写操作方法、电存储器件、装置及存储介质与流程

本发明涉及数据读写技术，具体而言，涉及一种写操作方法、电存储器件、装置及存储介质。

背景技术：

电子数据修改起来相对容易，并且在不会留下太多修改痕迹。随着各机构越来越多地依赖电子数据，如何保护这些数据不被错误地修改变得越来越重要。为了保护电子数据不被修改，可以采用的一种方法是以单写多读(writeoncereadmany，简称worm)存储的方式来存储数据。许多企业单位如金融服务等依赖某种形式的worm存储来存储关键数据。worm功能可保证数据长期不变，通常使用光学存储来实现worm存储。光学存储是用激光束聚焦亚微米级的光点记录在光盘介质上，可用激光束读出记录信息。光盘读取数据比较慢，并且易受划伤导致无法数据损坏丢失无法读取数据。再者，光盘的存储密度相对比较低，容量比较小。还有一种方法是基于隧穿层氧化镁mgo的击穿breakdown实现一次写入多次读取的功能，击穿mgo的电流比较大，写入功耗比较大，对选择器供电能力要求比较高。

针对相关技术中存在的单写多读存储器读取数据慢、易损坏、容量小、功耗大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种写操作方法、电存储器件、装置及存储介质，以至少解决相关技术中存在的以单写多读存储器读取数据慢、易损坏、容量小、功耗大的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种写操作方法，包括：通过控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变电存储器件包括的存储单元的状态，其中，所述电存储器件包括的选择器的供电能力j0介于所述第一翻转电流和所述第二翻转电流之间，所述第一翻转电流为所述存储单元由第一状态到第二状态的翻转电流，所述第二翻转电流为所述存储单元由所述第二状态到所述第一状态的翻转电流，所述第一状态和所述第二状态不同；利用所述存储单元的状态的改变来进行数据的写入操作，其中，所述存储单元状态每翻转一次完成一次数据的写入操作。

可选地，所述存储单元包括以下之一：磁性隧道结mtj、阻变式存储单元rram。

可选地，当所述存储单元包括所述mtj时，所述第一状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为平行状态，所述第二状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为反平行状态；当所述存储单元包括所述rram时，所述第一状态包括：所述rram为高阻态，所述第二状态包括：所述rram为低阻态。

可选地，在通过控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变电存储器件包括的存储单元的状态之前，所述方法还包括：当所述第一翻转电流小于所述第二翻转电流时，将所述存储单元的初始状态为所述第一状态；当所述第一翻转电流大于所述第二翻转电流时，将所述存储单元的初始状态为所述第二状态。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种电存储器件，包括：选择器和存储单元，其中，所述选择器的供电能力j0介于第一翻转电流和第二翻转电流之间，其中，所述第一翻转电流为所述存储单元由第一状态到第二状态的翻转电流，所述第二翻转电流为所述存储单元由所述第二状态到所述第一状态的翻转电流，所述第一状态和所述第二状态不同。

可选地，所述选择器包括以下之一：二极管、场效应晶体管mos。

可选地，所述存储单元包括以下之一：磁性隧道结mtj、阻变式存储单元rram。

可选地，当所述存储单元包括所述mtj时，所述第一状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为平行状态，所述第二状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为反平行状态；当所述存储单元包括所述rram时，所述第一状态包括：所述rram为高阻态，所述第二状态包括：所述rram为低阻态。

可选地，当所述第一翻转电流小于所述第二翻转电流时，所述存储单元的初始状态为所述第一状态；当所述第一翻转电流大于所述第二翻转电流时，所述存储单元的初始状态为所述第二状态。

可选地，所述mtj包括以下之一：面内mtj，垂直mtj。

可选地，所述rram包括双极性rram。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种写操作装置，包括：控制模块，用于通过控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变电存储器件包括的存储单元的状态，其中，所述电存储器件包括的选择器的供电能力j0介于所述第一翻转电流和所述第二翻转电流之间，所述第一翻转电流为所述存储单元由第一状态到第二状态的翻转电流，所述第二翻转电流为所述存储单元由所述第二状态到所述第一状态的翻转电流，所述第一状态和所述第二状态不同；处理模块，用于利用所述存储单元的状态的改变来进行数据的写入操作，其中，所述存储单元状态每翻转一次完成一次数据的写入操作。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。

通过本发明，由于限定所述选择器的供电能力j0介于第一翻转电流和第二翻转电流之间，通过控制控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变存储单元的状态，利用存储单元状态的改变完成数据的写入操作。因此，可以解决相关技术中存在的存储器读取数据慢、易损坏、容量小、功耗大的问题，达到提高存储器读取数据的速度、增大存储器的容量、减小存储器的容量、且不易损坏的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的写操作方法的移动终端的硬件结构框图；

图2是根据本发明实施例的写操作方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的电存储器件的结构图；

图4是根据本发明实施例的存储单元i-mtj状态翻转图；

图5是根据本发明实施例的存储单元p-mtj状态翻转图；

图6是根据本发明可选实施例的写操作装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本发明实施例中的关键是针对相关技术中单写多读存储器读取数据慢、易损坏、容量小、功耗大的问题，提出的一种写操作方法，能够实现提高存储器读取数据的速度、增大存储器的容量、减小存储器的容量、且不易损坏的效果。下面结合实施例对本发明进行说明：

本申请实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图1是本发明实施例的一种写操作方法的移动终端的硬件结构框图。如图1所示，移动终端10可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输装置106。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，移动终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的写操作方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(networkinterfacecontroller，简称为nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(radiofrequency，简称为rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种写操作方法，图2是根据本发明实施例的写操作方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤s202，通过控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变电存储器件包括的存储单元的状态，其中，所述电存储器件包括的选择器的供电能力j0介于所述第一翻转电流和所述第二翻转电流之间，所述第一翻转电流为所述存储单元由第一状态到第二状态的翻转电流，所述第二翻转电流为所述存储单元由所述第二状态到所述第一状态的翻转电流，所述第一状态和所述第二状态不同；

步骤s204，利用上述存储单元的状态的改变来进行数据的写入操作，其中，所述存储单元状态每翻转一次完成一次数据的写入操作。

其中，执行上述操作的主体可以是前述的终端，上述的电存储器件的结构可以参考图3，需要说明的是图3中的存储单元可以是磁性隧道结mtj或阻变式存储单元rram；选择器可以是二极管、场效应晶体管mos。

通过上述实施例，由于限定选择器的供电能力j0介于第一翻转电流和第二翻转电流之间，通过控制控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变存储单元的状态，利用存储单元状态的改变完成数据的写入操作。因此，可以解决相关技术中存在的存储器读取数据慢、易损坏、容量小、功耗大的问题，达到提高存储器读取数据的速度、增大存储器的容量、减小存储器的容量、且不易损坏的效果。

在一个可选实施例中，上述存储单元包括以下之一：磁性隧道结mtj、阻变式存储单元rram。

在一个可选实施例中，当上述存储单元包括所述mtj时，所述第一状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为平行状态，所述第二状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为反平行状态；当所述存储单元包括所述rram时，所述第一状态包括：所述rram为高阻态，所述第二状态包括：所述rram为低阻态。在本实施例中，通过控制存储单元的状态改变完成存储单元的写电流和擦电流。

在一个可选实施例中，在通过控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变电存储器件包括的存储单元的状态之前，上述方法还包括：当所述第一翻转电流小于所述第二翻转电流时，将所述存储单元的初始状态为所述第一状态；当所述第一翻转电流大于所述第二翻转电流时，将所述存储单元的初始状态为所述第二状态。在本实施例中，当存储单元为mtj时包括i-mtj和p-mtj。当存储单元为i-mtj时包括如下两种状态：(1)当jap-p<jp-ap，晶体管供电能力j0满足jap-p<j0<jp-ap时，沉积mtj后带磁场退火，所加磁场需大于参比层(钉扎层)的翻转磁场，减少磁场至0，然后施加反向磁场，该磁场需大于自由层的矫顽场，小于参比层(钉扎层)的翻转场，使得自由层自旋方向与参比层(固定层)的自旋方向呈反平行状态。如图4所示，其中状态1和状态3是mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为平行状态。(2)当jp-ap<jap-p，晶体管供电能力j0满足jp-ap<j0<jap-p时，沉积mtj后带磁场退火，所加磁场需大于参比层(钉扎层)的翻转磁场，减少磁场至0，使得自由层自旋方向与参比层(固定层)的自旋方向呈平行状态。如图4所示，其中状态2和状态4是mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为反平行状态。在图4中，hcfix为参比层的翻转磁场，hcfree为自由层的翻转磁场。施加负向磁场，大小超过hcfix，随着负向磁场减少为零，然后施加正向磁场，施加的正向磁场大于自由层的翻转磁场，同时小于参比层的翻转磁场时，自由层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态1到状态2，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成反平行状态。继续外加正向磁场，当正向施加的磁场大于参比层的翻转磁场时，参比层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态2到状态3，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成平行状态。减少正向磁场至零，然后施加反向磁场，当反方向施加的磁场大于自由层的翻转磁场，同时小于参比层的翻转磁场时，自由层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态3到状态4，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成反平行状态。继续外加反向磁场，当反向施加的磁场大于参比层的翻转磁场时，参比层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态4到状态1，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成平行状态。当存储单元为p-mtj时包括如下四种状态：(1)紧挨自由层的saf组成层难翻转(jp-ap<j0<jap-p)。沉积完mtj后带磁场退火，所加磁场需大于集体翻转磁场，减少磁场至0，使得自由层自旋方向与固定层的自旋方向呈平行状态；(2)紧挨自由层的saf组成层难翻转(jap-p<j0<jp-ap)沉积完mtj后带磁场退火，所加磁场需大于集体翻转磁场，减少磁场至0然后施加反向磁场，该磁场需大于自由层的矫顽场，小于集体翻转场，使得自由层自旋方向与固定层的自旋方向呈反平行状态；(3)紧挨自由层的saf组成层易翻转(jp-ap<j0<jap-p)。沉积完mtj后带磁场退火，所加磁场需大于集体翻转磁场，减少磁场至0然后施加反向磁场，该磁场需大于自由层的矫顽场，小于集体翻转场，使得自由层自旋方向与固定层的自旋方向呈平行状态；(4)紧挨自由层的saf组成层易翻转(jap-p<j0<jp-ap)沉积完mtj后带磁场退火，所加磁场需大于集体翻转磁场，减少磁场至0，使得自由层自旋方向与固定层的自旋方向呈反平行状态。如图5所示，紧挨自由层的saf组成层难翻转，即saf2的矫顽力大于saf1的矫顽力，其中状态1(对应图5中的标号1)和状态4(对应图5中的标号4)为自由层和固定层自旋方向呈反平行状态，状态2(对应图5中的标号2)和状态5(对应图5中的标号5)为自由层和固定层自旋方向呈平行状态，其中hcfree为自由层的矫顽力，hcfix为saf层的集体翻转场。施加负向磁场，大小超过hcfix，施加的负向磁场减少至零，然后施加正向磁场，施加的正向磁场大于自由层的翻转磁场，同时小于saf层的集体翻转磁场时，自由层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态5(对应图5中的标号5)到状态1(对应图5中的标号1)，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成反平行状态。继续外加正向磁场，当正向施加的磁场大于saf层的集体翻转磁场时，saf层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态1(对应图5中的标号1)到状态2(对应图5中的标号2)，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成平行状态。减少正向磁场至零，然后施加反向磁场，当反方向施加的磁场大于自由层的翻转磁场，同时小于saf层的集体翻转磁场时，自由层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态2(对应图5中的标号2)到状态4(对应图5中的标号4)，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成反平行状态。继续外加反向磁场，当反向施加的磁场大于saf层的集体翻转磁场时，saf层的自旋方向翻转，此时存储单元mtj从状态4(对应图5中的标号4)到状态5(对应图5中的标号5)，自由层自旋方向与参比层的自旋方向成平行状态。

当存储单元为rram时，包括如下两种状态：(1)jset<jreset时，j0满足jset<j0<jreset,初始rram为高阻态，rram器件制备好之后，由于未经处理，电阻态均为高阻态；(2)当jreset<jset时，j0满足jreset<j0<jset,初始rram为低阻态，rram器件初始电阻均为高阻态，需要经过处理使其set为低阻态，由于j0<jset，因此可以通过升高温度来降低jset使其变为低阻态。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种电存储器件，包括选择器和存储单元，其中，所述选择器的供电能力j0介于第一翻转电流和第二翻转电流之间，其中，所述第一翻转电流为所述存储单元由第一状态到第二状态的翻转电流，所述第二翻转电流为所述存储单元由所述第二状态到所述第一状态的翻转电流，所述第一状态和所述第二状态不同。

在一个可选实施例中，上述选择器包括以下之一：二极管、场效应晶体管mos。

在一个可选实施例中，上述存储单元包括以下之一：磁性隧道结mtj、阻变式存储单元rram。

在一个可选实施例中，当上述存储单元包括所述mtj时，所述第一状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为平行状态，所述第二状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为反平行状态；当所述存储单元包括所述rram时，所述第一状态包括：所述rram为高阻态，所述第二状态包括：所述rram为低阻态。在本实施例中，当存储单元为磁存储器件mtj时，选择器(二极管或场效应晶体管mos)供电能力j0满足介入反平行态到平行态翻转电流jap-p和平形态到反平行态翻转电流jp-ap之间，存储单元mtj单方向翻转；当存储单元为rram时，选择器(二极管或场效应晶体管mos)供电能力j0满足介入高阻态到低阻态的翻转电流jset和低阻态到高阻态的翻转电流jreset之间，存储单元mtj单方向翻转。

在一个可选实施例中，当上述第一翻转电流小于所述第二翻转电流时，所述存储单元的初始状态为所述第一状态；当所述第一翻转电流大于所述第二翻转电流时，所述存储单元的初始状态为所述第二状态。在本实施例中，当所述存储单元包括所述mtj时，分别有如下两种情况：(1)jap-p<jp-ap时，晶体管供电能力j0满足jap-p<j0<jp-ap,初始mtj的自由层的自旋方向与钉扎层(参比层)的自旋方向反平行；(2)jp-ap<jap-p时，晶体管供电能力j0满足jp-ap<j0<jap-p，初始mtj的自由层的自旋方向与钉扎层(固定层)的自旋方向平行。当所述存储单元包括所述rram时，分别有如下两种情况：(1)当jset<jreset时，j0满足jset<j0<jreset，初始rram为高阻态；(2)jreset<jset时，j0满足jreset<j0<jset，初始rram为低阻态。

在一个可选实施例中，上述mtj包括以下之一：面内mtj，垂直mtj。

在一个可选实施例中，上述rram包括双极性rram。

在本实施例中还提供了一种写操作装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是根据本发明实施例的写操作装置的结构框图，如图6所示，该装置包括如下模块：

控制模块62，用于通过控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变电存储器件包括的存储单元的状态，其中，所述电存储器件包括的选择器的供电能力j0介于所述第一翻转电流和所述第二翻转电流之间，所述第一翻转电流为所述存储单元由第一状态到第二状态的翻转电流，所述第二翻转电流为所述存储单元由所述第二状态到所述第一状态的翻转电流，所述第一状态和所述第二状态不同；

处理模块64，连接至上述控制模块62，用于利用上述存储单元的状态的改变来进行数据的写入操作，其中，所述存储单元状态每翻转一次完成一次数据的写入操作。

在一个可选实施例中，上述存储单元包括以下之一：磁存储器件mtj、阻变式存储器rram。

在一个可选实施例中，当上述存储单元包括所述mtj时，所述第一状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为平行状态，所述第二状态包括：所述mtj的自由层的自旋方向与参比层的自旋方向为反平行状态；当所述存储单元包括所述rram时，所述第一状态包括：所述rram为高阻态，所述第二状态包括：所述rram为低阻态。

在一个可选实施例中，在通过控制第一翻转电流和第二翻转电流来改变电存储器件包括的存储单元的状态之前，上述装置还用于：当所述第一翻转电流小于所述第二翻转电流时，将所述存储单元的初始状态为所述第一状态；当所述第一翻转电流大于所述第二翻转电流时，将所述存储单元的初始状态为所述第二状态。

在本实施例中，与相关技术中的存储单元，即光盘相比，本发明实施例中所采用的存储单元是固态存储，不会因物理划伤导致数据丢失；采用电学读写数据，速度比光盘的机械寻址速度要快；理论存储密度比光盘要高，容量更大。与相关技术相比，本发明实施例中的存储单元是基于选择器的功能能力限制实现一次写入多次读取的功能，相关技术是基于隧穿层击穿来实现(要求选择器的供电能力更高，写入功耗更高)，因此本发明实施例中的技术方案的写入功耗比较低，对选择器供电能力要求更低。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，上述程序运行时执行上述任一项所述的方法。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-onlymemory，简称为rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的实施例还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，该程序运行时执行上述任一项方法中的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。