden, drei oder wenigerbeträgt.
    [4] Speicher (104) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei demdie Speicherelemente (222, 223) in einen digitalenZustand geschrieben werden, indem Strom in dem gemeinsamen Leiter(230) erzeugt wird, und bei dem die Speicher elemente (222, 223)anschließend inentgegengesetzte digitale Zuständegeschrieben werden, indem in dem gemeinsamen Leiter (230)ein Strom erzeugt und in einem Leiter, der den Speicherelementen(222, 223) nicht gemeinsam ist, ein Strom erzeugtwird.
    [5] Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis4, bei dem die Orientierung der Magnetspeicherelemente (222, 223)unabhängigvoneinander eingestellt ist.
    [6] Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis5, bei dem die Magnetspeicherelemente (222, 223)ferner Magnetisierungsschwellen der harten Achse umfassen, die geändert sind.
    [7] Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis6, bei dem die magnetische Orientierung der Speicherelemente (222, 223)erfaßtwird, während einStrom in dem gemeinsamen Leiter (230) fließt.
    [8] Speicher (104) gemäß Anspruch 7, bei dem Lese-und Schreiboperationen gleichzeitig durchgeführt werden.
    [9] Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis8, bei dem sich der gemeinsame Leiter (230) zwischen denSpeicherelementen (222, 223) befindet.
    [10] Verfahren, das folgende Schritte umfaßt: Überwacheneiner Mehrzahl von Speicherelementen (222, 223),wobei die Speicherelemente (222, 223) im wesentlichenvertikal sind; Liefern eines Magnetfelds an den Speicherelementen(222, 223) unter Verwendung eines Leiters (230), dermit zumindest zwei Speicherelementen (222, 223)magnetisch gekoppelt ist; und Bestimmen eines digitalen Zustandsdurch Überwachender Speicherelemente (222, 223), während das Magnetfeldgeschaltet wird.
    [11] Verfahren gemäß Anspruch10, bei dem das Überwachenein Messen des Widerstandes des Speicherelements (222, 223)umfaßt.
    [12] Verfahren gemäß Anspruch10 oder 11, bei dem das Überwachenein Messen der Änderungsratedes Widerstands des Speicherelements (222, 223) umfaßt.
    [13] Verfahren gemäß einemder Ansprüche10 bis 12, bei dem die ursprünglichemagnetische Ausrichtung der Speicherelemente (222, 223)durch das bereitgestellte Magnetfeld nicht verändert wird.
    [14] Computer, der folgende Merkmale aufweist: einenProzessor; eine mit dem Prozessor gekoppelte Brückenlogikvorrichtung; einenmit dem Prozessor gekoppelten Speicher, der folgende Merkmale aufweist: eineMehrzahl von Magnetspeicherelementen (222, 223),die auf separaten Ebenen existieren; und einen Leiter (230),der mit den Speicherelementen (222, 223), diesich auf getrennten Ebenen befinden, magnetisch gekoppelt ist.
    [15] Speicher (104) gemäß Anspruch 14, bei dem dieSpeicherelemente (222, 223) ferner digitale Zustände umfassenund bei dem der Leiter (230) verwendet wird, um die digitalenZuständeder Mehrzahl von Magnetspeicherelementen (222, 223)zu modifizieren.
    [16] Speicher (104) gemäß Anspruch 15, bei dem derLeiter (230) eine unabhängigeSteuerung des digitalen Zustands der Speicherelemente (222, 223) liefert.
    [17] Verfahren, das folgende Schritte umfaßt: Lieferneines gemeinsamen Leiters (230) an eine Mehrzahl von Speicherelementen(222, 223), wobei der gemeinsame Leiter (230)mit den Speicherelementen (222, 223) magnetischgekoppelt ist; Erzeugen eines Magnetfelds, indem man einen Stromin dem gemeinsamen Leiter (230) fließen läßt; und Ändern desdigitalen Zustands der Speicherelemente (222, 223)unter Verwendung des erzeugten Magnetfelds; wobei die Speicherelemente(222, 223) nicht Bestandteil derselben Ebene sind.
    [18] Verfahren gemäß Anspruch17, bei dem die durch die Speicherelemente (222, 223)verbrauchte Leistung verringert wird.
    [19] Verfahren gemäß Anspruch17 oder 18, das ferner ein Überwachendes Widerstands der Speicherelemente (222, 223),währendder digitale Zustand der Speicherelemente geändert wird, umfaßt.
    [20] Computer, der folgende Merkmale aufweist: einenProzessor; eine mit dem Prozessor gekoppelte Brückenlogikvorrichtung; eineEinrichtung zum Speichern von Informationen, die mit dem Prozessorgekoppelt ist, wobei die Einrichtung zum Speichern von Informationenfolgende Merkmale umfaßt: einerstes Magnetspeicherelement (222); ein zweites Magnetspeicherelement(223), das über demersten Magnetspeicherelement vertikal gestapelt ist; und einenLeiter, der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Magnetspeicherelementgekoppelt ist, wobei der Leiter angepaßt ist, um eine magnetische Orientierungdes ersten Magnetspeicherelements, des zweiten Magnetspeicherelementsund sowohl des ersten als auch des zweiten Magnetspeicherelementszu schalten.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US6947313B2|2005-09-20|
    US20050047199A1|2005-03-03|
    JP2005072605A|2005-03-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-03-31| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-11-20| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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