磁阻存储器设备，磁阻存储器系统及其操作方法与流程

本申请要求于2017年4月13日向韩国专利局提交的韩国专利申请号为no.10-2017-0048037的优先权，该专利申请的公开内容通过整体引用并入本说明书中。

本公开涉及一种磁阻存储器设备。更具体地说，本公开涉及执行温度补偿的磁阻存储器设备、包括这种磁阻存储器设备的磁阻存储器系统、以及操作磁阻存储器设备的方法。

背景技术

响应高容量和低功耗的存储器设备，对非易失性和无刷新下一代存储器设备的研究正在进行中。下一代存储器设备需要具有动态ram(dynamicram，dram)的高集成度、闪速存储器的非易失性、以及静态ram(staticram，sram)的高速度。相位变化ram(phasechangeram，pram)、纳米浮栅存储器(nanofloatinggatememory，nfgm)、聚合物ram(polymerram，poram)、磁阻ram(magnetoresistiveram，mram)、铁电ram(ferroelectricram，feram)等被称为满足上述要求的下一代存储器设备。

技术实现要素：

本公开描述了一种磁阻存储器设备，包括这种磁阻存储器设备的磁阻存储器系统，以及操作该磁阻存储器设备的方法。更具体地，本公开描述了能够基于温度改变来控制读取操作的磁阻存储器设备、包括这种磁阻存储器设备的磁阻存储器系统、以及操作该磁阻存储器设备的方法。

根据本公开的一个方面，存储器设备包括至少一个参考单元和多个存储器单元。操作存储器设备的方法可以包括检测存储器设备的温度。该方法可以包括根据检测温度的结果来控制施加到至少一个参考单元的第一读取信号的电平。该方法还可以包括将通过将第一读取信号施加到至少一个参考单元而感测到的第一感测值与通过将第二读取信号施加到从多个存储器单元中选择的存储器单元而感测到的第二感测值进行比较。

根据本公开的另一方面，存储器设备包括存储器单元阵列，该存储器单元阵列包括至少一个参考单元和多个存储器单元。存储器设备还包括：温度传感器，其被配置为检测存储器设备的温度；以及参考单元偏置生成器，其被配置为根据检测温度，当温度升高时，将施加到至少一个参考单元的第一读取信号的电平从参考值改变为第一值，并且当温度降低时，将第一读取信号的电平从参考值改变为不同于第一值的第二值。存储器设备还包括感测放大器，其被配置为将基于第一读取信号从至少一个参考单元输出的第一感测值与基于第二读取信号从多个存储器单元当中的所选择的存储器单元输出的第二感测值进行比较。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中将更清楚地理解本公开的实施例，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的包括存储器设备的存储器系统的框图；

图2是根据本公开的示例性实施例的存储器设备的框图；

图3a和图3b是图2中的存储器单元阵列的相应的电路图；

图4是图3a或图3b中的单位存储器单元u的透视三维(3d)视图；

图5a和图5b是描述根据图4中的磁性隧道结(magnetictunneljunction,mtj)结构中的磁化方向来存储的数据的概念图；

图6是描述图4中针对磁性隧道结(mtj)结构的写入操作的框图；

图7a和图7b是示出图4中的mtj结构的另一实施例的图；

图8是示出图4中的mtj结构的另一实施例的图；

图9a和图9b是示出图4中的mtj结构的另一实施例的图；

图10a至图10c是示出根据示例性实施例的基于温度改变的图4中所示的各种读取因子的改变的图形；

图11a和图11b是示出图10c所示的每个温度下的存储器单元的散布(dispersion)和感测值的图形；

图12示出根据本公开的另一示例性实施例的基于温度改变的读取信号的改变；

图13a和图13b是示出根据示例性实施例的基于温度改变的图4中所示的各种读取因子的改变的图形；

图14是根据本公开的示例性实施例的存储器设备的操作的流程图；以及

图15是示出根据本公开的包括存储器设备的信息处理系统的示例的框图。

具体实施方式

图1是根据本公开的示例性实施例的包括存储器设备100的存储器系统10的框图。

参考图1，存储器系统10可以包括存储器设备100和存储器控制器200。存储器设备100可以包括存储器单元阵列110、写入/读取电路120、控制逻辑130、和温度传感器140。当存储器单元阵列110包括磁阻存储器单元时，存储器系统10可以被称为磁阻存储器系统。

存储器控制器200可以响应于来自主机host的写入/读取请求控制存储器设备100读取存储在存储器设备100中的数据，或者将数据写入存储器设备100。存储器控制器200可以通过向存储器设备100提供地址addr、命令cmd、和控制信号ctrl来控制存储器设备100的程序(或写入)、读取、和擦除操作。此外，要写入的数据和要读取的数据可以在存储器控制器200和存储器设备100之间传递。

尽管未示出，存储器控制器200可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、处理单元(处理器)、主机接口、和存储器接口。ram可以用作处理单元(处理器)的操作存储器。处理单位(处理器)可以通过执行存储在ram或另一存储器中的指令来控制存储器控制器200的操作。当由处理单元(处理器)执行时，指令可使存储器控制器200执行本文所述的处理步骤中的一个或多个。主机接口可以包括用于在主机host和存储器控制器200之间交换数据的协议。例如，存储器控制器200可以被配置为经由各种接口协议(诸如通用串行总线(universalserialbus，usb)、多媒体卡(multimediacard，mmc)、外围组件互联表达(peripheralcomponentinterconnectexpress，pci-e)、高级技术附件(advancedtechnologyattachment，ata)、串行ata、平行ata、小型计算机系统接口(smallcomputersysteminterface，scsi)、增强小型磁盘接口(enhancedsmalldiskinterface，esdi)、和集成驱动电子(integrateddriveelectronics，ide))中的至少一个与外部(例如，主机host)通信。

存储器单元阵列110可以包括分别布置在多个第一信号线和多个第二信号线彼此交叉的区域中的多个存储器单元(未示出)。根据示例性实施例，多个第一信号线可以是多个位线，并且多个第二信号线可以是多个字线。根据另一示例性实施例，多个第一信号线可以是多个字线，并且多个第二信号线可以是多个位线。

此外，多个存储器单元中的每一个可以是存储一个比特的数据的单级单元(singlelevelcell，slc)或能够存储至少两个比特的数据的多级单元(multi-levelcell，mlc)。可替换地，存储器单元阵列110可以包括slc和mlc两者。当一个比特的数据被写入一个存储器单元时，存储器单元根据所写入的数据可能具有两个电阻电平散布。可替换地，当两个比特的数据被写入一个存储器单元时，存储器单元根据所写入的数据可能具有四个电阻电平散布。可替换地，根据另一实施例，在其中三个比特的数据被存储在一个存储器单元中的三电平单元(triplelevelcell，tlc)的情况下，存储器单元根据所写入的数据可以具有八个电阻电平散布。然而，本公开不限于此。根据另一实施例，存储器单元阵列110可以包括能够存储至少四个比特的数据的存储器单元。

此外，根据示例性实施例，存储器单元阵列110可以包括二维(2d)水平结构的存储器单元。根据另一示例性实施例，存储器单元阵列110可以包括3d垂直结构的存储器单元。

存储器单元阵列110可以包括电阻式存储器单元，该电阻式存储器单元包括可变电阻器(未示出)。例如，当可变电阻器包括相变材料(例如，gst或ge-sb-te)并且电阻相对于温度改变时，电阻式存储器设备可以是相变改变ram(pram)。作为另一示例，当可变电阻器包括上电极、下电极、和它们之间的复合金属氧化物时，电阻式存储器设备可以是电阻式ram(resistiveram，rram)。作为另一示例，当可变电阻器包括由磁性材料形成的上电极、由磁性材料形成的下电极、以及它们之间的电介质时，电阻式存储器设备可以是磁阻ram(mram，magnetoresistiveram)。

写入/读取电路120可以执行写入存储器单元的操作和从存储器单元读取的操作。写入/读取电路120可以经由多个位线连接到存储器单元，并且可以包括用于向存储器单元写入数据的写入驱动器和用于感测来自存储器单元的数据的感测放大器。

控制逻辑130可以控制存储器设备100的总体操作，并且还可以控制写入/读取电路120以执行诸如写入和读取的存储操作。例如，存储器设备100可以包括生成用于写入和读取操作的各种写入电压和读取电压的功率发生器(未示出)，并且可以在控制逻辑130的控制下调整写入电压和读取电压的电平。作为另一示例，存储器设备100可以包括生成在读取操作中使用的各种参考信号的参考信号生成器(未示出)。例如，参考信号生成器可以生成参考电流和/或参考电压。可以在控制逻辑130的控制下调整参考电流和/或参考电压的电平。

在对存储器设备100的写入操作中，根据写入数据，存储器单元阵列110的存储器单元的可变电阻的电阻值可以增加或减小。例如，存储器单元阵列110的存储器单元中的每一个可以具有取决于当前存储的数据的电阻值，并且该电阻值可以根据要写入每个存储器单元的数据而增加或减小。

存储器设备100的读取操作可以通过各种方法执行。在每个读取方法中，可以通过使用一个或多个读取信号来执行读取操作。当读取方法彼此不同时，一个或多个读取信号可能彼此不同。

例如，在电流感测方法中，可以分别将参考单元读取电压作为第一读取信号施加到被包括在存储器单元阵列110中的参考单元，并将存储器单元读取电压作为第二读取信号施加到被包括在存储器单元阵列110中的存储器单元。然后，可以通过比较由参考单元读取电压和存储器单元读取电压分别引起的感测节点的电流来识别数据。

例如，在电压感测方法中，可以分别将参考单元读取电流作为第一读取信号施加到被包括在存储器单元阵列110中的参考单元，并将存储器单元读取电流作为第二读取信号施加到被包括在存储器单元阵列110中的存储器单元。然后，可以通过比较由参考单元读取电流和存储器单元读取电流分别引起的感测点的电压来识别数据。

根据本公开的示例性实施例，温度传感器140可以检测存储器设备100内的温度并生成检测信号。如本文所述，如图10b所示，比率可以基于电流值和温度。例如，可以参考参考单元的电流值和存储器设备100的温度之间的预定线性对应关系来基于存储器设备100的温度调整电流值。因此，比率可以是例如线性对应关系的斜率，从而通过该斜率可以使用一个值的改变来确定另一个值的改变。根据温度的检测结果，可以不同地设置存储器单元阵列110的读取条件，并且例如响应于温度改变第一读取信号可以根据第一比率而改变。换句话说，读取数据的条件可以基于存储器设备100的温度而改变。例如，来自参考单元偏置生成器的参考单元偏置信号可以被施加到用于与存储器单元比较的参考单元。基于该比较来确定从存储器单元读取的数据的值，并且参考单元偏置信号可以基于所确定的存储器设备100的温度而改变。结果，从存储器单元读取的数据的值可以基于该比较而改变、并且因此基于存储器设备100的温度而改变。第一比率可以是，例如任何预定的比率。可以对读取操作应用各种类型的读取方法，并且可以针对每个不同的读取方法来调整彼此不同的不同的读取信号。

存储器控制器200和存储器设备100可以集成为一个半导体设备。例如，存储器控制器200和存储器设备100可以集成为一个半导体设备以形成存储卡。例如，存储器控制器200和存储器设备100可以集成为单个半导体设备，并且可以被包括在pc卡(pcmcia)、紧凑型闪存卡(compactflashcard，cf)，智能媒体卡(smartmediacard，sm/smc)、记忆棒、多媒体卡(mmc、rs-mmc、或mmcmicro)、sd卡(sd、minisd、或microsd)、通用闪存系统(universalflashmemorysystem，ufs)等。作为另一示例，存储器控制器200和存储器设备100可以集成为一个半导体设备以形成固态盘/固态驱动器(solid-statedisk/drive，ssd)。

图2是根据本公开的示例性实施例的存储器设备的框图。

参考图2，存储器设备100可以包括存储器单元阵列110、写入/读取电路120、控制逻辑130、和温度传感器140。此外，存储器设备100还可以包括偏置生成器150、功率发生器160、行解码器170、和列解码器180。写入/读取电路120可以包括感测放大器121和写入驱动器122。此外，偏置生成器150还可以包括参考单元偏置生成器151和存储器单元偏置生成器152。

被包括在存储器单元阵列110中的存储器单元可以连接到多个第一信号线和多个第二信号线。多个第一信号线可以是位线bl，并且多个第二信号线可以是字线wl。由于经由多个位线bl和字线wl提供了各种电压信号或电流信号，所以可以将数据写入所选择的存储器单元或从所选择的存储器单元读取数据，同时可以防止对其它未选择的存储器单元的写入操作或从其它未选择的存储器单元的读取操作。

可以接收用于指示要用命令cmd访问的存储器单元的地址addr。地址addr可以包括用于选择存储器单元阵列110的字线wl的行地址x_addr和用于选择存储器单元阵列110的位线bl的列地址y_addr。行解码器170可以响应于行地址x_addr执行字线选择操作，并且列解码器180可以响应于列地址y_addr执行位线选择操作。

写入/读取电路120可以连接到位线bl，用于将数据写入存储器单元阵列110的存储器单元或从存储器单元阵列110的存储器单元读取数据。例如，可以经由写入/读取电路120将至少一部分电压信号或电流信号提供给存储器单元阵列110。

控制逻辑130可以基于从存储器控制器(图1中的200)接收的命令cmd、地址addr、和控制信号ctrl输出各种控制信号ctrl_rw用于将数据写入存储器单元阵列110或从存储器单元阵列110读取数据。因此，控制逻辑130通常可以控制存储器设备100中的各种操作。

控制逻辑130可以基于从温度传感器140输出的温度信息信号t输出偏置控制信号ctrl_rb。根据示例性实施例，偏置控制信号ctrl_rb可以是参考单元读取信号rc_s中的电平改变的基础。

温度传感器140可以检测存储器设备100的温度并向控制逻辑130输出指示检测到的温度的温度信息信号t。根据本公开的示例性实施例，读取条件可以根据温度传感器140的温度检测结果而不同地设置。例如，从偏置生成器150输出的各种信号的电平可以在控制逻辑130的控制下被改变。此外，来自控制逻辑130的至少一个控制信号可以被提供给写入/读取电路120，并且读取条件可以经由对被包括在写入/读取电路120中的各种组件的控制而改变。

根据另一示例性实施例，来自温度传感器140的温度信息信号t可以直接提供给相对于温度改变而应用读取条件的改变的功能块。例如，来自温度传感器140的检测信号可以分别被提供给偏置生成器150、功率发生器160、和写入/读取电路120。与读取操作有关的各种信号中的至少一个可以通过来自温度传感器140的检测信号而改变。

偏置生成器150可以生成参考单元读取信号rc_s和/或存储器单元读取信号mc_s作为与数据读取操作有关的各种信号。例如，在数据读取操作中，感测放大器121可以连接到位线bl的一个节点(例如，感测节点)用于识别数据，并且可以通过比较感测节点的感测值与归因于参考单元读取信号rc_s的感测值来确定数据值。

偏置生成器150操作可以包括参考单元偏置生成器151输出参考单元读取信号rc_s和存储器单元偏置生成器152输出存储器单元读取信号mc_s。根据示例性实施例，参考单元偏置生成器151可以接收从控制逻辑输出的参考单元偏置控制信号ctrl，基于接收到的参考单元偏置控制信号ctrl改变参考单元读取信号rc_s的电平，并输出电平改变的参考单元读取信号rc_s。

根据本公开的示例性实施例，可以基于温度检测的结果以各种方式改变与读取操作有关的各种信号。例如，当根据电流感测方法读取数据时，可以基于温度改变来改变并输出施加到参考单元的读取电压的电平。此外，当根据电压感测方法读取数据时，可以基于温度改变来改变并输出施加到参考单元的读取电流的电平。下面将对其进行详细描述。

图3a和图3b分别是存储器单元阵列110和110'的相应的电路图。存储器单元阵列可以是例如mram单元阵列。

参考图3a，存储器单元阵列110可以包括布置在字线wl和位线bl彼此相交的区域中的多个字线wl、多个位线bl、多个源极线sl、和多个单位存储器单元u。此外，存储器单元阵列110还可以包括参考单元r_ref。

一个单位存储器单元u可以包括mtj结构40和单元晶体管ct，并且可以通过选择一个位线bl和一个源极线sl来选择。例如，存储器单元阵列110可以具有1mtj-1tr(晶体管)结构。

mtj结构40可以包括自由层41、阻挡层或隧道层42、以及固定层(pinnedlayer)43。自由层41可以连接到位线bl，并且固定层43可以连接到单元晶体管ct的漏极。此外，单元晶体管ct的源极可以连接到源极线sl，并且单元晶体管ct的栅极可以连接到字线wl。

mtj结构40可以被诸如由相变材料形成的pram、诸如复合金属氧化物的可变电阻材料形成的pram等的电阻元件代替。此外，mtj结构40可以被由铁磁材料形成的mram的电阻元件代替。形成电阻元件的材料可以具有根据电流或电压的幅度和/或方向而变化的电阻值，并且可以具有非易失性特性，使得即使当电流或电压被切断时，也维持电阻值。

参考单元r_ref可以连接到mtj结构40未连接到的位线bl。根据示例性实施例，参考单元r_ref的电阻值可以根据温度改变而改变。例如，参考单元r_ref的电阻值可以随着其温度增加而增加。作为另一示例，参考单元r_ref的电阻值随着其温度增加而减小。参考单元r_ref可以包括，例如多晶硅电阻器或金属电阻器。

参考单元r_ref可以被用来作为在存储器单元阵列110的读取操作中读取数据的比较参考。例如，存储器单元读取信号mc_s可以被施加到mtj结构40，用于读取存储在mtj结构40中的数据。参考单元读取信号rc_s可以被施加到参考单元r_ref。因此，可以通过比较由存储器单元读取信号和参考单元读取信号分别引起的感测值来识别存储在mtj结构40中的数据。

参考图3b，根据本实施例的存储器单元阵列110'可以在参考单元r_ref'的连接结构方面不同于图3a的存储器单元阵列110。例如，图3a的存储器单元阵列110可以具有这样的结构：其中参考单元r_ref连接到mtj结构40未连接到的位线bl。然而，图3b的存储器单元阵列110'可以具有这样的结构：其中参考单元r_ref'包括连接到一个位线bl的mtj结构40和连接到一个位线的电阻。

图4是图3a或图3b中的单位存储器单元u的透视3d视图。

参考图4，参考单元r_ref可以经由一个节点连接到参考单元偏置生成器151和感测放大器121，并且可以经由另一节点连接到钳位晶体管(clampingtransistor)clt的一个电极，例如漏电极。钳位晶体管clt的另一电极，例如源电极，可以连接到地。

单位存储器单元u可以包括mtj结构40和单元晶体管ct。单元晶体管ct的栅极可以连接到字线wl，并且单元晶体管ct的一个电极，例如漏电极，可以经由mtj结构40连接到位线bl。此外，单元晶体管ct的另一电极，例如源电极，可以连接到源极线sl。

mtj结构40可以包括自由层41、固定层43、以及它们之间的阻挡层或隧道层42。固定层43的磁化方向可以是固定的，并且自由层41的磁化方向可以根据由写入操作存储的数据而平行或反平行于固定层43的磁化方向。为了固定固定层43的磁化方向，例如，可以进一步提供反铁磁层。

根据示例性实施例，参考单元偏置生成器151可以将参考单元读取信号rc_s施加到参考单元r_ref用于针对单位存储器单元u的读取操作。此外，逻辑高电压可以被施加到选择的字线wl，使得单元晶体管ct可以导通。此外，存储器单元偏置生成器152可以将存储器单元读取信号mc_s施加到所选择的位线bl和所选择的源极线sl。因此，感测放大器121可以感测由参考单元读取信号rc_s引起的第一感测值ss1和由存储器单元读取信号mc_s引起的第二感测值ss2。可以将第一感测值ss1和第二感测值ss2彼此进行比较，用于确定存储在mtj结构40中的逻辑状态。根据比较结果，可以识别存储在mtj结构40中的数据。

根据示例性实施例，参考单元偏置生成器151可以接收参考单元偏置控制信号ctrl_rb，并且基于参考单元偏置控制信号ctrl_rb改变参考单元读取信号rc_s的电平。例如，参考单元偏置生成器151可以基于参考单元偏置控制信号ctrl_rb根据第一比率改变参考单元读取信号rc_s的电平。例如，参考单元偏置生成器151可以基于参考单元偏置控制信号ctrl_rb将参考单元读取信号rc_s的电平从参考值改变为第一值和第二值中的一个。

钳位晶体管clt可以被布置用于将第一感测值ss1的电平调整一定量，并且可以由钳位信号vclamp来控制。例如，可以通过基于钳位信号vclamp的钳位操作将第一感测值ss1的电平改变为适合于由感测放大器121感测的电平。

图5a和图5b是描述根据图4中的mtj结构中的磁化方向存储的数据的概念图。

参考图5a和图5b，mtj结构40的电阻值可以根据自由层41的磁化方向而变化。当存储器单元读取信号mc_s被施加到mtj结构40时，根据mtj结构40的电阻值的数据电压可以被输出。由于存储器单元读取信号mc_s的强度远小于写入信号的强度，所以自由层41的磁化方向可能不会被存储器单元读取信号mc_s改变。

如图5a所示，mtj结构40中的自由层41的磁化方向和固定层43的磁化方向可以平行布置。在该状态下的mtj结构40可以具有低电阻值，因此，可以输出数据“0”作为读取操作的结果。

如图5b所示，mtj结构40中的自由层41的磁化方向可以被布置成与固定层43的磁化方向反平行。在该状态下的mtj结构40可以具有高电阻值，因此，可以输出数据“1”作为读取操作的结果。

图6是描述针对图4中的mtj结构的写入操作的框图。

参考图6，自由层41的磁化方向可以例如根据流过mtj结构40的电流的方向来确定。例如，当第一写入电流iwc1从自由层41施加到固定层43时，具有与固定层43相同的自旋方向的自由电子可以向自由层41施加转矩。结果，自由层41可以与固定层43平行地被磁化。

当第二写入电流iwc2从固定层43施加到自由层41时，具有与固定层43相反的自旋的电子可以返回到自由层41并施加转矩。结果，自由层41可以与固定层43反平行地被磁化。换句话说，mtj结构40中的自由层41的磁化方向可以通过自旋转矩(spintransfertorque，stt)来改变。

图7a和图7b是示出图4中的mtj结构40的其它实施例的图。

参考图7a，mtj结构50可以包括自由层51、阻挡层52、固定层53、和反铁磁层54。自由层51可以包括具有可改变磁化方向的材料。可以通过提供在存储器单元的外部和/或内部的电/磁因素来改变自由层51的磁化方向。自由层51可以包括铁磁材料，该铁磁材料包括co、fe、和ni中的至少一个。例如，自由层51可以包括feb、fe、co、ni、gd、dy、cofe、nife、mnas、mnbi、mnsb、cro2、mnofe2o3、feofe2o3、niofe2o3、cuofe2o3、mgofe2o3、euo、和y3fe5o12中的至少一个。

阻挡层52可以具有小于自旋扩散距离的厚度。阻挡层52可以包括非磁性材料。作为示例，阻挡层52可以包括氧化物和氮化物，该氧化物包括mg、ti、al、或mgzn、和mgb中的至少一个，该氮化物包括ti或v中的至少一个。

固定层53可以具有由反铁磁层54固定的磁化方向。此外，固定层53可以包括铁磁材料。例如，固定层53可以包括cofeb、fe、co、ni、gd、dy、cofe、nife、mnas、mnbi、mnsb、cro2、mnofe2o3、feofe2o3、niofe2o3、cuofe2o3、mgofe2o3、euo、和y3fe5o12中的至少一个。

反铁磁层54可以包括反铁磁材料。例如，反铁磁层54可以包括ptmn、irmn、mno、mns、mnte、mnf2、fecl2、feo、cocl2、，coo、nicl2、nio、和cr中的至少一个。

由于mtj结构50的自由层51和固定层53由铁磁材料形成，所以在铁磁材料的边缘处可能会发生杂散场。杂散场可以减少自由层51的磁阻或增加自由层51的电阻磁力。此外，杂散场可能影响开关特性并引起不对称开关。因此，需要一种结构来缩小或控制由mtj结构50中的铁磁材料生成的杂散场。

参考图7b，mtj结构60的固定层63可以包括合成反铁磁(syntheticanti-ferromagnetic，saf)材料。固定层63可以包括第一铁磁层63_1(第一ff)、阻挡层63_2、和第二铁磁层63_3(第二ff)。第一铁磁层63_1(第一ff)和第二铁磁层63_3(第二ff)可以分别包括cofeb、fe、co、ni、gd、dy、cofe、nife、mnas、mnbi、mnsb、cro2、mnofe2o3、feofe2o3、niofe2o3、cuofe2o3、mgofe2o3、euo、和y3fe5o12中的至少一个。在这种情况下，第一铁磁层63_1(第一ff)的磁化方向和第二铁磁层63_3(第二ff)的磁化方向可以具有彼此不同的方向，并且其相应的磁化方向可以是固定的。阻挡层63_2可以包括ru。

图8是示出图4中的mtj结构40的另一实施例的图。

参考图8，mtj结构70的磁化方向可以是垂直的，并且电流的移动方向和易磁化轴可以基本上平行。mtj结构70可以包括自由层71、阻挡层72、和固定层73。当自由层71的磁化方向和固定层73的磁化方向平行时，电阻值可能降低。当自由层71的磁化方向和固定层73的磁化方向反平行时，电阻值可能增加。数据可以根据电阻值被存储在mtj结构70中。

为了实现具有垂直磁化方向的mtj结构70，优选的是，自由层71和固定层73包括具有大的磁各向异性能量的材料。具有大的磁各向异性能量的材料可以包括无定形稀土元素合金、包括(co/pt)n或(fe/pt)n的多层薄膜、和具有l10晶体结构的有序晶格材料。例如，自由层71可以是有序合金，并且包括fe、co、ni、pa、和pt中的至少一个。此外，自由层71可以包括fe-pt合金、fe-pd合金、co-pd合金、co-pt合金、fe-ni-pt合金、co-fe-pt合金、和co-ni-pt合金中的至少一个。这样的合金可以是，例如具有化学定量关系的fe50pt50、fe50pd50、co50pd50、co50pt50、fe30ni20pt50、co30fe20pt50、或co30ni20pt50。

固定层73可以是有序合金，并且包括fe、co、ni、pa、和pt中的至少一个。例如，固定层73可以包括fe-pt合金、fe-pd合金、co-pd合金、co-pt合金、fe-ni-pt合金、co-fe-pt合金、和co-ni-pt合金中的至少一个。这样的合金可以是，例如，具有化学定量关系的fe50pt50、fe50pd50、co50pd50、co50pt50、fe30ni20pt50、co30fe20pt50、或co30ni20pt50。

图9a和图9b是示出图4中的mtj结构40的其他实施例的图。双mtj结构可以是其中分别在自由层的两端布置阻挡层和固定层的结构。

参考图9a，形成水平磁性的双mtj结构80可以包括第一固定层81、第一阻挡层82、自由层83、第二阻挡层84、和第二固定层85。第一固定层81和第二固定层85可以类似于图7a中的固定层53。第一阻挡层82和第二阻挡层84可以类似于图7a中的阻挡层52。自由层83可以类似于图7a中的自由层51。

当第一固定层81的磁化方向和第二固定层85的磁化方向在相反方向固定时，由于第一固定层81和第二固定层85引起的磁力可以基本上抵消。因此，双mtj结构80可以使用比常规mtj结构更少的电流来执行写入操作。

因为双mtj结构80由于第二阻挡层84而在读取操作中提供高电阻，所以双mtj结构80可以具有提供清晰数据值的优点。

参考图9b，形成垂直磁性的双mtj结构90可以包括第一固定层91、第一阻挡层92、自由层93、第二阻挡层94、和第二固定层95。第一固定层91和第二固定层95可以类似于图8中的固定层73。第一阻挡层92和第二阻挡层94可以类似于图8中的阻挡层72。自由层93可以类似于图8中的自由层71。

在这种情况下，当第一固定层91的磁化方向和第二固定层95的磁化方向在相反方向固定时，由于第一固定层91和第二固定层95引起的磁力可以基本上抵消。因此，双mtj结构90可以使用比常规mtj结构更少的电流来执行写入操作。

图10a至图10c是示出根据示例性实施例的基于温度改变的图4中所示的各种读取因子的改变的图形。图10a显示了根据温度改变的参考单元和存储器单元的电阻值的改变。图10b显示了根据温度改变的参考单元读取电流和存储器单元读取电流的改变。图10c显示了根据温度改变的第一和第二感测值的相应的改变。在图10a至图10c中，温度t2可以高于温度t1，并且可以低于温度t3。

参考图10a，随着温度升高，参考单元r_ref的电阻值可能增加。参考单元r_ref可以具有例如多晶硅电阻。在单位存储器单元u的情况下，随着温度的升高，电阻值可以以不同于参考单元r_ref的方式改变。当单位存储器单元u具有高电阻值rap时，例如，当自由层41的磁化方向和固定层43的磁化方向在mtj结构40中反平行布置时，电阻值rap可能随着温度的升高而降低。当单位存储器单元u具有低电阻值rp时，例如，当自由层41的磁化方向和固定层43的磁化方向在mtj结构40中平行布置时，与自由层41的磁化方向和固定层43的磁化方向以半平行方式布置的情况相比，相对于温度改变的电阻值rp的改变可能不大。

参考图10b，随着温度改变，施加到参考单元r_ref的参考单元读取电流i_ref可以被改变并被输出。根据示例性实施例，参考单元偏置生成器151可以基于已经基于温度检测结果输出的参考单元偏置控制信号ctrl_rb将参考单元读取电流i_ref输出到参考单元r_ref。例如，当温度升高时，参考单元偏置生成器151可以根据第一比率改变参考单元读取电流i_ref并且输出改变的结果。此外，当温度降低时，参考单元偏置生成器151可以根据第二比率改变参考单元读取电流i_ref并且输出改变的结果。

根据示例性实施例，第一比率和第二比率可以具有相反的符号。例如，第一比例可以具有负(-)符号且第二比例可以具有正(+)符号。第一比率和第二比率的绝对值可以彼此相等，但不限于此。

换句话说，例如，当在温度t2下参考单元读取电流i_ref的值是参考值时，参考单元读取电流i_ref可以随着温度升高而从参考值改变为具有低于参考值的电平的第一值。此外，参考单元读取电流i_ref可以随着温度降低而从参考值改变为具有高于参考值的电平的第二值。

根据示例性实施例，施加到单位存储器单元u的存储器单元读取电流i_cell可以被输出为恒定值而不管温度改变。然而，本公开不限于此，并且类似于参考单元读取电流i_ref，存储器单元读取电流i_cell也可以根据温度而改变。

参考图10c，分别由参考单元读取电流i_ref和存储器单元读取电流i_cell产生的第一感测值ss1和第二感测值ss2可以以与温度改变相同的方式改变。当单位存储器单元u具有高电阻值时，通过将存储器单元读取电流i_cell施加到单位存储器单元u而输出的高第二感测值ss2_ap的电平可随着温度升高而降低。此外，通过将参考单元读取电流i_ref施加到参考单元r_ref而输出的第一感测值ss1的电平可以随温度升高而降低。另一方面，当单位存储器单元u具有低电阻值时，与单位存储器单元u具有高电阻值的情况相比，低第二感测值ss2_p可能不具有相对于温度的显著的电平改变。

图11a和图11b是示出在图10c所示的每个温度下的存储器单元的散布和感测值的图像。图11a示出了在图10c的温度t1下的存储器单元的散布和第一感测值。图11b示出了在图10c的温度t3下的存储器单元的散布和第一感测值。

此外，在图11a和图11b中，示出了其中每个存储器单元可以是存储一个比特的数据的slc的情况，并且横轴可以表示电压，以及垂直轴可以表示存储器单元的数量。此外，图中右侧所示的单元散布可以表示具有相对较高电阻值的存储器单元的散布，并且图中左侧所示的单元散布可以表示具有相对较小电阻值的存储器单元的散布。

参考图11a，根据本公开的实施例，在温度t1下第一感测值ss1可以由于温度的改变而移动δ1到高电阻值rap的状态下的散布。因此，在第一感测值ss1和低电阻值rp的状态下的散布之间的第一余量m1可以与第一感测值ss1和高电阻值rap的状态下的散布之间的第二余量m2平衡。换句话说，在温度t1下，可以确保第一感测值ss1与相邻单元散布之间的感测余量。

参考图11b，根据本公开的实施例，在温度t3下第一感测值ss1可以由于温度的改变移动δ2到低电阻值rp的状态下的散布。因此，第一感测值ss1和高电阻值rap的状态下的散布之间的第三余量m3可以与第一感测值ss1和低电阻值rp的状态下的散布之间的第四余量m4平衡。换句话说，在温度t3下，可以确保第一感测值ss1和相邻单元散布之间的感测余量。

根据本公开，存储器设备可以控制读取信号的温度依赖性，使得在平行状态下的存储器单元的感测值与反平行状态下的存储器单元的感测值之间确定参考单元的感测值，而不管温度如何。因此，根据本公开的示例性实施例的存储器设备可以增加读取余量并提高数据的可靠性，而不管温度变化如何。

图12示出了根据本公开的另一示例性实施例的基于温度改变的读取信号的改变。图12是示出当分别施加到图3a或图3b中的参考单元r_ref和单位存储器单元u中的每一个的读取信号是电压型时参考单元读取电压v_ref和存储器单元读取电压v_cell的改变的图形。

参考图12，随着温度的变化，施加到参考单元r_ref的参考单元读取电压v_ref可以被改变并被输出。根据示例性实施例，参考单元偏置生成器151可以基于已经基于温度检测结果输出的参考单元偏置控制信号ctrl_rb将参考单元读取电压v_ref输出到参考单元r_ref。

例如，当温度升高时，参考单元偏置生成器151可以根据第一比率改变参考单元读取电压v_ref并输出改变的结果。此外，当温度降低时，参考单元偏置生成器151可以根据第二比率改变参考单元读取电压v_ref并输出改变的结果。根据示例性实施例，第一比率和第二比率可以具有相反的符号。例如，第一比例可以具有负(-)符号，而第二比率可以具有正(+)符号。第一比率和第二比率的绝对值可以相同，但不限于此。

换句话说，例如，当温度t2下的参考单元读取电压v_ref的值为参考值时，随着温度的升高参考单元读取电压v_ref可以从参考值改变为具有高于参考值的电平的第一值。此外，当温度降低时参考单元读取电压v_ref可以从参考值改变为具有低于参考值的电平的第二值。

根据示例性实施例，施加到单位存储器单元u的存储器单元读取电压v_cell可被输出为恒定值而不管温度改变。然而，存储器单元读取电压v_cell不限于此，并且类似于参考单元读取电压v_ref，存储器单元读取电压v_cell也可以根据温度改变并输出。

根据示例性实施例，图13a和图13b是显示基于温度改变的图4所示的各种读取因子的改变的图形。

参考图13a，随着温度升高，参考单元r_ref的电阻值可能降低。参考单元r_ref可以具有例如金属电阻。在单位存储器单元u的情况下，基于温度的增减特性与图10a的说明重叠，因此，将省略对其的说明。

参考图13b，随着温度的改变，施加到参考单元r_ref的参考单元读取电压v_ref可以被改变并被输出。根据示例性实施例，参考单元偏置生成器151可以基于已经基于温度检测结果输出的参考单元偏置控制信号ctrl_rb将参考单元读取电流i_ref输出到参考单元r_ref。例如，当温度升高时，参考单元偏置生成器151可以根据第一比率改变参考单元读取电压v_ref并输出改变的结果。此外，当温度降低时，参考单元偏置生成器151可以根据第二比率改变参考单元读取电压v_ref并输出改变的结果。

根据示例性实施例，第一比率和第二比率可以具有相反的符号。例如，第一比例可以具有负(-)符号，而第二比可以具有正(+)符号。第一比率和第二比率的绝对值可以相同，但不限于此。

换句话说，例如，当温度t2下参考单元读取电压v_ref的值为参考值时，随着温度的升高参考单元读取电压v_ref可以从参考值改变为具有低于参考值的电平的第一值。此外，当温度降低时参考单元读取电压v_ref可以从参考值改变为具有高于参考值的电平的第二值。

图14是根据本公开的示例性实施例的存储器设备的操作的流程图。例如图14可以是针对图2所示的存储器设备100的操作的流程图。

参考图14，首先执行检测存储器设备100的温度的操作(s10)。检测温度可以例如在温度传感器140上进行。可以以各种方法检测温度，并且，可以检测例如存储器设备100内部的温度是高于还是低于对应于正常状态的预定温度(或者，某一范围)。温度传感器140可以将检测到的存储器设备100的温度信息信号t输出到控制逻辑130。

可以根据温度检测的结果在存储器设备100的读取操作中进行温度补偿。可以通过各种方法进行存储器单元阵列110的读取操作，并且例如可以应用如先前实施例中所述的电流感测方法或电压感测方法。

在检测到存储器设备100的温度之后，可以确定检测到的温度是否处于正常状态(s20)。例如，接收温度信息信号t的控制逻辑130可以确定温度是否处于正常状态。当检测到的温度处于正常状态(s20＝是)时，可以将参考单元读取信号rc_s的电平维持为参考值(s30)。例如，参考单元读取信号rc_s可以是图10b中的参考单元读取电流i_ref。作为另一示例，参考单元读取信号rc_s可以是图12中的参考单元读取电压v_ref。

当检测到的温度不处于正常状态(s20＝否)时，可以确定存储器设备100的温度是否已经增加(s40)。当存储器设备100的温度升高时(s40＝是)，参考单元读取信号rc_s的电平(s50)可以根据第一比率改变。当存储器设备100的温度降低(s40＝否)时，参考单元读取信号rc_s的电平可以根据第二比率改变(s60)。

根据示例性实施例，第一比率和第二比率可以具有相反的符号。例如，第一比例可以具有负(-)符号，而第二比率可以具有正(+)符号。换句话说，当温度升高时，参考单元读取信号rc_s可以从参考值改变为具有低于参考值的电平的第一值。此外，当温度降低时，参考单元读取电流i_ref可以从参考值改变为具有高于参考值的电平的第二值。

作为另一示例，第一比率可以具有正符号，并且第二比率可以具有负符号。换句话说，当温度升高时，参考单元读取信号rc_s可以从参考值改变为具有高于参考值的电平的第三值。此外，当温度降低时，参考单元读取信号rc_s可以从参考值改变为具有低于参考值的电平的第四值。

图15是示出根据本公开的包括存储器设备1011的信息处理系统的示例的框图。

参考图15，存储器设备1011可以安装在诸如移动设备和台式计算机的计算机系统1000上。计算机系统1000可以包括电连接到系统总线1060的存储器系统1010、调制解调器1020、用户接口1030、ram1040、和cpu1050。存储器设备1011可以是包括stt-mram单元的mram芯片，并且存储器系统1010可以是包括mram芯片的mram系统。尽管未示出，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，计算机系统1000还可以包括应用芯片组、相机图像处理器(cameraimageprocessor，cip)、输入/输出设备等。

存储器系统1010可以包括存储器设备1011和存储器控制器1012。存储器设备1011可以存储由cpu1050处理的数据或者外部输入数据。在这种情况下，存储器设备1011可以通过使用以上参考图1至图14描述的实施例来实现。

尽管已经参照本公开的实施例具体显示和描述了本公开的发明构思，但是将理解，可以对形式和细节做出各种改变，而不脱离所附权利要求书的精神和范围。