应用于MRAM 的尖峰电流旁路保护控制装置制造方法及图纸

一种应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，在多个磁性记忆元件所组成的记忆元件阵列中，针对每一列磁性记忆元件并联一旁路单元，以在对前述记忆元件阵列中的磁性记忆元件读写时，在选择开关导通的瞬间，通过该磁性记忆元件所并联的旁路单元，以将流经该磁性记忆元件上的尖峰电流导出。

【技术实现步骤摘要】
应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置
本专利技术涉及一种数据存取技术，特别是，涉及一种应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置。
技术介绍
磁性随机存取内存(MagneticRandomAccessMemory，以下简称MRAM)属于非挥发性内存，和现有的动态随机存取内存(DRAM)或静态随机存取内存(SRAM)材料不同，当电子产品断电、关机时，仍然可以保持存取性。MRAM具有低耗能、非挥发、可快速读写等优点。MRAM的基础核心内存位(bitcell)是由一个磁性隧道结(MagneticTunnelJunction，以下简称MTJ)组件及一个开关晶体管构成，该MTJ组件就如同一个可变电阻。该MTJ组件有三个层面，如图1a及图1b所示，最上面的层为自由层10，中间为穿隧隔离层11，最下面的层是固定层12，其中自由层10的磁场极化方向可以改变，而固定层12的磁场方向固定不变。当自由层10与固定层12的磁场方向相同时(参见图1a)，MTJ组件呈现低电阻(RL)；当自由层10与固定层12的磁场方向相反时(参见图1b)，MTJ组件呈现高电阻(RH)。数字信息(0或1)可藉由写入不同极性电流去磁化MTJ组件磁性层方向而储存在MTJ内，读取时，如上所述，因不同的磁距方向会展现出不同的电阻特性(即上述低电阻或高电阻)，藉此可分辨出数字信息。再者，上述MTJ组件呈现低电阻(RL)以及高电阻(RH)的不同电阻特性时，其写入以及读取操作均有其工作电压范围，如图1c所示。接着，请参阅图2，其用以揭示MRAM电路架构，前述MRAM电路架构包括记忆元件阵列20(以N行X1列为例)，对前述记忆元件阵列进行写入操作的控制电路21、以及对前述记忆元件阵列20执行读取操作的控制电路22。前述记忆元件阵列20由N行磁性记忆元件200组成，每一磁性记忆元件200包括MTJ组件MTJ0以及与该MJT组件MTJ0的一端串联的晶体管2001的漏极D(Drain)组成。前述电路还包括N条字符线WL1至WLn，分别与上述晶体管的栅极(Gate)连接，用于控制前述晶体管开、关动作，位线BL连接至每一MTJ组件的另一端，以及源极线SL连接至每一晶体管的源极S(Source)。如图2所示，上述控制电路21、22分别通过开关CS与记忆元件阵列连接。对前述MRAM进行写入操作时，写入电流的振幅应维持在一定范围内，既要足够大改变各MTJ组件的电阻状态，又要不超过MTJ组件的崩溃电压。而当对MRAM执行读取操作时，读取电流应维持低于某一特定振幅，以避免读取干扰错误，因振幅过大导致MTJ组件所储存数据转态。请继续参考图3，其显示对上述MRAM执行写入操作的控制电流WL、CS，读取操作的控制电流Din以及流经MTJ组件的电流。如图3所示，在施加写入控制电流WL、CS或读取控制电流Din使电路中控制开关导通的瞬间，MTJ组件MTJ0上产生瞬间峰值电流(图中以虚线圈起来的部分)，而该瞬间峰值电流则如图4所示的写入信号「0」的电流路径WP0或如图5所示的写入信号「1」的电流路径WP1通过MTJ组件MTJ0，严重时，写入控制电压大于MTJ组件MTJ0的崩溃电压(如图1c所示的MTJ组件的V-R图)，MTJ组件MTJ0虽未立即损毁，久而久之，会降低MTJ组件MTJ0的可靠性。此外，读取时，瞬间峰值电流则如图6所示的读取路径RP通过MTJ组件MTJ0，虽未造成数据读取错误，久而久之亦会降低MTJ组件MTJ0的可靠性。因此，如何提出一种新的MRAM电路架构，以克服现有MRAM电路存在的缺陷，已成为目前业界亟待攻克的难题。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的诸多缺陷，本专利技术的目的在于提出一种应用于磁性随机存取内存(MagneticRandomAccessMemory，以下简称MRAM)的尖峰电流旁路保护控制装置，在选择开关导通的瞬间，避免将尖峰电流通过读写路径上的磁性记忆元件，并将该尖峰电流引导出去，以确保MTJ组件上的电流在其工作范围内，进而可保证MTJ组件的可靠性。为达上述及其他目的，本专利技术提出一种应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，其受控于源极线控制电路、地址切换电路单元、位线控制电路以及读取电流控制单元来被进行读写操作，该MRAM包括：记忆元件阵列，由多行磁性记忆元件及多列磁性记忆元件所构成，每一磁性记忆元件包括：位线控制端、字符线控制端以及源极线控制端；本专利技术尖峰电流旁路保护控制装置包括：位线，其与该位线控制单元连接，且每一列的各磁性记忆元件的位线控制端与该位线连接；字符线，其与该地址切换电路单元连接，且每一行的各该磁性记忆元件的字符线控制端与该字符线连接；以及旁路单元，在各列磁性记忆元件配置该旁路单元，且该配置的旁路单元系与该列磁性记忆元件的位线控制端与源极线控制端连接。本专利技术尖峰电流旁路保护控制装置中，各磁性记忆元件包括：MTJ组件及与前述MTJ组件一端连接的开关单元。优选地，前述开关单元为晶体管，前述晶体管的漏极(Drain)与前述MTJ组件一端连接，前述MTJ组件的另一端为前述位线控制端，前述晶体管的栅极(Gate)作为前述字符线控制端，前述晶体管的源极(Source)作为前述源极线控制端。本专利技术尖峰电流旁路保护控制装置中，该旁路单元为开关单元。优选地，前述开关单元为低电位导通或高电位导通的旁路晶体管。本专利技术尖峰电流旁路保护控制装置中，该旁路晶体管的栅极与该地址切换电路单元连接，且每一磁性记忆元件的位线控制端以及源极线控制端分别连接一列选择开关，各该列选择开关与该地址切换电路单元连接；前述地址切换电路单元用以输出一列选择控制信号至该列选择开关且输出一行选择控制信号于该多行磁性记忆元件中的其中一行，并输出旁路信号至前述旁路晶体管的栅极。再者，前述列选择开关为选择用晶体管，该选择用晶体管的栅极与该地址切换电路单元连接，用以依据该列选择控制信号开启该多列磁性记忆元件的其中一列。综上所述，本专利技术应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置主要是在现有MRAM电路的记忆元件阵列的每一列磁性记忆元件上并联一旁路单元，以便在读写时，选择开关导通的瞬间将磁性记忆元件内部的MTJ组件上的瞬间电流导引出去，即引导至接地端，进而可提升MTJ组件的可靠性，保证读写数字信息的正确性。附图说明图1a、图1b及图1c分别为现有MTJ组件呈低阻态(RL)示意图、MTJ组件呈高阻态(RH)示意图以及MTJ组件呈现不同电阻特性时其写入以及读取操作电压关系图；图2为现有MRAM电路架构示意图；图3为对图2所示MRAM进行读写所使用的控制信号以及MTJ组件电流信号示意图；图4为现有MRAM电路架构下执行写入信号“0”的电流路径示意图；图5为现有MRAM电路架构下执行写入信号“1”的电流路径示意图；图6为现有MRAM电路架构下执行读取操作的电流路径示意图；图7为本专利技术的应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置电路架构示意图；图8为图7所示的应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置的电路架构示意图；以及图9为对图8所示的MRAM进行读写所使用的控制信号以及MTJ组件电流信号示意图。附图标记说明：10自由层；11穿隧隔离层；12固定层；20记忆元件阵列；200磁性记忆元件；2001晶体管；21写入操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，该MRAM受控于源极线控制电路、地址切换电路单元、位线控制电路以及读取电流控制单元来被进行读写操作，且该MRAM具有记忆元件阵列，该记忆元件阵列由多行磁性记忆元件及多列磁性记忆元件所构成，每一磁性记忆元件包括位线控制端、字符线控制端以及源极线控制端，该尖峰电流旁路保护控制装置包括：位线，其与所述位线控制电路连接，且每一列的各所述磁性记忆元件的位线控制端与该位线连接；字符线，其与所述地址切换电路单元连接，且每一行的各所述磁性记忆元件的字符线控制端与该字符线连接；以及旁路单元，在各列磁性记忆元件配置该旁路单元，且该配置的旁路单元与所述列磁性记忆元件的位线控制端与源极线控制端连接。

【技术特征摘要】
1.一种应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，该MRAM受控于源极线控制电路、地址切换电路单元、位线控制电路以及读取电流控制单元来被进行读写操作，且该MRAM具有记忆元件阵列，该记忆元件阵列由多行磁性记忆元件及多列磁性记忆元件所构成，每一磁性记忆元件包括位线控制端、字符线控制端以及源极线控制端，该尖峰电流旁路保护控制装置包括：位线，其与所述位线控制电路连接，且每一列的各所述磁性记忆元件的位线控制端与该位线连接；字符线，其与所述地址切换电路单元连接，且每一行的各所述磁性记忆元件的字符线控制端与该字符线连接；以及旁路单元，在各列磁性记忆元件配置该旁路单元，且该配置的旁路单元与所述列磁性记忆元件的位线控制端与源极线控制端连接。2.根据权利要求1所述的应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，其特征在于，前述磁性记忆元件包括MTJ组件以及与前述MTJ组件一端连接的开关单元。3.根据权利要求2所述的应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，其特征在于，前述开关单元为晶体管，前述晶体管的漏极与前述MTJ组件一端连接，前述MTJ组件的另一端为前述位线控制端，前述晶体管的栅极作为前述字符线控制端，前述晶体管的源极作为前述源极线控制端。4.根据权利要求1所述的应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，其特征在于，其中，前述旁路单元为开关单元。5.根据权利要求4所述的应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，其特征在于，，前述开关单元为低电位导通或高电位导通的旁路晶体管。6.根据权利要求5所述的应用于MRAM的尖峰电流旁路保护控制装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玲月，黄鹏如，洪奇正，
申请(专利权)人：来扬科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71