專利名稱：磁性賽道存儲器的陣列體系結構及操作的制作方法
磁性賽道存儲器的陣列體系結構及操作
背景技術：
磁性賽道存儲器(magnetic racetrack memory)是其中沿著磁性材料(例如鐵磁材料)的細條或柱將數據存儲成磁疇的非易失性存儲技術。這種細條或柱稱為賽道 (racetrack)或軌道(track)，通常具有大約 h = 20nm, 1 = 3 μ m，w = 90nm(例如，在 90nm 技術中)數量級的尺度。每個磁疇是由緊靠軌道的一部分的導線中的電流所引起的磁場建立的。沿著軌道的長度通過的電流通過自旋動量轉移的機制使磁疇沿著軌道的長度移動。 特定磁疇的狀態通過沿著軌道將該磁疇移動到可以通過緊靠的磁性隧道結(MTJ)感測其磁極性的位置來確定。MTJ的電阻隨施加磁場而變化。由于這個原因，可將MTJ用作磁場傳感器。當前，還不存在以提供高密度存儲器的形式并入這種磁性賽道存儲器的存儲技術。期望能夠提供包括磁性賽道的陣列的高密度存儲技術以及操作該陣列以便提供高密度存儲技術的方法。

發明內容
本發明提供了包括非易失性磁性賽道存儲結構的陣列的高密度存儲系統以及操作高密度存儲器的方法。在一個實施例中，該高密度存儲系統包括多個磁性存儲結構，每個結構由磁性材料形成；與每個磁性存儲結構相關聯的感測裝置；引發用于激活多個磁性存儲結構中的單個磁性存儲結構以便進行位讀取或位存儲操作的軌道選擇信號的第一解碼器裝置；在位存儲操作期間施加第一信號以便在激活的磁性存儲結構的第一位置處形成與要存儲在激活的磁性存儲結構中的位值相關聯的新存儲磁疇(magnetic memory domain)的位驅動裝置； 以及施加用于使每個形成的存儲磁疇向激活的存儲結構的第二位置前進的第二信號的第二解碼器，其中該感測裝置讀取存儲在激活的存儲結構的第二位置處的磁疇處的存儲器位值。按照本發明的進一步實施例，提供了一種操作包括多個磁性存儲結構的高密度存儲器陣列的方法，該方法包括引發用于激活多個磁性存儲結構中的單個磁性存儲結構的軌道選擇信號；以及在激活的結構上進行位存儲操作，其包括a)對激活的磁性存儲結構施加第一信號以便在其第一位置處形成磁性賽道存儲磁疇，第一信號的極性與用于存儲在磁性賽道存儲磁疇處的存儲器位值相對應；b)施加第二信號以便使具有所存儲的位值的所形成的賽道磁疇沿著軌道的長度向讀取位置前進一段距離；以及重復步驟a)和b)以便將多個數據位存儲在磁性存儲結構中。在進一步的實施例中，提供了一種操作包括多個磁性存儲結構的高密度存儲器陣列的方法，該方法包括引發用于激活多個磁性存儲結構中的單個磁性存儲結構的軌道選擇信號；a)使感測裝置實現讀取存儲在激活的存儲結構的第二位置處的磁疇處的存儲器位值；b)在讀取了存儲器位值之后，施加第一信號以便在激活的存儲結構的第一位置處形成新存儲磁疇，第一信號的極性與最近讀取的所存儲的存儲器位的位值相關聯；以及c)施加第二信號以便使所形成的新存儲磁疇向激活的存儲結構的第二位置前進，從而在位讀取操作結束時使磁性存儲結構返回到它的原始狀態。并且，在這個實施例中，該方法進一步包括重復位讀取操作a)，b)和c)，以便讀取存儲在磁性存儲結構中的多個數據位。在進一步的實施例中，提供了一種用于高密度存儲系統的存儲單元結構，其包括 多個可選磁性存儲結構，每個結構由磁性材料形成；與每個磁性存儲結構相關聯的感測裝置，用于生成代表存儲在在磁性存儲結構中設置的存儲磁疇中的位值的感測信號；為在磁性存儲結構的第一位置處形成磁性賽道存儲磁疇提供第一信號的靠近磁性存儲結構的導電結構，第一信號的極性與用于存儲在磁性賽道存儲磁疇處的存儲器位值相對應；與可選磁性存儲結構相關聯的第一晶體管裝置，該第一晶體管裝置具有用于接收選擇磁性存儲結構的選擇信號的柵極端，以及當被選擇時，該第一晶體管將推進信號耦合到磁性存儲結構， 以便使存儲磁疇沿著存儲結構向讀取位值的第二位置前進；以及與可選磁性存儲結構相關聯的第二晶體管裝置，該第二晶體管裝置具有接收選擇信號的柵極端，以及當被選擇時，該第二晶體管讀取第二位置處的磁性賽道存儲磁疇位值，并且將感測信號從感測裝置耦合到感測放大器，以便在位讀取操作期間提供位值輸出。


本領域技術人員可以從如下結合附圖所做的詳細描述中明顯看出本發明的目的、 特征和優點，在附圖中圖1例示了按照一個實施例的單獨磁性賽道存儲裝置的示意性剖視圖及其相關聯的單元電路(unit cell circuit)；圖2例示了圖1的裝置執行的read_bit操作的示范性時序圖；圖3例示了單元的2維陣列的平面圖，每個單元包括各自具有相關聯的圖1的電路的多條存儲軌道；圖4例示了用于高密度賽道存儲器陣列的裝置體系結構的概念性單元平面圖；以及圖5例示了按照本發明一個實施例的磁性賽道存儲單元的電路示意圖。
具體實施例方式本發明提供了高密度磁性賽道存儲裝置及其操作方法。該高密度磁性賽道存儲裝置由“單元(unit cell)”的二維陣列形成，如圖1所示，每個單元包括鐵磁材料的“Μ”條單獨的磁性賽道存儲“軌道” 10。圖1具體例示了能夠沿著其長度存儲“N”個位15，以及如圖所示包括相關聯的單元讀寫電路的單獨軌道10的示范性示意剖視圖。在一個實施例中，單條磁性賽道存儲軌道可以存儲最多達1千位(例如，約1000個位)。如圖1所示，以及如圖3更詳細顯示，包括“Μ”條單獨軌道10的每個單元25通過沿著特定方向穿過陣列的一條“推進線(PL)” 14和一條“感測線(SL) ” 18，和在一個示范性實施例中沿著正交方向穿過陣列的M條“字線(WL) ”對和一條“場線(field line,FL) "28 來訪問。應該理解，也可以構想其它取向。M條WL的每一條用于選擇M條軌道之一，而PL、
7SL和FL為單元內的所有M條軌道服務。在每個單元25內，設置了基本上垂直于并靠近每條軌道的一端(例如，在90nm技術中近似20nm)的FL 28。在操作時，施加FL電流脈沖以便在每條軌道內建立磁疇。沿著軌道長度的這個位置稱為“位寫入位置”或“位存儲位置”。并且，如圖1所示，在每個單元內，將M條WL的每一條與第一晶體管(例如FET 20)的柵極連接，FET 20將PL 14與相應軌道的一端11連接。將該軌道的相對端19與電源電壓VDD 13連接。這種配置使施加在 PL 14上的電流脈沖可以使磁疇沿著所選軌道前進一個位位置。在每個單元25內，將M條WL的每一條與晶體管裝置(例如，FET 21)的柵極連接， FET 21將SL與靠近相應軌道10 (例如，在90nm技術中近似20nm)的MTJ裝置40的一端連接。將MTJ的相對端與電源電壓例如VDD或地或GND電平連接。這種配置使所選MTJ 40 的電阻以及因此使軌道10上緊鄰的磁疇的狀態可以經由感測線SL 18而被感測。沿著軌道長度的這個位置稱為“讀取位置”，處于該軌道的與寫入位置相對的一端上。在一個實施例中，如圖1所示，按FIFO操作每條軌道10，將位寫入處于軌道的一端 11處的寫入位置中，并且沿著軌道將它們移動到處于附近位置的MTJ裝置40可以讀取它們的相對軌道端19。在一個實施例中，以與沿著一條軌道存儲的位相對應的N個位的塊為單位訪問數據，使得在塊操作之間將數據存儲在沿著軌道的已知位置中。一個塊操作(write_ block, read_block)包括 N 個位操作(write_bit, read_bit)。在本發明的一個實施例中，write_bit操作包括如下序列(a)將在一個示范性實施例中可以包括3ns持續時間的近似3mA的示范性脈沖的FL電流脈沖施加于軌道，以便沿著FL的長度在每條軌道的寫入位置處建立特定極性(例如，等效于邏輯“0”，或邏輯“1”) 的磁疇；(b)如果要寫入該數據狀態，則施加PL電流脈沖，使所選軌道的磁疇前進一個位位置；(c)例如，近似_3mA，3ns寬(相反極性)的FL電流脈沖沿著FL的長度在每條軌道的寫入位置處建立相反極性(例如，等效于邏輯“1”)的磁疇；以及(d)如果要寫入該數據狀態，則施加例如近似1mA，3ns持續時間的PL電流脈沖，使所選軌道的磁疇前進一個位位置。 這種步驟序列使得可以并行寫入沿著FL(具有不同期望數據狀態)的多個單元。也就是說， 隨著FL沿著它的長度與許多軌道相交，上述的FL電流脈沖將象對于上述的特定軌道那樣在這些軌道的每一條上建立0和1磁疇。如果也將PL電流脈沖施加于那些軌道，則可以在與上述的特定軌道相同的時間將數據寫入那些軌道中。在本發明的一個實施例中，read_bit操作包括如下序列(a)經由SL 18感測所選 MTJ 40的電阻以及因此感測所選軌道的讀取位置處的磁疇的狀態；以及(b)像上述那樣進行write_bit操作，寫入剛讀取的數據狀態，使得在reacLblock操作結束時使所選軌道返回到它的原始狀態。在磁性賽道的操作中，利用軌道磁性材料的磁阻特性，在軌道的附近沿著特定方向施加FL電流脈沖，在軌道10的寫入位置上建立軌道中的相應特定極性的磁疇30。例如， 如果使WL脈沖施加為高電平，則接通兩個FET 20，21，使PL信號14和SL信號18可以訪問這個特定軌道。如果施加的PL信號14跳到低電平，則電流將例如沿著如圖1所示的箭頭 A的方向通過軌道和FET 20從VDD流到PL。這個電流使磁疇沿著相反方向，例如，沿著如圖1所示的箭頭B方向沿著軌道(從寫入位置到讀取位置)移動。在一個實施例中，這個特定極性的磁疇沿著軌道移動或前進等效的一個位位置。通過將小電壓(例如，近似0. 2V)施加在SL輸入端18上，并且測量通過FET 21和MTJ 40從SL 18流到GND的電流確定MTJ 裝置40的電阻，并因此確定讀取位置上的磁疇的狀態。圖2是用于依照這個實施例對單獨磁性賽道存儲軌道進行read_bit操作的信號的示范性時序圖。如圖2所示，將WL M脈沖施加為高電平，以選出相應軌道。在WL脈沖 M施加為高電平的時間內，將小電壓信號(例如，近似0.2V)施加于SL 18，以便能夠使用 MJT裝置感測讀取位置上的位。也就是說，施加小電壓信號使電流能夠流入SL中，測量SL 來確定MTJ裝置40的電阻以便確定軌道的讀取位置上的磁疇的狀態。如圖2進一步所示，如下序列接著將相同數據狀態的磁疇(例如，相應電平0或電平1的位)寫入軌道中，使得在reacLblock操作結束時使軌道返回到它的原始狀態。因此， 在WL脈沖M施加為高電平的時間內，按照剛讀取的位的極性將相應電流脈沖施加于FL線 28。例如，施加在軌道的寫入位置上建立0磁疇的具有電流脈沖形式的正FL信號28a (例如表示成邏輯+1)。如果要把0數據狀態寫回到軌道中，那么，在施加了 FL信號28a之后，立即在PL線14上施加例如具有負脈沖(從VDD下降到GND)形式的負信號14a，使磁疇沿著軌道前進一個位位置。類似地，在WL脈沖M施加為高電平的時間內，施加在軌道的寫入位置上建立1磁疇的負FL電流脈沖28b (例如表示成邏輯-1)。如果要把1數據狀態寫回到軌道中，那么，在施加了 FL信號28b之后，立即在PL線14上施加例如具有負脈沖(從VDD 下降到GND)形式的負信號14b，使磁疇沿著軌道前進一個位位置。在N個這樣的reacLbit 操作結束時，讀取了沿著磁性賽道存儲軌道的所有位，使軌道返回到它的原始狀態。在進一步的實施例中，圖3例示了描繪高密度磁性賽道存儲體系結構的半導體裝置布局的一部分的示范性2-D陣列50。該陣列是單元25的二維陣列50。沿著陣列的頂邊 50a形成與一個單元相關聯的列解碼器55，該列解碼器55包括當在讀取位置上讀取相關聯的存儲磁疇的位值時將SL信號18從單元25連接到感測放大器39的電路。接收SL信號 18的感測放大器39生成與前進到讀取位置的相關聯存儲磁疇的位值相對應的輸出信號， 例如，數據輸出(Data Out)信號。并且，該解碼器55包括將PL推進信號從PL驅動器49 連接到單元25的電路。PL驅動器受輸入信號，例如數據輸入(Data In)信號控制。在一個實施例中，列解碼器55、感測放大器39和PL驅動器組49可以跨陣列50的寬度重復多次，以便允許每個陣列多次數據輸入/輸出。這種配置有助于并行讀寫多個位。在陣列的相對邊緣，例如邊緣50a，50b中的每一邊緣上，FL解碼器70將所選FL場線信號28連接到 FL驅動器29a或信匯(sinkU9b。需要這種雙端驅動/信匯方案在FL上提供正負電流脈沖，從而在施加FL信號形成的磁疇處建立相關聯的位值。也就是說，FL驅動器29a在寫入操作期間將所選FL信號28a連接到該單元，或者FL驅動器29b在寫入操作期間將所選FL 信號28b連接到該單元。并且，在陣列50的一側50d上配備了 WL解碼器80，ffL解碼器80 以從單元25中的“M”條軌道當中選擇單條軌道10的方式驅動所選WL 24，以便從中讀取數據和/或將數據位存儲(寫入)其中。在操作時，在一個示范性實施例中，WL解碼器裝置接收選擇軌道指令或代碼，并且，由于WL解碼器是標準存儲器WL解碼器，所以它一般接收地址和使能信號以便做出響應選擇特定WL。然后，這個WL沿著WL的長度每個單元選擇1 條軌道。列解碼器接著選擇這些軌道的子集以便連接到SA和PD。在一個實施例中，WL解碼器解碼選擇軌道指令，以便生成激活單個磁性存儲結構的選擇信號。在一個實施例中，在任何時候至多可以針對每個陣列選擇一條WL，但是，本發明不局限于此，可以配置成在不同
9軌道上進行并行讀/寫操作。但是，盡管可以沿著單條所選WL同時訪問多個單元/軌道/ 位，但不能針對每個陣列選擇多于一條WL，因為還沒有方法讓SA或PD將兩條WL區分開。圖4和5例示了作為半導體裝置的一部分制造的高密度磁性賽道存儲器150的物理配置。如圖4所示，在一種示范性實現方式中，高密度磁性賽道存儲器150是在襯底上由磁性、導電和半導電結構形成的雙層結構，包括包括半導體電路的下層100，半導體電路包括SL和PL FET晶體管并包括WL、SL和PL信號線；以及直接布置在層100上方并且與之對齊和可操作地與之連接的層200，包括形成像顯示在圖3中那樣的磁性賽道存儲器陣列的多個單元，包括陣列的每條軌道的相關聯的MJT裝置。應該理解，除了描述在圖4和5中的配置之外，還可設想出高密度磁性賽道存儲器的其它物理裝置體系結構。圖5描繪了形成高密度磁性賽道存儲器陣列的一部分的半導體電路。在顯示在圖 5中的高密度磁性賽道存儲器體系結構150的示范性實施例中，示出了每個單元包括M條軌道或WL的一個單元。為了例示的目的，單元的軌道數M等于四G)，但是，本發明不局限于此。圖5進一步概念性地描繪了圖4的上層200處的單元邊界125內描繪的磁性賽道存儲軌道的單元和與圖4的下層電路100的相應連接之間的對齊。例如，如圖5所示，示出了為與每個磁性存儲賽道相關聯的每個PL晶體管結構20提供有源裝置結構111的半導體區 110。例如，在下層100上形成，半導體區110包括與表示為WLtl,. . . ,WL3的各自WL相關聯、 在描繪的實施例中包括柵極結構IMa，124d的各柵極結構，每個柵極結構IMa，...， 124d適用于接收選擇特定磁性存儲軌道的各WL信號。柵極結構IMa，...，124d是可以在相應介電柵極結構(未示出)上形成的導體。應該理解，在標準CMOS工藝中，在柵極導體與有源區域相交的任何地方都形成FET，就像在形成PL FET 20 (例如，如圖1所示的PL FET 20)的區域110中所做的那樣。包括鑲嵌工藝的標準光刻技術和離子摻雜或沉積技術都可以用于在區域110中形成PL FET和WL。在一個示范性實施例中，圖5例示了每個FET 裝置的并行的兩個柵極指，這對于有效FET布局來說是眾所周知的技術。其它配置也是可以的。與WL。，...，WL3相關聯的描述在圖5中的每個PL FET包括在WL柵極指的每一側上的摻雜漏極和源極區。包括導電結構的PL線114電連接在每個PL FET的一端(源極或漏極)上。因此，像描繪成圖5中的FET 20a的示范性PL FET那樣的每個FET 20包括與PL 導體(例如，使用導電通道和/或電線)114電連接的FET端123 (漏極或源極)。并且，對于描繪的示范性PL FET 20a, FET相對端(源極或漏極)1 經由顯示成虛線127a的導電結構(電線和/或通道)與對應于WLtl的磁性存儲軌道“軌道0”的寫入位置11電連接。同樣，如圖5所示，類似的導電結構用經由類似的導電結構127a將WL柵極WL1,...，WL3的一側上的FET端(摻雜漏極或源極區)與各自磁性存儲軌道“軌道1”- “軌道3”的各自寫入位置11連接的虛線示出。如圖5進一步所示，提供了為與每個磁性存儲賽道相關聯的每個SL晶體管結構21 提供有源裝置區112的半導體區120。例如，在下層100上形成，半導體區120包括與適用于接收選擇特定磁性存儲軌道的各自WL信號的表示為WLtl,...，WL3的各自WL相關聯的相同的各自柵極結構，在描繪的實施例中為柵極結構IMa，...,124d0在描繪的一個實施例中，各自柵極結構IMa，. . .，124d從第一有源區域111延伸到第二有源區域112，同樣可以在相應介電柵極結構(未示出)上形成。在標準CMOS工藝中，在柵極導體與有源區域相交的任何地方都形成FET，就像這里在形成SL FET 21 (例如如圖1所示的SLFET 21)的區域中那樣。包括鑲嵌工藝的標準光刻技術和離子摻雜或沉積技術都可以用于在區域120中形成SL FET和札結構。例如，與WL。，. . . , WL3相關聯的描述在圖5中的SL FET每一個都包括在WL柵極的每一側上的摻雜漏極和源極區。包括導電結構的SL線118電連接在每個SL FET的一端(源極或漏極)上。因此，像描繪成圖5中的FET 21a的示范性SL FET那樣的每個FET 21包括與SL導體(例如，使用導電通道和/或電線)118電連接的FET端121 (漏極或源極)。并且，每個各自FET 21包括與各自磁性賽道的寫入位置附近的相關聯的MTJ 感測裝置端電連接的FET相對端129(漏極或源極)。對于描繪在圖5中的示范性SL FET 21a, FET相對端(源極或漏極)1 經由顯示成虛線117a的導電結構(例如，使用導線和 /或通道)與對應于WLtl的磁性存儲軌道“軌道0”的讀取位置上的MTJ感測裝置端140電連接。同樣，如圖5所示，類似的導電結構用經由類似的導電結構117a將WL柵極WL1,...， WL3的一側上的各自FET端(摻雜漏極或源極區)與相應磁性存儲軌道“軌道1”- “軌道 3”的讀取位置上的各自MTJ感測裝置端140連接的虛線示出。如圖5進一步所示，描繪了在上層200中形成和在所示的實施例中沿著大致橫向和在單元的磁性賽道存儲器“軌道0”- “軌道3”附近延伸的FL導電結構觀。同樣，提供電源電壓VDD的導電結構13也在上層200中形成和在所示的實施例中沿著大致橫向和在讀取位置附近的單元的磁性賽道存儲器“軌道0”- “軌道3”附近延伸。從導電結構13到各條磁道的各自電連接131是例如使用導電通道/電線提供的。同樣，提供電接地的進一步導電結構33也在上層200中形成和在所示的實施例中沿著大致橫向和在讀取位置附近的單元的磁性賽道存儲器“軌道0”- “軌道3”附近延伸。但是，導電結構33經由電連接， 例如使用導電通道/電線連接到與各自磁性賽道相關聯的各自MTJ裝置。如上所述，利用所示的電連接在FET層100上面的層200中提供了顯示在圖5中的單元存儲軌道“軌道0”- “軌道3”。盡管未示出，但在可替代實施例中，配置幾層高密度布線來做出必要連接。應該注意到，在描繪在圖5中的實施例中，與PL相關聯的PL FET 20 的有源裝置區110比與SL相關聯的那些寬得多(即，具有更寬的有源區形狀)，因為它們傳導更大的電流。盡管圖1和5描繪了與襯底平行取向的磁性存儲賽道，但按照可替代實施例，相同的陣列體系結構以及操作方法可以應用于像柱那樣或與襯底垂直取向的磁性存儲賽道。盡管已經示出和描述了本發明的例子，但本領域技術人員應該懂得，可以不偏離本發明的原理和精神對實施例作各種改變，本發明的范圍由權利要求書及其等同物限定。
權利要求
1.一種高密度存儲系統，包括多個磁性存儲結構，每個所述磁性存儲結構由磁性材料形成；與每個磁性存儲結構相關聯的感測裝置；第一解碼器裝置，該第一解碼器裝置引發用于激活所述多個磁性存儲結構中的單個磁性存儲結構以便進行位讀取或位存儲操作的軌道選擇信號；位驅動裝置，用于在位存儲操作期間施加第一信號以便在激活的磁性存儲結構的第一位置處形成與要存儲在所述激活的磁性存儲結構中的位值相關聯的新存儲磁疇；以及第二解碼器，該第二解碼器施加用于使每個所述形成的存儲磁疇向所述激活的存儲結構的第二位置前進的第二信號，其中所述感測裝置讀取存儲在所述激活的存儲結構的所述第二位置處的磁疇處的存儲器位值。
2.如權利要求1所述的系統，其中在讀取存儲在所述第二位置處的磁疇處的存儲器位值之后，所述位驅動裝置進一步施加所述第一信號以便在所述第一位置處形成與剛讀取的所存儲的存儲器位的位值相關聯的新存儲磁疇；以及所述第二解碼器施加所述第二信號以便使所述形成的新存儲磁疇向所述激活的存儲結構的所述第二位置前進，從而在位讀取操作結束時使所述磁性存儲結構返回到它的原始狀態。
3.如權利要求1所述的系統，其中所述第一信號具有與要存儲在磁性賽道存儲磁疇處的存儲器位值相對應的極性。
4.如權利要求1所述的系統，其中用于在第二位置處讀取存儲器位值的所述感測裝置包括位于所述磁性賽道存儲結構附近的磁性隧道結(MTJ)裝置，所述MTJ裝置響應于位于所述第二位置處的磁性賽道存儲磁疇處的位值生成與所述讀取的位值相對應的感測信號。
5.如權利要求2所述的系統，其中施加第二信號的所述第二解碼器生成流過所述磁性存儲結構的電流，以便使每個形成的磁性賽道磁疇沿著所述激活的存儲結構的長度前進與位位置相對應的距離。
6.如權利要求2所述的系統，其中每個所述磁性賽道存儲器按照先進先出方法工作， 其中位被寫入位于磁性賽道一端的所述第一位置，并響應于隨后施加的第二信號，沿著軌道前進到位于相對軌道端的所述第二位置，以便由所述MTJ裝置按它們被寫入的次序讀取。
7.如權利要求4所述的系統，進一步包括感測放大器，用于提供從磁性存儲結構中讀取的輸出數據；以及第一晶體管裝置，具有用于接收所述軌道選擇信號的柵極端，與所述MTJ裝置的位于所述第二位置附近的一端連接、用于接收所述感測信號的第一端，和連接所述感測放大器的第二端，其中在柵極端上施加所述第一信號激活特定磁性存儲軌道以便進行位讀取操作，其中所述晶體管將感測信號耦合到所述感測放大器以便在所述位讀取操作期間提供位值輸出。
8.如權利要求4所述的系統，進一步包括第二晶體管裝置，具有用于接收所述軌道選擇信號的柵極端、接收所述第二信號的第一端、和在所述第一位置處或所述第一位置附近與所述磁性存儲軌道連接的第二端，其中所述晶體管將所述第二信號耦合到所述磁性存儲結構，以便在位讀取或位寫入操作期間使所述存儲磁疇沿著該結構前進到所述第二位置。
9.如權利要求4所述的系統，其中所述多個磁性存儲結構沿著垂直或水平取向之一在含硅襯底上形成。
10.一種操作包括多個磁性存儲結構的高密度存儲器陣列的方法，所述方法包括引發用于激活所述多個磁性存儲結構中的單個磁性存儲結構的軌道選擇信號；在所述激活的結構上進行位存儲操作，包括a)對所述激活的磁性存儲結構施加第一信號以便在其第一位置處形成磁性賽道存儲磁疇，所述第一信號的極性與用于存儲在所述磁性賽道存儲磁疇處的存儲器位值相對應；b)施加第二信號以使得具有所存儲的位值的所述形成的磁性賽道磁疇沿著所述軌道的長度向讀取位置前進一段距離；以及重復步驟a)和b)以便將多個數據位存儲在所述磁性存儲結構中。
11.按照權利要求10所述的方法，進一步包括在所述激活的磁性存儲結構上進行位讀取操作，包括a)使感測裝置實現讀取存儲在所述激活的存儲結構的所述第二位置處的磁疇處的存儲器位值；b)在讀取了所述存儲器位值之后，施加所述第一信號以便在所述第一位置處形成與最近讀取的所存儲的存儲器位的位值相關聯的新存儲磁疇；以及c)施加所述第二信號以便使所述形成的新存儲磁疇向所述激活的存儲結構的所述第二位置前進，從而在位讀取操作結束時使所述磁性存儲結構返回到它的原始狀態。
12.按照權利要求11所述的方法，進一步包括重復位讀取操作步驟a)、b)和c)以便讀取存儲在存儲器軌道中的多個數據位。
13.按照權利要求10所述的方法，其中所述位通過位存儲操作存儲并按照先進先出順序通過位讀取操作讀出。
14.按照權利要求10所述的方法，其中所述施加所述第二信號引發流過所述特定磁性存儲結構的電流，以便使每個形成的磁性賽道磁疇向所述第二位置前進與存儲磁疇相對應的距離。
15.按照權利要求10所述的方法，其中為形成所述磁性賽道存儲磁疇而施加的所述第一信號具有形成與邏輯“0”位值電平相對應的新存儲磁疇的第一極性，或具有在所述第一位置處形成與邏輯“ 1，，位值電平相對應的新存儲磁疇的相反極性。
16.按照權利要求10所述的方法，其中所述激活磁性存儲結構包括在解碼器裝置上接收選擇軌道指令；以及解碼選擇軌道指令以便生成用于激活所述單個磁性存儲結構的所述選擇信號。
17.一種用于高密度存儲系統的存儲單元結構，包括多個可選磁性存儲結構，每個所述結構由磁性材料形成；與每個磁性存儲結構相關聯的感測裝置，用于生成代表存儲在設置在磁性存儲結構中的存儲磁疇中的位值的感測信號；靠近所述磁性存儲結構的導電結構，其中提供第一信號以便在所述磁性存儲結構的第一位置處形成磁性賽道存儲磁疇，所述第一信號的極性與用于存儲在所述磁性賽道存儲磁疇處的存儲器位值相對應；與可選磁性存儲結構相關聯的第一晶體管裝置，所述第一晶體管裝置具有用于接收選擇磁性存儲結構的選擇信號的柵極端，并且當被選擇時，所述第一晶體管將推進信號耦合到所述磁性存儲結構，以使所述存儲磁疇沿著存儲結構向讀取位值的第二位置前進；以及與所述可選磁性存儲結構相關聯的第二晶體管裝置，所述第二晶體管裝置具有用于接收所述選擇信號的柵極端，以及當被選擇時，所述第二晶體管讀取所述第二位置處的磁性賽道存儲磁疇位值，并且將所述感測信號從所述感測裝置耦合到感測放大器，以便在位讀取操作期間提供位值輸出。
18.如權利要求17所述的存儲單元結構，其中所述第一信號具有形成與邏輯“0”位值電平相對應的新存儲磁疇的第一極性，或具有在所述第一位置處形成與邏輯“ 1”位值電平相對應的新存儲磁疇的相反極性。
19.如權利要求17所述的存儲單元結構，其中用于在第二位置處讀取存儲器位值的所述感測裝置包括用于生成所述感測信號的磁性隧道結(MTJ)裝置，所述磁性隧道結裝置位于磁性賽道存儲結構附近，用于感測位于所述第二位置處的磁性賽道存儲磁疇處的位值。
20.如權利要求17所述的存儲單元結構，其中所述耦合所述推進信號生成流過所述磁性存儲結構的電流，以便使每個形成的磁性賽道磁疇沿著所述激活的存儲結構的長度前進與位位置相對應的距離。
21.如權利要求19所述的存儲單元結構，其中位被寫入位于磁性存儲結構一端的所述第一位置中，并沿著軌道向位于相對軌道端的所述第二位置前進，以便由所述MTJ裝置按它們被寫入的次序讀取。
22.如權利要求17所述的存儲單元結構，其中所述多個可選磁性存儲結構沿著垂直或水平取向之一在含硅襯底上形成。
23.一種操作包括多個磁性存儲結構的高密度存儲器陣列的方法，所述方法包括引發軌道選擇信號以便激活所述多個磁性存儲結構中的單個磁性存儲結構；a)使感測裝置實現讀取存儲在所述激活的存儲結構的第二位置處的磁疇處的存儲器位值；b)在所述讀取所述存儲器位值之后，施加第一信號以便在所述激活的存儲結構的第一位置處形成新存儲磁疇，所述第一信號的極性與最近讀取的所存儲的存儲器位的位值相關聯；以及c)施加第二信號以便使所述形成的新存儲磁疇向所述激活的存儲結構的所述第二位置前進，從而在位讀取操作結束時使所述磁性存儲結構返回到它的原始狀態。
24.按照權利要求23所述的方法，進一步包括重復位讀取操作步驟a)、b)和c)以便讀取存儲在所述磁性存儲結構中的多個數據位。
25.如權利要求23所述的方法，進一步包括在所述激活的結構上進行位存儲操作，包括a)對所述激活的磁性存儲結構施加所述第一信號以便在其所述第一位置處形成磁性賽道存儲磁疇，所述第一信號的極性與用于存儲在所述磁性賽道存儲磁疇處的存儲器位值相對應；b)施加所述第二信號以便使具有所存儲的位值的所述形成的磁性賽道磁疇沿著所述軌道的長度向讀取位置前進一段距離；以及重復步驟a)和b)以便將多個數據位存儲所在所述磁性存儲結構中。
全文摘要
一種包括磁性賽道存儲器的高密度存儲體系結構及操作方法。該體系結構包括多個磁性存儲結構；與每個結構相關聯的傳感器；引發激活多個結構當中的單個結構以便進行位讀取或位存儲操作的軌道選擇信號的第一解碼器；施加第一信號以便在第一位置處形成與要存儲在該結構中的值相關聯的新存儲磁疇的位驅動器；以及施加使每個形成的磁疇向該結構的第二位置前進的第二信號的第二解碼器。傳感器讀取存儲在該結構的第二位置處的磁疇處的位值。隨后，形成與剛讀取的值相關聯的新磁疇，以便在讀取操作結束時使該結構返回到它的原始狀態。
文檔編號G11C5/08GK102483947SQ201080037630
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月4日 優先權日2009年8月26日
發明者J·K·德布羅斯 申請人:國際商業機器公司