一种磁性存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法
阅读：1028发布：2020-05-31
专利汇可以提供一种磁性存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 提供一种 磁性 存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法，涉及计算机领域，解决了 现有技术 中直线型磁性存储轨道的面积收益低的问题，从而提高了磁性存储轨道的数据存储量。该磁性存储装置包括：第一 开关 元件、第二开关元件、第三开关元件和隧道型巨磁 电阻 效应TMR读写磁头；沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，第一磁性存储轨道的一端和第二磁性存储轨道的一端相连；其中，TMR读写磁头沿第一方向贯穿第二磁性存储轨道设置，或者，TMR读写磁头沿第三方向贯穿第二磁性存储轨道设置，TMR读写磁头的自由层为第二磁性存储轨道，第一方向为非第二磁性存储轨道所在平面的任一方向。，下面是一种磁性存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法专利的具体信息内容。
1.一种磁性存储装置，包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和隧道型巨磁电阻效应TMR读写磁头，其特征在于，所述磁性存储装置，还包括：
沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，所述第一磁性存储轨道的一端和所述第二磁性存储轨道的一端相连；
其中，所述TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道，所述第一方向为非第二磁性存储轨道所在平面的任一方向。
2.根据权利要求1所述的磁性存储装置，其特征在于，所述TMR读写磁头为单TMR读写磁头或者双TMR读写磁头。
3.根据权利要求1或2所述的磁性存储装置，其特征在于，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两正交。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的磁性存储装置，其特征在于，
所述TMR读写磁头的第一电极和第一数据线相连；
所述第一开关元件的栅极和列地址线相连，所述第一开关元件的源极和第二数据线相连，所述第一开关元件的漏极和所述第一磁性存储轨道相连；
所述第二开关元件的栅极和行地址线相连，所述第二开关元件的源极和第三数据线相连，所述第二开关元件的漏极和所述TMR读写磁头的第二电极相连；
所述第三开关元件的栅极和所述行地址线相连，所述第三开关元件的源极和第四数据线相连，所述第三开关元件的漏极和所述第二磁性存储轨道相连。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的磁性存储装置，其特征在于，所述第二磁性存储轨道的长度大于或者等于TMR读写磁头的长度。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的磁性存储装置，其特征在于，所述第二磁性存储轨道的长度等于TMR读写磁头的长度。
7.根据权利要求1所述的磁性存储装置，其特征在于，所述第一磁性存储轨道的纵横比在10∶1到100∶1的范围内。
8.一种磁性存储阵列结构，其特征在于，包括阵列排布的M行N列如权利要求1-7中任意一项所述磁性存储装置、M条行地址线和N条列地址线，其中，任意一行的所有所述磁性存储装置的第二开关元件和第三开关元件的栅极和同一行地址线相连，任意一列的所有所述磁性存储装置的第一开关元件的栅极和同一列地址线相连，M和N为正整数。
9.一种磁性存储阵列的驱动方法，其特征在于，应用于权利要求8所述的磁性存储阵列中，所述磁性存储阵列的驱动方法包括：
若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启，其中，A为小于或者等于M的正整数，B为小于或者等于N的正整数；
第二数据线输入预设电流脉冲且第四数据线接地，所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动；
若第三数据线接地且第一数据线接入第二预设电压，或者，若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则TMR读写磁头写入数据；
若所述第三数据线接入第三预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头读取数据。
10.根据权利要求9所述的磁性存储阵列的驱动方法，其特征在于，所述TMR读写磁头写入数据的方法，具体包括；
若所述第三数据线接地且所述第一数据线接入所述第二预设电压，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头写入数据0；
若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头写入数据1。
11.根据权利要求9所述的磁性存储阵列的驱动方法，其特征在于，所述TMR读写磁头写入数据的方法，具体包括：
若所述第三数据线接地且所述第一数据线接入所述第二预设电压，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头写入数据1；
若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头写入数据0。
12.根据权利要求9所述的磁性存储阵列的驱动方法，其特征在于，所述TMR读写磁头读取数据的方法，具体包括：
若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于低阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据0；
若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于高阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据1。
13.根据权利要求9所述的磁性存储阵列的驱动方法，其特征在于，所述TMR读写磁头读取数据的方法，具体包括：
若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于低阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据1；
若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于高阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据0。
14.根据权利要求9-13中任意一项所述的磁性存储阵列的驱动方法，其特征在于，所述第一预设电压和所述第二预设电压在0.9伏特到5伏特的范围内；所述第三预设电压小于或者等于0.6伏特。
15.根据权利要求9-13中任意一项所述的磁性存储阵列的驱动方法，其特征在于，所述第一预设电压和所述第二预设电压为1.2伏特；所述第三预设电压为0.6伏特。
一种磁性存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法
技术领域
[0001] 本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种磁性存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法。
背景技术
[0002] 由于计算机技术的飞速发展，数据存储的技术也得到了较大进步。U型磁性存储轨道的出现改变了传统的由磁头的移动来读写数据的存储模式，而是使磁畴壁沿着纳米级轨道来回移动，TMR(Tunneling Magnetoresistance，隧道型巨磁电阻效应)读写磁头固定的模式进行数据的读写的。U型磁性存储轨道内部的磁畴壁在电流脉冲作用下沿轨道移动，读写电路设置在U型磁性存储轨道的底部，当磁畴壁沿着U型磁性存储轨道移动到轨道的底部时，TMR读写磁头对磁畴进行数据读写。但是，在U型磁性存储轨道的两条竖直轨道中，只有一条能够用来存储有效数据，另一条竖直轨道只能起到缓存器的作用，因此U型磁性存储轨道的存储利用率仅为50％。
[0003] 为了克服U型磁性存储轨道的存储利用率低的问题，现有技术中提出了直线型磁性存储轨道，该直线型磁性存储轨道的存储利用率可以达到100％。但是，由于直线型磁性存储轨道是平铺排列在衬底上的，因此，在相同的衬底面积上制作直线型磁性存储轨道时，直线型磁性存储轨道的面积收益低，从而导致直线型磁性存储轨道阵列的数据存储量受到了限制。
发明内容
[0004] 本发明的实施例提供一种磁性存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法，解决了现有技术中直线型磁性存储轨道的面积收益低的问题，从而提高了磁性存储轨道的数据存储量。
[0005] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0006] 第一方面，本发明实施例提供一种磁性存储装置，包括：
[0008] 沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，所述第一磁性存储轨道的一端和所述第二磁性存储轨道的一端相连；
[0009] 其中，所述TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道，所述第一方向为非第二磁性存储轨道所在平面的任一方向。
[0010] 在第一种可能的实现方式中，根据第一方面，所述TMR读写磁头为单TMR读写磁头或者双TMR读写磁头。
[0011] 在第二种可能的实现方式中，根据第一方面或第一种可能的实现方式，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两正交。
[0012] 在第三种可能的实现方式中，结合第一方面或第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式，
[0014] 所述第一开关元件的栅极和列地址线相连，所述第一开关元件的源极和第二数据线相连，所述第一开关元件的漏极和所述第一磁性存储轨道相连；
[0015] 所述第二开关元件的栅极和行地址线相连，所述第二开关元件的源极和第三数据线相连，所述第二开关元件的漏极和所述TMR读写磁头的第二电极相连；
[0016] 所述第三开关元件的栅极和所述行地址线相连，所述第三开关元件的源极和第四数据线相连，所述第三开关元件的漏极和所述第二磁性存储轨道相连。
[0017] 在第四种可能的实现方式中，结合第一方面或第一种可能的实现方式至第三种可能的实现方式，所述第二磁性存储轨道的长度大于或者等于TMR读写磁头的长度。
[0018] 在第五种可能的实现方式中，结合第一方面或第一种可能的实现方式至第四种可能的实现方式，所述第二磁性存储轨道的长度等于TMR读写磁头的长度。
[0019] 在第六种可能的实现方式中，结合第一方面或第一种可能的实现方式至第五种可能的实现方式，所述第一磁性存储轨道的纵横比在10∶1到100∶1的范围内。
[0020] 第二方面，本发明实施例提供一种磁性存储阵列结构，包括：
[0021] 阵列排布的M行N列如第一方面中任意一项所述磁性存储装置、M条行地址线和N条列地址线，其中，任意一行的所有所述磁性存储装置的第二开关元件和第三开关元件的栅极和同一行地址线相连，任意一列的所有所述磁性存储装置的第一开关元件的栅极和同一列地址线相连，M和N为正整数。
[0022] 第三方面，本发明实施例提供一种磁性存储阵列的驱动方法，应用于第二方面所述的磁性存储阵列中，所述磁性存储阵列的驱动方法包括：
[0023] 若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启，其中，A为小于或者等于M的正整数，B为小于或者等于N的正整数；
[0024] 第二数据线输入预设电流脉冲且第四数据线接地，所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动；
[0025] 若第三数据线接地且第一数据线第二预设电压，或者，若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则TMR读写磁头写入数据；
[0026] 若所述第三数据线接入第三预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头读取数据。
[0027] 在第一种可能的实现方式中，根据第三方面，所述TMR读写磁头写入数据的方法，具体包括：
[0028] 若所述第三数据线接地且所述第一数据线接入所述第二预设电压，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头写入数据0；
[0029] 若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头写入数据1。
[0030] 在第二种可能的实现方式中，根据第三方面或第一种可能的实现方式，所述TMR读写磁头写入数据的方法，具体包括：
[0031] 若所述第三数据线接地且所述第一数据线接入所述第二预设电压，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头写入数据1；
[0032] 若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头写入数据0。
[0033] 在第三种可能的实现方式中，根据第三方面或第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式，所述TMR读写磁头读取数据的方法，具体包括：
[0034] 若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于低阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据0；
[0035] 若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于高阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据1。
[0036] 在第四种可能的实现方式中，根据第三方面或第一种可能的实现方式至第三种可能的实现方式，所述TMR读写磁头读取数据的方法，具体包括：
[0037] 若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于低阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据1；
[0038] 若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于高阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据0。
[0039] 在第五种可能的实现方式中，结合第三方面或第一种可能的实现方式至第四可能的实现方式，
[0040] 所述第一预设电压和所述第二预设电压在0.9伏特到5伏特的范围内；所述第三预设电压小于或者等于0.6伏特。
[0041] 在第六种可能的实现方式中，结合第三方面或第一种可能的实现方式至第五种可能的实现方式，
[0042] 所述第一预设电压和所述第二预设电压为1.2伏特；所述第三预设电压为0.6伏特。
[0043] 本发明实施例所提供的一种磁性存储装置、磁性存储阵列结构及其驱动方法，磁性存储装置包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和隧道型巨磁电阻效应TMR读写磁头；以及沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，所述第一磁性存储轨道的一端和所述第二磁性存储轨道的一端相连；其中，所述TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道，所述第一方向为非第二磁性存储轨道所在平面的任一方向。
[0044] 基于上述实施例的描述，通过沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，所述第一磁性存储轨道的一端和所述第二磁性存储轨道的一端相连，在空间上形成了L型的磁性存储轨道，解决了现有技术中直线型磁性存储轨道只能设置于同一平面上，从而导致直线型磁性存储轨道面积收益低的问题，提高了磁性存储轨道的数据存储量。同时，第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件作为选通元件选通磁性存储装置，以使得TMR读写磁头根据巨磁阻效应对数据进行读写。由于所述TMR读写磁头可以沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头可以沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道，TMR读写磁头的设置更加灵活，可以根据实际需要进行合理设置。附图说明
[0045] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046] 图1为本发明实施例提供的一种磁性存储装置的结构示意图；
[0047] 图2为本发明实施例提供的TMR读写磁头的结构示意图；
[0048] 图3为本发明实施例提供的一种磁性存储阵列结构的示意图；
[0049] 图4为本发明实施例提供的一种磁性存储阵列的驱动方法的流程框图一；
[0050] 图5为本发明实施例提供的一种磁性存储阵列的驱动方法的流程框图二。
[0051] 图6为本发明实施例提供的一种磁性存储阵列的驱动方法的流程框图三。
具体实施方式
[0052] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053] 实施例一
[0054] 本发明实施例提供一种磁性存储装置，以第一方向、第二方向和第三方向两两正交为例，其结构示意图如图1所示，所述磁性存储装置包括第一开关元件10、第二开关元件20、第三开关元件30和TMR读写磁头40，所述磁性存储装置，还包括：
[0055] 沿第一方向设置的第一磁性存储轨道A和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道B，所述第一磁性存储轨道A的一端和所述第二磁性存储轨道B的一端相连。
[0056] 其中，所述TMR读写磁头40沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置，或者，所述TMR读写磁头40沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置，所述TMR读写磁头40的自由层为所述第二磁性存储轨道B，所述第一方向为非第二磁性存储轨道B所在平面的任一方向。
[0057] 需要说明的是，图1是以所述TMR读写磁头40沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置为例进行说明的，其它的所述TMR读写磁头40的设置方式将在下述实施例中进行详细描述，此处不再赘述。
[0058] 还需要说明的是，所述第一方向和所述第二方向呈一定夹角，因此，第一磁性存储轨道A和第二磁性存储轨道B之间也存在一定夹角。同时，在制作工艺允许的情况下，第一磁性存储轨道A的长度越长，第一磁性存储轨道A的数据存储量越大。
[0059] 优选的，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两正交，具体的，所述第一方向，第二方向和第三方向构成空间直角坐标系，所述第一方向为z轴方向，所述第二方向为y轴方向，所述第三方向为x轴方向。进一步地，沿第一方向设置的所述第一磁性存储轨道A和沿第二方向设置的所述第二磁性存储轨道B的一端相连，构成一条L型的磁性存储轨道。
[0060] 需要补充的是，所述TMR读写磁头40可以为单TMR读写磁头或者双TMR读写磁头。其中，单TMR读写磁头包括第一电极、自由层、隧道层、钉扎层和第二电极，共5层；双TMR读写磁头包括第一电极、钉扎层、隧道层、自由层、隧道层、钉扎层和第二电极，共7层。
[0061] 所述TMR读写磁头40沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置，或者，所述TMR读写磁头40沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置，所述TMR读写磁头40的自由层为所述第二磁性存储轨道B。具体的，所述TMR读写磁头40的结构示意图如图2中a、b、c和d所示，其中，a为单TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置的情况，所述TMR读写磁头40包括第一电极C，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E和第二电极F；b为双TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置的情况，所述TMR读写磁头40包括第一电极C，钉扎层E，隧道层D，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E和第二电极F；c为单TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置，所述TMR读写磁头40包括第一电极C，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E和第二电极F；d为双TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道B设置，所述TMR读写磁头40包括第一电极C，钉扎层E，隧道层D，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E和第二电极F。
[0062] 进一步的，单TMR读写磁头包括第一电极C，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E和第二电极F，因此单TMR具有一个磁隧道结，可以根据磁隧道结中电阻的大小进行数据的读写；双TMR读写磁头包括第一电极C，钉扎层E，隧道层D，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E和第二电极F，因此双TMR读写磁头具有两个磁隧道结，可以协同作用，并且对磁性轨道中的磁矩的微小变化更加敏感，可以根据磁隧道结中电阻的大小进行数据的读写。
[0063] 具体的，所述TMR读写磁头40，是利用巨磁阻效应完成对数据的读写，所谓巨磁阻效应是指磁性材料的电阻在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构，这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成，在本实施例中，所述TMR读写磁头40包括第一电极C，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E，第二电极F，其中，自由层(即第二磁性存储轨道B)、隧道层D和钉扎层E交替叠合组成层状的磁性薄膜结构，即磁隧道结。当自由层(即第二磁性存储轨道B)和钉扎层E中的磁矩方向平行时，磁隧道结表现为低阻态，当自由层(即第二磁性存储轨道B)和钉扎层E中磁矩方向反向平行时，磁隧道结表现为高阻态，所述TMR读写磁头40可以根据磁隧道结的电阻大小进行数据的读写。单TMR读写磁头包括第一电极C，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E，第二电极F，单TMR具有一个磁隧道结，可以根据磁隧道结中电阻的大小进行数据的读写。双TMR读写磁头包括第一电极C，钉扎层E，隧道层D，自由层(即第二磁性存储轨道B)，隧道层D，钉扎层E和第二电极F，双TMR读写磁头具有两个磁隧道结，可以协同作用，并且对磁性轨道中的磁矩的微小变化更加敏感，可以根据磁隧道结中电阻的大小进行数据的读写。
[0064] 进一步地，为了保证TMR读写磁头能够正常读写数据，所述第二磁性存储轨道的长度大于或者等于TMR读写磁头的长度。
[0065] 优选的，所述第二磁性存储轨道的长度等于TMR读写磁头的长度。
[0066] 进一步地，所述TMR读写磁头40的第一电极C和第一数据线相连，所述第一开关元件10的栅极和列地址线相连，所述第一开关元件10的源极和第二数据线相连，所述第一开关元件10的漏极和所述第一磁性存储轨道A相连。
[0067] 所述第二开关元件20的栅极和行地址线相连，所述第二开关元件20的源极和第三数据线相连，所述第二开关元件20的漏极和所述TMR读写磁头40的第二电极F相连。
[0068] 所述第三开关元件30的栅极和所述行地址线相连，所述第三开关元件30的源极和第四数据线相连，所述第三开关元件30的漏极和所述第二磁性存储轨道B相连。
[0069] 需要补充的是，所述列地址线和行地址线是所述磁性存储装置的选通电路，若需要使所述磁性存储装置正常工作，则必须通过所述列地址线和行地址线的选通电路为所述第一开关元件10的栅极、所述第二开关元件20的栅极和所述第三开关元件30的栅极分别加上驱动电压，从而导通所述第一开关元件10的源极和漏极、所述第二开关元件20的源极和漏极和所述第三开关元件30的源极和漏极，以使得所述磁性存储装置处于选通状态。
[0070] 还需要说明的是，所述的磁性存储装置中，所述第一磁性存储轨道的纵横比在10∶1到100∶1的范围内。所述纵横比是指一个物体的水平宽度除以垂直高度所得比例值，或一个物体的垂直高度除以水平宽度所得的比例值。在本发明实施例中纵横比具体是指第一磁性存储轨道侧壁的垂直高度与水平宽度的比值。其中，纵横比越高的第一磁性存储轨道其侧壁中的磁畴个数越多，所能存储的数据量也就越大。
[0071] 本发明实施例提供一种磁性存储装置，所述磁性存储装置包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和隧道型巨磁电阻效应TMR读写磁头；沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，所述第一磁性存储轨道的一端和所述第二磁性存储轨道的一端相连；其中，所述TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道，所述第一方向为非第二磁性存储轨道所在平面的任一方向。
[0072] 基于上述实施例的描述，通过沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，所述第一磁性存储轨道的一端和所述第二磁性存储轨道的一端相连，在空间上形成了L型的磁性存储轨道，解决了现有技术中直线型磁性存储轨道只能设置于同一平面上，从而导致直线型磁性存储轨道面积收益低的问题，提高了磁性存储轨道的数据存储量。同时，第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件作为选通元件选通磁性存储装置，以使得TMR读写磁头根据巨磁阻效应对数据进行读写。由于所述TMR读写磁头可以沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头可以沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道，TMR读写磁头的设置更加灵活，可以根据实际需要进行合理设置。
[0073] 实施例二
[0074] 本发明实施例提供一种磁性存储阵列结构，包括阵列排布的M行N列所述磁性存储装置、所述M条行地址线和N条列地址线，其中，任意一行的所有所述磁性存储装置的第二开关元件和第三开关元件的栅极和同一行地址线相连，任意一列的所有所述磁性存储装置的第一开关元件的栅极和同一列地址线相连，M和N为正整数。
[0075] 如图3所示，为本发明实施例提供的一种磁性存储阵列结构的示意图，磁性存储阵列结构以M为3，N为3为例进行说明，但是M和N的值可以根据具体情况进行合理设置，本发明对此不做限制，需要说明的是，M和N为正整数。
[0076] 图3中磁性存储装置1至9分别代表如实施例一所述的磁性存储装置，它们根据阵列结构排布成3行3列的结构，并且该存储阵列结构中有3条行地址线(如图3中X1、X2和X3所示)，以及3条列地址线(如图3中Y1、Y2和Y3所示)。
[0077] 具体的，如图3所示，磁性存储装置1、2和3的第二开关元件和第三开关元件的栅极与行地址线X1相连，磁性存储装置4、5和6的第二开关元件和第三开关元件的栅极与行地址线X2相连，磁性存储装置7、8和9的第二开关元件和第三开关元件的栅极与行地址线X3相连，磁性存储装置1、4和7的第一开关元件的栅极与列地址线Y1相连，磁性存储装置2、5和8的第一开关元件的栅极与列地址线Y2相连，磁性存储装置3、6和9的第一开关元件的栅极与列地址线Y3相连。
[0078] 本发明实施例中的磁性存储装置1至9为实施例1提供的一种磁性存储装置，包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和TMR读写磁头；沿第一方向设置的第一磁性存储轨道和沿第二方向设置的第二磁性存储轨道，所述第一磁性存储轨道的一端和所述第二磁性存储轨道的一端相连；其中，所述TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道，所述第一方向为非第二磁性存储轨道所在平面的任一方向。
[0079] 还需要说明的是，所述第一方向和所述第二方向呈一定夹角，因此，第一磁性存储轨道A和第二磁性存储轨道B之间也存在一定夹角。同时，在制作工艺允许的情况下，第一磁性存储轨道A的长度越长，第一磁性存储轨道A的数据存储量越大。
[0080] 优选的，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两正交，具体的，所述第一方向，第二方向和第三方向构成空间直角坐标系，所述第一方向为z轴方向，所述第二方向为y轴方向，所述第三方向为x轴方向。进一步地，沿第一方向设置的所述第一磁性存储轨道A和沿第二方向设置的所述第二磁性存储轨道B的一端相连，构成一条L型的磁性存储轨道。
[0081] 需要补充的是，所述TMR读写磁头可以为单TMR读写磁头或者双TMR读写磁头。
[0082] 所述TMR读写磁头沿第一方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，或者，所述TMR读写磁头沿第三方向贯穿所述第二磁性存储轨道设置，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道。具体的，所述TMR读写磁头的结构示意图如图2中a、b、c、和d所示，在此不再赘述。
[0083] 具体的，所述TMR读写磁头，是利用巨磁阻效应完成对数据的读写，所谓巨磁阻效应是指磁性材料的电阻在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构，这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成，在本实施例中，所述TMR读写磁头包括第一电极，自由层，隧道层，钉扎层，第二电极，其中，自由层、隧道层和钉扎层交替叠合组成层状的磁性薄膜结构磁隧道结，在本实施例中，所述TMR读写磁头的自由层为所述第二磁性存储轨道。当自由层和钉扎层中的磁矩方向平行时，磁隧道结表现为低阻态，当自由层和钉扎层中磁矩方向反向平行时，磁隧道结表现为高阻态，所述TMR读写磁头可以根据磁隧道结的电阻大小进行数据的读写。单TMR读写磁头包括第一电极，自由层，隧道层，钉扎层，第二电极，单TMR具有一个磁隧道结，可以根据磁隧道结中电阻的大小进行数据的读写。双TMR读写磁头包括第一电极，钉扎层，隧道层，自由层，隧道层，钉扎层和第二电极，双TMR读写磁头具有两个磁隧道结，可以协同作用，并且对磁性轨道中的磁矩的微小变化更加敏感，可以根据磁隧道结中电阻的大小进行数据的读写。
[0084] 进一步地，为了保证TMR读写磁头能够正常读写数据，所述第二磁性存储轨道的长度大于或者等于TMR读写磁头的长度。
[0085] 优选的，所述第二磁性存储轨道的长度等于TMR读写磁头的长度。
[0086] 进一步地，所述TMR读写磁头的第一电极和第一数据线相连，所述第一开关元件的栅极和列地址线相连，所述第一开关元件的源极和第二数据线相连，所述第一开关元件的漏极和所述第一磁性存储轨道相连；所述第二开关元件的栅极和行地址线相连，所述第二开关元件的源极和第三数据线相连，所述第二开关元件的漏极和所述TMR读写磁头的第二电极相连；所述第三开关元件的栅极和所述行地址线相连，所述第三开关元件的源极和第四数据线相连，所述第三开关元件的漏极和所述第二磁性存储轨道相连。
[0087] 需要补充的是，所述列地址线和行地址线是所述磁性存储装置的选通电路，若需要使所述磁性存储装置正常工作，则必须通过所述列地址线和行地址线的选通电路为所述第一开关元件的栅极、所述第二开关元件的栅极和所述第三开关元件的栅极分别加上驱动电压，从而导通所述第一开关元件的源极和漏极、所述第二开关元件的源极和漏极和所述第三开关元件的源极和漏极，以使得所述磁性存储装置处于选通状态。
[0088] 还需要说明的是，所述的磁性存储装置中，所述第一磁性存储轨道的纵横比在10∶1到100∶1的范围内。所述纵横比是指一个物体的水平宽度除以垂直高度所得比例值，或一个物体的垂直高度除以水平宽度所得的比例值。在本发明实施例中纵横比具体是指第一磁性存储轨道侧壁的垂直高度与水平宽度的比值。其中，纵横比越高的第一磁性存储轨道其侧壁中的磁畴个数越多，所能存储的数据量也就越大。
[0089] 本发明实施例提供一种磁性存储阵列结构，包括阵列排布的M行所述磁性存储装置、N列所述磁性存储装置、M条行地址线和N条列地址线，其中，任意一行的所有所述磁性存储装置的第二开关元件和第三开关元件的栅极和同一行地址线相连，任意一列的所有所述磁性存储装置的第一开关元件的栅极和同一列地址线相连，M和N为正整数。
[0090] 基于上述实施例的描述，通过阵列排布的M行N列所述磁性存储装置、M条行地址线和N条列地址线，其中，任意一行的所有所述磁性存储装置的第二开关元件和第三开关元件的栅极和同一行地址线相连，任意一列的所有所述磁性存储装置的第一开关元件的栅极和同一列地址线相连，M和N为正整数。磁性存储阵列结构中的每一个磁性存储装置的第一磁性存储轨道都是在空间上存在的，即本发明实施例提出的在三维空间建立阵列结构的方法解决了现有技术在二维平面上建立阵列结构时面积收益低的问题，在相同的衬底面积上提高了磁性存储轨道的数据存储量。
[0091] 实施例三
[0092] 本发明实施例提供一种磁性存储阵列的驱动方法，应用于本发明实施例二中所述的磁性存储阵列中，如图4所示，所述磁性存储阵列的驱动方法包括：
[0093] S101、若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启。
[0094] 其中，A为小于或者等于M的正整数，B为小于或者等于N的正整数。
[0095] 可选的，所述第一预设电压在0.9伏特到5伏特的范围内。
[0096] 优选的，所述第一预设电压为1.2伏特。
[0097] 若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启，即所述磁性存储阵列中位于第A行第B列的磁性存储装置被选通，所述磁性存储阵列中位于第A行第B列的磁性存储装置就可以进行读写操作。
[0098] S102、第二数据线输入所述预设电流脉冲且第四数据线接地，所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动。
[0099] 其中，第二数据线与第一开关元件的源极相连，第四数据线与第三开关元件的源极相连，第一开关元件的漏极与所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道相连，所述第三开关元件的漏极和所述磁性存储装置的第二磁性存储轨道相连，所述第一开关元件和第三开关元件开启后，若第二数据线输入所述预设电流脉冲且第四数据线接地，则所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动，即产生由第一磁性存储轨道到第二磁性存储轨道的电流脉冲。
[0100] S103a、若第三数据线接地且第一数据线接入所述第二预设电压，或者，若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则TMR读写磁头写入数据。
[0101] 具体的，第三数据线与第二开关元件的源极相连，第一数据线与TMR读写磁头的第一电极相连，所述第二开关元件的漏极与TMR读写磁头的第二电极相连。若第三数据线接地且第一数据线接入所述第二预设电压，或者，若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则TMR读写磁头写入数据。
[0102] S103b、若所述第三数据线接入第三预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头读取数据。
[0103] 其中，第三数据线与第二开关元件的源极相连，第一数据线与TMR读写磁头的第一电极相连，所述第二开关元件的漏极与TMR读写磁头的第二电极相连。若所述第三数据线接入第三预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头读取数据。
[0104] 进一步地，所述第三预设电压小于或者等于0.6伏特。
[0105] 优选的，所述第三预设电压为0.6伏特。
[0106] 需要补充的是，所述第一预设电压和所述第二预设电压可以选择不同的值，也可以选择相同的值，本发明对此不做限制。
[0107] 具体的，所述TMR读写磁头读写数据的详细步骤将在下述实施例中进行描述，此处不再赘述。
[0108] 本发明实施例提供一种磁性存储阵列的驱动方法，应用于本发明实施例二中所述的磁性存储阵列中，所述磁性存储阵列的驱动方法包括：若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启；第二数据线输入所述预设电流脉冲且第四数据线接地，所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动；若第三数据线接地且第一数据线接入所述第二预设电压，或者，若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则TMR读写磁头写入数据。
[0109] 基于上述实施例的描述，通过驱动磁性存储阵列，使得磁性存储阵列里的任意一个磁性存储装置的TMR读写磁头读写数据。磁性存储阵列结构中的每一个磁性存储装置的第一磁性存储轨道都是在空间上存在的，即本发明实施例提出的在三维空间建立阵列结构的方法解决了现有技术在二维平面上建立阵列结构时面积收益低的问题，在相同的衬底面积上提高了磁性存储轨道的数据存储量。
[0110] 实施例四
[0111] 本发明实施例提供一种磁性存储阵列的驱动方法，应用于本发明实施例二中所述的磁性存储阵列中，所述磁性存储阵列的驱动方法包括：
[0112] S101、若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启。
[0113] 其中，A为小于或者等于M的正整数，B为小于或者等于N的正整数。
[0114] 可选的，所述第一预设电压在0.9伏特到5伏特的范围内。
[0115] 优选的，所述第一预设电压为1.2伏特。
[0116] 若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启，即所述磁性存储阵列中位于第A行第B列的磁性存储装置被选通，则所述磁性存储阵列中位于第A行第B列的磁性存储装置就可以进行读写操作。
[0117] S102、第二数据线输入所述预设电流脉冲且第四数据线接地，所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动。
[0118] 其中，第二数据线与第一开关元件的源极相连，第四数据线与第三开关元件的源极相连，第一开关元件的漏极与所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道相连，所述第三开关元件的漏极和所述磁性存储装置的第二磁性存储轨道相连，所述第一开关元件和第三开关元件开启后，若第二数据线输入所述预设电流脉冲且第四数据线接地，则所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动，即产生由第一磁性存储轨道到第二磁性存储轨道的电流脉冲。
[0119] S103a、若第三数据线接地且第一数据线接入所述第二预设电压，或者，若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则TMR读写磁头写入数据。
[0120] 具体的，如图5所示，TMR读写磁头写入数据的步骤可以包括步骤S103a0和S103a1：
[0121] S103a0、若所述第三数据线接地且所述第一数据线接入所述第二预设电压，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头写入数据0。
[0122] 所述磁性存储装置中有从第一磁性存储轨道到第二磁性存储轨道的电流，当所述TMR读写磁头第一电极和第二电极之间的磁场方向与第二磁性存储轨道即TMR读写磁头的自由层内的磁畴壁所表现的磁场方向平行时，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头写入数据0。
[0123] S103a1、若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头写入数据1。
[0124] 所述磁性存储装置中有从第一磁性存储轨道到第二磁性存储轨道的电流，当所述TMR读写磁头第一电极和第二电极之间的磁场方向与第二磁性存储轨道即TMR读写磁头的自由层内的磁畴壁所表现的磁场方向反向平行时，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头写入数据1。
[0125] 又具体的，如图6所示，TMR读写磁头写入数据的步骤还可以包括步骤S103a2和S103a3：
[0126] S103a2、若所述第三数据线接地且所述第一数据线接入所述第二预设电压，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头写入数据1。
[0127] S103a3、若所述第三数据线接入所述第二预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头写入数据0。
[0128] 需要说明的是，本发明实施例提供的磁性存储装置可以自行设置TMR读写磁头在高阻状态下是被定义成状态1还是被定义成状态0的。相应的，若TMR读写磁头在高阻状态下是被定义成状态1的，则TMR读写磁头写入数据1，那么TMR读写磁头在低阻状态下是被定义成状态0的，则TMR读写磁头写入数据0；若TMR读写磁头在高阻状态下是被定义成状态0的，则TMR读写磁头写入数据0，那么TMR读写磁头在低阻状态下是被定义成状态1的，则TMR读写磁头写入数据1。通常情况下，磁性存储装置的TMR读写磁头在高阻状态下是被定义成状态1的。
[0129] S103b、若所述第三数据线接入第三预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头读取数据。
[0130] 进一步地，所述第三预设电压小于或者等于0.6伏特。
[0131] 优选的，所述第三预设电压为0.6伏特。
[0132] 具体的，如图5所示，TMR读写磁头读取数据的步骤可以包括步骤S103a0和S103a1：
[0133] S103b0、若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于低阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据0。
[0134] 所述磁性存储装置中有从第一磁性存储轨道到第二磁性存储轨道的电流，当所述TMR读写磁头第一电极和第二电极之间的磁场方向与第二磁性存储轨道即TMR读写磁头的自由层内的磁畴壁所表现的磁场方向平行时，则所述TMR读写磁头处于低阻状态，所述TMR读写磁头读取数据0。
[0135] S103b1、若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于高阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据1。
[0136] 所述磁性存储装置中有从第一磁性存储轨道到第二磁性存储轨道的电流，当所述TMR读写磁头第一电极和第二电极之间的磁场方向与第二磁性存储轨道即TMR读写磁头的自由层内的磁畴壁所表现的磁场方向反向平行时，则所述TMR读写磁头处于高阻状态，所述TMR读写磁头读取数据1。
[0137] 又具体的，如图6所示，TMR读写磁头读取数据的步骤还可以包括步骤S103b2和S103b3：
[0138] S103b2、若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于低阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据1。
[0139] S103b3、若所述第三数据线接入所述第三预设电压、所述第一数据线接地，且所述TMR读写磁头处于高阻状态，则所述TMR读写磁头读取数据0。
[0140] 需要说明的是，本发明实施例提供的磁性存储装置可以自行设置TMR读写磁头在高阻状态下是读取数据1还是读取数据0的。相应的，若TMR读写磁头在高阻状态下是读取数据1的，那么TMR读写磁头在低阻状态下是读取数据0的；若TMR读写磁头在高阻状态下是读取数据0的，那么TMR读写磁头在低阻状态下是读取数据1的。通常情况下，磁性存储装置的TMR读写磁头在高阻状态下是读取数据1的。
[0141] 还需要补充的是，TMR读写磁头在高阻状态下读取数据和写入数据是保持一致的；TMR读写磁头在低阻状态下读取数据和写入数据是保持一致的。例如，TMR读写磁头在高阻状态下是读取数据0、在低阻状态下是读取数据1的，那么，TMR读写磁头在高阻状态下也是被定义成状态0写入数据0、在低阻状态下也是被定义成状态1写入数据1的；同理，TMR读写磁头在高阻状态下是读取数据1、在低阻状态下是读取数据0的，那么，TMR读写磁头在高阻状态下也是被定义成状态1写入数据1、在低阻状态下也是被定义成状态0写入数据0的。
[0142] 本发明实施例提供一种磁性存储阵列的驱动方法，应用于本发明实施例二中所述的磁性存储阵列中，所述磁性存储阵列的驱动方法包括：若第A条行地址线输入第一预设电压，第B条列地址线输入所述第一预设电压，则第A行第B列的磁性存储装置的第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件开启；第二数据线输入所述预设电流脉冲且第四数据线接地，所述磁性存储装置的第一磁性存储轨道和第二磁性存储轨道内的磁畴壁由第二磁性存储轨道向第一磁性存储轨道移动；若所述第三数据线接入第三预设电压且所述第一数据线接地，则所述TMR读写磁头读取数据。
[0143] 基于上述实施例的描述，通过驱动磁性存储阵列，使得磁性存储阵列里的任意一个磁性存储装置的TMR读写磁头读写数据。磁性存储阵列结构中的每一个磁性存储装置的第一磁性存储轨道都是在空间上存在的，即本发明实施例提出的在三维空间建立阵列结构的方法解决了现有技术在二维平面上建立阵列结构时面积收益低的问题，在相同的衬底面积上提高了磁性存储轨道的数据存储量。
[0144] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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