DE10303728A1 - In-Ebene-Toroidspeicherzelle mit vertikal gestuften Leitern - Google Patents

In-Ebene-Toroidspeicherzelle mit vertikal gestuften Leitern

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DE10303728A1
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Manoj K Bhattacharyya
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Abstract

Eine magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung verwendet toroidartige Magnetspeicherzellen. Eine axiale Öffnung erstreckt sich durch jede der Speicherzellen und ist allgemein entlang einer ersten Achse ausgerichtet. Ein erster Leiter und ein zweiter Leiter bewegen sich durch die axiale Öffnung von jeder Speicherzelle und sind allgemein mit der ersten Achse ausgerichtet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf MRAM- Vorrichtungen (MRAM = Magnetic Random Access Memory = magnetischer Direktzugriffsspeicher) und spezieller auf eine magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung, die Speicherzellen mit einer Toroidform verwendet.
  • Eine MRAM-Vorrichtung umfaßt ein Array von Speicherzellen. Die typische magnetische Speicherzelle umfaßt eine Schicht aus einem Magnetfilm, in dem die Magnetisierung veränderbar ist, und eine Schicht aus einem Magnetfilm, in dem die Magnetisierung in eine spezielle Richtung festgelegt oder "definiert" ist. Der Magnetfilm mit der veränderbaren Magnetisierung kann als eine Datenspeicherungsschicht oder Erfassungsschicht bezeichnet werden, und der Magnetfilm, der definiert ist, kann als eine Referenzschicht bezeichnet werden.
  • Leitfähige Bahnen (die allgemein als Wortlinien und Bitlinien bezeichnet werden) werden über das Array von Speicherzellen geroutet. Die Wortlinien erstrecken sich entlang von Reihen von Speicherzellen, und die Bitlinien erstrecken sich entlang von Spalten von Speicherzellen. Weil die Wortlinien und Bitlinien in Kombination operieren, um die Ausrichtung der Magnetisierung der ausgewählten Speicherzelle zu schalten (d. h. um die Speicherzelle zu schreiben), können die Wortlinien und die Bitlinien zusammen als Schreiblinien bezeichnet werden. Zusätzlich können die Schreiblinien auch verwendet werden, um die logischen Werte, die in der Speicherzelle gespeichert sind, zu lesen.
  • An jedem Schnittpunkt einer Wortlinie und einer Bitlinie ist eine Speicherzelle angeordnet. Jede Speicherzelle speichert ein Bit von Informationen als eine Orientierung einer Magnetisierung. Die externen Magnetfelder werden angelegt, um die Ausrichtung der Magnetisierung der Datenspeicherungsschicht bezüglich der Ausrichtung der Magnetisierung in der Referenzschicht, abhängig vom gewünschten logischen Zustand (d. h. "1" oder "0"), umzudrehen.
  • Die Ausrichtung der Magnetisierung von jeder Speicherzelle nimmt zu einem beliebigen Zeitpunkt eine von zwei stabilen Ausrichtungen an. Diese zwei stabilen Ausrichtungen stellen die logischen Werte von "1" und "0" dar. Die Ausrichtung der Magnetisierung einer ausgewählten Speicherzelle kann durch Liefern eines Stroms an eine Wortlinie und eine Bitlinie, die sich an der ausgewählten Speicherzelle schneiden, verändert werden. Die Ströme erzeugen Magnetfelder die, in Kombination, die Ausrichtung der Magnetisierung (und daher den logischen Wert) der ausgewählten Speicherzelle schalten können. Da keine elektrische Leistung notwendig ist, um den Speicherzustand der Vorrichtung beizubehalten, sind die MRAMs nicht flüchtig.
  • Eine ausgewählte magnetische Speicherzelle wird üblicherweise geschrieben, indem elektrische Ströme an die speziellen Wort- und Bitlinien, die die ausgewählte magnetische Speicherzelle schneiden, angelegt werden. Die elektrischen Ströme erzeugen ein entsprechendes Magnetfeld (ein "Schreibfeld") über die mit Energie versorgten Wort- und Bit-Linien. Vorzugsweise empfängt nur die ausgewählte magnetische Speicherzelle sowohl das Wortlinien- als auch die Bitlinien-Schreibfelder. Andere Speicherzellen, die mit der speziellen Wortlinie gekoppelt sind, empfangen vorzugsweise nur das Wortlinien-Schreibfeld. Andere magnetische Speicherzellen, die mit der Bitlinie gekoppelt sind, empfangen vorzugsweise nur das Bitlinien-Schreibfeld.
  • Die Größen der Wortlinien- und Bitlinien-Schreibfelder werden üblicherweise ausgewählt, um hoch genug zu sein, so daß die ausgewählte magnetische Speicherzelle ihren logischen Zustand schaltet, wenn sie von beiden Feldern abhängig ist, jedoch um niedrig genug zu sein, so daß die anderen magnetischen Speicherzellen, die nur von einem einzelnen Schreibfeld abhängig sind (entweder von der Wortlinie oder der Bitlinie), nicht schalten. Das unerwünschte Schalten einer magnetischen Speicherzelle, die nur ein Schreibfeld empfängt, wird üblicherweise als "Halbauswahl"- Schalten bezeichnet.
  • Bei MRAM-Konzepten mit Speicherzellen mit anderen Formen als einer Toroidform (z. B. rechteckige Formen) ist das magnetische Moment in der Speicherzelle linear ausgerichtet. Das vorwiegende Problem der linearen Magnetisierungsausrichtungen ist das Streufeld (außerhalb der magnetischen Elemente der Speicherzelle) und das Demagnetisierungsfeld (innerhalb der magnetischen Elemente der Speicherzelle), die von den magnetischen Polen, die am Ende der Speicherzelle gebildet sind, erzeugt werden. Wenn die Enden der magnetischen Elemente flach sind, kann das starke Demagnetisierungsfeld die Bildung von komplizierten Kantenbereichen bewirken und dadurch bewirken, daß die Schaltschwellen des magnetischen Moments in nicht steuerbarer Weise fluktuieren. Daher sind die Enden der Speicherzellen in der Praxis vorzugsweise zu scharfen Spitzen verjüngt, um die Kantenbereiche aufzuheben oder zu verringern.
  • Die Präferenz von scharfen Enden in den Speicherzellen kann es zwingend machen, daß die Größe der Speicherzelle viel größer ist als die kritische Abmessung der Herstellungstechnologie, die angewendet wird, um die Vorrichtung herzustellen. Die von Element zu Element auftretenden Formenabweichungen der verjüngten Enden (wie z. B. aufgrund einer Verarbeitungsprozeßabweichung) könnten Abweichungen des Schaltfelds ergeben, wodurch die Fähigkeit der Speicherzelle vermindert wird. Zusätzlich können selbst verjüngte Enden ein magnetisches Streufeld erzeugen, das benachbarte Speicherzellen in einem Array stören könnte, wodurch die Packdichte der Speicherzellen eingeschränkt wird.
  • Das Speicherelement in der MRAM-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein toroidförmiger Stapel mit einer Erfassungsschicht und einer mehr definierten Referenzschicht, die durch einen Isolator getrennt ist. Die toroidförmigen Speicherelemente sind seit längerem bekannt und bieten mehrere Vorteile. Der Zirkularmagnetisierungsmodus der toroidförmigen Speicherzelle liefert eine stabile magnetische Konfiguration, die keine Streufelder und keine Demagnetisierung erzeugt. Daher weist die toroidförmige Speicherzelle dahingehend einen Vorteil auf, daß sie in höheren Dichten in einem Array plaziert werden kann und in einer Größe hergestellt werden kann, die den kritischen Abmessungen, die für die Fertigungstechnik zulässig sind, näher ist.
  • Die Toroidform der Speicherzelle führt zu einer Zirkularausrichtung der Magnetisierung, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Die Magnetisierungsausrichtung der Erfassungsschicht der Speicherzelle kann entweder von der Uhrzeigersinnrichtung zur Gegen-den- Uhrzeigersinnrichtung oder umgekehrt geschaltet werden. Ein Stromimpuls in einem Leiter, der sich über oder unter der Speicherzelle erstreckt, erzeugt ein radiales Magnetfeld, wodurch die Magnetisierung in der Erfassungsschicht in die radiale Richtung gedreht wird. Ein Stromimpuls in einem Leiter, der sich durch die axiale Öffnung der toroidförmigen Erfassungsschicht erstreckt, erzeugt ein winkelmäßiges (oder rundes) Magnetfeld, wobei die Magnetisierung in die neue Zirkularausrichtung geschaltet wird. Wenn die Magnetisierungsausrichtungen der definierten Schicht und der Erfassungsschicht der Speicherzelle die gleiche Richtungsausrichtung aufweisen, ist der Widerstand der Speicherzelle niedrig (beispielsweise einer logischen "1" entsprechend). Wenn die definierte Schicht und die Erfassungsschicht Magnetisierungsausrichtungen in entgegengesetzten Richtungen aufweisen, ist der Widerstand der Speicherzelle hoch (z. B. einer logischen "0" entsprechend).
  • Obwohl die toroidartigen Speicherzellen gegenüber den linear ausgerichteten Speicherzellen Vorteile bieten, wie vorstehend erörtert wurde, ist es immer noch wünschenswert, den Leistungsverbrauch in der MRAM-Vorrichtung unter Verwendung von toroidartigen Speicherzellen zu verringern, indem die Größe der Schreibströme verringert wird, die zum Drehen der Ausrichtung der Magnetisierung der Datenspeicherungsschicht während der Schreiboperationen an die Speicherzelle notwendig sind. Zum Beispiel kann eine reduzierte Leistung eine Reduktion der Abwärme zur Folge haben, die durch die elektronischen Vorrichtungen, die die MRAM- Vorrichtung beinhalten, erzeugt wird. Außerdem ist für tragbare Vorrichtungen wünschenswert, den Leistungsverbrauch zu verringern, um die Batterielebensdauer zu verlängern.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine In- Ebene-Toroidspeicherzelle mit reduziertem Leistungsverbrauch und ein Verfahren zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs eines Magnetspeichers zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Speichervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 9 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung ist eine magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung, die toroidartige magnetische Speicherzellen verwendet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die magnetische Speicherzelle eine Datenspeicherungsschicht und eine Referenzschicht. Eine axiale Öffnung erstreckt sich durch die Speicherzellen und ist allgemein entlang einer ersten Achse ausgerichtet. Ein erster Leiter und ein zweiter Leiter bewegen sich durch die axiale Öffnung der Speicherzelle und sind allgemein mit der ersten Achse ausgerichtet.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Draufsicht einer MRAM-Vorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
  • Fig. 2 einen Aufriß, der entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 genommen wurde,
  • Fig. 3 einen Aufriß, der entlang der Linie 3-3 von Fig. 1 genommen wurde,
  • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer toroidartigen Speicherzelle, die bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
  • Fig. 5a und 5b Seitenansichten einer toroidartigen Speicher- zelle, die alterierende Magnetisierungsausrichtungen der aktiven Magnetfilme und der Referenzmagnetfilme zeigen,
  • Fig. 6 eine deutlich vergrößerte perspektivische Ansicht von einer der Speicherzellen und einem Paar von Leitern in Fig. 1,
  • Fig. 7 die Beziehung zwischen den Magnetfeldern H1 und H2 und den Schaltcharakteristika der Datenspeicherungsschicht einer magnetischen Speicherzelle.
  • In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen spezifische Ausführungsbeispiele, in denen die Erfindung praktiziert werden kann, mittels einer Darstellung gezeigt sind. Es wird darauf hingewiesen, daß andere Ausführungsbeispiele verwendet oder strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgende ausführliche Beschreibung soll daher nicht als Einschränkung aufgefaßt werden, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert.
  • Fig. 1, 2 und 3 zeigen Draufsichten bzw. Seitenaufrisse von einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen MRAM- Vorrichtung, die toroidartige In-Ebene-Speicherzellen mit vertikal gestuften Leitern verwendet. Bei den Beispielen von Fig. 1 bis 3 umfaßt die MRAM-Vorrichtung 10 ein Array von toroidartigen Speicherzellen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i (die hierin kollektiv als Speicherzellen 12 bezeichnet werden). Es wird darauf hingewiesen, daß eine beliebige Anzahl von Speicherzellen in dem Array der MRAM- Vorrichtung 10 vorhanden sein könnte und daß die Fig. 1, 2 und 3 lediglich exemplarischen Charakter haben. Die MRAM- Vorrichtung 10 umfaßt auch ein Array von Wortleitern 14a, 14b, 14c und von Bit-Leitern 16a, 16b, 16c (die hierin zusammen als Wortleiter 14 bzw. Bit-Leiter 16 bezeichnet werden), die einen Lese- und Schreibzugriff auf die magnetischen Speicherzellen 12 ermöglichen.
  • In Fig. 1, 2 und 3 ist ebenfalls ein Satz von x-y-z-Achsen gezeigt, die bei der Beschreibung der relativen Ausrichtungen der Wort-Leiter 14 und der Bit-Leiter 16 zu den magnetischen Speicherzellen 12 und der relativen Ausrichtungen der Magnetfelder, die an die magnetischen Speicherzellen 12 während der Schreib-Operationen angelegt sind, nützlich sind.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt jede toroidartige Magnetspeicherzelle 12 einen Magnetfilm, der als eine Datenspeicherungsschicht 18 funktioniert, einen Magnetfilm, der als eine Referenzschicht 20 funktioniert, und eine Tunnelbarriere 22 zwischen der Datenspeicherungsschicht 18 und der Referenzschicht 20.
  • Eine axiale Öffnung 24 erstreckt sich durch die Datenspeicherungsschicht 18, die Referenzschicht 20 und die Tunnelbarriere 22. Die axiale Öffnung 24 ist allgemein mit der z- Achse ausgerichtet.
  • Die Ausrichtung der Magnetisierung in der Datenspeicherungsschicht 18 ist nicht festgelegt und kann zwei stabile Ausrichtungen, wie durch den Pfeil M1 gezeigt sind, annehmen. Andererseits weist die Referenzschicht 20 eine definierte oder festgelegte Ausrichtung der Magnetisierung auf, wie durch den Pfeil M2 gezeigt ist. Die Datenspeicherungsschicht 18 rotiert ihre Ausrichtung der Magnetisierung ansprechend auf die elektrischen Ströme, die an die Wort- Leiter 14 und Bit-Leiter 16 während einer Schreiboperation an die Speicherzellen 12 angelegt sind. Ein erster logischer Zustand des Daten-Bits, das in der Speicherzelle 12 gespeichert ist, wird angezeigt, wenn M1 und M2 in die gleiche Richtung ausgerichtet sind, wie in Fig. 5a dargestellt ist. Wenn z. B. M1 und M2 parallel sind, wird ein logischer Zustand "1" in den Speicherzellen 12 gespeichert. Umgekehrt wird ein zweiter logischer Zustand angezeigt, wenn M1 und M2 in die entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet sind, wie in Fig. 5b dargestellt ist. Wenn M1 und M2 in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet sind, wird ein logischer Zustand "0" in der Speicherzelle 12 gespeichert.
  • Der Aufbau der magnetischen Speicherzellen 12, der vorstehend beschrieben ist, kann dahingehend als eine Spin- Tunnelvorrichtung bezeichnet werden, daß eine elektrische Ladung während Leseoperationen durch die Tunnelbarriere 22 migriert. Diese elektrische Ladungsmigration durch die Tunnelbarriere 22 ist in einem Phänomen begründet, das als Spintunneln bekannt ist und auftritt, wenn eine Lesespannung an die magnetischen Speicherzellen 12 angelegt wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine GMR- Struktur (GMR = Giant Magnetoresistive = enorm magnetoresistiv) in den magnetischen Speicherzellen 12 verwendet werden.
  • Wie in den Fig. 1 bis 3 zu sehen ist, sind die Wortleiter 14 so gebildet, daß ihre allgemeine Richtung der Ausrichtung im wesentlichen mit der x-Achse ausgerichtet ist, während die Bit-Leiter 16 so gebildet sind, daß sie die allgemeine Richtung der Ausrichtung im wesentlichen mit der y-Achse ausgerichtet ist. Daher erstrecken sich die Wort- Leiter 14 und Bit-Leiter 16 allgemein in orthogonale Richtungen. Zusätzlich sind die Wort-Leiter 14 und die Bit- Leiter 16 jeweils so gebildet, daß sie einen "gestuften" Abschnitt 25 aufweisen, der sich durch die axiale Öffnung 24 der magnetischen Speicherzellen 12 erstreckt. Wie in Fig. 2 und 3 am besten dargestellt ist, weisen die Wort- Leiter 14 und Bit-Leiter 16 daher eine vertikal gestufte Konstruktion auf (d. h. sie sind in die z-Richtung gestuft), während sie sich in die x- bzw. y-Richtung erstrecken. Bei den gestuften Abschnitten 25 erstrecken sich sowohl die Wort-Leiter 14 als auch die Bit-Leiter 16 entlang der z-Achse und verlaufen im wesentlichen parallel zueinander, während sie durch die axialen Öffnungen 24 der Speicherzellen 14 verlaufen.
  • Die logischen Zustände der magnetischen Speicherzellen 12 werden durch Anlegen von elektrischen Strömen an die Wort- Leiter 14 und Bit-Leiter 16 manipuliert. Zum Beispiel wird, wie in Fig. 1 und 6 gezeigt ist, die magnetische Speicherzelle 12a durch Anlegen von elektrischen Strömen I1 und I2 an den Wort-Leiter 14a bzw. den Bit-Leiter 16a, die die magnetische Speicherzelle 12a schneiden, geschrieben. Der elektrische Strom I1, der an den Wort-Leiter 14a in eine Richtung angelegt ist, bewirkt ein Magnetfeld H1 in der magnetischen Speicherzelle 12a gemäß der Dreifingerregel der rechten Hand. Der elektrische Strom I1 im Wortleiter 14a bewirkt ein H1-Feld in den magnetischen Speicherzellen 12d und 12g. Desgleichen bewirkt der elektrische Strom I2, der an den Bit-Leiter in eine Richtung angelegt ist, ein Magnetfeld H2 in den magnetischen Speicherzellen 12a, 12b und 12c gemäß der Dreifingerregel der rechten Hand.
  • Der Winkel der Ausrichtung des Wort-Leiters 14a und des Bit-Leiters 16a im Hinblick auf die Datenspeicherungsschicht 18 der Speicherzelle 12a ist so beschaffen, daß die volle Stärke von beiden Magnetfeldern H1 und H2 mit dem kreisförmigen Magnetfeld M1 der Datenspeicherungsschicht 18 ausgerichtet ist. Dies ermöglicht den Feldern H1 und H2 in den (nicht ausgewählten) magnetischen Speicherzellen 12b, 12c, 12d und 12g weit unterhalb der Stärke zu liegen, die notwendig ist, um die Ausrichtung der Magnetisierung M1 jener magnetischen Speicherzellen zu rotieren. Die Möglichkeit eines unbeabsichtigten Halbauswahlschaltens der magnetischen Speicherzellen 12b, 12c, 12d und 12g wird dadurch verringert.
  • Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen den Feldern H1 und H2 und dem Schaltfeld der Datenspeicherungsschicht 18 der magnetischen Speicherzelle 12a. In Fig. 7 stellt die horizontale Achse die Winkelposition in der Datenspeicherungsschicht dar, während die vertikale Achse H? die Größe der Umfangskomponente des Magnetfelds in Datenspeicherungsschicht darstellt.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die Ausrichtungen von H1 und H2 im wesentlichen mit der kreisförmigen Ausrichtung von M1 in der Datenspeicherungsschicht 18 der Speicherzelle 12a ausgerichtet. Daher sind die Vektoren H1 und H2 in paralleler Ausrichtung bezüglich der Winkelachse. Die Größe der Vektoren H1 und H2 ist durch den Abstand H1 und H2 dargestellt, um den dieselben über der Winkelachse positioniert sind. Bei dieser Darstellung wird gezeigt, daß H1 und H2 die gleiche Größe aufweisen, obwohl dies nicht erforderlich ist. Ein Vektor HW stellt einen Vektor dar, der aus einer Kombination aus H1- und H2-Vektoren resultiert.
  • Die Linie 30 stellt ein theoretisches Schaltfeld für die Datenspeicherungsschicht 18 der magnetischen Speicherzelle 12a dar. Die Linie 30 zeigt, daß ein magnetisches Umfangsfeld mit einer Mindestgröße, die gleich HS ist, notwendig ist, um die Ausrichtung der Magnetisierung der Datenspeicherungsschicht der magnetischen Speicherzelle 12a zwischen den positiven und negativen Winkelrichtungen umzudrehen.
  • Die Größen der H1- und H2-Felder wird so vorausgewählt, daß das resultierende Feld HW eine Größe aufweist, die größer oder gleich der Größe HS ist, die zum Schreiben an die magnetische Speicherzelle 12a notwendig ist. In Fig. 7 ist die Größe HW gleich HS gezeigt. Wenn z. B. H1 und H2 so beschaffen sind, daß HW eine Größe gleich der Größe HS aufweist, und H1 und H2 jeweils eine Umfangskomponente mit einer Größe HHS gleich HS/2 aufweisen, dann sind die magnetischen Speicherzellen 12b, 12c, 12d und 12g jeweils von einem Schreibfeld abhängig, das gleich HS/2 in der Umfangsrichtung während der Schreiboperationen an die magnetische Speicherzelle 12 ist. Dies ist gleich einer 100-Prozent- Halbauswahlspanne. Es kann bevorzugt werden, daß die Größen der H1- und H2-Felder etwas größer als notwendig sind, um das HW-Feld zu ergeben, um eine geeignete Schreibspanne zu liefern.
  • In der Praxis variiert das Schaltfeld, das durch die Linie 30 dargestellt ist, zwischen den magnetischen Speicherzellen 12 aufgrund von Fertigungsabweichungen. Zusätzlich können die Schaltcharakteristika der Speicherzellen so beschaffen sein, daß geringere Größen der H1- oder H2- Felder ein Schalten in den magnetischen Speicherzellen 12b, 12c, 12d und 12g in der Gegenwart eines radialen Felds bewirken können. Dies kann in einer Vielfalt von Faktoren begründet sein. Zum Beispiel können Fertigungsabweichungen des Kristallinanisotropiewertes (Hk) der Datenspeicherungsschicht 18 eintreten. Zusätzlich können Schwankungen bezüglich der Dicke oder Form der magnetischen Schichten der magnetischen Speicherzellen 12 eintreten.
  • Das MRAM-Array, das hierin beschrieben ist, liefert verbesserte Halbauswahlspannen und verringert den Leistungsverbrauch der MRAM-Speicherzelle durch verringern der Größe der Schreib-Ströme, die zum Rotieren der Ausrichtung der Magnetisierung der Datenspeicherungsschicht während der Schreiboperationen an die Speicherzelle notwendig sind.

Claims (20)

1. Schreibleiter-Layout für eine magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung, die folgende Merkmale aufweist:
eine toroidartige Speicherzelle (12a) mit einer axialen Öffnung (24), die mit einer ersten Achse ausgerichtet ist;
einen ersten Leiter (14), der durch die axiale Öffnung (24) der Speicherzelle (12a) verläuft; und
einen zweiten Leiter (16), der durch die axiale Öffnung (24) der Speicherzelle (12a) verläuft.
2. Magnetischer Direktzugriffsspeicher gemäß Anspruch 1, bei dem die Speicherzelle (12a) eine Datenspeicherschicht (18) umfaßt.
3. Magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Speicherzelle (12) eine Spin-Tunnelvorrichtung ist.
4. Magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Speicherzelle (12) eine Giant-Magnetoresistiv-Vorrichtung ist.
5. Magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der ein elektrischer Strom (I1, I2), der an den ersten (14) und den zweiten (16) Leiter angelegt wird, ein erstes (H1) bzw. ein zweites (H2) Magnetfeld in der Datenspeicherungsschicht (18) der Speicherzelle (12a) erzeugt.
6. Magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der das Vorhandensein des ersten (H1) und zweiten (H2) Magnetfelds die Ausrichtung der Magnetisierung der Speicherzelle (12) schalten kann.
7. Magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der erste (14) und der zweite (16) Leiter voneinander elektrisch isoliert sind.
8. Magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der sich der erste (14) und der zweite (16) Leiter allgemein in orthogonale Richtungen bezüglich zueinander erstrecken, und bei der der erste und der zweite Leiter (14, 16) jeweils einen gestuften Abschnitt (25) aufweisen, der mit der ersten Achse ausgerichtet ist, während sie durch die axiale Öffnung (24) der Speicherzelle (12a) verlaufen.
9. Magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung, die folgende Merkmale aufweist:
ein Array von toroidartigen Speicherzellen (12), wobei jede der Speicherzellen eine axiale Öffnung (24) aufweist, die allgemein mit einer ersten Achse ausgerichtet ist; und
ein Array von Leitern (14, 16), wobei ein Abschnitt von jedem Leiter allgemein mit der ersten Achse ausgerichtet ist.
10. Magnetspeicher gemäß Anspruch 9, bei dem das Array von Leitern (14, 16) sich schneidende Paare von Leitern bildet und bei dem jedes des Arrays von Speicherzellen (12a) an einem eindeutigen Schnittpunkt eines Paars des Arrays von Leitern (14, 16) positioniert ist.
11. Magnetspeicher gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem ein elektrischer Strom (I1, I2), der an jeden eines Paars der Leiter (14a, 16a) angelegt wird, ein erstes Magnetfeld (H1) und ein zweites Magnetfeld (H2) in einer der Speicherzellen (12a) erzeugt, die das Paar von Leitern (14a, 16a) schneidet, und entweder das erste Magnetfeld oder das zweite Magnetfeld in den Magnetspeicherzellen (12) erzeugt, die das Paar von Leitern (14a, 16a) nicht schneiden.
12. Magnetspeicher gemäß Anspruch 11, bei dem sich das erste Magnetfeld (H1) und das zweite Magnetfeld (H2) entlang einer Winkelachse der toroidartigen Speicherzellen kombinieren, um eine Ausrichtung der Magnetisierung in einer Datenspeicherungsschicht (18) der Speicherzelle (12a) zu rotieren, die das Paar der Leiter (14a, 16a) schneidet.
13. Magnetspeicher gemäß Anspruch 11, bei dem das erste Magnetfeld (H1) in den Speicherzellen (12a), die das Paar von Leitern (14a, 16a) nicht schneiden, im wesentlichen gleich einer Hälfte der Summe des ersten Magnetfelds (H1) und des zweiten Magnetfelds (H2) in der Speicherzelle (12a) ist, die das Paar von Leitern (14a, 16a) schneidet.
14. Magnetspeicher gemäß Anspruch 11, bei dem das zweite Magnetfeld (H2) in den Speicherzellen (12a), die das Paar von Leitern (14a, 16a) nicht schneiden, im wesentlichen gleich einer Hälfte der Summe des ersten Magnetfelds (H1) und des zweiten Magnetfelds (H2) der Speicherzelle (12a) ist, die das Paar von Leitern (14a, 16a) schneidet.
15. Magnetspeicher gemäß Anspruch 10, bei dem jeder Leiter der Paare von sich schneidenden Leitern (14, 16) eine Hauptausrichtungsrichtung aufweist und bei dem die Hauptausrichtungsrichtungen der Leiter jedes Paars von sich schneidenden Leitern orthogonal zueinander sind.
16. Magnetspeicher gemäß Anspruch 15, bei dem das Paar von sich schneidenden Leitern (14, 16) jeweils einen abgestuften Abschnitt (25) umfaßt, wobei die Leiter (14, 16) in paralleler Ausrichtung sind.
17. Verfahren zum Verbessern einer Halbauswahlspanne in einem Magnetspeicher, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bilden eines Arrays von toroidartigen Magnetspeicherzellen (12), wobei jede Speicherzelle eine Datenspeicherungsschicht (18) umfaßt und eine axiale Öffnung (24) aufweist, die allgemein entlang einer ersten Achse ausgerichtet ist;
Bilden eines Arrays von Leitern (14, 16), wobei ein Abschnitt von jedem Leiter einen Ausrichtungswinkel aufweist, der allgemein mit der ersten Achse ausgerichtet ist.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem der Schritt des Bildens eines Arrays von Leitern (14, 16) den Schritt des Bildens des Arrays aufweist, so daß ein elektrischer Strom (I1, I2), der an jedes eines Paars der Leiter angelegt wird, ein erstes Magnetfeld (H1) und ein zweites Magnetfeld (H2) in einer der Magnetspeicherzellen (12) erzeugt, die das Paar der Leiter (14, 16) schneidet, und entweder das erste Magnetfeld (H1) oder das zweite Magnetfeld (H2) in den Speicherzellen (12) erzeugt, die das Paar der Leiter (14, 16) nicht schneiden.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem die Kombination aus dem ersten Magnetfeld (H1) und dem zweiten Magnetfeld (H2), die kombiniert sind, um die Ausrichtung der Magnetisierung in einer Datenspeicherungsschicht (18) der Magnetspeicherzelle (12), die das Paar von Leitern (14, 16) schneidet, zu rotieren.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die Leiter (14, 16) voneinander elektrisch isoliert sind.
DE10303728A 2002-02-22 2003-01-30 In-Ebene-Toroidspeicherzelle mit vertikal gestuften Leitern Withdrawn DE10303728A1 (de)

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