DE102004022576A1

DE102004022576A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Koppeln von Leitern in einem Magnetspeicher

Info

Publication number: DE102004022576A1
Application number: DE102004022576A
Authority: DE
Inventors: Frederick A. Palo Alto Perner; Kenneth K. Smith; Thomas C. Sunnyvale Anthony
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-03-31
Also published as: US6947313B2; JP2005072605A; US20050047199A1

Abstract

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.

Description

Speichervorrichtungen sind auf zahlreichen Gebieten, die Computer und Elektronik beinhalten, allgegenwärtig. In manchen Fällen wurde ein Speicher mit Speicherungselementen implementiert, die in der Lage sind, eine elektrische Ladung zu speichern. In anderen Fällen wurde ein Speicher mit Speicherungselementen implementiert, die in der Lage sind, eine magnetische Orientierung zu speichern. Magnetische Halbleiterspeicherarrays können einzelne Speicherungselemente umfassen, die unter Verwendung von Halbleiterverarbeitungstechniken konstruiert werden.

Die einzelnen magnetischen Elemente des Magnetspeicherarrays können Materialien mit variierenden magnetischen Eigenschaften umfassen, die durch eine isolierende Schicht getrennt sind. Die Magnetisierungen der getrennten Materialien können in derselben Richtung ausgerichtet sein (als „parallel" bezeichnet), oder ihre Orientierung kann in entgegengesetzten Richtungen verlaufen (als „antiparallel" bezeichnet). Der elektrische Widerstand der magnetischen Elemente kann je nach der parallelen oder antiparallelen Orientierung der Magnetisierungen variieren. Auf diese Weise können digitale Informationen gespeichert und wiedergewonnen werden, indem digitale Werte (z.B. 1en und 0en) dem elektrischen Widerstand zugeordnet werden, der dem parallelen oder antiparallelen Zustand zugeordnet ist.

Die Orientierung (d.h. parallel oder antiparallel) und folglich der digitale Wert eines Speicherelements können konfiguriert werden, indem in dem Speicherelement ein Magnetfeld erzeugt wird. Leiter, die sich eventuell in der Nähe des Speicherelements befinden, können eventuell Strom führen, und dieser Strom kann folglich in dem nahegelegenen Speicherelement ein Magnetfeld erzeugen. Das erzeugte Magnetfeld kann dann die Orientierung des Speicherelements verändern.

Da in der Verbraucherelektronik oft ein Speicher verwendet wird, ist ein Speicher wünschenswert, der eine hohe Geschwindigkeit aufweist, kostengünstig ist und wenig Strom verbraucht. Der Leistungsverbrauch, die Geschwindigkeit und die Kosten des Speicherchips sind direkt auf die Gesamtchipfläche (d.h. die Fläche des Arrays von Speicherelementen und einer begleitenden Schaltungsanordnung) bezogen, und größere Chips sind eventuell teurer herzustellen. Folglich können kostengünstige Speicher gebaut werden, indem Speicherelemente in einem Speicherarray dicht bepackt werden. Jedoch können die beim Konfigurieren der Speicherelemente verwendeten Leiter die Dichte der Speicherelemente auf unerwünschte Weise einschränken und zu einer größeren Chipgröße führen.

Deshalb mag es schwierig sein, einen Speicher zu entwerfen, der schnell und billig ist und der wenig Leistung verbraucht, da die Techniken zum Erhöhen der Geschwindigkeit und zum Verringern des Leistungsverbrauchs oft zu Kostenerhöhungen führen, und umgekehrt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Speicher, Verfahren sowie Computer mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Speicher gemäß Anspruch 1, durch Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 17 sowie durch Computer gemäß Anspruch 14 oder 20 gelöst.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Koppeln von Leitern in einem Magnetspeicher offenbart. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Speicherelement folgende Merkmale aufweisen: ein erstes Magnetspeicherelement, eine erste Gruppe von Leitern, die mit dem ersten Magnetspeicherelement ma gnetisch 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 wobei die erste und die zweite Gruppe von Leitern zumindest einen gemeinsamen Leiter aufweisen können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein exemplarisches Computersystem gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung;
2A ein Substrat in Waferform gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung;
2B einen vereinfachten Querschnitt einer integrierten Schaltung, die einen Magnetspeicher gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung enthält;
3 eine exemplarische Implementierung eines Magnetspeicherelements gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
4A eine exemplarische Beziehung zwischen den Achsen der magnetischen Orientierung eines exemplarischen Speicherelements gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
4B eine exemplarische Beziehung zwischen den Achsen der magnetischen Orientierung eines exemplarischen Speicherelements, wobei die Achse der harten Magnetisierbarkeit bzw. die harte Achse gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung verändert ist;
5 eine exemplarische Implementierung eines Magnetspeicherelements, das Lese- und Schreibleiter gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung umfaßt; und
6 ein exemplarisches Ausführungsbeispiel von Magnetspeicherelementen, die gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung vertikal angeordnet sind.
In der gesamten folgenden Beschreibung und in den gesamten Patentansprüchen werden bestimmte Begriffe verwendet, um auf bestimmte Systemkomponenten Bezug zu nehmen. Wie Fachleute erkennen werden, können Unternehmen mit unterschiedlichen Namen auf eine Komponente Bezug nehmen. Dieses Dokument beabsichtigt nicht, zwischen Komponenten zu unterscheiden, die sich in Bezug auf ihre Namen, jedoch nicht in Bezug auf ihre Funktion unterscheiden. In der folgenden Erläuterung und in den Ansprüchen werden die Begriffe „einschließlich" bzw. „umfassen" und „aufweisen" auf offene Weise verwendet und sollten somit in der Bedeutung von „einschließlich, aber nicht ausschließlich ..." interpretiert werden. Ferner soll der Begriff „koppeln" oder „koppelt" entweder eine indirekte oder eine direkte elektrische oder mechanische Verbindung bedeuten. Wenn also eine erste Vorrichtung mit einer zweiten Vorrichtung gekoppelt ist, kann diese Verbindung durch eine direkte Verbindung oder durch eine indirekte Verbindung über andere Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen. Der Begriff „magnetisch gekoppelt" soll sich auf die Situation beziehen, bei der ein Magnetfeld, das von einem ersten Material ausgeht, in einem zweiten Material erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Leiter, der einen Strom führt, ein Magnetfeld ausstrahlen, das in ein magnetisches Material eingekoppelt sein kann. Ferner bezieht sich der Begriff Strom der „Achse der leichten Magnetisierbarkeit" bzw. Strom der leichten Achse auf einen Strom, der entlang der Achse der leichten Magnetisierbarkeit eines Magnetspeicherelements ein Magnetfeld erzeugt. Desgleichen bezieht sich der Begriff Strom der „Achse der harten Magnetisierbarkeit" bzw. Strom der harten Achse auf einen Strom, der entlang der Achse der harten Magnetisierbarkeit eines Magnetspeicherelements ein Magnetfeld erzeugt.
Der hierin offenbarte Speicher und die Verfahren zum Verringern eines Speicherleistungsverbrauchs können bei einem Computersystem verwendet werden. 1 veranschaulicht ein exemplarisches Computersystem 100. Das Computersystem der 1 umfaßt eine CPU 102, die über einen CPU-Bus mit einer Brückenlogikvorrichtung 106 elektrisch gekoppelt sein kann. Die Brückenlogikvorrichtung 106 wird manchmal als „Nord-Brücke" bezeichnet. Die Nord-Brücke 106 kann durch einen Speicherbus mit einem Hauptspeicherarray 104 elektrisch gekoppelt werden und kann ferner über einen AGP-Bus (AGP = advanced graphics processor, moderner Graphikprozessor) mit einer Graphiksteuerung 108 elektrisch gekoppelt sein. Die Nord-Brücke 106 kann die CPU 102, den Speicher 104 und die Graphiksteuerung 108 beispielsweise durch einen Haupterweiterungsbus (BUS A), z.B. einen PCI-Bus oder einen EISA-Bus, mit den anderen Peripheriegeräten in dem System koppeln. Diverse Komponenten, die unter Verwendung des Busprotokolls von BUS A arbeiten, können sich auf diesem Bus befinden, z.B. eine Audiovorrichtung 114 und eine Netzwerkschnittstellenkarte (NIC – network interface card) 118. Diese Komponenten können in die Hauptplatine integriert sein oder sie können in Erweiterungsschlitze 110, die mit dem BUS A gekoppelt sind, eingesteckt sein.
Das Hauptspeicherarray 104 kann unter Verwendung von Halbleiterverarbeitungstechniken hergestellt werden. 2A veranschaulicht ein Halbleitersubstrat 210 in Waferform. Das Substrat 210 kann Silizium, Germanium, Galliumarsenid oder andere Elemente umfassen, die halbleitende Eigenschaften aufweisen. Auf einer Seite 210A des Substrats können eine Schaltungsanordnung und Speicherelemente integriert sein, während die gegenüberliegende Seite 210B im wesentlichen leer bleiben kann. 2B veranschaulicht einen ver einfachten Querschnitt des Substrats 210, der eine Schaltungsanordnung 212 und Speicherelemente 214, die auf dem Substrat 210 integriert sind, umfaßt. Die Schaltungsanordnung 212 kann Transistoren vom CMOS-Typ (CMOS = complementary metal oxide semiconductor, komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) umfassen. Alternativ dazu können andere Technologien (z.B. bipolar, JFET) verwendet werden. Die Schaltungsanordnung 212 kann eine Schaltungsanordnung zum Schreiben und Lesen von digitalen Informationen in und aus dem Magnetspeicher 214 implementieren. Da verschiedene Materialien und Techniken verwendet werden können, können die Schaltungsanordnung 212 und der Speicher 214 separat hergestellt werden. Bei 2B können die Transistoren in der Schaltungsanordnung 212 beispielsweise auf der integrierten Schaltung integriert werden, bevor die Speicherelemente des Speichers 214 integriert werden.
Der Magnetspeicher 214 kann Speicherelemente umfassen, wobei Informationen in den Speicherelementen gespeichert werden können, indem ihr Magnetzustand verändert wird. 3 veranschaulicht eine Implementierung eines Speicherelements 215 und zugeordneter Leiter 216 und 217, die verwendet werden können, um das Speicherelement zu beschreiben. Das Speicherelement 215 kann eine Referenzschicht 215A umfassen, die bei manchen Ausführungsbeispielen eine Magnetisierung mit feststehender Orientierung aufweist (wie durch den einseitigen gestrichelten Pfeil dargestellt ist). Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die Schicht 215A aufgrund ihrer feststehenden Orientierung als die „gepinnte" Schicht bezeichnet werden. Das Speicherelement 215 kann auch eine weitere Schicht 215B, die auf der Schicht 215A integriert ist, umfassen, wobei eine isolierende Schicht 215C zwischen den Schichten 215A und 215B angeordnet ist. Auf diese Weise können die Schichten 215A und 215B um die Schicht 215C eine sandwichartige Struktur bilden. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Schicht 215B eine Magnetisierung mit einer variablen Orientierung aufweisen (wie sie durch den doppelseitigen gestrichelten Pfeil veranschaulicht ist). Dadurch, daß die Magnetschicht 215 in einer bestimmten Richtung einem Magnetfeld augesetzt ist, kann die Orientierung der Magnetisierung in der Magnetschicht 215B verändert werden. Somit kann die Schicht 215B als die „Daten"-Schicht bezeichnet werden, da sie die Ausrichtung des Speicherelements 215 bezüglich der Schicht 215A, die eine feststehende Orientierung aufweisen kann, speichern kann.
Die Magnetschichten 215A und 215B des Speicherelements 215 können vorkonfiguriert sein, um eine bestimmte Achse für die Orientierung der Magnetisierung zu begünstigen. Die begünstigte Orientierung der Magnetisierung wird manchmal als die „Achse der leichten Magnetisierbarkeit" bzw. „leichte Achse" bezeichnet. Beispielsweise ist die leichte Achse der Magnetschicht 215B bei 3 mit E_A bezeichnet. Desgleichen wird die nicht begünstigte Orientierung der Magnetisierung manchmal als die „Achse der harten Magnetisierbarkeit" bzw. „harte Achse" bezeichnet. Die harte Achse der Schicht 215B, die bei 3 mit H_A bezeichnet ist, kann orthogonal zu der Achse der leichten Magnetisierbarkeit sein. Das Speicherelement 215 kann derart konfiguriert sein, daß die Magnetfelder, die zum Ändern der magnetischen Orientierung einer Magnetschicht erforderlich sind, entlang der leichten Achse geringer sind als entlang der harten Achse.
4A veranschaulicht eine exemplarische Beziehung zwischen dem Absolutwert der Magnetfelder entlang der leichten Achse (B_E) und dem Absolutwert der Magnetfelder entlang der harten Achse (B_H), während sie sich auf ein Verändern der magnetischen Orientierung der Magnetschicht beziehen. Die bei 4A veranschaulichte Kurve kann die magnetische Schwelle darstellen, bei der sich eine Magnetisierungsorientierung einer Magnetschicht (z.B. der Schicht 215B bei 3) umdrehen kann. Eine Magnetschicht kann einem Nettomagnetfeld unterworfen sein, das eine Komponente in der Richtung der leichten Achse B_E und eine Komponente in der Richtung der harten Achse B_H aufweist. Wenn die Magnet schicht ein Nettomagnetfeld erfährt, das über der Magnetisierungsschwelle liegt (in 4A veranschaulicht), kann die magnetische Orientierung der Magnetschicht geändert werden. Unterhalb der Magnetschwelle ist das an die Magnetschicht angelegte Nettomagnetfeld eventuell jedoch nicht ausreichend, um zu bewirken, daß sich die Orientierung der Magnetschicht ändert.
Beispielsweise kann die in 4A veranschaulichte Magnetisierungsschwelle 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 als B_H1 angegeben) ausgerichtet ist, und ein Strom in dem Leiter 217 kann ein Magnetfeld erzeugen, das mit der leichten Achse (als B_E1 angegeben) ausgerichtet ist. Die gestrichelten Linien in 4A geben an, daß die Magnetfeldkomponenten B_E1 und B_H1 zusammen an einem Punkt A ein Nettomagnetfeld ergeben können. Da das Nettomagnetfeld bei Punkt A unter der Magnetisierungsschwelle liegt, ist das Nettomagnetfeld eventuell nicht ausreichend, um zu bewirken, daß sich die magnetische Orientierung der Magnetschicht ändert. Falls jedoch die Komponente der harten Achse auf B_H2 erhöht wird (wie durch die gestrichelte Linie angegeben ist), während das Magnetfeld der leichten Achse konstant bei B_E1 gehalten wird, so ist das Nettomagnetfeld bei Punkt B eventuell ausreichend, um zu bewirken, daß sich die Orientierung der Magnetschicht ändert. Die in 4A gezeigte Beziehung ist lediglich veranschaulichend, und es können andere praktikable Beziehungen existieren. Beispielsweise können Magnetschichten mit einer inhärenten Veränderung der Magnetisierungsschwelle entweder in der leichten Achse oder der harten Achse hergestellt werden, wie in 4B veranschaulicht ist.
Unter Bezugnahme auf 4B kann die Magnetisierungsschwelle in der Richtung der harten Achse B_H geändert werden. Ein Ändern der harten Achse kann auf verschiedene Weisen erfolgen, z.B. durch Drehen des Magnetspeicherelements 215 bezüglich der Leiter 216 und 217. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann ein Erzeugen eines Magnetfelds entlang der leichten Achse allein ausreichend sein, um zu bewirken, daß sich die Orientierung der Magnetschicht ändert. Wie in 4B angegeben ist, kann das Feld B_E2 der leichten Achse bei Punkt C allein ausreichend sein, um die Magnetschwelle zu überwinden und zu bewirken, daß sich die magnetische Orientierung der Magnetschicht ändert.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann die Orientierung der Magnetisierung der Schicht 215B so eingestellt sein, daß sie parallel zu der Magnetisierung der Schicht 215A ist (d.h. Pfeile in dieselbe Richtung) oder antiparallel zu der Magnetisierung der Schicht 215A ist (d.h. Pfeile in entgegengesetzte Richtungen). Durch Variieren der relativen magnetischen Orientierungen (parallel oder antiparallel) der Schichten 215A und 215B kann der elektrische Widerstand der Schicht 215C variiert werden. Digitale Werte können gespeichert werden, indem die verschiedenen elektrischen Widerstände der Schicht 215C den digitalen Werten zugeordnet werden. Dementsprechend wird das Speicherelement 215 manchmal als magnetoresistiver Tunnelübergang (MTJ – magnetoresistive tunnel junction) bezeichnet. Beispielsweise kann über das Speicherelement 215 ein Spannungspotential eingerichtet werden, das bewirken kann, daß Stromträger durch die Schicht 215C „tunneln". Der elektrische Widerstand bezüglich des Stromflusses kann charakterisiert und einem digitalen Wert zugeordnet werden – z.B. kann 1 MΩ gemessen und einer digitalen 0 zugeordnet werden, und es kann 1,1 MΩ gemessen und einer digitalen 1 zugeordnet werden.
Um Datenwerte in dem Speicherelement 215 zu speichern, können Schreibleitungen 216 und 217 verwendet werden. Die in 3 veranschaulichte Trennungsentfernung zwischen den Schreibleitungen 216 und 217 und dem Speicherelement 215 ist der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt, und gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die tatsächliche Trennungsentfernung eine Größenordnung von einigen wenigen hundert Angström oder weniger aufweisen. Alternative Ausführungsbeispiele können Leitungen 216 und 217 in einem direkten physischen Kontakt mit dem Speicherelement 215 umfassen, wobei kein Dielektrikum das Speicherelement 215 von einer der Leitungen 216 oder 217 trennt. Eine Schaltungsanordnung (in 3 nicht dargestellt) kann mit den Schreibleitungen 216 und 217 elektrisch gekoppelt sein, um elektrische Ströme I₁ und I₂ zu liefern. Der Strom I₁ in der Schreibleitung 216 kann ein Magnetfeld B₁ erzeugen, und desgleichen kann der Strom I₂ in der Schreibleitung 217 ein Magnetfeld B₂ erzeugen. Die Magnetfelder B₁ und B₂ können dann kollektiv zu dem Magnetfeld, das in dem Speicherelement 215 erzeugt wird, beitragen, wobei die Magnetfelder B₁ und B₂ durch Einstellen der Stärke und Richtung der Ströme I₁ und I₂ eingestellt werden können. Beispielsweise kehrt ein Umkehren der Richtung der Ströme I₁ und I₂ die Orientierung der Magnetfelder B₁ und B₂ um. Dementsprechend kann die Orientierung der Magnetisierungen in den Schichten 215A und 215B so eingestellt werden, daß sie parallel oder antiparallel ist. Wie oben erwähnt wurde, kann das Magnetspeicherelement 215 einem Einstellen der inhärenten Magnetisierung unterworfen werden, was die Umschalt- bzw. Schaltcharakteristika des Speicherelements verändern kann, wie in 4B veranschaulicht ist.
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 mit dem Speicherelement elektrisch gekoppelt sein, wie in 5 veranschaulicht ist. Ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD – inter-layer dielectric) 220 kann die Schreibleitung 216 von der Leseleitung 218 elektrisch trennen. Desgleichen kann die ILD 221 die Schreibleitung 217 von der Leseleitung 219 elektrisch trennen. Während die 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 eine ILD zu Zwecken einer elektrischen Trennung zwischen jeglichem Lese- und Schreibleiterpaar enthalten sein kann. Obwohl die Leseleitung 218 und die Schreibleitung 216 als in derselben Richtung verlaufend dargestellt sind, ist dieses Ausführungsbeispiel außerdem nicht erforderlich; und die Leseleitung 218 und die Schreibleitung 216 können in einer beliebigen Richtung bezüglich zueinander orientiert sein. Desgleichen können die Leseleitung 219 und die Schreibleitung 217 auch in jeglicher Richtung bezüglich zueinander orientiert sein. Eine Schaltungsanordnung (in 5 nicht veranschaulicht) kann mit den Leseleitungen 218 und 219 elektrisch gekoppelt sein, um ein Lesen des Speicherelements 215 zu ermöglichen.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung können Hochdichte-Speicherarrays benachbart zueinander auf dem Substrat integriert sein. 6 veranschaulicht Magnetspeicherelemente 222 und 223, die im wesentlichen vertikal zueinander sind. Obwohl 6 das Speicherelement 222 direkt unter dem Speicherelement 223 veranschaulicht, kann zwischen den Speicherelementen 222 und 223 ein lateraler Versatz vorliegen. Das Speicherelement 222 kann ferner mit Leseleitern 225 und 226 elektrisch gekoppelt sein. Die Leseleiter 225 und 226 können verwendet werden, um den digitalen Zustand des Speicherelements 222 zu bestimmen. Desgleichen können Leseleiter 227 und 228 mit dem Magnetspeicherelement 223 gekoppelt sein, und die Leseleiter 227 und 228 können verwendet werden, um den digitalen Zustand des Speicherelements 223 zu bestimmen.
Das Speicherelement 222 kann mit Schreibleitern 229 und 230 magnetisch gekoppelt sein. Die Schreibleiter 229 und 230 können verwendet werden, um die magnetische Orientierung des Speicherelements 222 einzustellen. Desgleichen können die Schreibleiter 230 und 231 mit dem Speicherelement 223 magnetisch gekoppelt sein, und die Schreibleiter 230 und 231 können verwendet werden, um die magnetische Orientierung des Speicherelements 223 einzustellen. Durch Integrie ren der Speicherelemente 222 und 223 aufeinander können die Speicherelemente 222 und 223 Schreibleiter gemeinsam verwenden. Beispielsweise kann der Schreibleiter 230 sowohl mit dem Speicherelement 222 als auch mit dem Speicherelement 223 magnetisch gekoppelt sein. Auf diese Weise kann bzw. können ein oder mehrere Leiter eliminiert werden, so daß weniger Verarbeitungsschritte erforderlich sein können, um die Speichervorrichtungen herzustellen. Zusätzlich verbraucht ein Erzeugen von Strömen in den verschiedenen Leitern, die Magnetspeicherelementen zugeordnet sind, Leistung, und somit kann ein Verringern der Anzahl der Leiter, die verwendet werden, um Speicheroperationen durchzuführen, folglich die Menge an verbrauchter Leistung verringern.
Die leichten Achsen der Speicherelemente 222 und 223 können in der Y-Richtung konfiguriert sein, und die harten Achsen können in der X-Richtung konfiguriert sein, wobei die X-, Y- und Z-Richtungen in 6 angegeben sind. Bei dieser Konfiguration können Ströme, die in den Schreibleitern 229 und 231 fließen, zu dem Feld der leichten Achse beitragen, und Ströme, die in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 fließen, können zu dem Feld der harten Achse beitragen. Somit kann durch ein Ändern der magnetischen Orientierung der Speicherelemente 222 und 223 ein Strom der harten Achse in dem Leiter 230 fließen. Der Strom der harten Achse allein ist nicht ausreichend, um die magnetische Orientierung der Speicherelemente 222 oder des Speicherelements 223 zu ändern. Diese Situation wurde bezüglich Punkt A in 4A gezeigt. Um die Orientierung der Speicherelemente zu ändern, ist in dem Schreibleiter der leichten Achse des Speicherelements eventuell ein Strom der leichten Achse erforderlich. Beispielsweise kann, wenn ein Strom der harten Achse in dem Leiter 230 fließt, die magnetische Orientierung der Magnetisierung des Speicherelements 222 geändert werden, indem ein Strom der leichten Achse in dem Leiter 229 erzeugt wird. Wenn ein Strom der harten Achse in dem Leiter 230 fließt, kann die Orientierung der Magnetisierung des Speicherelements 223 ferner geändert werden, indem ein Strom der leichten Achse in dem Leiter 231 erzeugt wird. Deshalb können die Speicherelemente 222 und 223 unabhängig voneinander ihre magnetischen Orientierungen und folglich ihre digitalen Zustände ändern lassen. Die Speicherelemente 222 und 223 können gleichzeitig beschrieben werden, indem Ströme an die Leiter 230, 229 und 231 angelegt werden. Deshalb können unter Verwendung von drei Strömen zwei Speicherelemente beschrieben werden, und die Menge an verwendeter Energie kann somit verringert werden.
Falls die leichten Achsen der Speicherelemente 222 und 223 in der X-Richtung verlaufen, erzeugt der Strom in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 alternativ dazu ein Feld der leichten Achse. Die Speicherelemente 222 und 223 können beispielsweise gleichzeitig beschrieben werden, indem ein Strom in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 sowie in den Leitern 229 und 231 erzeugt wird.
Ferner können die leichten oder die harten Achsen so geändert werden, daß Speicherelemente beschrieben werden können, indem lediglich ein Strom der leichten Achse oder lediglich ein Strom der harten Achse angelegt wird. Beispielsweise kann in den Speicherelementen dahingehend eine Veränderung erzeugt werden, als die in 4B veranschaulichte Schaltschwelle gilt. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die Orientierung der Speicherelemente geändert werden, indem lediglich Felder der leichten Achse, z.B. Punkt A in 4B, angelegt werden. Unter erneuter Bezugnahme auf 6 kann also, falls das Speicherelement 222 eine veränderte Magnetisierungsschwellencharakteristik umfaßt, ein Strom in den Schreibleiter 229 allein ermöglichen, daß die Orientierung des Speicherelements 222 geändert wird. Falls das Speicherelement 223 eine geänderte Magnetisierungscharakteristik aufweist, kann desgleichen der Strom in dem Schreibleiter 231 allein ausreichend sein, um die Orientierung des Speicherelements 223 zu ändern.
Der gemeinsame Schreibleiter 230 kann verwendet werden, um selektiv Daten in die Speicherelemente 222 und 223 zu schreiben. Beispielsweise kann die in 6 veranschaulichte Struktur in einem Array von Speicherelementen implementiert sein, wo viele Speicherelemente mit dem Schreibleiter 230 gekoppelt sind. Falls also der Leiter 230 einen Strom der leichten Achse darstellt, so können alle Speicherelemente in dem Array, die mit dem Schreibleiter 230 magnetisch gekoppelt sind, gleichzeitig verändert werden, indem in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 eine ausreichende Strommenge erzeugt wird. Beispielsweise können alle Speicherelemente, die mit dem Schreibleiter 230 magnetisch gekoppelt sind, in 1 geschrieben werden. Anschließend können gewünschte Speicherelemente in den entgegengesetzten digitalen Zustand geschrieben werden, indem der Strom in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 (Strom der leichten Achse) verringert wird, während der entsprechende Strom in dem Schreibleiter 229 und/oder 231 (Strom der harten Achse) erzeugt wird. Auf diese Weise können das Speicherelement 222 und/oder 223 unter Verwendung von drei Leitern in einen gewünschten digitalen Zustand geschrieben werden, was insgesamt zu Leistungsersparnissen führen kann.
Die zerstörungsfreien Lesetechniken, die in der US-Patentanmeldung Nr. 10/465,714 mit dem Titel „Retrieving Data Stored in a Magnetic Integrated Memory" (Anwaltsaktenzeichen Nr. 200205501-1), die durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist, offenbart sind, können in den hierin offenbarten verschiedenen Ausführungsbeispielen implementiert sein. Unter Bezugnahme auf 6 kann eine (in 6 nicht veranschaulichte) Leseschaltungsanordnung beispielsweise den Widerstand des Speicherelements 222 über die Leseleiter 225 und 226 überwachen. Gleichzeitig kann ein Strom in dem gemeinsamen Schreibleiter 230 fließen, der in 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. Jedoch können Magnetfelder der harten Achse ausreichend sein, um den Widerstand von Speicherelementen vorübergehend zu stören, während das Magnetfeld ein- und ausgeschaltet wird. Durch Überwachen der Änderungsrate des Widerstandes des Speicherelements 222, während der Strom geschaltet wird, kann die Orientierung der Magnetisierung des Speicherelements 222 bestimmt werden. Da der Leiter 230 sowohl mit dem Speicherelement 222 als auch mit dem Speicherelement 223 magnetisch gekoppelt sein kann, kann der Leiter 230 ferner verwendet werden, um die Orientierung des Speicherelements 222 und des Speicherelements 223 gleichzeitig zu bestimmen. Dadurch kann eine Speicherlesezeit verringert werden, während mehrere Speicherelemente gleichzeitig gelesen werden können.
Die obige Erläuterung soll die Prinzipien und verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen und Modifizierungen werden Fachleuten einleuchten, nachdem die obige Offenbarung vollständig verstanden wird. Beispielsweise können, obwohl in Verbindung mit einigen der Ausführungsbeispiele der Erfindung magnetoresistive Speicherelemente offenbart wurden, andere Speichervorrichtungen mit variablen Widerständen implementiert werden, ohne von dem Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Obwohl 6 zwei im wesentlichen vertikal zueinander liegende Speicherelemente zeigt, kann außerdem ein zusätzliches Stapeln implementiert sein. Beispielsweise können mehrere Speicherelemente im wesentlichen vertikal zueinander gestapelt sein, wobei magnetische Leiter zwischen den Magnetspeicherelementen angeordnet sind. Auf diese Weise können die sandwichartig angeordneten Leiter verwendet werden, um den Magnetzustand der gestapelten Magnetspeicherelemente einzustellen. Ferner kann die Konfiguration der leichten Achse und der harten Achse in jeglicher Richtung implementiert werden, und die Rollen der leichten Achse und der harten Achse, wie sie hierin beschrieben werden, können um gekehrt werden. Ferner können Speicherelemente, die vertikal zueinander benachbart sind, unter Verwendung des gemeinsamen Leiters in entgegengesetzte digitale Zustände geschrieben werden. Beispielsweise kann das untere Speicherelement tief geschrieben sein, und das obere Speicherelement kann hoch geschrieben sein. Auf diese Weise können Differentialerfassungstechniken sowohl an dem oberen als auch dem unteren Speicherelement durchgeführt werden, so daß die Genauigkeit der Leseoperationen erhöht werden kann. Es ist beabsichtigt, daß die folgenden Patentansprüche so interpretiert werden sollen, daß sie alle derartigen Variationen und Modifizierungen umfassen.

Claims

Speicher (104), der folgende Merkmale aufweist ein erstes Magnetspeicherelement (222); eine erste Gruppe von Leitern (229, 230), die mit dem ersten Magnetspeicherelement (222) magnetisch gekoppelt sind; ein zweites Magnetspeicherelement (223); und eine zweite Gruppe von Leitern (230, 231), die mit dem zweiten Magnetspeicherelement (223) magnetisch gekoppelt sind; wobei das zweite Speicherelement (223) im wesentlichen vertikal zu dem ersten Speicherelement (222) ist und die erste und die zweite Gruppe von Leitern zumindest einen Leiter (230) gemeinsam haben.
Speicher (104) gemäß Anspruch 1, bei dem die Magnetspeicherelemente (222, 223) in der Lage sind, ihre magnetische Orientierung durch den gemeinsamen Leiter (230) einstellen zu lassen.
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 Anzahl von Leitern, die zum Schreiben von Daten in die Speicherelemente (222, 223) verwendet werden, drei oder weniger beträgt.
Speicher (104) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Speicherelemente (222, 223) in einen digitalen Zustand geschrieben werden, indem Strom in dem gemeinsamen Leiter (230) erzeugt wird, und bei dem die Speicher elemente (222, 223) anschließend in entgegengesetzte digitale Zustände geschrieben werden, indem in dem gemeinsamen Leiter (230) ein Strom erzeugt und in einem Leiter, der den Speicherelementen (222, 223) nicht gemeinsam ist, ein Strom erzeugt wird.
Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Orientierung der Magnetspeicherelemente (222, 223) unabhängig voneinander eingestellt ist.
Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Magnetspeicherelemente (222, 223) ferner Magnetisierungsschwellen der harten Achse umfassen, die geändert sind.
Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die magnetische Orientierung der Speicherelemente (222, 223) erfaßt wird, während ein Strom in dem gemeinsamen Leiter (230) fließt.
Speicher (104) gemäß Anspruch 7, bei dem Lese- und Schreiboperationen gleichzeitig durchgeführt werden.
Speicher (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem sich der gemeinsame Leiter (230) zwischen den Speicherelementen (222, 223) befindet.
Verfahren, das folgende Schritte umfaßt: Überwachen einer Mehrzahl von Speicherelementen (222, 223), wobei die Speicherelemente (222, 223) im wesentlichen vertikal sind; Liefern eines Magnetfelds an den Speicherelementen (222, 223) unter Verwendung eines Leiters (230), der mit zumindest zwei Speicherelementen (222, 223) magnetisch gekoppelt ist; und Bestimmen eines digitalen Zustands durch Überwachen der Speicherelemente (222, 223), während das Magnetfeld geschaltet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Überwachen ein Messen des Widerstandes des Speicherelements (222, 223) umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem das Überwachen ein Messen der Änderungsrate des Widerstands des Speicherelements (222, 223) umfaßt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die ursprüngliche magnetische Ausrichtung der Speicherelemente (222, 223) durch das bereitgestellte Magnetfeld nicht verändert wird.
Computer, der folgende Merkmale aufweist: einen Prozessor; eine mit dem Prozessor gekoppelte Brückenlogikvorrichtung; einen mit dem Prozessor gekoppelten Speicher, der folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Magnetspeicherelementen (222, 223), die auf separaten Ebenen existieren; und einen Leiter (230), der mit den Speicherelementen (222, 223), die sich auf getrennten Ebenen befinden, magnetisch gekoppelt ist.
Speicher (104) gemäß Anspruch 14, bei dem die Speicherelemente (222, 223) ferner digitale Zustände umfassen und bei dem der Leiter (230) verwendet wird, um die digitalen Zustände der Mehrzahl von Magnetspeicherelementen (222, 223) zu modifizieren.
Speicher (104) gemäß Anspruch 15, bei dem der Leiter (230) eine unabhängige Steuerung des digitalen Zustands der Speicherelemente (222, 223) liefert.
Verfahren, das folgende Schritte umfaßt: Liefern eines gemeinsamen Leiters (230) an eine Mehrzahl von Speicherelementen (222, 223), wobei der gemeinsame Leiter (230) mit den Speicherelementen (222, 223) magnetisch gekoppelt ist; Erzeugen eines Magnetfelds, indem man einen Strom in dem gemeinsamen Leiter (230) fließen läßt; und Ändern des digitalen Zustands der Speicherelemente (222, 223) unter Verwendung des erzeugten Magnetfelds; wobei die Speicherelemente (222, 223) nicht Bestandteil derselben Ebene sind.
Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem die durch die Speicherelemente (222, 223) verbrauchte Leistung verringert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, das ferner ein Überwachen des Widerstands der Speicherelemente (222, 223), während der digitale Zustand der Speicherelemente geändert wird, umfaßt.
Computer, der folgende Merkmale aufweist: einen Prozessor; eine mit dem Prozessor gekoppelte Brückenlogikvorrichtung; eine Einrichtung zum Speichern von Informationen, die mit dem Prozessor gekoppelt ist, wobei die Einrichtung zum Speichern von Informationen folgende Merkmale umfaßt: ein erstes Magnetspeicherelement (222); ein zweites Magnetspeicherelement (223), das über dem ersten Magnetspeicherelement vertikal gestapelt ist; und einen Leiter, der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Magnetspeicherelement gekoppelt ist, wobei der Leiter angepaßt ist, um eine magnetische Orientierung des ersten Magnetspeicherelements, des zweiten Magnetspeicherelements und sowohl des ersten als auch des zweiten Magnetspeicherelements zu schalten.