磁性随机存取存储器

摘要

本发明公开了一种磁性随机存取存储器，包括多个存储单元，构成一阵列，每一个存储单元有磁性自由叠层与固定叠层，固定叠层的磁化向量皆朝预定方向设置，磁性自由叠层有磁性易轴；以及多条写入字线，用以依照栓扣操作磁场模式，分别对应施加磁场给该阵列的多个行的该存储单元；其中相邻的二个该存储单元的二个该磁性易轴实质上相互垂直，且固定叠层的磁化向量的预定方向与磁性自由层的磁性易轴方向垂直并与写入字线相夹45度。奇数的写入字线与偶数的写入字线的二电流方向是相反，且奇数的写入位线与偶数的写入位线的二电流方向是相反。

权利要求

1.一种磁性随机存取存储器，包括：

多个存储单元，构成一阵列，每一该存储单元有磁性自由叠层与固定叠层，该固定叠层的磁化向量皆朝预定方向设置，该磁性自由叠层有磁性易轴；

多条写入字线，用以依照栓扣操作磁场模式，分别对应施加磁场给该阵列的多个行的该存储单元；以及多条写入位线，与该写入字线垂直，用以依照该栓扣操作磁场模式，分别对应施加磁场给该阵列的多个列的该存储单元，其中相邻的二个该存储单元的二个该磁性易轴相互垂直，且该固定叠层的该磁化向量的该预定方向与该磁性自由层的该磁性易轴方向垂直并与该写入字线相夹45度，奇数的写入字线与偶数的写入字线的二电流方向是相反，且奇数的写入位线与偶数的写入位线的二电流方向是相反。

2.如权利要求1所述的磁性随机存取存储器，其中该写入字线与该写入位线依时序所产生的相加磁场，会旋转该磁性自由叠层的磁化向量的方向。

3.如权利要求1所述的磁性随机存取存储器，其中奇数的写入位线产生沿正X方向的磁场，奇数的写入字线产生沿正Y方向的磁场。

4.如权利要求1所述的磁性随机存取存储器，其中偶数的写入位线产生沿负X方向的磁场，偶数的写入字线产生沿负Y方向的磁场。

5.如权利要求1所述的磁性随机存取存储器，还包括：

多条读取字线，用于分别与该阵列的多个行的该存储单元耦接；

多条读取位线，用于分别与该阵列的多个列的该存储单元耦接，

其中通过该读取字线与该读取位线，用以读取被选择的该存储单元的数据磁电阻以及相邻的该存储单元的参考磁电阻。

6.如权利要求5所述的磁性随机存取存储器，其中该参考磁电阻是介于稳定高磁电阻与稳定低磁电阻之间。

7.如权利要求1所述的磁性随机存取存储器，其中相邻二个该存储单元的其一被选择以读取磁电阻时，另其一做为参考存储单元以提供参考磁电阻。

8.如权利要求7所述的磁性随机存取存储器，其中被选择读取的该存储单元的该磁电阻是比该参考磁电阻大或小，以决定所储存的一个二进位数据。

9.如权利要求1所述的磁性随机存取存储器，其中每一该存储单元分别通过开关晶体管耦接到地电压。

10.如权利要求1所述的磁性随机存取存储器，其中对于该阵列的相同一行的该存储单元，相邻的每二个该存储单元，共同通过开关晶体管耦接到地电压。

11.一种磁性随机存取存储单元，接受二条写入字线和二条写入位线的控制，包括：四个存储单元构成2×2的阵列单元，其中每一该存储单元有磁性自由叠层与固定叠层，该固定叠层的磁化向量皆朝预定方向设置，该磁性自由叠层有磁性易轴，其中相邻的二个该存储单元的二个该磁性易轴相互垂直，且该固定叠层的该磁化向量的该预定方向与该磁性自由层的该磁性易轴方向垂直并与该写入字线相夹45度，该二条写入字线的二电流方向相反，该二条写入位线的二电流方向相反，相邻二个该存储单元的其一被选择以读取磁电阻时，另其一做为参考存储单元以提供参考磁电阻。

12.如权利要求11所述的磁性随机存取存储单元，其中该二条写入字线和该二条写入位线相互垂直，且该二条写入字线与该二条写入位线依时序所产生的相加磁场，会旋转该磁性自由叠层的磁化向量的方向。

13.如权利要求11所述的磁性随机存取存储单元，其中被选择读取的该存储单元的该磁电阻，依照栓扣操作模式，是处在比该参考磁电阻大或小的状态，以决定所储存的一个二进位数据。

14.如权利要求11所述的磁性随机存取存储单元，其中每一该存储单元分别通过开关晶体管耦接到地电压。

15.如权利要求11所述的磁性随机存取存储单元，其中对于相同一行的二个该存储单元，共同通过开关晶体管耦接到地电压。

说明书

磁性随机存取存储器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种存储器，且特别涉及一种磁性随机存取存储器。 背景技术

[0002] 磁性存储器，例如磁性随机存取存储器(Magnetic Random AccessMemory，MRAM)也是一种非挥发性存储器，有非挥发性、高密集度、高读写速度、抗辐射线等优点。是利用相邻于穿隧能障层的磁性物质的磁矩，由于平行或反平行的排列所产生磁阻的大小来记录逻辑“0”或逻辑“1”的数据。写入数据时，一般所使用的方法为两条电流线，例如写入位线(Write BitLine，WBL)及写入字线(Write Word Line，WWL)感应磁场所交集选择到的磁性存储单元，通过改变自由层磁化向量(Magnetization)的方向，来更改其磁电阻(Magnetoresistance)值。而在读取存储数据时，让选择到的磁性存储单元元流入电流，从读取的电阻值可以判定存储数据的数字值。

[0003] 图1绘示磁性存储单元的基本结构。参阅图1，要存取写入磁性存储单元，也是需要交叉且通入适当电流的电流线100、102，其依照操作的方式，又例如称为位线与字线。当二导线通入电流后会产生二个方向的磁场，以得到所要的磁场大小与方向，以施加在磁性存储单元104上。磁性存储单元104是叠层结构，包括磁性固定层(magnetic pinned layer)在预定方向具有固定的磁化向量(magnetization)，或是总磁矩(total magnetic moment)。利用磁性自由层与磁性固定层彼此间磁化向量的角度差异，产生不同的磁电阻大小，来读取数据。又，如果要写入数据，也可以施加写入磁场，决定磁性自由层在无磁场下的磁化向量方向。通过输出电极106、108，可以读出此存储单元所存的数据。关于磁性存储器的操作细节，是一般技术人员可以了解，不继续描述。

[0004] 图2绘示磁性存储器的存储机制。在图2，磁性固定层104a有固定的磁矩方向107。磁性自由层104c，位于磁性固定层104a上方，其中间由穿隧能障层104b所隔离。磁性自由层104c有磁矩方向108a或是108b。由于磁矩方向107与磁矩方向108a平行，其产生的磁阻例如代表“0”的数据，反的磁矩方向107与磁矩方向108b反平行，其产生的磁阻例如代表“1”的数据。

[0005] 上述图2的磁性自由层104c是单层结构，在操作上容易产生数据错误。美国专利第6,545,906号文件提出为了降低邻近细胞元在写入数据时的干扰情形，其自由层以铁磁/非磁性金属/铁磁三层结构取代单层铁磁材料。图3绘示磁性存储单元结构，包括固定叠层(pinned stack layer)120、穿隧层(Tunneling layer)128、以及磁性自由叠层(Magnetic free stack layer)130。固定叠层120由下固定层(bottom pinned layer)122、耦合层124以及上固定层(toppinned layer)126所组成。磁性自由叠层130由下自由层132、耦合层134以及上自由层136所组成，其中，下自由层132及上自由层136的材料例如是铁磁材料，耦合层134的材料例如是非磁性金属材料。图中箭头表示磁化向量的方向。下固定层122与上固定层126的磁化向量构成磁场回路，不受操作磁场改变。下自由层132与上自由层136的磁化向量是反平行设置，可以被外加的操作磁场改变，以改变储存的数据。
数据取决于上固定层126与下自由层132之间磁化向量造成的磁阻变化。此种存储单元结构的下自由层132的磁性易轴方向与上固定层126的磁化向量是平行或是反平的排列，以
150的图案表示，其中磁性异向性轴(又简称为磁性易轴)方向是以双箭头表示，而上固定层126的磁化向量以单箭头表示。

[0006] 为了降低邻近细胞元在写入数据时的干扰情形，自由层以铁磁/非磁性金属/铁磁三层结构取代单层铁磁材料，非磁性金属上下两层的铁磁层以反平行排列。另外配合栓扣操作模式(Toggle mode)，并把写入位线及写入字线和自由层的磁性易轴夹45度，提供的电流以一定的顺序写入，此方法可以有效的解决干扰的问题，然而此方法的缺点会造成写入数据时所需的电流变大。

[0007] 磁性存储器在朝着高密度设计的同时，所面对的问题，除了在栓扣操作模式下，其翻转所需的磁场须降低之外，还需要面对当尺寸微缩，邻近的细胞元容易受到写入线外露的磁场干扰增多的情形。虽然目前有自由层为铁磁/非磁性金属/铁磁三层(SAF free layer)材料的拴扣型MRAM的结构为较好抗干扰的方法，但因为先天上其结构操作的工作象限皆为相同，在磁性穿隧介面(magnetic tunneling junction，MTJ)的元件设计点上，如果交换场强度(Exchange Coupling，J)太小时，或是利用不对称的人造固定层产生的偏压磁场(bias field)太大时，均会使得MTJ元件抗干扰的能力下降。这些情形会使得磁性存储器无法正常的操作。

[0008] 如何改善上述的干扰问题，让磁性存储器能够顺利操作的技术需要计需研发。 [0009] 发明内容

[0010] 本发明提供一种磁性随机存取存储器，通过取邻近存储单元做为参考存储单元，可以有效的解决干扰的问题，让磁性存储器能够顺利操作。

[0011] 本发明提出一种磁性随机存取存储器，包括多个存储单元，构成一阵列，每一个存储单元有磁性自由叠层与固定叠层，固定叠层的磁化向量皆朝预定方向设置，磁性自由叠层有磁性易轴；以及多条写入字线，用以依照栓扣操作磁场模式，分别对应施加磁场给该阵列的多个行的该存储单元；

[0012] 其中相邻的二个存储单元的二个磁性易轴实质上相互垂直，且固定叠层的磁化向量的预定方向与磁性自由层的磁性易轴方向垂直并与写入字线相夹45度。奇数的写入字线与偶数的写入字线的二电流方向是相反，且奇数的写入位线与偶数的写入位线的二电流方向是相反。

[0013] 本发明提出一种磁性随机存取存储单元，接受二条写入字线和二条写入位线的控制。磁性随机存取存储单元包括四个存储单元构成2×2的阵列单元，其中每一个存储单元有磁性自由叠层与固定叠层，固定叠层的磁化向量皆朝预定方向设置。磁性自由叠层有磁性易轴。其中相邻的二个存储单元的二个磁性易轴实质上相互垂直，且固定叠层的磁化向量的预定方向与磁性自由层的磁性易轴方向垂直并与写入字线相夹45度。该二条写入字线的二电流方向相反，该二条写入位线的二电流方向相反。相邻二个该存储单元的其一被选择以读取磁电阻时，另其一做为参考存储单元以提供参考磁电阻。

[0014] 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

[0015] 附图说明

[0016] 图1绘示磁性存储单元的基本结构。

[0017] 图2绘示磁性存储器的存储机制。

[0018] 图3绘示传统的磁性存储单元结构，包括固定叠层、穿隧层、以及磁性自由叠层。 [0019] 图4绘示本发明使用的另一磁性存储单元结构，包括固定叠层、穿隧层、以及磁性自由叠层。

[0020] 图5绘示本发明一实施例所采用的拴扣模式的旋转机制。

[0021] 图6绘示依据本发明一实施例阵列单元结构示意图。

[0022] 图7绘示依据本发明另一实施例的阵列单元结构示意图。

[0023] 图8绘示本发明一实施例的相邻二存储单元的R-H回路的主要特征曲线 示意图。 [0024] 图9绘示依据本发明一实施例，写入操作机制示意图。

[0025] 图10绘示依据本发明一实施例，磁性存储器的阵列电路结构示意图。 [0026] 图11绘示依据本发明另一实施例，磁性存储器的阵列电路结构示意图。 [0027] 图12-15绘示依据本发明一实施例，存取存储单元的操作机制示意图。 [0028] 图16绘示依据本发明一实施例，数据读出的机制示意图。

[0029] 附图标记说明

[0030] 100、102：电流线 104：磁性存储单元

[0031] 104a：磁性固定层 104b：穿隧能障层

[0032] 104c：磁性自由层 107、108a、108b：磁矩方向

[0033] 106、108：电极 120、138：固定叠层

[0034] 122、140：下固定层 124、142：耦合层

[0035] 126、144：上固定层 128：穿隧层

[0036] 130：磁性自由叠层 132：下自由层

[0037] 134：耦合层 136：上自由层

[0038] 150、152：存储单元图案 160：写入字线

[0039] 161：写入位线 162：结构层

[0040] 164、166、168、170：磁性存储单元

[0041] 172、174、176、178、180、182：开关晶体管

具体实施方式

[0042] 本发明提出的磁性随机存取存储器，至少可以解决存储单元在操作时相互干扰的问题。以下举一些实施例做为说明，但是本发明不是仅受限于所举实施例。 [0043] 根据图3的磁性存储单元结构，本发明提出再与另一种磁性存储单元结构组合成2维的存储单元阵列。图4绘示依据本发明一实施例，另一种磁性存储单元结构示意图。参阅图4，另一种磁性存储单元结构，其磁性自由叠层130与图3的结构相同，但是固定叠层
138的磁化向量的方向与磁性自由叠层130的磁性易轴方向实质上垂直。也就是说，固定叠层138仍是例如是三层的结构，由下固定层140、耦合层142以及上固定层144所组成，其中耦合层142的材料例如是非磁性金属材料。上固定层144的磁化向量的方向 与下自由层
132的磁化向量实质上是垂直关系，以152的图示表示。此种磁性存储单元，在没有外加操作磁场下，由下自由层132与上固定层144所构成的磁阻值，自然是中间值，是在平行磁阻值与反平行磁阻值之间。此中间磁阻值做为参考值。

[0044] 磁性自由叠层130的读取操作，是取决于磁化向量的方向是朝左边或是朝右边。在读取数据时施加适当的辅助磁场，例如将磁性自由叠层130的二自由层132、136的磁化向量水平旋转90度。以上视图示来看(未显示)，例如以顺时针方向旋转90度，则下自由层132的磁化向量会与上固定层144的磁化向量平行。但是，如果下自由层132磁化向量原先是朝左方向，于顺时针方向旋转90度后，会与上固定层144的磁化向量反平行。与中间态的磁阻比较后，就可以判定磁性自由叠层130所存的数据。

[0045] 以下简单描述传如何旋转在磁性自由叠层130的上自由层136与下自由层132的磁化向量的方向。一般是采用拴扣模式(toggle mode)的旋转方式。图5绘示本发明所采用的拴扣模式的旋转机制。参阅图5，下面的磁场波形是通过对应的字元电流线与位电流线所产生的。基本上可以分为五个时间区段t0～t4。字元电流线所产生的磁场Hword(HW)，根据图式的方式，例如箭头所示是朝上。另外定义易轴方向为零度，则HW的方向是在+45度方向。位电流线所产生的磁场HBL(HB)是在-45度方向，例如箭头所示是朝右。在区间t0，没有施加外部磁场。因此，磁性自由叠层130的二个磁化向量会在易轴上，例如以粗箭头代表下自由层的磁化向量，其方向是0度，而细箭头代表上自由层的磁化向量，其方向是180度。

[0046] 在区间t1，施加HWORD的磁场。此时由于磁性自由叠层130的二个磁化向量与HWORD要达到平衡，二个磁化向量会有一张角，且与外加磁场方向大致上为90度角。在区间t2，接着施加磁场HB，其与磁场HW相加产生合向量约0度的磁场。于是，二个磁化向量再被顺时针旋转。在区间t3，磁场HWORD被关闭，而只剩下磁场HBL。此时外加的磁场方向在-45度，即是朝右的方向。此时，二个磁化向量再度被旋转。

[0047] 要注意的是，在此区间t3，细箭头的磁化向量较接近易轴0度，反的粗箭头的磁化向量较接近易轴180度。在区间t4，接着关闭磁场HBL，此时即是自然状态。由于没有外加磁场，二个磁化向量会回到最接近的易轴上，因此细箭头的磁化向量在0度，而粗箭头的磁化向量在180度。与区间t0的状 态来比较，区间t4的状态已被旋转180度，即是反转。图5的方式，就是依据拴扣模式的操作方式。固定叠层120与138的磁化向量是在固定方向，不受外加操作磁场改变。图5是要将自由叠层的磁化向量翻转的磁场波形。在区间t2，是要将自由叠层的磁化向量旋转约90度。如果无需翻转磁化向量，则可依区间t1与区间t0的顺续，先停止HBL，再停止HWORD则自由叠层的磁化向量回到原状态。

[0048] 接着描述本发明的存储单元的阵列单元结构。图6绘示依据本发明实施例阵列单元结构示意图。参阅图6，例如以四个存储单元164、166、168、170做为结构单元，接受二条写入字线160与写入位线161所驱动。写入字线160分别通入相反方向的电流IWWL1与IWWL2，写入位线161也分别通入相反方向的电流IWBL1与IWBL2。四个存储单元是四个磁阻，又以R1、R2、R3、R4标示，构成2×2的阵列单元。每一个存储单元有磁性自由叠层与固定叠层。固定叠层的磁化向量皆朝预定方向设置，例如与写入字线或是写入位线相夹45度。磁性自由叠层有磁性易轴。其中相邻的二个存储单元的二个磁性易轴，如椭圆的长轴所标示是相互垂直。

[0049] 在此阵列单元，例如，存储单元R1与R3是如图3的结构，而存储单元R2与R4是如图4的结构。例如、写入字线160例如是在存储单元的下方，写入位线161是在存储单元的上方，且相互垂直。结构层162代表存储单元的连接结构，例如存储单元R1与R2共用相同的开关晶体管172，做为读取控制的部分元件。另外，存储单元R3与R4也共用相同的开关晶体管174。此如何利用将阵列单元构成存储器的电路以及操作方式会描述于后。 [0050] 另外依照图6的基本架构，其开关晶体管可以有不同的设计变化。图7绘示依据本发明另一实施例的阵列单元结构示意图。参阅图7，个别的存储单元分别由开关晶体管176、178、180、182连接，其不影响本发明的基本设计。另外，相邻二写入字线160的电流IWWL1与IWWL2的方向相反即可，且相邻二写入位线161的电流IWBL1与IWBL2的方向相反即可，图6、图7的电流方向仅是一实施例。又，相邻二存储单元的磁性易轴方向相反即可，图6、图7的安排也仅是一实施例。

[0051] 由于在写入操作时，当电流施加给选择的写入字线与写入位线时，除了在交叉点被选择到的存储单元会感应到实际的写入磁场外，属于写入字线及写入位线的其他存储单元也会感应到部分的磁场，然而由于本实施例的存储 单元阵列的安排可以减低干扰的效应。图8绘示本发明一实施例，相邻二存储单元的R-H回路的主要特征曲线示意图。横轴是磁场变化，纵轴是磁阻率(magnetoresistance ratio，MR)。左边的曲线是被选择写入的存储单元的R-H回路(例如R1)，而右边曲线是在相同的磁场操作波形下，对于相邻存储单元产生的R-H回路(例如R2)。基本上，相邻存储单元被干扰的程度低。这原因是由于相邻的二存储单元的磁性易轴实质上相互垂直的关系。

[0052] 以下更详细研究操作的机制，可归纳出其原因是由于四个存储单元R1、R2、R3、R4是分别操作在不同象限。图9绘示依据本发明实施例，写入操作机制示意图。参阅图9配合图6或图7，例如第一写入位线的电流IWBL1，依纸上绘示的图示而言是朝下的方向，且第二写入位线的电流IWBL2是朝上。第一写入字线的电流IWWL1，是朝左的方向，且第二写入字线的电流IWWL2 是朝右。因此，第一写入位线的电流IWB1对存储单元R1产生正Hx的磁场，而第一写入字线的电流IWWL1对存储单元R1产生正Hy的磁场，其操作区域是在第I象限。相同的机制，存储单元R2的操作区域是在第II象限。存储单元R3的操作区域是在第III象限。存储单元R4的操作区域是在第IV象限。如此，相邻的存储单元被干扰程度降低，且可当作参考存储单元。

[0053] 因此在实际磁性存储器的存储单元阵列是根据上述的方式构成。图10绘示依据本发明一实施例，磁性存储器的阵列电路结构示意图。参阅图10，就一般特征而言，磁性随机存取存储器，适用于栓扣操作模式。磁性随机存取存储器包括多个存储单元，构成2维的阵列。每一个存储单元有磁性自由叠层与固定叠层。固定叠层的磁化向量朝向相同的预定方向设置，例如是与写入字线或是写入位线实质上(substantially)相夹45度，其容许有一些偏差。写入字线与写入位线实质上是相互垂直。存储单元的磁性自由叠层有磁性易轴，且相邻的二个存储单元的二个磁性易轴实质上相互垂直。

[0054] 于实施例，例如以2n×2n的阵列为例，奇数列的存储单元由奇数写入位线驱动，偶数列的存储单元由偶数写入位线驱动。奇数行的存储单元由奇数写入字线驱动，偶数行的存储单元由偶数写入字线驱动。偶数写入位线与奇数写入位线的电流方向相反，偶数写入字线与奇数写入字线的电流方向相反。基本上，存储单元阵列例如是由图6的阵列单元所组成。

[0055] 多条写入字线WWL1、WWL2、WWL3、WWL4....，用以依照栓扣操作的磁场模式，分别对应施加磁场给阵列的多个行的多个存储单元。多条写 入位线WBL1、WBL2、WBL3、WBL4....与写入字线实质上垂直，用以依照该栓扣操作磁场模式，分别对应施加磁场给阵列的多个列的多个存储单元。其中存储单元的固定叠层的该磁化向量的预定方向与那些写入字线实质上相夹45度。且、写入字线与写入位线，在栓扣操作模式下依时序所产生的相加磁场，会旋转该磁性自由叠层的磁化向量的方向。

[0056] 另外，磁性随机存取存储器，还包括多条读取字线RWL1、RWL2、RWL3、RWL4....，用以分别与阵列的多个行的存储单元耦接。又、多条读取位线RBL1、RBL2、RBL3、RBL4....，用以分别与阵列的多个列的存储单元耦接。通过该读取字线与该读取位线，用以读取被选择的该存储单元的数据磁电阻以及相邻的该存储单元的参考磁电阻。其中，该参考磁电阻是介于稳定高磁电阻与稳定低磁电阻之间。

[0057] 于本实施例，相邻二个存储单元可互为参考存储单元，于其一例如R1，被选择以读取磁电阻时，另其一例如R2做为参考存储单元以提供参考磁电阻。由于被选择读取的该存储单元的该磁电阻是比该参考磁电阻大或小，此二种状态可以用来决定所储存的一个二进位数据。

[0058] 另外，如果依照图7的设计，例如每一个存储单元分别通过开关晶体管耦接到地电压。开关晶体管例如受写入字线控制，以连接到地电压。通过写入位线输入读取电压，以感应出磁电阻。

[0059] 上述是每一个存储单元都与开关晶体管耦接，但是不是唯一的设计。图11绘示依据本发明另一实施例，磁性存储器的阵列电路结构示意图。参阅图11，其与图10的架构相类似，但是开关晶体管是由相邻二个存储单元共用。换句话说，开关晶体管的设计可以依实际需要变化设计，以适当选取所要读取的存储单元即可。

[0060] 接着描述在栓扣操作模式下的磁场波形。图12-15绘示依据本发明一实施例，存取存储单元的操作机制示意图。参阅图12，例如取存储单元R1、R2为一组，其属于相同的写入字线的驱动，但是分别由奇数写入位线WBL1与偶数写入位线WBL2驱动。在T1时间点，先触发(Trigger，TRG)读取存储单元R1及R2的磁阻值，并以R2为参考值来判别R1的磁阻状态。如果其数据与要写入的数据相同则不必翻转，如果其数据与要写入的数据不相同则需要翻转。要翻转与不翻转的决定会确定后续的磁场波形。

[0061] 接着根据图5的栓扣操作机制，在T2时间点触发读取存储单元R2及 R1的磁阻值，此时则以R1为参考值来判别R2的磁阻状态。T2触发时间，对应图5的区间t2，其存储单元R2的自由层的磁化向量被旋转约90度，与固定叠层的磁化向量实质上平行或是反平行，代表其储存的数据，也需要做出要翻转与不翻转的决定。如果R1与R2都需要翻转，则先关闭WWL的磁场后，才关闭WBL1与WBL2的磁场，如此二个存储单元R1、R2都被翻转，即是改变储存的数据。如果要继续写入其他存储单元，在时间点T3继续操作。在上述，由于相邻二存储单元处于不同的状态，其中都会有一中间态，因此可以互为参考存储单元，以做为数据判读的参考。

[0062] 接着参阅图13，此操作波形是二个存储单元都不翻转的波形，其主要的机制是由于先关闭WBL1与WBL2的磁场，依序回到原状态。

[0063] 接着参阅图14，此操作波形是存储单元R1被翻转，而存储单元R2不被翻转。是否被翻转是取决于写入字线的磁场的先后关闭顺序。又参阅图15，此操作波形是存储单元R1不被翻转，而存储单元R2被翻转。

[0064] 上述的操作波形仅是一些实施例，操作波形也可以依据降低写入电流的考量有所变化，但是都在本发明的合理变化。又、上述的存储单元实施例虽然没有具体描述含有偏压磁场的设计，但是仍在本发明的适用范畴内。

[0065] 以下描述读出的方式。由于奇数存储单元与偶数存储单元是同时操作，其读出的方式依实际的应用可以有几种读出方式。以下举一些实施例来描述。图16绘示依据本发明一实施例，数据读出的机制示意图。参阅图16，于(a)的方式，由相邻二存储单元是互为可做为另一个存储单元的参考存储单元，在时间点T1通过感应放大器(SA)读取数据D0，在时间点T2时，以奇数存储单元做为参考，通过另一感应放大器以读取数据D1。另外，于(b)的方式，可以通过多工器(MUX)的切换操作，仅利用一个感应放大器依不同时序输出数据。 [0066] 一般而言，本发明可以归纳出较详细的特征如下。

[0067] 例如在前述磁性随机存取存储器的实施例，其包括多条写入字线，用以依照栓扣操作磁场模式，分别对应施加磁场给阵列的多个行的多个存储单元。多条写入位线，与多个写入字线垂直，用以依照栓扣操作磁场模式，分别对应施加磁场给阵列的多个列的多个存储单元。其中固定叠层的磁化向量的预定方向与多个写入字线实质上相夹45度，且多个写入字线与多个写入位线依一时序所产生的相加磁场，会旋转磁性自由叠层的磁化向量的方向。

[0068] 例如在前述磁性随机存取存储器的实施例，奇数的写入字线与偶数的写入字线的二电流方向是相反，且奇数的写入位线与偶数的写入位线的二电流方向是相反。 [0069] 例如在前述磁性随机存取存储器的实施例，其中奇数的写入位线产生沿正X方向的磁场，奇数的写入字线产生沿正Y方向的磁场。又或是，偶数的写入位线产生沿负X方向的磁场，偶数的写入字线产生沿负Y方向的磁场。

[0070] 例如在前述磁性随机存取存储器的实施例，还包括多条读取字线，用于分别与阵列的多个行的多个存储单元耦接。多条读取位线，用于分别与阵列的多个列的多个存储单元耦接。其中通过多个读取字线与多个读取位线，用以读取被选择的存储单元的数据磁电阻以及相邻的存储单元的参考磁电阻。

[0071] 例如在前述磁性随机存取存储器的实施例，其中参考磁电阻是介于稳定高磁电阻与稳定低磁电阻之间。又例如其中相邻二个存储单元的其一被选择以读取磁电阻时，另其一做为参考存储单元以提供参考磁电阻。

[0072] 本发明提出的邻近参考细胞单元所适用的磁性元件，是由人造反铁磁自由层所构成的拴扣型MTJ元件，通过两层自由层彼此间较弱的反平行耦合，当磁场来临的时候，彼此会发生180度的翻转现象。本发明利用相邻近的二个MTJ元件的固定层的磁化向量方向与磁性易轴方向相夹角约90度，使得邻近的MTJ的操作区间，在先天上就相差一个象限。在配合适当的操作波形，例如图12～15所示，使得在邻近的MTJ彼此皆可为参考的单元，故可以同时达到抗干扰及阻抗匹配较佳的特点，且可以通过电路设计的方式来达到数据同时或是序列输出的模式，例如图16所示。此外，因为为邻近参考的特点，所以工艺变动对邻近参考位的影响会相对比较小。以上述的特点，使得本发明可以用在抗写入干扰的磁性存储器。

[0073] 虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。