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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von elektronischen Speichervorrichtungen
und genauer gesagt auf nichtflüchtige
Speicherelemente, die einen gewünschten
Zustand annehmen, wenn Leistung angelegt wird.
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Die
meisten digitalen elektronischen Vorrichtungen verwenden sowohl
Logik-Gates als auch Speicherelemente, um Anfangs-Zwischen- und/oder End-Daten
zu speichern. Die Speicherelemente werden verwendet, um anfängliche,
dazwischenliegende und/oder abschließende Daten zu speichern. Die
Logik-Gates werden verwendet, um die Daten den Speicherelementen
bereitzustellen oder die Daten von diesen zu empfangen, und führen die
notwendige Datenmanipulation durch. Bei einem typischen digitalen
System sind die grundlegenden Speicher- oder Speicherelemente bistabile
Logikschaltungen, die als Halteelemente Clatching elements bekannt sind.
Es gibt zahlreiche Arten von Halteelementen, beispielsweise D-Haltevorrichtungen,
RS-Haltevorrichtungen, JK-Haltevorrichtungen etc. Diese Halteelemente
werden häufig
kombiniert, um verschiedene Formen von Flipflops oder anderen Speichervorrichtungen
zu bilden.
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Halteelemente
verwenden typischerweise einen oder mehrere Rückkopplungspfade, die eine
gerade Anzahl von Inversionen aufweisen. Durch Bereitstellen einer
geraden Anzahl von Inversionen verstärkt der Rückkopplungspfad den Datenzustand
des Halteelements. Um einen gewünschten
Zustand in das Halteelement zu schreiben, wird der Rückkopplungspfad
typischerweise übersteuert,
oder ein Schalter wird an dem Halteelement bereitgestellt. Das grundlegendste
Halteelement umfasst ein Paar von kreuzgekoppelten Invertern. Es
gibt jedoch zahlreiche andere bekannte Implementierungen.
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Herkömmliche
Halteelemente leiden unter einer Anzahl von Einschränkungen,
von denen einige nachstehend beschrieben werden. Zuerst ist der
Anfangszustand eines Halteelements typischerweise unbekannt. Diese
Einschränkung
kann eine Anzahl von Problemen in einer Schaltung oder einem System
verursachen. Beispielsweise wird das Freigabesignal von ausgewählten Ausgangspuffern
typischerweise entweder direkt oder indirekt durch den Zustand eines
Halteelements gesteuert. Weil die Zustände der Halteelemente beim
Hochfahren unbekannt sind, kann einer oder mehrere der Ausgangspuffer
gleichzeitig freigegeben werden. Dies ist besonders problematisch,
wenn die Ausgangspuffer mit einem bidirektionalen Bus gekoppelt
sind, wobei ein Puffer versuchen kann, einen anderen zu übersteuern,
wodurch erhebliche Leistung gezogen und möglicherweise Schaden an ausgewählten Schaltungselementen
verursacht wird.
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Um
diese und andere Probleme abzuschwächen, erfordern viele Systeme
eine Initialisierungsprozedur, die kurz nach dem Hochfahren auszuführen ist.
Ein Zweck der Initialisierungsprozedur besteht darin, den Zustand
ausgewählter
Halteelemente zu initialisieren. Die Initialisierungsprozedur kann beispielsweise
ausgewählte
Halteelemente zurücksetzen,
um die Ausgangspuffer einer Schaltung oder eines Systems zu sperren.
Im Allgemeinen initialisiert die Initialisierungsprozedur ausgewählte Halteelemente,
um die Vorrichtung für
die anschließende
Verarbeitung vorzubereiten. Das Erfordern einer Initialisierungsprozedur
erhöht
die Zeit, die erforderlich ist, um das System zu booten.
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Eine
weitere diesbezügliche
Einschränkung vieler
herkömmlicher
Halteelemente ist, dass darin gespeicherte Daten verloren gehen,
wenn die Strom- oder Spannungsversorgung verloren geht oder anderweitig
unterbrochen wird. Beispielsweise gehen, wenn ein Personal-Computer oder ein
anderes Datenverarbeitungssystem Strom- oder Spannungsversorgung verliert,
die in den Halteelementen gespeicherte Daten verloren. Wenn die
Strom- oder Spannungsversorgung wiederhergestellt wird, nimmt das Datenverarbeitungssystem
einen Anfangszustand an, der sich nicht auf den Zustand des Datenverarbeitungssystems
vor dem Strom- oder Spannungsversorgungsverlust bezieht. Häufig geht
viel von der Verarbeitung verloren, die koinzidierend mit oder vor dem
Strom- oder Spannungsversorgungsverlust abgeschlossen wird, oder
muss rekonstruiert und/oder erneut ausgeführt werden, was eine zeitintensive
und mühsame
Aufgabe sein kann.
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Bei
Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit können eine
primäre
Strom- oder Spannungsversorgungsquelle und eine Hilfs-Strom- oder
Spannungsversorgungsquelle bereitgestellt werden, um die Wahrscheinlichkeit
zu verringern, dass die Halteelemente einen Strom- oder Spannungsversorgungsverlust
erfahren werden. Bei derartigen Systemen wird eine Hilfs-Strom- oder Spannungsversorgungsquelle
verwendet, wenn die primäre
Strom- oder Spannungsversorgung ausfällt. Eine Einschränkung dieser
Vorgehensweise besteht darin, dass ein erheblicher Zusatzaufwand,
einschließlich
einer Hilfs-Strom- oder
Spannungsversorgungsquelle, eines Strom- oder Spannungsversorgungsverschlechterungs-Erfassungsmechanismus
und eines Strom- oder Spannungsversorgungsabschaltungsmechanismus
erforderlich ist. Außerdem
ist die Hilfs-Strom- oder Spannungsversorgungsquelle häufig eine
Batterie oder dergleichen, die eine begrenzte Lebensdauer aufweist.
Daher kann, falls die primäre
Strom- oder Spannungsversorgungsquelle für eine verlängerte Zeitspanne ausfällt, die
Hilfs-Strom- oder Spannungsversorgungsquelle ebenfalls ausfallen,
was bewirkt, dass die Halteelemente die darin gespeicherten Daten
verlieren.
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Eine
weitere Vorgehensweise zum Minimieren des Verlusts von Daten nach
einem Strom- oder Spannungsversorgungsausfall besteht darin, einen Audit-Trail
bzw. ein elektronisches Logbuch für jede dem System vorgebrachte
Transaktion beizubehalten. Bei einem derartigen System wird ein
Audit-Trail periodisch
in ein nichtflüchtiges
Speichermedium, wie beispielsweise ein Magnetband oder Festplattenlaufwerk
geschrieben. Der Audit-Trail umfasst typischerweise eine Auflistung
des Status jeder Transaktion, die dem Prozessor vorgebracht wird.
Wenn die Strom- oder Spannungsversorgung ausfällt, verlieren die Halteelemente
in dem System die darin gespeicherten Daten, wie oben beschrieben
ist. Nachdem die Strom- oder Spannungsversorgung wiederhergestellt
ist, kann jedoch der Audit-Trail verwendet werden, um diesen Status
jeder Transaktion zu rekonstruieren. Lediglich jene Transaktionen,
die nicht abgeschlossen und gespeichert wurden, müssen zur
Verarbeitung erneut vorgebracht werden. Dies kann die Menge der
Datenverarbeitung beträchtlich
verringen, die nach einem Strom- oder Spannungsversorgungsausfall
erforderlich ist. Beträchtliche
Zeit und Ressourcen sind jedoch typischerweise erforderlich, um die
Audit-Traildaten zu lesen und den Status jeder Transaktion zu bestimmen.
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Eine
Veröffentlichung
von Delbert Ballard mit dem Titel „Computer Memory Storage Device" (
US-Patent Nr. 3 573 485 ) offenbart
eine Flipflop-Schaltung, die mit einem Paar von elektronischen Schalteelementen
gebildet wird. Ein passives Speicherelement ist in der Schaltung
mit mindestens einem dieser Schalteelemente als ein Impedanzkoppler
verbunden. Ein zu speicherndes digitales Signal wird in das passive
Speicherelement geschrieben, wodurch seine wirksame Impedanz in
der Schaltung geändert
wird.
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Eine
Veröffentlichung
von James Daughton mit dem Titel „Differential Arrangement
Magnetic Memory Cell" (
US-Patent 4 751 677 ) offenbart
eine Speicherzelle mit einer Mehrzahl von Speicherstrukturen. Zwei
magnetoresistive Speicherzellen werden in eine bistabile Schaltung
oder Flipflop angeordnet.
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Eine
Veröffentlichung
von Motorola, Inc. (
europäische Patentanmeldung
0 776 011 A2 ) mit dem Titel „Magnetic Memory and Method
Transfer" offenbart
einen Magnetspeicher, der ein Magnetmaterial benutzt, um ein Magnetfeld
in einem magnetischen Speicherzellenelement zu konzentrieren.
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Die
EP 0 293 231 offenbart einen
Direktzugriffspeicher, der eine Mehrzahl von Speicherzellen aufweist.
Jede Zelle umfasst ein magnetisches Speicherelement. Das Magnetspeicherelement
umfasst einen dünnen
Film aus Magnetmaterial, der auf einem Halbleiter-Substrat angeordnet
ist, und ferner darauf Transistoren angeordnet hat, die in einer
Flipflop-Konfiguration verbunden sind.
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Es
ist daher wünschenswert,
ein Halteelement bereitzustellen, das einen gewünschten Zustand beim Hochfahren
annimmt. Dies kann den Bedarf für
eine Initialisierungsprozedur verringern oder eliminieren. Es ist
ebenfalls wünschenswert,
ein Halteelement bereitzustellen, das keine Daten verliert, wenn
die Strom- oder Spannungsversorgung verloren geht oder anderweitig
unterbrochen wird. Dies kann den Bedarf verringern, eine Hilfs-Strom-
oder Spannungsversorgungsquelle und/oder Audit-Trailsystem oder dergleichen bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt einen nichtflüchtigen Speicher
gemäß Anspruch
1 bereit.
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Die
Haltevorrichtung kann die Merkmale eines oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 1 bis 13
umfassen.
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Die
Erfindung überwindet
viele der Nachteile des Standes der Technik durch Bereitstellen
eines bistabilen Halte- oder Speicherelements, das einen bekannten
Anfangszustand beim Hochfahren annimmt. Die Erfindung stellt ebenfalls
ein Halteelement bereit, das keine Daten verliert, wenn die Strom-
oder Spannungsversorgung verloren geht oder anderweitig unterbrochen
wird. Dies wird durch Aufnehmen eines oder mehrerer Magnetmittel
oder Elemente benachbart dem Halteelement erreicht. Die Magnetmittel
oder Elemente weisen vorzugsweise mindestens zwei stabile magnetoresistive
Zustände auf.
Durch Programmieren der Magnetelemente auf geeignete Widerstandswerte
kann das Halteelement einen gewünschten
oder bekannten Anfangszustand beim Hochfahren annehmen. Indem die
Magnetelemente jedes Mal programmiert werden, wenn das Halteelement
während
des normalen Funktionsbetriebs beschrieben wird, können darin
gespeicherten Daten nicht verloren gehen, wenn die Strom- oder Spannungsversorgung
verloren oder anderweitig unterbrochen wird.
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Ein
Halte- oder Speicherelement kann durch eine Strom- oder Spannungsversorgung
angeschaltet werden und selektiv ein Datenbit mit einem oder zwei
stabilen Zuständen
speichern. Ein erstes Magnetelement kann zwischen einem ersten Abschnitt des
Halteelements oder der Strom- oder Spannungsversorgung angeordnet
sein. Das erste Magnetelement kann einen ersten magnetisch programmierbaren
Widerstand bereitstellen, der das Halteelement veranlasst, einen
gewünschten
der beiden stabilen Zustände
beim Hochfahren der Strom- oder Spannungsversorgung anzunehmen.
Ein zweites Magnetelement kann ebenfalls zwischen einem zweiten
Abschnitt des Halteelements und der Strom- oder Spannungsversorgung
angeordnet sein, um einen zweiten magnetisch programmierbaren Widerstand
bereitzustellen, der von dem ersten magnetisch programmierbaren
Widerstand verschieden sein kann. Das zweite Magnetelement kann
dem Halteelement beim Annehmen des gewünschten der beiden stabilen
Zustände
beim Hochfahren der Strom- oder Spannungsversorgung helfen.
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Eine
Eingangsspannungsversorgungsschaltung benachbart dem Halteelement
kann sowohl einen ersten Widerstand als auch ein erstes Magnetelement
aufweisen, wobei der erste Widerstand und das erste Magnetelement
in einer Halbbrücken-Konfiguration verbunden
sind. Die Eingangsspannung kann dann von dem Verbinden des ersten
Widerstands und des ersten Magnetelements bereitgestellt werden.
Durch Programmieren des ersten Magnetelements, den geeigneten Widerstandswert
aufzuweisen, kann die Eingangsspannung eingestellt werden, um den
gewünschten
Zustand in das Halteelement beim anfänglichen Hochfahren zu schreiben.
Die Eingangsspannungversorgungsschaltung kann ferner einen zweiten
Widerstand und ein zweites Magnetelement aufweisen, wobei der zweite
Widerstand und das zweite Magnetelement in einer zweiten Halbbrückenkonfiguration
verbunden sind. Die Eingangsspannung kann dann zwischen dem Verbinden
des ersten Widerstands und des ersten Magnetelements und dem Verbinden
des zweiten Widerstands und des zweiten Magnetmittels oder Elements
bereitgestellt werden.
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Um
die Eingangsspannungs-Amplitude zu maximieren, wird das erste Magnetelement
vorzugsweise in einen vorbestimmten der beiden magnetischen programmierbaren
Widerstandswerte programmiert, und das zweite Magnetelement wird
vorzugsweise in den entgegengesetzten der beiden magnetisch programmierbaren
Widerstandswerte programmiert. Dies nimmt natürlich an, dass sowohl das erste
als auch das zweite Magnetelement in benachbarten Zweigen der entsprechenden
Halbbrückenschaltungen
positioniert sind. Es wird in Erwägung gezogen, dass ein Selektor
zwischen der Eingangsspannungsversorgungsschaltung und dem Halteelement
positioniert sein kann, um dem Speicherelement die Eingangsspannung
selektiv bereitzustellen. Der Selektor wird vorzugsweise aktiviert,
nachdem das Hochfahren im Gange oder abgeschlossen ist.
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Es
wird in Erwägung
gezogen, dass Magnetelemente programmiert werden können, indem
ein Schreibstrom benachbart den entsprechenden Magnetelementen geleitet
wird. Der Schreibstrom magnetisiert die Magnetelemente in einen
von zwei stabilen Magnetzuständen.
Der Magnetzustand steuert den Widerstandswert des entsprechenden
Magnetelements. Durch Ändern
der Richtung des Schreibstroms bezogen auf das entsprechende Magnetelement
kann der Magnetzustand und somit der Widerstand des Magnetelements
geändert
werden.
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Wie
oben angegeben ist, ist es wünschenswert,
das erste Magnetelement in einen Zustand und das zweite Magnetelement
in den entgegengesetzten Zustand zu programmieren (d. h. zu beschreiben).
Die ersten und zweiten Magnetelemente können in entgegengesetzte Zustände durch
Verwenden einer einzigen Schreibleitung geschrieben werden. Die
einzige Schreibleitung wird ausgelegt, um sich dem ersten Magnetelement
aus einer ersten Richtung und dem zweiten Magnetelement aus einer
entgegengesetzten Richtung zu nähern.
Bei dieser Konfiguration erzeugt der durch die Schreibleitung laufende
Schreibstrom ein Magnetfeld, das das erste Magnetelement aus einer
ersten Richtung und das zweite Magnetelement aus der entgegengesetzten Richtung
schneidet. Demgemäß schreibt
der Schreibstrom einen ersten Zustand in das erste Magnetelement und
einen entgegengesetzten Zustand in das zweite Magnetelement. Durch
Wählen
der Richtung des Schreibstroms können
die ersten und zweiten Magnetelemente in gewünschte jedoch entgegengesetzte
Zustände
geschrieben werden.
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Eine
Schreibleitung mit zwei getrennten Schichten kann bereitgestellt
werden. Vorzugsweise wird eine obere Schicht über dem Magnetelement und eine
untere Schicht unter dem Magnetelement bereitgestellt. Strom kann
in einer einzigen Richtung, beispielsweise von links nach rechts,
durch eine ausgewählte
der beiden Schichten bereitgestellt werden. Wenn Strom durch die
obere Schicht bereitgestellt wird, wird ein Zustand in das Magnetelement
geschrieben. Wenn Strom durch die untere Schicht bereitgestellt
wird, wird der entgegengesetzte Zustand in das Magnetelement geschrieben.
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Zwei
Schichten können
elektrisch an einer Seite des Magnetelements verbunden sein. Bei
dieser Konfiguration fließt
Strom durch die obere Schicht durch die Verbindung und zurück durch
die untere Schicht oder umgekehrt. Die durch die obere Schicht und
die untere Schicht bereitgestellten Magnetfelder sind somit additiv,
wodurch das Magnetfeld an dem Magnetelement erhöht und der Strom, der erforderlich
ist, um die Vorrichtung anzuschalten, potentiell verringert wird.
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Es
wird in Erwägung
gezogen, dass die Magnetelemente Materialien vom AMR-Typ, Materialien vom
GMR-Typ, Materialien vom CMR-Typ, spinabhängige Vorrichtungen vom Tunneltyp,
Vorrichtungen vom Spinventiltyp oder irgendein anderes Magnetmaterial
oder irgendeine andere Vorrichtung aufweisen können. Die Magnetelemente können "Pseudo"-Spinventilstrukturen sein. Eine Pseudo-Spinventilstruktur
umfasst vorzugsweise ein elektrisch leitendes, magnetisch isolierendes
Material, wie beispielsweise Cu, das zwischen zwei relativ harten
aktiven ferromagnetischen Schichten, wie beispielsweise CoFe, angeordnet
ist. Die beiden relativ harten aktiven ferromagnetischen Schichten
umfassen vorzugsweise eine obere aktive ferromagnetische Schicht
und eine untere aktive ferromagnetische Schicht. Die weicheren Mantelschichten
aus Permalloy (NiCoFe) von einer herkömmlichen Spinventilstruktur,
wie beispielsweise in dem
US-Patent
Nr. 5 595 830 an Daughton beschrieben ist, werden vorzugsweise
entfernt.
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Die
obere aktive ferromagnetische Schicht ist vorzugsweise die Speicherschicht
und die untere aktive ferromagnetische Schicht ist vorzugsweise eine
harte Schicht. Um den Magnetisierungsvektor der oberen Speicher
zu erlauben, sich als Antwort auf einen Schreibstrom zu drehen,
wird die Dicke der oberen Speicherschicht bezogen auf die untere
harte Schicht verringert. Der Unterschied in der Dicke der beiden
ferromagnetischen Schichten erzeugt ein Differential in den Koerzitivkräften der
beiden Schichten. Die Koerzitivkraft der dünneren Speicherschicht ist
ausreichend klein, um dem Magnetisierungsvektor zu erlauben, sich
als Antwort auf einen Schreibstrom zu drehen. Für Halteelemente wird die Koerzitivkraft der
dünneren
Speicherschicht ebenfalls ausreichend groß gemacht, um Entmagnetisierungsfelder
der unteren harten Schicht daran zu hindern, den Magnetisierungsvektor
der Speicherschicht anti-parallel zu dem Magnetisierungsvektor der
harten Schicht zu drehen. Durch Eliminieren der weicheren Mantelschichten
aus Permalloy NiCoFe von herkömmlichen Spinventilstrukturen
vereinfacht die „Pseudo"-Spinventilstruktur
den Filmstapel und somit den Ablagerungsprozess, behält das Material
mit hohem Moment im Wesentlichen bei, auf große GMR-Verhältnisse, und erhöht die thermische
Stabilität
des Bits bei der Verarbeitung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Aufgaben der Erfindung und viele der begleitenden Vorteile der Erfindung
werden ohne Weiteres ersichtlich, wenn diese durch Bezug auf die folgende
ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser
verstanden wird, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile überall in
den Figuren kennzeichnen und in denen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Speicher-Haltevorrichtung einschließlich einer
programmierbaren Eingangsspannungsversorgungsschaltung, die mit
einem herkömmlichen
Halte- oder Speicherelement gekoppelt ist;
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2 eine
teilweise perspektivische Ansicht eines Halteelements, das zwei, über der
elektronischen Schaltungsanordnung angeordnete Magnetelemente aufweist;
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3 eine
schematische Ansicht eines magnetischen Halteelements, das veranschaulichende Schreibleitungen
zeigt, die über
den Magnetelementen liegen;
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4 eine
schematische Ansicht einer veranschaulichenden Zweischicht-Wortleitungsstruktur zum
selektiven Schreiben eines gewünschten
Zustands in ein Magnetelement;
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5 eine
schematische Ansicht noch einer weiteren Zweischicht-Wortleitungsstruktur
zum selektiven Schreiben eines gewünschten Zustands in ein Magnetelement;
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6A eine
veranschaulichende teilweise perspektivische Seitenansicht eines
Pseudo-Spinventil-Magnetelements
(PSV-Magnetelements);
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6B eine
veranschaulichende Querschnittsseitenansicht des Pseudo-Spinventil-(PSV)-Magnetelements von 6A;
und
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7 eine
erfindungsgemäße nichtflüchtige Haltevorrichtung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Speicher-Haltevorrichtung mit einer programmierbaren
Eingangsspannungsversorgungsschaltung 10, die mit einem
herkömmlichen
Halte- oder Speicherelement 12 gekoppelt ist. Die Eingangsspannungsversorgungsschaltung 10 stellt
dem Halteelement 12 beim Hochfahren eine Eingangsspannung
bereit, wobei die Eingangsspannung eine von zwei Zuständen annimmt.
Die Eingangsspannungsversorgungsschaltung 10 umfasst mindestens
ein Magnetelement, das mindestens zwei stabile Zustände aufweist.
Durch Programmieren des Magnetelements, um den geeigneten Widerstandswert
aufzuweisen, kann die Eingangspannung eingestellt werden, um den
gewünschten
Zustand in das Halteelement 12 beim anfänglichen Hochfahren zu schreiben.
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Die
Eingangsspannungsversorgungsschaltung 10 umfasst sowohl
einen ersten Widerstand 14 als auch ein erstes Magnetelement 16,
wobei der erste Widerstand 14 und ein erstes Magnetelement 16 in einer
ersten Halbbrücken-Konfiguration verbunden sind.
Die Eingangsspannung wird dann von der Verbindung 18 des
ersten Widerstands und des ersten Magnetelements 16 bereitgestellt.
Durch Programmieren des ersten Magnetelements 16, den geeigneten
Widerstandswert aufzuweisen, kann die Eingangsspannung eingestellt
werden, um den gewünschten
Zustand in das Halteelement 12 beim anfänglichen Hochfahren zu schreiben.
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Die
Eingangsspannungsversorgungsschaltung 10 kann ferner einen
zweiten Widerstand 20 und ein zweites Magnetelement 22 aufweisen,
wobei der zweite Widerstand und das zweite Magnetelement 22 ebenfalls
in einer Halbbrücken-Konfiguration
verbunden sind. Der erste Widerstand 14, das erste Magnetelement 16,
ein zweiter Widerstand 20 und ein zweites Magnetelement 22 bilden
eine volle Brückenkonfiguration. Demgemäß kann die
Eingangsspannung zwischen der Verbindung 18 des ersten
Widerstands 14 und dem ersten Magnetelement 16 und
der Verbindung 24 des zweiten Widerstands 20 und
des zweiten Magnetelements 22 bereitgestellt werden. Die
Eingangsspannung muss ausreichend hoch sein, um das kreuzgekoppelte
Inverterpaar des Halteelements 12 zu übersteuern, um ein Schreiben
zu bewirken.
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Um
die Eingangsspannungs-Amplitude zu maximieren, wird das erste Magnetelement 16 vorzugsweise
in einen gewünschten
der beiden magnetisch programmierbaren Widerstandszustände programmiert,
und das zweite Magnetelement 22 wird in den entgegengesetzten
programmierbaren Widerstandszustand programmiert. Obwohl nicht explizit gezeigt,
wird in Erwägung
gezogen, dass beide der Magnetelemente 16 und 22 in
den oberen Zweigen der Brücke
und die beiden Widerstände 14 und 20 in den
unteren Zweigen bereitgestellt werden können. Auf ähnliche Weise wird in Erwägung gezogen,
dass der zweite Widerstand 20 und das zweite Magnetelement 22 umgekehrt
ersetzen können.
Bei dieser letzteren Konfiguration kann die maximale Eingangsspannungs-Amplitude
durch Programmieren des ersten Magnetelements 16 und des
zweiten Magnetelements 22 in den gleichen Zustand erzielt
werden.
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Es
wird in Erwägung
gezogen, das ein Selektor 28 zwischen der Eingangsspannungsversorgungsschaltung
und dem Halteelement 12 positioniert sein kann, um die
Eingangsspannung dem Halteelement 12 selektiv zur Verfügung zu
stellen. Wie gezeigt ist, kann der Selektor einen ersten Transistor 30 und
einen zweiten Transistor 32 aufweisen. Vorzugsweise wird
an die Gates der Transistoren 30 und 32 ein Auswahlsignal
(Select) geliefert, nachdem das Hochfahren im Gange oder abgeschlossen
ist.
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2 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht eines Halteelements mit einer
elektronischen Schaltungsanordnung 60 und zwei Magnetelementen 42 und 44,
die über
der elektronischen Schaltungsanordnung 60 angeordnet sind.
Die elektronische Schaltungsanordnung 60 umfasst vorzugsweise
ausgewählte
Metallverbindungsschichten, Kontaktlöcher und Kontakte, die notwendig
sind, um die elektronische Schaltungsanordnung mit den Magnetelementen 42 und 44 zu
verbinden. Durch Bereitstellen der Magnetelemente nach dem Kontakt-
und Kontaktlochverarbeitung, können
höhere
Dichten erzielt werden.
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3 ist
eine schematische Ansicht eines magnetischen Halteelements, das
veranschaulichende Schreibleitungen aufweist, die über den
Magnetelementen 42 und 44 liegen. Die elektronische
Schaltungsanordnung 60 wird unter den Magnetelementen in
Phantomlinie gezeigt. Wie oben mit Bezug auf 1 angegeben
ist, werden die Magnetelemente 42 und 44 vorzugsweise
in einem gewünschten
Zustand programmiert. Bei einigen Ausführungsformen ist es wünschenswert,
die Magnetelemente 42 und 44 in den gleichen Zustand
zu programmieren, während
es bei anderen Ausführungsformen
wünschenswert
ist, die Magnetelemente 42 und 44 in entgegengesetzte
Zustände
zu programmieren.
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Die
meisten magnetoresistiven Speicherelemente können in einen von zwei Zuständen geschrieben
werden. Dies wird typischerweise durchgeführt, indem eine Schreibleitung
benachbart den Magnetelementen bereitgestellt und ein Schreibstrom
durch die Schreibleitung geleitet wird. Der Schreibstrom erzeugt
ein Magnetfeld, das das Magnetelement in einer von zwei Richtungen
schneidet. Falls das Magnetfeld das Magnetelement in einer ersten
Richtung schneidet, wird das Magnetelement in einen ersten Zustand
geschrieben. Falls das Magnetfeld das Magnetelement in einer zweiten
Richtung schneidet, wird das Magnetelement in einen zweiten Zustand geschrieben.
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Mit
Bezug insbesondere auf 3 wird eine erste Schreibleitung 70 über dem
ersten Magnetelement 42 und eine zweite Schreibleitung 72 über dem zweiten
Magnetelement 44 bereitgestellt. Ein „Phantomkästchen" wird bei 74 gezeigt, das unterschiedliche
Funktionen abhängig
von dem gewünschten Schreibschema
darstellen kann. Das Phantomkästchen 74 verbindet
einfach die erste Schreibleitung 70 und die zweite Schreibleitung 72.
Als solcher kann ein Schreibstrom I1 die
erste Schreibleitung 72 hinunter und zurück zu der
zweiten Schreibleitung 74 geleitet werden. Unter der Annahme,
dass das erste Magnetelement 42 und das zweite Magnetelement 44 jeweils
harte Schichten aufweisen, die in der gleichen Richtung, beispielsweise
von links nach rechts magnetisiert werden, wie bei 77 gezeigt
ist, schreibt der Schreibstrom I1 einen
ersten resistiven Zustand in das erste Magnetelement 42 und
einen entgegengesetzten resistiven Zustand in das zweite Magnetelement 44.
Die Richtung des Schreibstroms kann umgekehrt werden, um den in
die ersten und zweiten Magnetelemente 42 und 44 geschriebenen
Zustand umzukehren.
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Das
Phantomkästchen 74 kann
entweder direkt oder indirekt die erste Schreibleitung 70 und
die zweite Schreibleitung 72 mit einer vorbestimmten Spannung,
wie beispielsweise Masse, verbinden. Die erste Schreibleitung 70 und
die zweite Schreibleitung 72 steuern unabhängig den
Schreibzustand der ersten und zweiten Magnetelemente 42 bzw. 44.
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Das
Phantomkästchen 74 kann
Logik oder dergleichen aufweisen, um zu helfen, das Schreiben der
ersten und zweiten Magnetelemente 42 und 44 zu
steuern. Beispielsweise kann das Phantomkästchen 74 einen Schalter
aufweisen, der die erste Schreibleitung 70 und die zweite
Schreibleitung selektiv verbindet. Dies kann besonders nützlich sein, wenn
das erste Schreibsignal 76 und das zweite Schreibsignal 78 mehr
als ein Halteelement bedienen. Der Schalter kann ein Grad von Steuerung
bereitstellen, über
den die Halteelemente während
eines bestimmten Schreibzyklus beschrieben werden.
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4 ist
eine schematische Ansicht einer veranschaulichenden Zweischicht-Wortleitungsstruktur
zum selektiven Schreiben eines gewünschten Zustands in ein Magnetelement.
Wie oben offenbart ist, können
die Magnetelemente programmiert werden, indem ein Schreibstrom benachbart
den entsprechenden Magnetelementen geleitet wird. Der Schreibstrom
magnetisiert die Magnetelemente in einen von zwei stabilen Magnetzuständen. Durch Ändern der
Richtung des Schreibstroms bezogen auf den Magnetisierungsvektor
der harten Schicht des entsprechenden Magnetelements kann der Magnetzustand
des Magnetelements geändert
werden.
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Die
in 4 gezeigte Struktur verwendet eine Zweischicht-Wortleitungsstruktur,
um einen von zwei Zuständen
in das entsprechende Magnetelement 84 zu schreiben. Die
Zweischicht-Wortleitung umfasst eine obere Wortleitung 80 und
eine untere Wortleitung 82, wobei die obere Wortleitung 80 über dem
Magnetelement 84 und die untere Wortleitung 82 unter
dem Magnetelement 84 positioniert ist. Die Enden der oberen
und unteren Wortleitungen 80 und 82 sind entweder
direkt mit Masse, wie bei 86 gezeigt ist, oder indirekt
mit Masse durch einen strombegrenzenden Widerstand oder dergleichen
(nicht gezeigt) gekoppelt. Bei dieser Konfiguration kann ein erster
Treiber 88 einen Schreibstrom 96 durch die obere
Wortleitung 80 bereitstellen, der ein erstes Magnetfeld
erzeugt, das parallel zu dem veranschaulichenden Magnetisierungsvektor 92 der
harten Schicht 94 ist, der einen ersten Zustand in das
Magnetelement 84 schreiben kann. Ein zweiter Treiber 90 kann
einen Schreibstrom 98 durch die untere Wortleitung 82 bereitstellen,
der ein Magnetfeld erzeugt, das antiparallel zu dem veranschaulichenden
Magnetisierungsvektor 92 der harten Schicht 94 ist,
der einen entgegengesetzten Zustand in das Magnetelement 84 schreiben
kann. Vorzugsweise wird lediglich einer der ersten und zweiten Treiber 88 und 90 zu
einer beliebigen Zeit aktiviert.
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5 ist
eine schematische Ansicht einer weiteren Zweischicht-Wortleitungsstruktur
zum selektiven Schreiben eines gewünschten Zustands in ein Magnetelement.
Die Struktur ist der Struktur von 4 mit der
Ausnahme ähnlich,
dass die obere Wortleitung 80 elektrisch mit der unteren
Wortleitung 82 durch eine Verbindung verbunden ist, die
schematisch bei 100 dargestellt ist. Um einen ersten Zustand in
das Magnetelement 84 zu schreiben, stellt der erste Treiber 88 einen
Schreibstrom 102 der oberen Wortleitung 80 durch
die Verbindung 100, durch die untere Wortleitung 82 und
schließlich
mit dem zweiten Treiber 90 bereit. Weil die Ströme durch
die obere Wortleitung 80 und die untere Wortleitung 82 in
entgegengesetzten Richtungen sind, sind die dadurch bereitgestellten
Magnetfelder additiv. Dies kann das Magnetfeld an dem Magnetelement 84 bezogen
auf die in 4 gezeigte Struktur wirksam
verdoppeln, wobei der Schreibstrom potentiell verringert wird, der erforderlich
ist, um in das Magnetelement 84 zu schreiben. Um den entgegengesetzten
Zustand in das Magnetelement 84 zu schreiben, kann der
zweite Treiber 90 einen Schreibstrom 104 an der
unteren Wortleitung 82 durch die Verbindung 100,
durch die obere Wortleitung 80 und schließlich an
dem ersten Treiber 88 bereitstellen. Die durch den Strom 104 in der
unteren Wortleitung 82 und in der oberen Wortleitung 80 bereitgestellten
Magnetfelder sind erneut additiv, wodurch der Schreibstrom, der
erforderlich ist, um in das Magnetelement 84 zu schreiben,
potentiell verringert wird.
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Es
wird in Erwägung
gezogen, dass die obigen Wortleitungsstrukturen einen Magnetwächter aufweisen
können,
um das Magnetfeld bei dem Magnetelement weiter zu erhöhen.
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Die
Magnetelemente werden vorzugsweise mit „Pseudo"-Spinventilstrukturen
gebildet, wie beispielsweise jene, die in
6A und
6B gezeigt werden.
Mit Bezug insbesondere auf
6B umfasst die
Pseudo-Spinventilstruktur vorzugsweise eine elektrisch leitende,
magnetisch isolierende Schicht
110, die zwischen zwei aktiven
ferromagnetischen Schichten
112 und
114 angeordnet
ist. Die elektrisch leitende, magnetisch isolierende Schicht
110 wird vorzugsweise
aus Cu oder dergleichen gebildet, und die beiden aktiven ferromagnetischen
Schichten
112 und
114 werden vorzugsweise aus
einem harten Material, wie beispielsweise CoFe oder dergleichen,
gebildet. Die weicheren Mantelschichten aus Permalloy (NiCoFe) einer
herkömmlichen
Spinventilstruktur (wie beispielsweise in dem
US-Patent Nr. 5 595 830 an Daugthon
beschrieben ist) werden vorzugsweise entfernt, und die untere CoFe-Schicht
wird vorzugsweise direkt an einer Tantal-Keimschicht (nicht gezeigt)
bereitgestellt.
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Bei
der in 6A und 6B gezeigten Struktur
ist die obere aktive ferromagnetische Schicht 112 eine
Speicherschicht und die untere aktive ferromagnetische Schicht 114 eine
harte Schicht. Um dem Magnetisierungsvektor der oberen Speicherschicht 112 zu
erlauben, sich als Antwort auf einen Schreibstrom zu drehen, wird
die Dicke der oberen Speicherschicht 112 bezogen auf die
untere harte Schicht 114 verringert. Der Unterschied in
der Dicke der beiden CoFe-Schichten
erzeugt ein Differential in den Koerzitivkräften der beiden Schichten.
Die Koerzitivkraft der dünneren
Speicherschicht 112 wird ausreichend groß ausgeführt, um
die Entmagnetisierungsfelder der unteren harten Schicht 114 daran zu hindern,
den Magnetisierungsvektor 116 der Speicherschicht 112 antiparallel
zu dem Magnetisierungsvektor der harten Schicht 114 zu
drehen. Durch Eliminieren der weicheren Mantelschichten aus Permalloy NiCoFe
von herkömmlichen
Spinventilstrukturen vereinfacht die „Pseudo"-Spinventilstruktur
den Film-Stapel und somit den Aufbringungsprozess, behält das Material
mit hohem Moment bei, das für
große
GMR-Verhältnisse
unbedingt notwendig ist, und erhöht
die thermische Stabilität
der Bit-Durchgangsverarbeitung.
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7 zeigt
eine erfindungsgemäße nichtflüchtige Haltevorrichtung 40,
die durch eine erste Spannung 51 und eine zweite Spannung 53 angetrieben
wird, und mit:
einem ersten p-Kanal-Transistor 46 mit
einem Gate-Anschluss,
einem Source-Anschluss 50 und einem Drain-Anschluss, wobei
der Source-Anschluss des ersten p-Kanal-Transistors 46 mit der ersten Spannung 51 verbunden
ist;
einem ersten n-Kanal-Transistor 48 mit einem Gate-Anschluss, einem
Source-Anschluss 52 und einem Drain-Anschluss, wobei der Drain-Anschluss des
ersten n-Kanal-Transistors 48 mit
dem Drain-Anschluss des ersten p-Kanal-Transistors 46 verbunden ist,
und der Gate-Anschluss des ersten n-Kanal-Transistors 48 mit
dem Gate-Anschluss des ersten p-Kanal-Transistors 46 verbunden
ist;
einem zweiten p-Kanal-Transistor 62 mit einem Gate-Anschluss, einem
Source-Anschluss 66 und einem Drain-Anschluss, wobei der Source-Anschluss 65 des
zweiten p-Kanal-Transistors 62 mit
der ersten Spannung 51 verbunden ist;
einem zweiten
n-Kanal-Transistor 64 mit einem Gate-Anschluss, einem Source-Anschluss 68 und
einem Drain-Anschluss,
wobei der Drain-Anschluss des zweiten n-Kanal-Transistors 64 mit dem Drain-Anschluss
des zweiten p-Kanal-Transistors 62 verbunden
ist, und der Gate-Anschluss des zweiten n-Kanal-Transistors 64 mit
dem Gate-Anschluss des zweiten p-Kanal-Transistors 62 verbunden
ist;
wobei der Drain-Anschluss des ersten n-Kanal-Transistors 48 mit
dem Gate-Anschluss des zweiten n-Kanal-Transistors 64 verbunden
ist, und der Drain-Anschluss des zweiten n-Kanal-Transistors 64 mit dem Gate-Anschluss
des ersten n-Kanal-Transistors 48 verbunden
ist;
einem ersten Magnetmittel 42 zum Bereitstellen
eines ersten magnetisch programmierbaren Widerstandswerts, das zwischen
der Source 52 des ersten n-Kanal-Transistors 48 und
der zweiten Spannung 53 verbunden ist; und
einem zweiten
Magnetmittel 44 zum Bereitstellen eines zweiten magnetisch
programmierbaren Widerstandswerts, das zwischen der Source 68 des
zweiten n-Kanal-Transistors 64 und der zweiten Spannung 53 verbunden
ist
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die erste Spannung 51 mit Bezug auf Masse positiv,
und die zweite Spannung 53 ist Masse.
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Indem
somit die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurden, wird ein Fachmann ohne Weiteres
erkennen, dass die hier gefundenen Lehren auf andere Ausführungsformen innerhalb
des Schutzumfangs der hier beigefügten Ansprüche angewendet werden können.