DE60301112T2

DE60301112T2 - Digitale Speicheranordnung

Info

Publication number: DE60301112T2
Application number: DE60301112T
Authority: DE
Inventors: Lung T. Saratoga Tran; Manoj K. Cupertino Bhattacharyya
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: US6791865B2; CN1487525A; EP1403874B1; US20040042262A1; DE60301112D1; CN100520957C; EP1403874A1; JP2004095157A; US6791874B2; TW200404307A; US20040141370A1

Description

Das technische Gebiet bezieht sich auf Speichervorrichtungen, und insbesondere auf Vorrichtungen, die zum Kalibrieren von Schreibströmen in der Lage sind, um Temperaturvariationen zu kompensieren.
Ein Magnetdirektzugriffsspeicher (MRAM = Magnetic Random Access Memory) ist ein vorgeschlagener Typ eines nichtflüchtigen Speichers. MRAM-Vorrichtungen ermöglichen einen schnelleren Datenzugriff als herkömmliche Speicherungsvorrichtungen, wie beispielsweise Festplattenlaufwerke. 1 stellt ein herkömmliches MRAM-Speicherarray 10 dar, das Widerstandsspeicherzellen 12 aufweist, die bei Koppelpunkten bzw. Kreuzungspunkten von Zeilenleitern 14 und Spaltenleitern 16 positioniert sind. Jede Speicherzelle 12 ist zum Speichern der binären Zustände von „1" und „0" in der Lage.
2 stellt eine herkömmliche MRAM-Speicherzelle 12 dar. Die Speicherzelle 12 umfasst eine festgelegte Schicht 24 und eine freie Schicht 18. Die festgelegte Schicht 24 weist eine Magnetisierung einer festen Ausrichtung auf, durch den Pfeil 26 dargestellt. Die Magnetisierung der freien Schicht 18, durch den bidirektionalen Pfeil 28 dargestellt, kann in eine von zwei Ausrichtungen entlang einer „Leichtachse" der freien Schicht 18 ausgerichtet sein. Die Magnetisierungen der freien Schicht 18 und der festgelegten Schicht 24 können entweder „parallel" oder „antiparallel" zueinander sein. Die zwei Ausrichtungen entsprechen den binären Zuständen von „1" bzw. „0". Die freie Schicht 18 und die festgelegte Schicht 24 sind durch eine isolierende Tunnelbarriereschicht 20 getrennt. Die isolierende Tunnelbarriereschicht 20 ermöglicht, dass ein quantenmechanisches Tunneln zwischen der freien Schicht 18 und der festgelegten Schicht 24 auftritt. Das Tunneln ist elektronenspinabhängig, was den Widerstandswert der Speicherzelle 12 zu einer Funktion der relativen Ausrichtung der Magnetisierungen der freien Schicht 18 und der festgelegten Schicht 24 macht.
Der Binärzustand jeder Speicherzelle 12 in dem Speicherarray 10 kann durch eine Schreiboperation verändert werden. Schreibströme Ix und Iy, die zu dem Zeilenleiter 14 und dem Spaltenleiter 16 geliefert werden, die sich bei einer ausgewählten Speicherzelle 12 kreuzen, schalten die Magnetisierung der freien Schicht 18 zwischen parallel und antiparallel zu der festgelegten Schicht 24 um. Der Strom Iy, der durch den Spaltenleiter 16 verläuft, resultiert in dem Magnetfeld Hx und der Strom Ix, der durch den Zeilenleiter 14 verläuft, resultiert in dem Magnetfeld Hy. Die Felder Hx und Hy verbinden sich, um die magnetische Ausrichtung der Speicherzelle 12 von parallel zu antiparallel umzuschalten. Ein Strom –Iy wird zusammen mit dem Strom Ix angelegt, um die Speicherzelle 12 zurück zu parallel umzuschalten.
Um den Zustand der Speicherzelle 12 von parallel zu antiparallel und umgekehrt umzuschalten, überschreitet das kombinierte Feld, das aus +/–Hx und Hy resultiert, ein kritisches Schaltfeld Hc der Speicherzelle 12. Falls Hx und Hy zu klein sind, schalten dieselben die Ausrichtung der ausgewählten Speicherzelle 12 nicht um. Falls entweder Hx oder Hy zu groß ist, können Speicherzellen 12 an dem Zeilenleiter 14 oder dem Spaltenleiter 16 der ausgewählten Speicherzelle 12 durch die Wirkung von entweder Hx oder Hy allein umgeschaltet werden. Speicherzellen 12, die entweder Hx oder Hy allein unterworfen sind, werden als „halb ausgewählte" Speicherzellen bezeichnet.
Ein Problem kann bei MRAM-Arrays entstehen, weil die Betriebsmodi eines MRAM-Arrays und Betriebsumgebungstemperatur-Veränderungen bewirken können, dass die Temperatur des MRAM-Arrays variiert, was bewirken würde, dass sich die Koerzitivitäten der Speicherzellen verändern. Eine Koerzitivitätsveränderung der Speicherzellen verändert das kriti sche Schaltfeld Hc, was wiederum die Felder Hx und Hy verändert, die erforderlich sind, um den Zustand der Zellen umzuschalten. Temperaturabhängige Veränderungen bei einem kritischen Schaltfeld Hc erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass eine ganze Zeile oder Spalte halb ausgewählter Speicherzellen allein aufgrund der Wirkung von Ix oder Iy programmiert wird, oder die Wahrscheinlichkeit, dass die Schreibströme Ix und Iy zusammenwirkend nicht ausreichend sind, um eine ausgewählte Speicherzelle umzuschalten.
Die US-A-3488529 offenbart eine Speichervorrichtung, die ein Array von Speicherzellen, einen ersten und einen zweiten Leiter, die einander bei den Speicherzellen kreuzen, eine erste und eine zweite Stromquelle, die mit dem ersten und dem zweiten Leiter gekoppelt sind und einen ersten Schreibstrom liefern, eine Steuerung, die die Anlegung des ersten und des zweiten Schreibstroms an das Array von Speicherzellen steuert, einen Temperatursensor, der in der Speichervorrichtung angeordnet ist, um eine Temperatur der Speichervorrichtung zu erfassen; und eine Einrichtung zum Aktualisieren des ersten und des zweiten Schreibstroms gemäß Daten von dem Temperatursensor aufweist. Die Offenbarung dieses Dokuments entspricht im Allgemeinen den Oberbegriffen von Anspruch 1 und 3. Die EP-A-1316962 und die EP 1225592 offenbaren ebenfalls Speicherzellarrays mit einer Einrichtung zum Variieren von Schreibströmen in Abhängigkeit von einer Temperatur.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Speichervorrichtung vorgesehen, die folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat;
ein Array von Speicherzellen, die über dem Substrat angeordnet sind;
eine Mehrzahl von ersten Leitern;
eine Mehrzahl von zweiten Leitern, wobei die ersten Leiter die zweiten Leiter bei den Speicherzellen kreuzen;
eine erste Stromquelle, die selektiv mit den ersten Leitern gekoppelt ist und zum Liefern eines ersten Schreibstroms (IxAP, IxPA, Ix) zu ausgewählten ersten Leitern in der Lage ist;
eine zweite Stromquelle, die selektiv mit den zweiten Leitern gekoppelt ist und zum Liefern eines zweiten Schreibstroms (IyAP, Iy) zu ausgewählten zweiten Leitern in der Lage ist;
eine Steuerung, wobei die Steuerung die Anlegung des ersten und des zweiten Schreibstroms an das Array von Speicherzellen steuert;
einen Temperatursensor, der in der Speichervorrichtung angeordnet ist, um eine Temperatur (T) der Speichervorrichtung zu erfassen; und
eine Einrichtung zum Aktualisieren des ersten und des zweiten Schreibstroms gemäß Daten von dem Temperatursensor, dadurch gekennzeichnet, dass:
die Speichervorrichtung ferner eine Referenzspeicherzelle aufweist, wobei die Steuerung angeordnet ist, um:
einen ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und einen zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy) an Leiter anzulegen, die sich bei der Referenzspeicherzelle kreuzen; einen Zustand der Referenzspeicherzelle zu erfassen; den ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und/oder den zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy) zu erhöhen, falls der Zustand der Referenzspeicherzelle sich nicht verändert; die Anlegungs-, Erfassungs- und Erhöhungsschritte zu wiederholen, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert; und in Entsprechung mit der vorherr schenden Temperatur, wie dieselbe durch den Temperatursensor erfasst wird, den zumindest einen Schreibstromwert (IxPA, IyPA, Ix, Iy) gemäß dem ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und dem zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy) zu aktualisieren, wenn sich der Zustand der Referenzspeicherzelle verändert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kalibrieren einer Speichervorrichtung vorgesehen, wobei die Speichervorrichtung ein Array von Speicherzellen, eine Mehrzahl von ersten Leitern und eine Mehrzahl von zweiten Leitern aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen einer Temperatur (T) der Speichervorrichtung (50);
Bestimmen, ob die Temperatur (T) der Speichervorrichtung sich um einen Schwellenwert (ΔT) verändert hat; und
Aktualisieren zumindest eines Schreibstromwerts (IxPA, IyPA, IxAP, IyAP, Ix, Iy), falls sich die Temperatur (T) der Speichervorrichtung um den Schwellenwert (ΔT) verändert hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aktualisierens zumindest eines Schreibstromwerts (IxPA, IyPA, IxAP, IyAP, Ix, Iy) folgende Schritte aufweist:

a. Anlegen eines ersten Schreibstroms (IxPA, Ix) und eines zweiten Schreibstroms (IyPA, Iy) an Leiter, die sich bei einer Referenzspeicherzelle kreuzen, bei jeder einer Mehrzahl von Temperaturen;
b. Erfassen eines Zustands der Referenzspeicherzelle;
c. Erhöhen des ersten Schreibstroms (IxPA, Ix) und/oder des zweiten Schreibstroms (IyPA, Iy), falls sich der Zustand der Referenzspeicherzelle nicht verändert;
d. Wiederholen der Schritte a – c, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert; und
e. Aktualisieren des zumindest einen Schreibstromwerts (IxPA, IyPA, Ix, Iy) gemäß dem ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und dem zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy), wenn sich der Zustand der Referenzspeicherzelle verändert, in Entsprechung mit der vorherrschenden Temperatur.

Somit weist eine Speichervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Substrat, ein Array von Speicherzellen, die über dem Substrat angeordnet sind, eine Mehrzahl von ersten Leitern, eine Mehrzahl von zweiten Leitern, wobei die ersten Leiter die zweiten Leitern bei den Speicherzellen kreuzen, eine erste Stromquelle, die selektiv mit den ersten Leitern gekoppelt ist und zum Liefern eines ersten Schreibstroms zu ausgewählten ersten Leitern in der Lage ist, eine zweite Stromquelle, die selektiv mit den zweiten Leitern gekoppelt ist und zum Liefern eines zweiten Schreibstroms zu ausgewählten zweiten Leitern in der Lage ist, eine Steuerung zum Steuern der Anlegung des ersten und des zweiten Schreibstroms an das Array von Speicherzellen und einen Temperatursensor auf, der in der Speichervorrichtung angeordnet ist. Der Temperatursensor erfasst eine Temperatur der Speichervorrichtung und Daten von dem Temperatursensor werden verwendet, um den ersten und den zweiten Schreibstrom gemäß der erfassten Temperatur zu aktualisieren.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Kalibrieren einer Speichervorrichtung ein Erfassen einer Temperatur der Speichervorrichtung, ein Bestimmen, ob die Temperatur der Speichervorrichtung sich um einen Schwellenwert verändert hat, und ein Aktualisieren zumindest eines Schreibstromwerts auf, falls sich die Temperatur der Speichervorrichtung um den Schwellenwert verändert.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Füllen einer Tabelle mit Schreibstromwerten für eine Verwendung bei einer Speichervorrichtung ein Anlegen eines ersten Schreibstroms und eines zweiten Schreibstroms an Leiter, die sich bei einer Referenzspeicherzelle kreuzen, wenn das Speicherarray bei einer Temperatur ist, ein Erfassen eines Zustands der Referenzspeicherzelle, ein Erhöhen des ersten Schreibstroms und des zweiten Schreibstroms, falls sich der Zustand der Referenzspeicherzelle nicht verändert, ein Wiederholen der obigen Schritte, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert, und ein Speichern des ersten Schreibstromwerts und des zweiten Schreibstromwerts auf, die bewirken, dass sich der Zustand der Referenzspeicherzelle verändert, wobei der erste und der zweite Schreibstromwert der Temperatur zugeordnet sind.
Andere Aspekte und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
Die detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die folgenden Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen und in denen:
1 ein herkömmliches Speicherarray darstellt;
2 binäre Zustände einer herkömmlichen Speicherzelle darstellt;
3 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Speichervorrichtung ist;
4 eine Auftragung einer Koerzitivität oder eines kritischen Schaltstroms über einer Temperatur für eine Speicherzelle ist;
5 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Kalibrieren einer Speichervorrichtung darstellt;
6 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Aktualisieren von Schreibströmen gemäß dem in 5 dargestellten Verfahren darstellt;
7 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Füllen einer Nachschlagtabelle darstellt;
8 ein Flussdiagramm ist, das ein alternatives Verfahren zum Kalibrieren einer Speichervorrichtung darstellt; und
9 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Aktualisieren von Schreibströmen gemäß dem in 8 dargestellten Verfahren darstellt.
Eine Speichervorrichtung, die zu einer Kalibrierung in der Lage ist, um Temperaturvariationen zu kompensieren, und ein Kalibrierungsverfahren werden durch bevorzugte Ausführungsbeispiele und durch die Figuren erörtert.
3 ist eine schematische Ansicht einer Koppelpunkt-Speichervorrichtung bzw. Kreuzungspunkt-Speichervorrichtung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Speichervorrichtung 50 umfasst eine Steuerung 52, einen Spaltendecodierer 54, einen Zeilendecodierer 56, ein Speicherarray 100, eine Bank 200 von Schreibauswahlschaltern, eine Bank 300 von Lese-/Schreibauswahlschaltern, eine Bank 400 von Lese-/Schreibauswahlschaltern, eine Bank 500 von Schreibbeendigungsauswahlschaltern, einen Erfassungsverstärker bzw. Leseverstärker 600 und Stromquellen 702, 704, 800. Die Speichervorrichtung 50 umfasst ferner einen Temperatursensor 150 und eine Referenzspeicherzelle 160, die verwendet wird, um die Speichervorrichtung 50 zu kalibrieren.
Die Steuerung 52 steuert Lese- und Schreiboperationen der Speichervorrichtung 50. Die Steuerung 52 ist mit dem Zeilendecodierer 56 gekoppelt, um Befehle zu dem Zeilendecodierer 56 zu übertragen, einschließlich Lesen/Schreiben-Daten (R/W-Daten; R/W = read/write) und Zeilenadressdaten. Der Zeilendecodierer 56 ist mit den Gattern der Schalter in den Schaltbänken 400 und 500 gekoppelt und öffnet und schließt die Schalter gemäß den Anweisungen der Steuerung 52. Gleichermaßen ist die Steuerung 52 mit dem Spaltendecodierer 54 gekoppelt, der mit den Gattern der Schalter in den Schalterbänken 200, 300 gekoppelt ist. Die Schalter der Speichervorrichtung 50 sind als Transistoren dargestellt. Es können jedoch Schalter wie beispielsweise FET- oder MOSFET-Schalter und andere Schalter verwendet werden. Die Steuerung 52 kann mit dem Temperatursensor 150 und der Referenzspeicherzelle 160 gekoppelt sein, um eine Kalibrierung der Speichervorrichtung 50 zu steuern.
Das Speicherarray 100 speichert Daten für die Speichervorrichtung 50. In dem Speicherarray 100 erstrecken sich Zeilenleiter 110 in horizontalen Zeilen und Spaltenleiter 120 erstrecken sich in vertikalen Spalten. Die Zeilenleiter 110 kreuzen die Spaltenleiter 120 bei Speicherzellen 130. Jede Speicherzelle 130 kann die binären Zustände 1 und 0 speichern. In 3 sind zu Darstellungszwecken drei Zeilen von Zeilenleitern 110 und acht Spalten von Spaltenleitern 120 gezeigt, die sich bei vierundzwanzig Speicherzellen 130 schneiden. In der Praxis können Arrays von 1024 × 1024 oder mehr Speicherzellen verwendet werden.
Die Bank 200 von Schreibauswahlschaltern koppelt selektiv die Spaltenleiter 120 mit Spaltenschreibströmen Iy_AP oder Iy von der Stromquelle 702 oder über einen Schalter 214 mit Masse. Ein Schalter 212 koppelt selektiv die Spaltenschreibstromquelle 702 mit der Bank 200 von Schreibauswahlschaltern. Die Bank 300 von Lese-/Schreibauswahlschaltern koppelt selektiv die Spaltenleiter 120 mit Spaltenauswahlströmen Iy_PA oder Iy von der Stromquelle 704 oder über einen Schalter 314 mit Masse. Die Bank 300 koppelt ferner selektiv die Spaltenleiter 120 mit dem Erfassungsverstärker 600. Die Bank 400 von Lese-/Schreibauswahlschaltern koppelt selektiv die Zeilenleiter 110 mit einer Lesespannung Vr durch einen Schalter 414 und mit Zeilenschreibströmen IxAP, Ix_PA oder Ix über einen Schalter 412. Die Bank 500 von Schreibbeendigungsauswahlschaltern koppelt selektiv die Zeilenleiter 110 mit Masse. Die Stromquelle 800, die mit der Bank 400 gekoppelt ist, dient als eine Zeilenschreibstromquelle.
Nun wird ein Schreiben zu den Speicherzellen 130 oder ein „Programmieren" derselben erörtert. Bei der Erörterung unten gibt die Tiefstellung „PA" ein Programmieren einer Speicherzelle 130 von parallel zu antiparallel an und die Tiefstellung „AP" gibt ein Programmieren einer Speicherzelle 130 von antiparallel zu parallel an. Um einen Zustand von 1 oder einen antiparallelen Zustand zu einer Speicherzelle 130 in dem Speicherarray 100 zu schreiben, wird der Spaltenschreibstrom Iy_PA von der Stromquelle 702 zu dem Spaltenleiter 120 der Spalte geliefert, in der die ausgewählte Speicherzelle 130 positioniert ist. Der Zeilenschreibstrom Ix_PA wird simultan zu dem Zeilenleiter 110 der Zeile geliefert, in der die ausgewählte Speicherzelle 130 positioniert ist. Die Bänke 500 und 300 verbinden die jeweiligen Stromleiter 110, 120 mit Masse. Die Magnetfelder Hy und Hx, die durch die Schreibströme Ix_PA und Iy_PA erzeugt werden, verbinden sich, um den binären Zustand der Speicherzelle 130 von 0 zu 1 zu verändern. Um ein Bit von 0 zu einer Speicherzelle 130 zu schreiben, wird der Zeilenschreibstrom Ix_AP wie oben angelegt und der Spaltenschreibstrom Iy_AP wird von der Stromquelle 704 angelegt. Die Bank 200 verbindet den Strom Iy_AP mit Masse.
Gemäß oben erörterten Verfahren zum Programmieren können die Spaltenschreibströme Iy_AP und Iy_PA, die verwendet werden, um eine Speicherzelle 130 zu programmieren, von unter schiedlichem Betrag sein. Die Zeilenschreibströme Ix_AP und Ix_PA können ebenfalls unterschiedliche Beträge aufweisen.
Die Speichervorrichtung 50 kann ferner unter Verwendung eines einzigen Ix-Werts und eines einzigen Iy-Werts für eine Programmierung parallel zu antiparallel und antiparallel zu parallel wirksam sein. Um in diesem Fall ein Bit von 1 zu einer Speicherzelle 130 zu schreiben, wird Iy von der Stromquelle 702 angelegt und wird Ix von der Stromquelle 800 angelegt. Um ein Bit von 0 zu schreiben, wird Iy von der Stromquelle 704 angelegt und wird Ix von der Stromquelle 800 angelegt. Iy, der von der Stromquelle 704 geliefert wird, kann als „–Iy" bezeichnet werden.
Während eines Betriebs der Speichervorrichtung 50 erzeugen Lese- und Schreiboperationen eine Wärme in dem Speicherarray 100. Zusätzlich erzeugen Unterstützungsschaltungsanordnungen in der Speichervorrichtung 50 Wärme. Diese Faktoren können zusammen mit der sich verändernden Umgebungstemperatur der Betriebsumgebung und anderen Faktoren bewirken, dass die Temperatur der Speichervorrichtung 50 variiert. Die sich verändernde Temperatur bewirkt, dass die Koerzitivitäten und deshalb die kritischen Schaltfelder Hc der Speicherzellen 130 während eines Betriebs der Vorrichtung 50 variieren.
Um Veränderungen bei einem kritischen Speicherzellschaltfeld Hc zu kompensieren, umfasst die Speichervorrichtung 50 den Temperatursensor 150 und die Referenzspeicherzelle 160. Die Steuerung 52 kann mit dem Temperatursensor 150 gekoppelt sein, um Temperaturdaten von dem Temperatursensor 150 anzunehmen. Die Steuerung 52 kann Daten von dem Temperatursensor 150 und der Referenzspeicherzelle 160 verwenden, um die Schreibströme Iy_AP, Iy_PA, Ix_AP Und Ix_PA oder Ix und Iy zu kalibrieren, wenn die Temperatur des Arrays 100 variiert. Der Temperatursensor 150 kann irgendwo in der Speichervorrichtung 150 positioniert sein, wo die Temperatur der Speicherzellen 130 erfasst werden kann. Bei einem Ausfüh rungsbeispiel ist der Temperatursensor 150 unter dem Speicherarray 100 positioniert. Die Speichervorrichtung kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat (nicht dargestellt) aufweisen und der Temperatursensor 150 kann über dem Substrat in der Nähe der Speicherzellen 130 oder bei anderen Positionen angeordnet sein. Die Temperatur des Arrays 100 kann über das Array 100 relativ einheitlich sein und es ist deshalb eventuell nicht notwendig, den Temperatursensor 150 in enger Nähe zu den Speicherzellen 130 zu platzieren. Mehrere Temperatursensoren 150 können ebenfalls verwendet werden, wobei die Sensoren 150 bei mehreren Positionen in der Speichervorrichtung 50 positioniert sind. Falls mehrere Temperatursensoren 150 verwendet werden, kann die Steuerung 52 beispielsweise einen Durchschnitt von Temperaturablesungen von den Sensoren 150 verwenden.
Die Referenzspeicherzelle 160 kann sich ebenfalls bei irgendeiner Position in der Speichervorrichtung 50 befinden. Die Referenzspeicherzelle 160 kann bei dem Koppelpunkt bzw. Kreuzungspunkt eines ersten Leiters 161 und eines zweiten Leiters 162 positioniert sein. Der erste Leiter 161 kann mit den Bänken 200 und 300 von Schaltern gekoppelt sein und der zweite Leiter 162 kann mit den Bänken 400 und 500 von Schaltern gekoppelt sein. Durch diese Verbindungen kann der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 durch die Wirkung von Iy_AP, Iy_PA, Ix_AP und Ix_PA oder Ix und Iy in der gleichen Weise verändert werden, in der die Speicherzellen 130 programmiert werden. Die Referenzspeicherzelle 160 kann ferner mit einer Lesespannung Vr durch die Bank 400 von Lese-/Schreibauswahlschaltern und mit dem Erfassungsverstärker 600 durch die Bank 300 von Lese-/Schreibauswahlschaltern verbunden sein. Die Steuerung 52 kann deshalb den Zustand der Referenzspeicherzelle 160 aus dem Ausgangssignal des Erfassungsverstärkers 600 erfassen.
Ein Betrieb der Referenzspeicherzelle 160 und des Temperatursensors 150 ist unten detaillierter erörtert. 4 stellt Koerzitivitätscharakteristika der Speicherzellen 130 dar, die eine Kalibrierung unter Verwendung der Speicherzelle 160 und des Temperatursensors 150 vorteilhaft machen.
4 ist eine Auftragung einer Koerzitivität (Oe) oder eines kritischen Schaltfelds Hc über einer Temperatur für eine Speicherzelle 130. Das kritische Schaltfeld Hc zum Umschalten einer Speicherzelle 130 von antiparallel zu parallel verringert sich mit einer zunehmenden Temperatur. Das kritische Schaltfeld Hc zum Umschalten einer Speicherzelle 130 von parallel zu antiparallel erhöht sich bei einer zunehmenden Temperatur. In beiden Fällen verringert sich der Betrag von Hc mit einer zunehmenden Temperatur. Während Operationen der Speichervorrichtung 50, wie beispielsweise wenn die Vorrichtung sich z. B. in einem Bereitschaftsmodus oder einem Lesemodus befindet, kann die Temperatur des Speicherarrays 100 davon unterschiedlich sein, wenn die Speichervorrichtung sich in einem Schreibmodus befindet. Die Temperatur des Speicherarrays 100 kann ebenfalls variieren, während sich das Array in irgendeinem der obigen Modi befindet. Die Temperaturvariationen bei dem Speicherarray 100 verändern deshalb die erforderlichen Beträge der Schreibströme Iy_Pa und Ix_PA oder Iy_AP Und Ix_AP. Die Schaltdaten in 4 stellen dar, dass die Koerzitivitätskurven zum Umschalten einer Speicherzelle 130 von antiparallel zu parallel und umgekehrt nichtlinear sein können. Zusätzlich kann die Antiparallel-zu-Parallel-Umschaltkurve ferner um die Null-Koerzitivität-Achse asymmetrisch mit Bezug auf die Parallel-zu-Antiparallel-Umschaltkurve sein. Falls die Umschaltkurven asymmetrisch sind, unterscheiden sich Iy_PA und Ix_PA für ein Umschalten von parallel zu antiparallel bei einer Temperatur T betragsmäßig von Iy_AP und Ix_AP für ein Umschalten von antiparallel zu parallel bei der gleichen Temperatur T.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Kalibrieren einer Speichervorrichtung darstellt, um Temperaturvariationen bei der Speichervorrichtung zu kompensieren. Das Verfahren kann beispielsweise verwendet werden, um die Speichervorrichtung 50, die in 3 dargestellt ist, zu kalibrieren, oder andere Koppelpunkt-Speichervorrichtungen zu kalibrieren. Das Kalibrierungsverfahren kann verwendet werden, um die Schreibströme Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP zu kalibrieren, und kann durch die Steuerung 52 der Speichervorrichtung 50 ausgeführt werden.
Bei einem Schritt S10 wird eine Temperatur T des Speicherarrays 100 durch den Temperatursensor 150 erfasst. Eine Temperaturerfassung kann beispielsweise periodisch durchgeführt werden.
Bei einem Schritt S12 wird die Temperatur T des Speicherarrays 100 mit einer Kalibrierungstemperatur Tc verglichen, um zu bestimmen, ob die Differenz zwischen der Temperatur T des Speicherarrays 100 und der Kalibrierungstemperatur Tc größer als ein Schwellentemperaturveränderungswert ΔT ist. Der Schritt S12 wird ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Temperatur T des Speicherarrays 100 um eine ausreichende Größe gestiegen oder gefallen ist, um die Koerzitivitäten der Speicherzellen 130 ausreichend zu verändern, um eine Aktualisierung der Schreibströme Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP zu erfordern, die verwendet werden, um zu den Speicherzellen 130 zu schreiben. Die Kalibrierungstemperatur Tc kann als ein Anfangsreferenzwert gesetzt sein, wenn die Speichervorrichtung 50 aktiviert wird. Wenn die Speichervorrichtung 50 aktiviert wird, können die Schreibströme Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP ausgewählt werden, um geeignet zu sein, um zu den Speicherzellen 130 bei der Anfangskalibrierungstemperatur Tc zu schreiben. Ein geeigneter Anfangswert für Tc kann beispielsweise eine Raumtemperatur sein.
Falls |T – Tc| den Schwellentemperaturveränderungswert ΔT nicht überschreitet, kehrt das Verfahren zu dem Schritt S10 zurück. Der Schwellentemperaturveränderungswert ΔT kann beispielsweise ausgewählt sein, so dass relativ kleine Veränderungen bei der Temperatur T des Speicherarrays 100 nicht in einem Aktualisieren der Schreibströme Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP resultieren. Der Schritt S10 kann beispielsweise periodisch durchgeführt werden, gemäß irgendeinem erwünschten Grad an Genauigkeit für den Kalibrierungsprozess.
Falls |T – Tc| den Schwellentemperaturveränderungswert ΔT überschreitet, geht das Verfahren zu einem Schritt S14 über. Bei dem Schritt S14 werden die Schreibströme IxPA, IyPA, IxAP, IyAP aktualisiert, um Koerzitivitätsveränderungen bei den Speicherzellen 130 zu kompensieren, die durch die Veränderung der Temperatur T des Speicherarrays 100 bewirkt werden. Die Schreibströme Ix_PA, IyPA, Ix_AP, Iy_AP können gemäß dem in 6 dargestellten Verfahren aktualisiert werden, bei dem Daten von der Referenzspeicherzelle 160 verwendet werden, um die geeigneten Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP für die erfasste Temperatur T zu bestimmen. Das in 6 dargestellte Verfahren ist unten detailliert erörtert. Alternativ können die geeigneten Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP, die der erfassten Temperatur T zugeordnet sind, aus einer Nachschlagtabelle ausgewählt werden. Die Nachschlagtabelle kann beispielsweise Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP für jeden der Werte der Temperatur T umfassen, den das Speicherarray 100 während eines Betriebs erwartungsgemäß aufweisen kann. Ein Verfahren zum Füllen einer Nachschlagtabelle mit Werten Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP, die speziellen Kalibrierungstemperaturwerten Tc zugeordnet sind, ist unten mit Bezug auf 7 detailliert erörtert.
Nachdem die Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP bei dem Schritt S14 aktualisiert werden, wird die Kalibrierungstemperatur Tc bei einem Schritt S16 aktualisiert. Der Kalibrierungstemperatur Tc kann der Wert der gegenwärtigen Temperatur T des Speicherarrays 100 zugewiesen werden, der bei dem Schritt S10 erfasst wird. Das Verfahren kehrt dann zu dem Schritt S10 zurück, bei dem die Temperatur des Speicherarrays 100 periodisch überwacht werden kann. Alternativ kann das Verfahren STOPPEN, wenn ein Betrieb der Speichervorrichtung 50 endet.
Gemäß dem obigen Verfahren sind zu irgendeiner Zeit während eines Betriebs der Speichervorrichtung 50 geeignete Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP verfügbar, um zu einer ausgewählten Speicherzelle 130 zu schreiben.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktualisieren von Schreibströmen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt. Die in 6 dargestellten Schritte weisen den Schritt S14 von 5 auf. Das in 6 dargestellte Verfahren benutzt Daten von der Referenzspeicherzelle 160, um geeignete Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP für das Speicherarray 100 zu bestimmen, das bei einer erfassten Temperatur T wirksam ist.
Das Verfahren zum Aktualisieren von Schreibströmen, das in 6 dargestellt ist, nimmt an, dass die Antiparallel-zu-Parallel-Umschalt-(Koerzitivitäts-)Kurve um die Null-Koerzitivität-Achse asymmetrisch mit Bezug auf die Parallel-zu-Antiparallel-Umschaltkurve sein kann. Falls die Umschaltkurven asymmetrisch sind, unterscheiden sich geeignete Ix_PA und Iy_PA (Ströme, die für ein Umschalten von parallel zu antiparallel verwendet werden) für eine Temperatur T von Ix_AP und Iy_AP (Strömen, die für ein Umschalten von antiparallel zu parallel verwendet werden) für die gleiche Temperatur T.
Das Verfahren beginnt mit einer Bestimmung von Ix_PA und Iy_PA. Bei einem Schritt S30 werden beliebig niedrige Anfangsströme von Ix_PA und Iy_PA an den ersten und den zweiten Leiter 161, 162 angelegt, die sich bei der Referenzspeicherzelle 160 kreuzen. Die Anfangsströme Ix_PA und Iy_PA sollten klein genug sein, derart, dass die Referenzspeicherzelle 160 aufgrund einer Anlegung von Ix_PA und Iy_PA erwartungsgemäß nicht von parallel zu antiparallel umschalten würde. Bei einem Schritt S32 wird der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 erfasst. Der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 kann durch ein Anlegen einer Lesespannung Vr an den zweiten Leiter 162 und ein Verbinden des ersten Leiters 161 mit dem Erfassungsverstärker 160 erfasst werden. Das Ausgangssignal des Erfassungsverstärkers 600 kann verwendet werden, um den Zustand der Referenzspeicherzelle 160 zu bestimmen.
Bei einem Schritt S34 wird bestimmt, ob die Ströme Ix_PA und Iy_PA bewirkt haben, dass sich die Referenzspeicherzelle 160 von einem parallelen zu einem antiparallelen Zustand umschaltet. Falls sich der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 nicht verändert hat, werden Ix_PA und Iy_PA um eine inkrementale Größe bei einem Schritt S36 erhöht. Die Größe, um die Ix_PA und Iy_PA erhöht werden, kann gemäß dem Genauigkeitsgrad bestimmt werden, der für den Kalibrierungsprozess erwünscht ist. Das Verfahren kehrt dann zu dem Schritt S30 zurück, bei dem die erhöhten Ströme Ix_PA und Iy_PA an die Referenzspeicherzelle 160 angelegt werden. Der Prozess eines inkrementalen Erhöhens von Ix_PA und Iy_PA wird wiederholt, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 verändert. Wenn dann bei dem Schritt S34 eine Zustandsveränderung erfasst wird, geht das Verfahren zu einem Schritt S38 über. Bei dem Schritt S38 werden Ix_PA und Iy_PA aktualisiert, um den Werten von Ix_PA und Iy_PA zu entsprechen, die bewirkten, dass sich der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 verändert.
Nachdem Ix_PA und Iy_PA aktualisiert wurden, befindet sich die Referenzspeicherzelle 160 in dem antiparallelen Zustand. Die Werte Ix_AP und Iy_AP können dann bestimmt werden.
Bei einem Schritt S40 werden Anfangswerte von Ix_AP und Iy_AP an die Referenzspeicherzelle 160 angelegt. Der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 wird bei einem Schritt S42 erfasst und, falls bei einem Schritt S44 bestimmt wird, dass der Zustand unverändert ist, werden die Werte Ix_AP und Iy_AP um eine inkrementale Größe bei einem Schritt S46 erhöht. Ix_AP und Iy_AP werden iterativ erhöht, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 unter einer Anlegung von Ix_AP und Iy_AP verändert. Wenn sich der Zustand der Referenzspei cherzelle 160 verändert, werden die Werte Ix_AP und Iy_AP, die bewirkten, dass sich der Zustand verändert, als die aktualisierten Werte Ix_AP und Iy_AP bei einem Schritt S48 gesetzt.
Nachdem die Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP bei dem Schritt S14 aktualisiert wurden, können die aktualisierten Werte gespeichert und durch die Stromquellen 702, 704, 800 verwendet werden. Ein optionaler, zusätzlicher Schritt kann ein Erhöhen eines oder mehr von Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP Und Iy_AP um eine vorbestimmte Größe nach einem Aktualisieren bei dem Schritt S14 umfassen. Die vorbestimmte Größe kann zu Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP und Iy_AP hinzugefügt werden, um beispielsweise ein Umschalten der Speicherzellen 130 durch die aktualisierten Stromwerte sicherzustellen.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Füllen einer Nachschlagtabelle gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Die Nachschlagtabellenwerte von Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP können gespeichert werden und auf dieselben kann bei dem Schritt S14 des in 5 dargestellten Verfahrens zugegriffen werden.
Bei einem Schritt S50 wird eine Kalibrierungstemperaturvariable Tc bei einem Anfangswert Tc₀ gesetzt. Der Anfangstemperaturwert Tc₀ kann beispielsweise bei dem unteren Ende eines erwarteten Betriebstemperaturbereichs für das Speicherarray 100 sein. Bei einem Schritt S52 wird die Referenzspeicherzelle 160 zu der Temperatur Tc versetzt. Die Referenzspeicherzelle 160 kann zu der Kalibrierungstemperatur Tc durch ein geeignetes Erwärmen oder Kühlen des Speicherarrays 100 versetzt werden.
Bei einem Schritt S54 werden die Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP für die gegenwärtige Kalibrierungstemperatur Tc unter Verwendung der Referenzspeicherzelle 160 bestimmt. Die Werte können beispielsweise unter Verwendung der Schritte S30 bis S48 bestimmt werden, wie es in 6 dargestellt ist.
Bei einem Schritt S56 werden die aktuellen Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP gespeichert. Die Werte können in irgendeinem Medium gespeichert werden, das durch die Steuerung 52 zugreifbar ist, einschließlich einem Medium, das einen Teil der Steuerung 52 umfasst, so dass die Stromquellen 702, 704, 800 angewiesen werden können, die Ströme zu erzeugen. Die Werte für Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP sind der gegenwärtigen Kalibrierungstemperatur Tc zugeordnet.
Bei einem Schritt S58 wird die Kalibrierungstemperatur Tc um eine inkrementale Größe δT erhöht. Die Größe δT kann so gering wie nötig sein, um einen erwünschten Präzisionsgrad für den Kalibrierungsprozess zu erhalten. Das Verfahren kehrt dann zu dem Schritt S52 zurück, bei dem die Temperatur des Speicherarrays 100 auf die neue Kalibrierungstemperatur Tc erhöht wird, und Werte für Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP werden für die neue Kalibrierungstemperatur Tc bei dem Schritt S54 bestimmt.
Der Prozess eines Bestimmens von Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP für jeden Wert Tc wird wiederholt, bis Tc einen Wert erreicht, der einem oberen Ende des erwarteten Betriebstemperaturbereichs für das Speicherarray 100 entspricht.
Nachdem die Werte Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP für jeden Kalibrierungstemperaturwert Tc erzeugt wurden, wurde eine vollständige Nachschlagtabelle von Schreibstromwerten für das Speicherarray 100 erzeugt. Die Nachschlagtabelle ist beispielsweise bei dem Schritt S14 des in 5 dargestellten Verfahrens zugreifbar.
Als eine Alternative zu einem Starten des Kalibrierungsprozesses bei einem unteren Ende eines erwarteten Betriebstemperaturbereichs der Speichervorrichtung 50 kann Tc₀ anstelle dessen bei einem oberen Ende des erwarteten Betriebstemperaturbereichs gesetzt werden. In diesem Fall wird Tc bei dem Schritt S58 um δT verringert.
Gemäß den in 5–7 dargestellten Verfahren kann die Speichervorrichtung 50 die Speicherzellen 130 des Speicherarrays 100 zuverlässig umschalten. Ein Aktualisieren der Schreibströme Ix_PA, Iy_PA, Ix_AP, Iy_AP, wenn Temperaturvariationen auftreten, stellt sicher, dass die geeigneten Umschaltfelder Hx und Hy angelegt sind, wenn die Temperatur des Speicherarrays 100 variiert. Durch ein Berechnen getrennter Werte für Parallel-zu-Antiparallel- und Antiparallel-zu-Parallel-Umschaltströme kompensiert das Kalibrierungsverfahren zusätzlich eine Asymmetrie bei den Umschaltkurven für die Speicherzellen 130.
Die oben erörterten Verfahren adressieren die Situation, bei der die Antiparallel-zu-Parallel-Umschaltkurve für eine Speicherzelle 130 asymmetrisch um die Null-Koerzitivität-Achse mit Bezug auf die Parallel-zu-Antiparallel-Umschaltkurve sein kann (siehe Erörterung von 4 oben). 8 ist ein Flussdiagramm, das ein alternatives Verfahren zum Kalibrieren einer Speichervorrichtung darstellt, bei der ein Speicherarray 100 Speicherzellen umfassen kann, die Antiparallel-zu-Parallel-Umschaltkurven aufweisen, die im Wesentlichen symmetrisch um eine Null-Koerzitivität-Achse mit Bezug auf die Parallel-zu-Antiparallel-Umschaltkurve sind. 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktualisieren von Schreibströmen gemäß dem in 8 dargestellten Verfahren darstellt.
Bei einem Schritt S70 wird eine Temperatur T des Speicherarrays 100 durch den Temperatursensor 150 erfasst. Eine Temperaturerfassung kann beispielsweise periodisch durchgeführt werden.
Bei einem Schritt S72 wird die Temperatur T des Speicherarrays 100 mit einer Kalibrierungstemperatur Tc verglichen, um zu bestimmen, ob die Differenz zwischen der Temperatur T des Speicherarrays 100 und der Kalibrierungstemperatur Tc größer als ein Schwellentemperaturveränderungswert ΔT ist. Falls |T – Tc| den Schwellentemperaturveränderungswert ΔT nicht überschreitet, kehrt das Verfahren zu dem Schritt S70 zurück. Falls |T – Tc| den Schwellentemperaturveränderungswert ΔT überschreitet, geht das Verfahren zu einem Schritt S74 über.
Bei dem Schritt S74 werden die Schreibströme Ix und Iy aktualisiert, um Koerzitivitätsveränderungen bei den Speicherzellen 130 zu kompensieren, die durch die Veränderung bei der Temperatur T des Speicherarrays 100 bewirkt werden. Die Schreibströme Ix und Iy können beispielsweise gemäß dem in 9 dargestellten Verfahren aktualisiert. werden, bei dem Daten von der Referenzspeicherzelle 160 verwendet werden, um geeignete Werte Ix und Iy zu bestimmen. Das in 9 dargestellte Verfahren ist unten detailliert erörtert. Alternativ können die geeigneten Werte Ix und Iy für die erfasste Temperatur T aus einer Nachschlagtabelle ausgewählt werden.
Nachdem die Werte Ix und Iy bei dem Schritt S74 aktualisiert werden, wird die Kalibrierungstemperatur Tc bei einem Schritt S76 aktualisiert. Der Kalibrierungstemperatur Tc kann der Wert der gegenwärtigen Temperatur T des Speicherarrays 100 zugewiesen werden, der bei dem Schritt S70 erfasst wird. Das Verfahren kehrt dann zu dem Schritt S70 zurück, bei dem die Temperatur des Speicherarrays 100 periodisch erfasst werden kann. Alternativ kann das Verfahren STOPPEN, wenn ein Betrieb der Speichervorrichtung 50 endet.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktualisieren von Schreibströmen gemäß dem in 8 dargestellten Verfahren darstellt. Die in 9 dargestellten Schritte weisen den Schritt S74 von 8 auf. Das in 9 dargestellte Verfahren benutzt Daten von der Referenzspeicherzelle 160, um geeignete Werte Ix und Iy für das Speicherarray 100 zu bestimmen, das bei einer erfassten Temperatur T wirksam ist. Das in 9 dargestellte Verfahren nimmt an, dass die Referenzspeicherzelle 160 sich in einem parallelen Zustand befindet, wenn eine Kalibrierung beginnt. Falls sich die Referenzspeicherzelle 160 anfänglich in einem antiparallelen Zustand befindet, würde –Iy anstelle von Iy angelegt, um den Zustand der Referenzspeicherzelle 160 zu verändern.
Bei einem Schritt S80 werden beliebig niedrige Anfangsströme von Ix und Iy an den ersten und den zweiten Leiter 161, 162 angelegt, die sich bei der Referenzspeicherzelle 160 kreuzen. Bei einem Schritt S82 wird der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 erfasst. Das Ausgangssignal des Erfassungsverstärkers 600 kann verwendet werden, um den Zustand der Referenzspeicherzelle 160 zu bestimmen.
Bei dem Schritt S84 wird bestimmt, ob die Ströme Ix und Iy bewirkten, dass sich die Referenzspeicherzelle 160 von einem parallelen zu einem antiparallelen Zustand umschaltet. Falls sich der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 nicht verändert hat, werden Ix und Iy um eine inkrementale Größe bei einem Schritt S86 erhöht. Das Verfahren kehrt dann zu dem Schritt S80 zurück, bei dem die erhöhten Ströme Ix und Iy an die Referenzspeicherzelle 160 angelegt werden. Der Prozess eines inkrementalen Erhöhens von Ix und Iy wird wiederholt, bis der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 unter einer Anlegung von Ix und Iy bei dem Schritt S80 verändert wird. Wenn dann bei dem Schritt S84 eine Zustandsveränderung erfasst wird, geht das Verfahren zu einem Schritt S88 über. Bei dem Schritt S88 werden Ix und Iy aktualisiert, um den Werten von Ix und Iy zu entsprechen, die bewirkten, dass sich der Zustand der Referenzspeicherzelle 160 verändert.
Als eine Alternative zu einem Berechnen aktualisierter Schreibströme Ix und Iy während des in 8 dargestellten Verfahrens können Werte Ix und Iy von einer Nachschlagtabelle genommen werden. Die Werte Ix und Iy können auf eine dem in 7 dargestellten Verfahren ähnliche Weise berechnet werden. Es ist jedoch nicht notwendig, Parallel-zu- Antiparallel- und Antiparallel-zu-Parallel-Umschaltströme zu berechnen. Mit anderen Worten kann eine einzige Zustandsveränderung, entweder von parallel zu antiparallel oder von antiparallel zu parallel, für jede bestimmte Temperatur T verwendet werden, um die Nachschlagtabelle zu füllen. Die Nachschlagtabellenwerte von Ix und Iy können gespeichert werden und auf dieselben kann bei dem Schritt S74 des in 8 dargestellten Verfahrens zugegriffen werden.
Die oben erörterten Kalibrierungsverfahren können durch die Steuerung 52 oder durch irgendeine Rechenvorrichtung durchgeführt werden, die zum Ausführen von Anweisungen in der Lage ist. Zum Beispiel könnte eine externe Verarbeitungsvorrichtung mit der Speichervorrichtung 52 gekoppelt sein, um die oben erörterten Kalibrierungsverfahren durchzuführen.
Bei den oben erörterten Kalibrierungsverfahren wird eine Kalibrierung unter Verwendung einer Referenzspeicherzelle 160 durchgeführt. Die Referenzspeicherzelle 160 kann eine Speicherzelle sein, die von dem Array 100 von Speicherzellen 130 getrennt ist, die verwendet werden, um Daten in der Speichervorrichtung 50 zu speichern. Alternativ kann eine Speicherzelle 130 in dem Speicherarray 100 als die Referenzspeicherzelle bei den oben erörterten Verfahren wirken. Falls eine Speicherzelle 130 als die Referenzspeicherzelle verwendet wird, können die Stromquellen 702, 704, 800 verwendet werden, um die Schreibströme anzulegen, die verwendet werden, um die Speichervorrichtung 50 zu kalibrieren. Falls eine Speicherzelle 130 in dem Speicherarray 100 als die Referenzspeicherzelle verwendet wird, sollte darauf Acht gegeben werden, vor einer Kalibrierung die Speicherzelle 130 zu dem Zustand derselben zurückzugeben, so dass das in der Speicherzelle 130 gespeicherte Bit während einer Kalibrierung nicht gelöscht wird.
Der dargestellte Erfassungsverstärker 600 in 3 ist ein Beispiel einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines binären Zustands der Speicherzellen 130 in der Speichervorrichtung 50. In der Praxis können andere Erfassungsvorrichtungen, wie beispielsweise ein Transimpedanz-Erfassungsverstärker, ein Ladungsinjektionserfassungsverstärker, ein Differenzerfassungsverstärker oder ein digitaler Differenzerfassungsverstärker verwendet werden. Ein Erfassungsverstärker 600 ist in 3 zum Erfassen des binären Zustands der Speicherzellen 130 dargestellt. In der Praxis kann eine größere Anzahl von Erfassungsvorrichtungen mit einem Speicherarray gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Erfassungsverstärker für jeden Spaltenleiter in einem Speicherarray enthalten sein.
Die Konventionen für einen Stromfluss, um Zustände von 0 und 1 in dem Speicherarray zu schreiben, sind beliebig und können neu zugewiesen werden, um zu irgendeiner erwünschten Anwendung der Speichervorrichtung 50 zu passen.
Die Speicherzellen 130, die bei dem Speicherarray 100 verwendet werden, können irgendein Typ einer Speicherzelle sein, die auf die Schreibströme anspricht. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Speicherzellen 130 und die Referenzspeicherzelle 160 Magnetdirektzugriffsspeicherzellen (MRAM-Zellen). Andere Zellen sind ebenfalls für eine Verwendung bei dem Speicherarray 100 geeignet. Zum Beispiel können Speicherzellen, wie beispielsweise Riesenmagnetowiderstandsvorrichtungen (GMR-Vorrichtungen; GMR = giant magnetoresistance), Magnettunnelübergänge (MTJ = magnetic tunnel junctions) und andere Typen von Speicherzellen bei dem Speicherarray 100 verwendet werden.
Die Speichervorrichtung 50 kann bei einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwendet werden. Eine Anwendung kann eine Rechenvorrichtung sein, die ein MRAM-Speichermodul aufweist. Das MRAM-Speichermodul kann eines oder mehrere MRAM-Speicherarrays für eine Langzeitspeicherung umfassen.
MRAM-Speicherungsmodule können bei Vorrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise Laptop-Computern, Personalcomputern und Servern.
Es könnte auch eine temperaturkompensierte Spannungsquelle gemäß den obigen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einem Speicherarray verwendet werden.
Während die Speichervorrichtung 50 mit Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben ist, sind viele Modifikationen Fachleuten auf dem Gebiet ohne weiteres ersichtlich und die vorliegende Offenbarung soll Variationen derselben abdecken.

Claims

Eine Speichervorrichtung (50), die folgende Merkmale aufweist: ein Array (100) von Speicherzellen (130), die über dem Substrat angeordnet sind; eine Mehrzahl von ersten Leitern (110); eine Mehrzahl von zweiten Leitern (120), wobei die ersten Leiter (110) die zweiten Leiter (120) bei den Speicherzellen (130) kreuzen; eine erste Stromquelle (800), die selektiv mit den ersten Leitern (110) gekoppelt ist und zum Liefern eines ersten Schreibstroms (IxAP, IxPA, Ix) zu ausgewählten ersten Leitern (110) in der Lage ist; eine zweite Stromquelle (702), die selektiv mit den zweiten Leitern (120) gekoppelt ist und zum Liefern eines zweiten Schreibstroms (IyAP, Iy) zu ausgewählten zweiten Leitern (120) in der Lage ist; eine Steuerung (52), wobei die Steuerung (52) die Anlegung des ersten und des zweiten Schreibstroms an das Array (100) von Speicherzellen (130) steuert; einen Temperatursensor (150), der in der Speichervorrichtung (50) angeordnet ist, um eine Temperatur (T) der Speichervorrichtung (50) zu erfassen; und eine Einrichtung zum Aktualisieren des ersten und des zweiten Schreibstroms gemäß Daten von dem Temperatursensor (150), dadurch gekennzeichnet, dass: die Speichervorrichtung (50) ferner eine Referenzspeicherzelle (160) aufweist, wobei die Steuerung (52) angeordnet ist, um: einen ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und einen zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy) an Leiter (161, 162) anzulegen, die sich bei der Referenzspeicherzelle (160) kreuzen; einen Zustand der Referenzspeicherzelle (160) zu erfassen; den ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und/oder den zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy) zu erhöhen, falls der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) sich nicht verändert; die Anlegungs-, Erfassungs- und Erhöhungsschritte zu wiederholen, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert; und in Entsprechung mit der vorherrschenden Temperatur, wie dieselbe durch den Temperatursensor (150) erfasst wird, den zumindest einen Schreibstromwert (IxPA, IyPA, Ix, Iy) gemäß dem ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und dem zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy) zu aktualisieren, wenn sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) verändert.
Die Speichervorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine dritte Stromquelle (704), die selektiv mit den zweiten Leitern (120) gekoppelt ist und zum Liefern eines dritten Schreibstroms (IyPA, –Iy) zu ausgewählten zweiten Leitern (120) in der Lage ist.
Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Speichervorrichtung (50), wobei die Speichervorrichtung ein Array (100) von Speicherzellen (130), eine Mehrzahl von ers ten Leitern (110) und eine Mehrzahl von zweiten Leitern (120) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen einer Temperatur (T) der Speichervorrichtung (50); Bestimmen, ob die Temperatur (T) der Speichervorrichtung (50) sich um einen Schwellenwert (ΔT) verändert hat; und Aktualisieren zumindest eines Schreibstromwerts (IxPA, IyPA, IxAP, IyAP, Ix, Iy), falls sich die Temperatur (T) der Speichervorrichtung (50) um den Schwellenwert (ΔT) verändert hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aktualisierens zumindest eines Schreibstromwerts (IxPA, IyPA, IxAP, IyAP, Ix, Iy) folgende Schritte aufweist: a. Anlegen eines ersten Schreibstroms (IxPA, Ix) und eines zweiten Schreibstroms (IyPA, Iy) an Leiter (161, 162), die sich bei einer Referenzspeicherzelle (160) kreuzen, bei jeder einer Mehrzahl von Temperaturen; b. Erfassen eines Zustands der Referenzspeicherzelle (160); c. Erhöhen des ersten Schreibstroms (IxPA, Ix) und/oder des zweiten Schreibstroms (IyPA, Iy), falls sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) nicht verändert; d. Wiederholen der Schritte a–c, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert; und e. Aktualisieren des zumindest einen Schreibstromwerts (IxPA, IyPA, Ix, Iy) gemäß dem ersten Schreibstrom (IxPA, Ix) und dem zweiten Schreibstrom (IyPA, Iy), wenn sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) verändert, in Entsprechung mit der vorherrschenden Temperatur.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, das folgenden Schritt aufweist: Aktualisieren einer aktuellen Kalibrierungstemperatur (Tc) durch ein Zuweisen eines Werts, der zumindest im Wesentlichen gleich der erfassten Temperatur (T) ist, für die aktuelle Kalibrierungstemperatur (Tc), falls die Temperatur (T) der Speichervorrichtung sich um den Schwellenwert (ΔT) verändert.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem der Schritt des Aktualisierens zumindest eines Schreibstromwerts (IxPA, IyPA, IxAP, IyAP, Ix, Iy) folgende Schritte aufweist: f. Anlegen eines dritten Schreibstroms (IxAP, Ix) und eines vierten Schreibstroms (IyAP, –Iy) an die Leiter (161, 162), die sich bei der Referenzspeicherzelle (160) kreuzen; g. Erfassen eines Zustands der Referenzspeicherzelle (160); h. Erhöhen des dritten Schreibstroms (IxAP, Ix) und/oder des vierten Schreibstroms (IyAP, –Iy), falls sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) nicht verändert; i. Wiederholen der Schritte f–h, bis sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand verändert; und j. Aktualisieren des zumindest einen Schreibstromwerts (IxAP, IyAP, Ix, Iy) gemäß dem dritten Schreibstrom (IxAP, Ix) und dem vierten Schreibstrom (IyAP, –Iy), wenn sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) verändert, in Entsprechung mit der vorherrschenden Temperatur.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, das zwischen den Schritten d und e den Schritt eines Speicherns des ersten Schreibstromwerts (IxPA, Ix) und des zweiten Schreibstromwerts (IyPA, Iy) aufweist, die bewirken, dass sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) verändert, wobei der erste und der zweite Schreibstromwert (IxPA, Ix, IyPA, Iy) der Temperatur (T) zugeordnet sind.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, das zwischen den Schritten i und j den Schritt eines Speicherns des dritten Schreibstromwerts (IxAP, Ix) und des vierten Schreibstromwerts (IyAP, –Iy) aufweist, die bewirken, dass sich der Zustand der Referenzspeicherzelle (160) ändert, wobei der dritte und der vierte Stromwert (IxAP, Ix, IyAP, –Iy) der Temperatur (T) zugeordnet sind.