[发明专利]具有优化的可靠性的自引用MRAM单元

说明书

技术领域

本发明涉及适合于热辅助的写入操作以及适合于自引用的读取操作的随机存取存储器(MRAM)元件，其在相对于传统的MRAM单元更高的温度下能被可靠地写入。

背景技术

使用所谓的自引用的读取操作的磁随机存取存储器(MRAM)单元典型地包括磁隧道结，该磁隧道结由下述形成：具有磁化的磁存储层，该磁化的方向可以从第一稳定方向变化为第二稳定方向；薄绝缘层；以及具有磁化的感测层，该磁化具有可逆方向。自引用的MRAM单元考虑到了以低功耗以及增加的速度执行写入和读取操作。自引用的读取操作由同一申请人在欧洲专利申请EP 2276034中进行了描述。它典型地包括作为双采样，其中沿第一和第二方向对准感测层磁化的方向并且对于每个方向测量磁隧道结的相应电阻。

自引用的MRAM单元可以有利地用在基于MRAM的CAM、用于安全应用的非易失性单元中，所述安全应用包括在一个包一个包的基础上用于高性能数据开关、防火墙、桥接器和路由器的用户权限、安全或加密信息。自引用的MRAM单元对于以减少的产量制作功能存储器以及对于高温应用也是有用的。

在高温应用的情况下，电流脉冲被传递经过磁隧道结，以便将MRAM单元加热到高温。该电流脉冲易于使薄绝缘层遭受相当大的电应力。通过磁隧道结施加的电压可能会达到或甚至超过这样的绝缘层的击穿电压。即使在绝缘层的两端施加的电压低于其击穿电压，从长远来看与电流脉冲有关联的应力也可能导致相当大的老化效应，特别是在大量电压周期之后，例如，在写入周期期间。

发明内容

本公开涉及适合于热辅助的(TA)写入操作以及适合于自引用的读取操作的磁随机存取存储器(MRAM)元件，所述MRAM元件包括磁隧道结部分，所述磁隧道结部分具有第一部分和第二部分，所述第一部分包括：具有第一存储磁化的第一存储层、具有第一自由磁化的第一感测层、以及在所述第一存储层和所述第一感测层之间的第一隧道势垒层，所述第二部分包括：具有第二存储磁化的第二存储层、具有第二自由磁化的第二感测层、以及在所述第二存储层和所述第二感测层之间的第二隧道势垒层；所述磁隧道结部分还包括反铁磁层，其被包括在第一和第二存储层之间并且在低温阈值处钉扎第一和第二存储磁化，并且在高温阈值处使第一和第二存储磁化自由；其中在写入操作期间，当写入磁场被施加时，第一和第二自由磁化根据写入磁场的方向是磁性上可饱和的；以及其中在与饱和的第一和第二自由磁化的方向基本平行并且对应的方向上，第一和第二存储磁化是可转换的。

在一个实施例中，MRAM可以被进一步配置使得第一磁隧道结部分具有第一电阻面积乘积，所述第一电阻面积乘积与第二磁隧道结部分的第二电阻面积乘积基本相等，使得在写入操作期间，MRAM元件的磁阻比率保持基本不变。

本公开还涉及一种用于使用TA写入操作对MRAM元件写入的方法，包括：

在高温阈值处加热磁隧道结；

转换第一和第二存储磁化；以及

在临界温度以下冷却MRAM元件，以便在第一和第二存储磁化的被写入状态中冻结第一和第二存储磁化；其中所述第一和第二存储磁化在彼此基本平行的方向上基本上同时被转换。所述转换可以包括施加写入磁场，以便根据写入磁场的方向使第一和第二自由磁化在磁性上饱和；以及所述第一和第二存储磁化可以在彼此基本平行的方向上基本上同时被转换。

与包括仅一个势垒层的磁隧道结相比，具有包括第一和第二隧道势垒层的磁隧道结的公开的MRAM元件的配置考虑到了当磁隧道结在高温阈值被加热时减小施加在第一和第二隧道势垒层上的电压。因而可以有效地加热公开的MRAM元件的磁隧道结，同时最小化了隧道势垒层的击穿和老化的风险。

附图说明

借助于作为例子给出并且由图1示出的实施例的描述，本发明将被更好地理解，图1示出了根据实施例的随机存取存储器元件。

具体实施方式