存储装置、电子设备和存储装置控制方法与流程

本公开涉及存储装置、电子设备和存储装置控制方法。

背景技术：

1、使用磁阻元件作为存储元件的磁阻随机存取存储器(mram)通过铁磁性材料的磁化状态来保持状态，并且因此，具有即使电源被关闭也保持记录数据的非易失性。磁阻元件的基本结构是将绝缘体的非磁性薄膜夹在由磁性薄膜构成的两个磁性层之间的夹层结构。该结构被称为磁性隧道结(mtj)。由于非磁性薄膜的膜厚度薄至约几nm，因此当将电压施加至元件的两端时隧道电流流动。隧道电流的大小取决于两个磁性层的相对磁化角度。这被称为隧道磁阻(tmr)效应。

2、在mram中，固定两个磁性层中的一个磁性层(磁化固定层)的磁化，并且通过外部场控制另一磁性层(存储层)的磁化。磁化固定层的磁化与存储层的磁化彼此平行的状态被称为状态0，并且磁化固定层的磁化与存储层的磁化彼此反平行的状态被称为状态1。以这种方式，通过重写平行或反平行磁化状态以非易失性方式存储状态(“0”或“1”)。对于用于控制磁化方向的外部场，使用通过使电流流到外部布线而生成的电流磁场、通过使电流直接流到mtj而利用自旋转移矩(stt)效应的方法、利用电压控制磁各向异性(vcma)的方法等。tmr效应用于读取状态。

3、当前主流的mram是stt-mram，与使用电流磁场的情况相比，stt-mram能够减小尺寸并且能够降低功耗。另一方面，由于可以高速并以较低的功耗执行写入，所以已经关注使用vcma的电压控制(vc)mram。专利文献1中公开的利用vcma的电压写入方案通过以单极方式施加超快脉冲电压(仅在方向上施加电压)来实现双向写入。

4、在常规电压写入方案中，使用单极电压执行双向写入操作。当没有电压施加到mtj时，由于存储层的垂直磁各向异性(磁化可能被定向在垂直于膜表面的方向上的特性)，磁化被定向在垂直于膜表面的方向(z方向)上。类似地，由于垂直磁各向异性，固定层的磁化被定向在z方向上。此处，假设存储层的磁化和固定层的磁化两者均在+z方向上，即，处于平行状态，并且写入状态0。此外，假设在面内方向(x方向和y方向)中的+x方向上施加外部磁场。在此，当将电压施加至mtj时，由于在非磁性层与存储层之间的界面附近产生的电场，存储层的垂直磁各向异性消失，并且磁化可能定向在垂直于膜表面的方向上的特性丧失。因此，存储层的磁化开始朝向x方向移动(其中由于外部磁场而使磁能最小化)，并且开始所谓的进动运动，该进动运动在yz平面中环绕的同时逐渐朝向+x方向移动，而不是从+z方向到+x方向的直线上的简单变化。存在最初在+z方向上取向的存储层的磁化在yz平面中的进动运动的过程中基本上在-z方向上取向的时刻。当此时施加至mtj的电压被设置为0时，存储层的垂直磁各向异性返回至初始状态，并且磁化可能定向在垂直于膜表面的方向上，使得存储层的磁化被固定在-z方向上。即，通过施加脉冲电压来写入存储层的磁化和固定层的磁化从状态0反平行的状态1。即使当存储层的磁化最初定向在-z方向上时，也发生类似的现象，通过施加单极脉冲电压可以实现双向写入。

5、引用列表

6、专利文献

7、专利文献1：jp 2018-092696 a

技术实现思路

1、技术问题

2、然而，上述写入方案是所谓的触发写入方案，其中，可以通过向mtj施加相同幅度的脉冲电压来进行从状态0到状态1的改变以及从状态1到状态0的改变。为此，例如，当已经在状态1中写入状态1时，错误地写入状态0。为了防止这种错误的写入，需要在写入之前读取初始状态。例如，当要写入状态1时，读取已经写入的初始状态。然后，如果初始状态是状态0，则执行写入以设置状态1。另一方面，如果初始状态是状态1，则不执行写入。通过以这种方式执行初始读取，能够防止错误写入。同时，读取时间通常需要10ns或更长，并且在读取时消耗电力。这削弱了vc-mram的高速和低功耗特性。

3、因此，本公开提供一种能够实现高速和低功耗写入的存储装置、电子设备和存储装置控制方法。

4、问题的解决方案

5、根据本公开的实施方式的存储装置包括：磁阻元件，该磁阻元件的磁化方向通过施加电压能够在第一状态和第二状态之间改变；选择元件，连接至磁阻元件；以及写入单元，能够切换地向磁阻元件施加第一写入电压和第二写入电压，第一写入电压用于将磁阻元件的磁化方向设定为第一状态，第二写入电压用于将磁阻元件的磁化方向设定为第二状态。

6、根据本公开的实施方式的电子设备包括：存储数据的存储装置，该存储装置包括：磁阻元件，该磁阻元件的磁化方向通过施加电压能够在第一状态和第二状态之间改变；选择元件，连接至磁阻元件；以及写入单元，能够切换地向磁阻元件施加第一写入电压和第二写入电压，第一写入电压用于将磁阻元件的磁化方向设定为第一状态，第二写入电压用于将磁阻元件的磁化方向设定为第二状态。

7、根据本公开的实施方式的存储器件控制方法包括：能够切换地向磁阻元件施加第一写入电压和第二写入电压，该磁阻元件的磁化方向通过施加电压能够在第一状态和第二状态之间改变，第一写入电压用于将磁阻元件的磁化方向设定为第一状态，第二写入电压用于将磁阻元件的磁化方向设定为第二状态。

技术特征：

1.一种存储装置，包括：

2.根据权利要求1所述的存储装置，其中，

3.根据权利要求2所述的存储装置，其中，

4.根据权利要求3所述的存储装置，其中，

5.根据权利要求2所述的存储装置，其中，

6.根据权利要求2所述的存储装置，其中，

7.根据权利要求2所述的存储装置，其中，

8.根据权利要求2所述的存储装置，其中，

9.根据权利要求2所述的存储装置，其中，

10.根据权利要求9所述的存储装置，其中，

11.根据权利要求10所述的存储装置，其中，

12.根据权利要求9所述的存储装置，其中，

13.根据权利要求12所述的存储装置，其中，

14.根据权利要求9所述的存储装置，其中，

15.根据权利要求14所述的存储装置，其中，

16.根据权利要求9所述的存储装置，其中，

17.根据权利要求16所述的存储装置，其中，

18.根据权利要求9所述的存储装置，其中，

19.根据权利要求18所述的存储装置，其中，

20.根据权利要求1所述的存储装置，其中，

21.根据权利要求1所述的存储装置，其中，

22.根据权利要求1所述的存储装置，其中，

23.根据权利要求21所述的存储装置，其中，

24.根据权利要求22所述的存储装置，其中，

25.根据权利要求23所述的存储装置，其中，

26.根据权利要求21所述的存储装置，其中，

27.根据权利要求22所述的存储装置，其中，

28.根据权利要求26所述的存储装置，其中，

29.一种电子设备，包括：

30.一种存储装置控制方法，包括：

技术总结作为根据本公开的实施方式的存储装置的示例的存储器系统(1)包括：磁阻元件(120)，该磁阻元件的磁化方向通过施加电压而在第一状态和第二状态之间可变；选择器元件(110)，连接至所述磁阻元件(120)，以及作为写入单元的示例的写入电路(70)，该写入单元将要施加到磁阻元件(120)的写入电压在第一写入电压和第二写入电压之间改变，该第一写入电压用于将磁阻元件(120)的磁化方向改变成第一状态，该第二写入电压用于将磁阻元件(120)的磁化方向改变成第二状态。技术研发人员：肥后豊,阪井垒,平贺启三,细见政功受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2