CN1886801B - 用于在磁阻存储器件编程期间进行有源场补偿的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁阻存储元件(10)的阵列(20)。阵列(20)包括：用于施加电流或电压的装置，所述电流或电压用于在被选磁阻存储元件(10s)处产生编程磁场；用于测量被选磁阻存储元件(10s)附近的外部磁场的磁场传感器单元(50)；以及用于调整电流或电压的装置(52)，所述电流或电压用于在编程操作期间局部地补偿所测量到的外部磁场。本发明还提供一种相应的方法。

Description

用于在磁阻存储器件编程期间进行有源场补偿的方法和装置

本发明涉及一种在磁阻存储器件如MRAM器件的编程期间对存在的外部磁场提供补偿的方法和装置。

磁性或磁阻随机存取存储器(MRAM)目前被很多公司看作是闪速存储器的继承品。它有潜力来代替除最快的静态RAM(SRAM)存储器之外的所有RAM存储器。这就使得MRAM非常适合于作为片上***(SoC)的嵌入式存储器。它是一种非易失性存储器(NVM)器件，这意味着不需要能量来维持被存储的信息。这被看作是优于其他绝大多数类型的存储器的优点。MRAM存储器可以特别用于“移动”应用，例如智能卡、移动电话、PDA等。

MRAM概念最早是由美国Honeywell公司发展起来的，它使用磁性多层器件中的磁化方向作为信息存储，而得到的电阻差用于信息读取。至于所有存储器件，MRAM阵列中的每个存储元件必须能存储表示“1”或“0”的至少两个二元状态。

存在不同种类的磁阻(MR)效应，其中巨型磁阻(GMR)和隧道磁阻(TMR)目前是最重要的。GMR效应和TMR效应提供实现只添加(a.o.)非易失性磁性存储器的可能性。这些器件包括薄膜叠层，其中至少两层薄膜是铁磁体或亚铁磁体，并且由非磁性中间层分开。GMR是用于具有导体中间层的结构的磁阻，TMR是用于具有电介质中间层的结构的磁阻。如果将非常薄的导体设置在两个铁磁体或亚铁磁体膜之间，则当这些膜的磁化方向平行时，复合多层结构的有效平面(in-plane)电阻最小，当这些膜的磁化方向反平行时，有效平面电阻最大。如果将薄电介质中间层设置在两个铁磁体或亚铁磁体膜之间，则当这些膜的磁化方向平行时观察到它们之间的隧穿电流最大的(或因此电阻最小)，并且当这些膜的磁化方向反平行时它们之间的隧穿电流最小(或因此电阻最大)。

磁阻通常是作为上述结构从平行磁化状态变为反平行磁化状态时的电阻增加的百分比来进行测量的。TMR器件提供比GMR结构更高的百分比磁阻，因此具有用于更高信号和更高速度的潜力。与良好的GMR存储元件中的10-14％的磁阻相比，近来的结果表明隧穿提供40％以上的磁阻。

典型的MRAM器件包括多个磁阻存储元件10，其中一个显示在图1A和1B中，例如设置成阵列的磁性隧道结(MTJ)元件。磁阻存储元件10的阵列20显示在图2中。MTJ存储元件10一般包括多层结构，其包括固定或钉住的(pinned)硬磁性层11、自由层12、和在其间的电介质阻挡层13。磁性材料的固定层11具有总是指向相同方向的磁性矢量。自由层12用于信息存储。自由层12的磁性矢量是自由的，但是被限制在自由层12的易轴内，其主要由存储元件10的物理尺寸决定。自由层12的磁性矢量指向两个方向中的一个方向：与固定层11的磁化方向平行或反平行，所述固定层11的磁化方向与所述易轴一致。MRAM的基本原理是根据磁化方向将信息存储为二进制数据，例如“0”或“1”。这就是磁性数据是非易失性的，并且直到它受到磁场影响才会改变的原因。

通过施加磁场并由此将自由层12中的磁性材料磁化为两个可能存储状态中的一个来实现将数据存储或写到磁阻存储元件10中。当将MRAM元件10的多层结构的磁性膜11、12都磁化成相同的取向(平行)时，数据是两个二进制值中的一个，例如“0”，否则，如果将MRAM元件10的多层结构的磁性膜11、12都磁化成相反的取向(反平行)，则数据是另一个二进制值，例如“1”。通过使电流穿过在磁性结构外部的电流线(字线14、14a、14b、14c和位线15、15a、15b和15c)来产生磁场。应该指出的是，两个磁场分量用于在被选择的存储元件10s和其他未被选择的存储元件10之间进行区分。

读取数据是通过在施加磁场时检测磁性存储元件10中的电阻变化来实现的。利用以下事实：多层结构11、12、13的电阻根据取向是否是平行而变化，该***可以区分数据的两个二进制值，例如“0”或“1”。通过使电流穿过磁性结构外部的电流线(字线)，或者穿过磁性结构本身(经过位线15和检测线16)来产生读取所需的磁场。通过连接到通路21的串联晶体管17来进行被选存储元件10的读取，以避免流过其他存储元件10的寄生电流。

最普通的MRAM设计是1T1MTJ(每1个MTJ存储元件10有1个晶体管17)类型，如图1A和1B所示。包括多个存储元件10的存储阵列20包括垂直的位线15a、15b、15c和字线14a、14b、14c，它们分开构图成分别位于磁性隧道结(MTJ)存储元件10的下方和上方的两个金属层。位线15a、15b、15c与存储元件10的难轴平行，这在易轴上产生场，而字线14a、14b、14c另外在难轴上产生场。在有些设计中，这些关系可以是相反的，即，位线15可以产生难轴场，而字线14可以产生易轴场。通过经在被选存储元件10处相交的相应位线15b和字线14a同时施加电流脉冲来对被选存储元件10s进行写入。最终的场的方向与存储元件10s的自由层12的易轴成45°的角。以这个角度，自由层12的切换场是最小的，因此可以利用最小的电流进行写入。

MRAM元件的切换曲线可以用如图3所示的所谓星形曲线30、31来表示。星形曲线30、31对于不同的时间段明确分开切换和非切换事件。在MRAM阵列中，存储元件之间的统计学变化，例如尺寸变化，将导致磁性切换场的统计学变化，因此导致星形曲线的精确尺寸的变化。星形曲线30是示出未被选择的存储元件10的10年稳定性的曲线，而星形曲线31是示出被选择的存储元件10s的10ns脉冲写操作的所需磁场的曲线。也就是说，如果将磁场施加在星形曲线30、31内，则元件将不被切换并且保持它们的状态分别为10年、10ns，而如果前一状态是相反的则超过这些星形曲线的场可能在相应的时间帧期间切换元件。因此，只有当存在两个磁场分量时，才可以在不改变未被选择的存储元件10的情况下切换被选存储元件10s的位状态。

如果由电流线14、15产生的磁场的大小相同，则最终的磁场的方向相对于被选存储元件10s的自由层12的易轴成45°的角。以这个角度，自由层12的切换场最小，如图3中的星形曲线30、31所示，因此可以利用最小的电流进行写入。

一方面，被选位线15b和字线14a中的电流必须以如下方式进行选择：在与易轴形成45°时总的磁场远远超过被选存储元件10s的切换场，或者换言之，使得最终的场矢量32的末端处在这个方向上的星形曲线31上或其外部(参见图3)。另一方面，由被选位线15b产生的场的大小远远小于位于相同位线15b上的任何存储元件10的易轴方向EA上的切换场，以防止不希望的过写。而且，由被选字线14a产生的场的大小必须远远小于位于相同字线14a上的任何存储元件10的难轴方向HA上的切换场，以防止不希望的过写。也就是说，为了被选线之一上的其他元件的稳定性，两个分量必须位于星形曲线30内。

图3还示出了稳定的片上写场窗口(write field window)33，未考虑存储元件之间的统计学变化，即，如果通过经被选位线施加第一电流和经被选字线施加第二电流而获得的最终磁场矢量落入这种片上写场窗口33内，则如果前一状态是相反的状态，将切换被选存储元件10s的磁性状态，但是沿着被选字线或位线之一设置的未被选择的存储元件10不会切换状态。

MRAM元件的缺点是：有意或无意暴露在强磁场下将使它们受到损害。密度非常高的MRAM阵列20对磁场特别敏感，主要是因为极小的MRAM元件10需要相对较低的磁场用于读/写操作，其取决于自由层12中的磁性矢量的切换或检测。这些磁性矢量反过来容易受到这种外部磁场的影响，并且它们的磁性取向可能被这种外部磁场所改变。

如果在写操作期间存在额外的外部磁场，则应该调整写场窗口。作为简单的例子：如果存在沿易轴场分量只有10Oe的小的外部场，则应该以如下方式减少/增加电流：对于被选存储元件10s，在用于写“0”或“1”的适当电流线中产生较小/较大的场。在图3中，‘零外部磁场基准(reference)’(在本例中，沿着易轴)相对于原点应该位移10Oe。在更一般的情况下，任何平面外部场导致星形曲线相对于原点的移动，因为它与2-D场矢量的矢量和。

一种方案是对存储元件进行屏蔽保护使其不受任何外部场的影响。然而，屏蔽也有其限制，总是可以施加较高磁场，在数据层附近引起外部磁场。

因此本发明的目的是提供一种方法和装置，其中可以减小在对磁阻元件进行写或编程期间的外部磁场的屏蔽水平。

通过根据本发明的方法和装置来实现上述目的。

在一个方案中，本发明提供一种磁阻存储元件阵列。该阵列包括：

用于施加电流或电压的装置，所述电流或电压用于在被选磁阻存储元件处产生编程磁场，

用于测量被选磁阻存储元件附近的外部磁场的磁场传感器单元，以及

用于调整电流或电压以在编程操作期间局部地补偿所测量到的外部磁场的装置。

本发明的优点是：通过调整用于局部地补偿所测量到的外部磁场的电流或电压，对于某些磁阻应用，可以降低屏蔽水平。

磁场传感器单元优选为模拟传感器单元。该模拟磁场传感器单元可以是结构与磁阻存储元件相同的元件。这就很容易在磁阻元件阵列中实现，由此获得单片集成。于是不需要单独的掩模来制造磁场传感器单元。

该磁场传感器单元可以包括一个或多个磁场传感器。可以包括大量磁场传感器，作为例子，第一传感器用于测量外部磁场的x分量，而第二传感器用于测量其y分量。

用于施加电流或电压的装置可以包括至少一条电流线和用于使电流流过该至少一条电流线的装置。

磁场传感器单元可以适合于产生表示测量到的外部磁场的输出信号。

用于调整电流或电压的装置可以包括用于强制补偿电流流过所述至少一条电流线的补偿电路。所述至少一条电流线可以包括具有垂直的两组电流线的结构，所述两组电流线用于传输施加典型写场所需的写电流以及补偿电流。或者，可以为补偿电流中的至少一个添加一个或两个方向上的额外电流线，从而使这些补偿电流不流过用于产生存储元件的磁性写场的电流线。这可能不是理想的情况，并且只有当例如由于电迁移而使电流线中的电流受到限制时才是相关的。

补偿电路还可以在磁场传感器单元处施加补偿磁场。如果传感器相对于电流线的几何形状类似于存储元件的几何形状，则可以以相同的方式将施加在磁场传感器单元处的补偿磁场施加到存储元件。例如，如果通过使电流流过电流线来施加补偿磁场，则可以将馈送给电流线以便产生影响传感器的磁场的电流馈送给阵列的电流线以便在该阵列中产生补偿磁场。

与磁阻存储元件相比，磁场传感器单元可能对磁场更敏感。

在第二方案中，本发明提供一种用于在磁性存储元件编程期间补偿外部磁场存在的方法，通过向磁性存储元件施加用于产生编程磁场的电流或电压来进行编程。该方法包括：

测量磁性存储元件附近的外部磁场，并且

通过调整用于产生编程磁场的电流或电压，在编程操作期间，局部地补偿外部磁场。

施加电流或电压可以包括使电流流过至少一条电流线。调整电流或电压可以包括使电流流过至少一条电流线，该电流不同于当不存在外部磁场以便产生相同的编程磁场时流过所述至少一条电流线的电流。

通过下面结合附图进行的详细说明，本发明的这些和其他特性、特征和优点将变得显而易见，其中附图通过举例示出了本发明的原理。本说明书只是举例而已，并不限制本发明的范围。下面引用的参考图是指附图。

图1A示出MRAM写原理，而图1B示出MRAM读原理。

图2是公知的1T1MTJ MRAM设计的透视图，其包括多个存储元件以及垂直的位线和字线。磁性隧道结(MTJ)位于位线和字线的相交区域中。MTJ的底部电极利用通路连接到选择晶体管，在读取存储元件时使用该选择晶体管。

图3示出星形曲线，其表示用于在MRAM中进行耐用写操作从而导致稳定的写场窗口的标准。

图4示出由于外部场H所引起的星形曲线和写场窗口(三角形)的移动。

图5示意性地示出根据本发明实施例的用于电流调整的***。在补偿场电路中使用来自磁场传感器的输入，该补偿场电路实际上可以是产生补偿电流曲线的零场反馈***。

图6A和6B示出可以被补偿的场的示意图。

在不同的附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

下面将参照某些附图和针对具体实施例来对本发明进行说明，但是本发明不限于此，本发明的范围只由权利要求来限定。所述的附图只是示意性的而非限制性的。在附图中，为了直观的目的，一些元件的尺寸可能被放大而不是按比例绘制的。在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”，但并不排除其他元件或步骤。在单数名词前使用不定冠词或定冠词，例如“一个”或“该”，这包括该名词的复数形式，除非有特别说明。

此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二等用于区分相同元件，并不是必须用来描述次序或顺序。还应该理解的是，如此使用的术语在适当的情况下可以互换，并且这里所述的本发明的实施例能够以这里所述或所示以外的其他次序进行操作。

而且，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、之上、之下等用于说明目的，并不是必须用来描述相关位置。应该理解的是如此使用的术语在适当情况下可以互换，并且这里所述的本发明的实施例能够在这里所述或所示以外的其他方向上进行操作。

本发明提供一种在对磁性存储阵列20中的被选磁阻存储元件10s进行写操作期间的局部有源场补偿。根据本发明，将磁场传感器50或传感器单元加到MRAM阵列20，并且其输出51用于在写操作期间调整电流值，以便能补偿潜在的外部磁场。这种方式，在写操作期间使用的电流值跟随由于外部磁场而移动的稳定写场区域。

图4示出外部磁场对典型磁性存储元件10的星形切换曲线30、31的影响。如果不存在外部磁场，则星形曲线30、31是用于存储元件10的星形曲线。在磁场H的影响下，在本例中，假设与易轴成45度，星形曲线30、31在与外部磁场H的方向相反的方向上朝向星形曲线40、41移动。而且稳定的片上写场窗口33在相同方向上朝向稳定的片上写场窗口42移动。这里以及稍后在说明书与权利要求书中使用术语“片上写场窗口”来区分外部施加的磁场和在写操作期间在芯片上产生的磁场。该术语用来指出其处理由例如流过字线和位线的片上电流产生的磁场。应该指出的是，在所示的所有星形曲线上，轴表示沿着易轴EA和难轴HA的片上写场，或者产生EA和HA场的电流。这不同于存在的总磁场，所述总磁场是外部施加的磁场和片上产生的磁场的总和。

根据本发明的方案，提供磁场传感器50来测量存储阵列20的邻域中的磁场。该磁场优选是与存储阵列相邻或接近的磁场局部。应该注意的是，对于有源场补偿来说，模拟传感器是优选的。可以用各种方式直接或间接地测量存储阵列20附近的磁场。

磁场传感器50可以是可以加到包括磁阻存储元件10的电路，例如加到MRAM IC的任何类型的磁性传感器。优选地，将磁场传感器50集成到磁阻存储阵列20中。磁场传感器50例如可以是Hall传感器，它是检测磁场强度并产生随着该强度而变化的电压的固态半导体传感器。

然而，在包括MRAM元件10的磁阻存储阵列20的情况下，使用具有与阵列20中的MRAM元件10相同的叠置组成的磁性隧道结作为磁场传感器50是有利的。此外，MRAM元件10本身或不用作存储元件的附加MRAM元件可以用作磁场传感器50，以监测局部外部干扰场。

由于MRAM元件的双稳态磁化结构，它们对于小场不是特别敏感。它们一明显受到场的影响，就存在含有数据的MRAM元件已经被干扰场影响的风险。因此，希望使用与存储阵列20的MRAM元件10本身相比对磁场强度更敏感的磁场传感器50。优选地，该传感器包括与在MRAM元件中使用的材料叠层相同的材料叠层。调整传感器使其对磁场更敏感，这可以通过例如使用不同形状的磁场元件来实现。例如，较低的纵横比意味着该器件更灵敏，或者使用不同取向的较大尺寸也意味着它更灵敏。在本发明的实施例中，将用作传感器的一个或多个MRAM元件相对于存储阵列20中的正常MRAM元件10旋转一个角度，例如90度，而通常通过交换偏置确定的固定层11的磁化方向是相同的。在这种所谓的交叉各向异性几何形状中，形状的各向异性导致自由层12的方向将与固定层11的方向成90度角，这是磁性隧道结的工作曲线上的最灵敏点。

可以想出将传感器与MRAM芯片集成在一起的不同类型，并且下面将在一定程度上进行说明：

(1)如上所述，第一种方法是将传感器集成在MRAM芯片上-单片集成。因此，该传感器将非常接近存储阵列改变，并且可能以某种方式被包含在存储阵列本身中。该传感器还可以位于芯片的角部。

(2)第二种方法是所谓的混合方式。传感器不再位于MRAM芯片本身上，或者更好地是一块基板，例如硅，在其上设置MRAM，例如较大***或SoC(片上***)内的嵌入式MRAM(e-MRAM)，。由于执行不同功能的高成本，特别是在传感器区域中，所以存在向“水平”集成或***级封装发展的趋势，其中不同的管芯组合到单一封装中。这里有人建议将两个芯片组合在一个封装中，即包括MRAM器件的第一芯片和其上设置磁性传感器的第二芯片。

(3)最后一种方法是两种简单地使用也分开封装的两种不同芯片。这样做的一种原因是MRAM芯片需要高水平的屏蔽，这是传感器所不需要的。于是需要MRAM芯片上的一个或多个额外的管脚来送入传感器信号。

在所有上述集成类型中，磁场传感器输出51用作代表局部、外部磁场的直接信号。对于可靠的写操作，在写操作期间将局部地补偿外部磁场。例如，可以当存在外部磁场时调整在写操作期间使用的电流。

本发明提供一种补偿场电路52，其根据磁场传感器输出51，特别是模拟传感器输出来调整电流。应该注意的是，磁场传感器50或传感器单元优选提供MRAM阵列20附近的磁场的2D表示。磁场传感器50与阵列之间的距离使得能够测量存在于MRAM阵列中的场。由于主要是涉及远磁场，所以长度范围适中。如上所述，根据集成水平，可以使用不同距离。在片上实现方式中，磁场传感器50优选尽可能靠近MRAM阵列，或者当不被屏蔽时，可以达到1cm的距离。对于单一封装中的混合实施方式，距离将在1cm的数量级上，并且对于不同封装，应该使传感器和MRAM紧靠在一起，例如彼此相邻，或者将传感器设置在MRAM芯片的顶部。

2D表示优选是定量的。仅仅作为例子，针对沿着45度方向施加的负外部磁场，在图4中示出了外部磁场对星形曲线的影响以及所需的写场窗口。事实上，必须将其他电流施加到字线14和位线15，以便操纵数据位。如此调整电流值，使得写操作所需的片上写场窗口42与所测量到的外部场一起移动，如图4所示。

在本发明的第一实施例中，磁场传感器输出51直接用作补偿场电路52的输出，所述补偿场电路52用来产生用于位和字场，即易轴场和难轴场的补偿电流(I_{comp_b}和I_{comp_w})，如图5所示。产生所示的两个电流。补偿场电路52读出磁场传感器单元的输出51(模拟-电压或电流)，所述磁场传感器单元可以包括一个或多个磁场传感器50。作为例子，两个传感器或传感器桥可以用于分别测量两个场分量。然后通过补偿场电路52将磁场传感器输出51转化为所需的补偿电流。补偿场电路52包括模拟放大电路，要么是电压-电流转换器，要么是电流-电流转换器。还可以将补偿场电路52做成能够补偿温度变化，该温度变化可能影响磁场传感器50的输出，但是也可能影响写操作期间需要的所需电流。因此，可以包括用于温度补偿的双重算法(two-fold algorithm)，其组合对(1)磁性存储元件的切换和对(2)传感器输出的温度影响。在测试MRAM芯片期间，必须与磁场传感器50一起校正补偿场电路52。

电流源I_{comp_b}和I_{comp_w}可以是双极性的，并且理想地能针对任何外部场或针对可能外部场的范围进行校正。有效场范围将取决于特定的MRAM设计、以及其元件的几何形状和尺寸。下面将给出例子。

然而，应该指出的是，对于存在的某些外部磁场，写入所需的电流可能在某些情况下几乎加倍，这可能牵涉存储器结构中可能的最高电流值，例如关于电迁移限制。而且，补偿超过最高值的场在理论上对于被选存储元件10s是可能的，但是因为不能再保证其他存储元件的保持，所以是不现实的。对于太小的场，可以决定不进行任何电流调整，因为外部场落入写场裕度内。对于当前技术发展水平的MRAM，几个Oe，例如3到5Oe的场不会损害MRAM写操作，因此不必补偿。

下面，一个例子包括没进行补偿和进行补偿的所有场。必须区分三种存储元件：

(1)被选存储元件10s，写操作应该对该被选存储元件10s有其所希望的效果(＝切换)，

(2)共享被选存储元件10s的一条电流线并且暴露在半选择下的未被选择的存储元件10，以及

(3)其他未被选择的存储元件10。

对于数据保持和可靠写入的不同要求如下：被选存储元件10s必须在10ns内被切换，并且未被选择的存储元件即使在暴露于半选择时也必须具有10年的稳定性。而且，未被选择的存储元件同样必须具有10年的数据保持(在不存在半选择场的情况下)。

当不进行磁场补偿时，不同的存储元件10将检测下列场。应该注意的是，写场用标记H_W(H_Wx，H_Wy)表示，外部干扰场用ΔH(ΔH_x，ΔH_y)表示。被选存储元件10s暴露于总场(H_Wx+ΔH_x，H_Wy+ΔH_y)，共享被选存储元件10s的一条电流线的未被选择的存储元件10暴露于(H_Wx+ΔH_x，ΔH_y)或(ΔH_x，H_Wy+ΔH_y)，并且其他未被选择的存储元件10暴露于(ΔH_x，ΔH_y)。也就是说，只要外部干扰场足够小，例如在任何方向上小于5Oe，对被选存储元件10s进行的写操作就将保持成功(仍然在图3和图4中的写场窗口33内)。共享被选存储元件10s的一条电流线的未被选择的存储元件10的稳定性将较小，但是当场不是不断地存在时，稳定性将很可能足以保证数据保持。如果在某一应用中外部场ΔH连续存在，例如由于接近传输实质上的dc电流的布线，则可以以写电流的初始校准(作为时间函数的“恒定”补偿电流)的形式或者通过存储元件本身的再设计来采取不同措施，以补偿由外部场造成的不对称。其他未被选择的存储元件10的数据保持不是问题，这是因为对于更高的场也能保证稳定性(图3中的内部星形曲线30)。

当进行外部磁场ΔH的补偿时，根据本发明，则调整电流线中的电流，使得被选存储元件10s暴露于H_W(H_Wx，H_Wy)，因此补偿电流I_{comp_b}和I_{comp_w}在被选存储元件10s的位置上产生磁场H_C(H_Cx，H_Cy)，其等于-ΔH。被选存储元件10s所暴露在其下的场的总矢量和为(H_Wx+ΔH_x+H_Cx，H_Wy+ΔH_y+H_Cy)。因而，与被选存储元件10s共享电流线的未被选择的存储元件10暴露于(H_Wx+ΔH_x+H_Cx，ΔH_y)＝(H_Wx，ΔH_y)，或(ΔH_x，H_Wy+ΔH_y+H_Cy)＝(ΔH_x，H_Wy)，并且其他未被选择的存储元件保持暴露于(ΔH_x，ΔH_y)。应该注意的是，对于被选存储元件10s完成了补偿，但是对于与被选存储元件10s共享电流线的未被选择的存储元件10只补偿了一个场分量，并且对于其他未被选择的存储元件10并未进行补偿。于是补偿方案受限于与被选存储元件10s共享电流线的未被选择的存储元件10和其他未被选择的存储元件的稳定性要求，而且受限于可以在至存储阵列的电流线中产生的最大电流。由于电迁移，最大补偿电流将受到限制。应该注意的是，如果总电流由于电迁移而受到限制，则可以在不同平面中添加额外的电流线(组)。由于额外掩模的成本，因此这不是理想的但是是可能的。

在图6A和6B的几何结构中，示出符合与被选存储元件10s共享电流线的未被选择的存储元件10的稳定性要求的磁场。箭头32表示被选存储元件10s所需的写场，针对外部场对其进行补偿。只要(H_Wx，ΔH_y)或(ΔH_x，H_Wy)位于10年稳定性区域(星形曲线30)内，就可以保证与被选存储元件10s共享电流线的未被选择的存储元件10的稳定性。在图6A中，将由箭头32表示的写场分解为其两个分量60、61，并且外部干扰磁场的x和y分量ΔH_x和ΔH_y的最大允许范围用正方形62表示。可以补偿在正方形62内的所有干扰外部磁场(ΔH_x，ΔH_y)。

对于大多数应用，外部干扰场(ΔH_x，ΔH_y)将是随机的，并只在短时间内。因此，图6A和6B中的正方形62可以增加到较大的场，因为在“偶发事件”的情况下“较高”半选择场的稳定性所需的时间是较短的。期望可以补偿高达几十Oe，例如高达40Oe的场，通常高达写入所需磁场的大约一半(参见图6A和B中的几何结构)。也就是说，写电流范围将由于典型的写电流值例如8mA电流的50％和150％之间的补偿部分而改变，其中需要所述8mA电流在零外部磁场下产生磁场分量中的一个分量，并且包括补偿的总电流可以大约从4mA变化到12mA，这取决于外部磁场的方向和强度。

在第二实施例中，磁场传感器输出51可以是直接反馈回路53的一部分，所述直接反馈回路53使用沿易轴EA和难轴HA都趋于零的磁场来产生所需的补偿电流，例如I_{comp_b}、I_{comp_w}。通过产生补偿磁场传感器50中的外部磁场的磁场，这种有效分量强制磁场传感器50保持在它们的零状态。至于MRAM元件，磁场的产生是使用在磁场传感器50之下和/或其顶部上的电流线14、15进行的。在一个方案中，传感器的几何形状类似于存储元件10的几何形状，并且补偿电流还直接馈送到MRAM阵列20中。在图5中，这由虚线的反馈回路53示意性地示出。该实施例可以集成为连续的反馈回路(按时间)。

应该注意的是，这个第二实施例只处理了具有内部反馈回路的传感器。例如，通过确保反馈回路中的场产生与存储阵列20中的磁场产生相同，可以将反馈回路中的电流“镜像”到由补偿电路52所需的电流上。因此，传感器和存储元件相对于电流线的位置、以及相应电流线的几何形状优选是相同的。

应该理解的是，尽管这里已经针对根据本发明的器件讨论了优选实施例、特定结构和构造以及材料，但是在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以在形式上和细节上进行各种改变和修改。

Claims (11)

1.一种磁阻存储元件(10)的阵列(20)，包括：

用于施加电流或电压以在被选磁阻存储元件(10s)处产生编程磁场的源，

用于测量所述被选磁阻存储元件(10s)附近的外部磁场的磁场传感器单元(50)，所述磁场传感器单元的灵敏度被设置得高于磁阻存储元件的灵敏度，以及

用于调整所述电流或电压以在编程操作期间局部地补偿所测量到的外部磁场的补偿电路(52)。

2.根据权利要求1所述的阵列，其中所述磁场传感器单元(50)是模拟传感器单元。

3.根据权利要求1所述的阵列，其中所述磁场传感器单元包括多个磁场传感器(50)。

4.根据权利要求1所述的阵列(20)，其中所述用于施加电流或电压以在被选磁阻存储元件(10s)处产生编程磁场的源包括至少一条电流线(14、15)和用于使电流(I_bit，I_word)流过所述至少一条电流线的装置。

5.根据权利要求1所述的阵列(20)，其中所述磁场传感器单元(50)适于产生表示测量到的所述外部磁场的输出信号(51)。

6.根据权利要求4所述的阵列(20)，其中所述用于调整所述电流或电压以在编程操作期间局部地补偿所测量到的外部磁场的补偿电路(52)包括用于强制补偿电流(I_{comp_b}和I_{comp_w})流过所述至少一条电流线(14、15)的补偿电路。

7.根据权利要求6所述的阵列(20)，其中所述补偿电路还在所述磁场传感器单元(50)处施加补偿磁场。

8.根据权利要求2所述的阵列(20)，其中所述模拟磁场传感器单元(50)是与所述磁阻存储元件(10)结构相同的元件。

9.一种用于在磁性存储元件(10)编程期间补偿外部磁场存在的方法，通过向所述磁性存储元件(10)施加用于产生编程磁场的电流(I_bit，I_word)或电压来进行所述编程，该方法包括：

使用灵敏度被设置得高于磁阻存储元件的灵敏度的磁场传感器单元来测量所述磁性存储元件(10)附近的所述外部磁场，并且

通过调整用于产生所述编程磁场的所述电流(I_bit，I_word)或电压，在所述编程操作期间，局部地补偿所述外部磁场。

10.根据权利要求9所述的方法，其中施加电流或电压包括使电流(I_bit，I_word)流过至少一条电流线(14、15)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中调整所述电流或电压包括使电流(I_bit+I_{comp_b}，I_word+I_{comp_w})流过所述至少一条电流线(14、15)，该电流(I_bit+I_{comp_b}，I_word+I_{comp_w})不同于当不存在外部磁场以便产生相同编程磁场时流过所述至少一条电流线(14、15)的电流(I_bit，I_word)以便产生相同的编程磁场。

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