描述了一种自旋转移矩存储装置和非破坏性自引用读取机制。一种自引用读取自旋转移矩存储单元的方法包括：施加通过磁性隧道结数据单元的第一读取电流；形成第一位线读取电压；并将第一位线读取电压存储在第一电压存储器件中。磁性隧道结数据单元具有第一阻抗状态。然后该方法包括：施加通过具有第一阻态的磁性隧道结数据单元的第二读取电流；形成第二位线读取电压；并将第二位线读取电压存储在第二电压存储器件中。第一读取电流小于第二读取电流。然后将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压比较以判断磁隧道结数据单元的第一阻抗状态是高阻状态还是低阻状态。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景普及性计算和手持/通信产业的快速发展引起对大容量非易失性固态数据存储 器件的爆炸式需求。相信非易失性存储器，尤其是闪存，将在2009年之前取代DRAM以占据 存储器市场的最大份额。然而，闪存具有若干缺陷，例如慢存取速度( ms写和 50-100ns 读)、有限的使用寿命( IO3-IO4次编程循环)以及片载系统(SoC)方面的集成难度。闪 存(NAND或NOR)在32nm节点及以上也面临重大的规模化(scaling)难题。磁阻随机存取存储器(MRAM)是未来非易失性和通用存储器的另一种很有前途的 候选。MRAM具有非易失性、快写/读速度(< 10ns)、几乎无限的编程寿命(> IO15次循 环)和零待机功率的特征。MRAM的基础组件是磁隧道结(MTJ)。数据存储是通过在高阻态 和低阻态之间切换MTJ的电阻来实现的。MRAM通过使用电流感应磁场来切换MTJ的磁化从 而切换MTJ电阻。随着MTJ尺寸缩小，切换磁场振幅增加，且切换变化变得更严重。因此， 所引发的高功耗限制了传统MRAM的规模化。最近，基于自旋极化电流感应磁化切换的新型写入机制被引入到MRAM设计中。这 种被称为自旋矩转移RAM(STRAM)的新型MRAM设计使用流过MTJ的(双向)电流以实现电 阻切换。因此，STRAM的切换机构是局部约束的，并且相信STRAM具有比传统MRAM更好的 规模化特性。然而，在STRAM进入生产阶段前必须克服许多产量限制因素。一种挑战是大的MTJ 电阻变化，这以指数方式关联于其中的氧化物阻挡层的厚度。例如，将氧化物阻挡层厚度从 14埃增加至14. 1埃将使MTJ电阻改变8%。这种大的MTJ电阻变化会在MTJ读操作中产 生问题。简要概述本公开涉及自旋转移矩随机存取存储器自引用非破坏性读取操作以及执行该操 作的装置。具体地，本公开涉及克服MTJ电阻大量变化的自旋转移矩随机存取存储器自引 用非破坏性读取操作。一种自引用读取自旋转移矩存储单元的示例性方法包括施加通过磁隧道结数据 单元的第一读取电流；形成第一位线读取电压；并将第一位线读取电压存储在第一电压存 储器件中。磁隧道结数据单元具有第一阻态。然后方法包括施加通过具有第一阻态的磁隧 道结数据单元的第二读取电流；形成第二位线读取电压；并将第二位线读取电压存储在第 二电压存储器件中。第一读取电流小于第二读取电流。然后将存储的第一位线读取电压与 存储的第二位线读取电压比较以判断磁隧道结数据单元的第一阻态是高阻态还是低阻态。另一种自引用读取自旋转移矩存储单元的示例性方法包括施加通过磁隧道结数 据单元的第一读取电流；形成第一位线读取电压；并将第一位线读取电压存储在第一电容 器中。磁隧道结数据单元具有第一阻态。然后该方法包括施加通过具有第一阻态的磁 隧道结数据单元的第二读取电流；形成第二位线读取电压；并将第二位线读取电压存储在 第二电容器和第三电容器中。第一读取电流小于第二读取电流，并且第二电容器和第三电 容器是电气串联的。然后将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压作比较。5如果第一位线读取电压基本等于或小于存储的第二位线读取电压，则第一阻态确定为低阻 态。然而，如果第一位线读取电压不基本等于或大于存储的第二位线读取电压，则第一阻态 被确定为高阻态。一示例性自旋转移矩存储器装置包括磁隧道结数据单元，该磁隧道结数据单元具 有由氧化物阻挡层分隔的铁磁体自由层和铁磁体基准层。磁隧道结数据单元电气耦合在位 线和源极线之间。磁隧道结数据单元配置成通过使极化写入电流流过磁隧道结数据单元而 在高阻态和低阻态之间切换。可调电流驱动器电耦合于位线。可调电流驱动器配置成提供 通过磁隧道结数据单元的第一读取电流和第二读取电流。第一电压存储器件电耦合于位线 并配置成存储由第一读取电流形成的第一位线电压。第二电压存储器件电耦合于位线并配 置成存储由第二读取电流形成的第二位线电压，且第三电压存储器件电耦合于位线并配置 成存储由第二读取电流形成的第二位线电压。第二电压存储器件和第三电压存储器件电气 串联。差分检出放大器电耦合于第一电压存储器件并还电耦合于第二电压存储器件和第三 电压存储器件之间的中间节点。差分检出放大器配置成将第一位线电压与第二位线电压比 较。附图说明考虑下面与附图相结合的本公开的各种实施例的详细描述，可以更加全面地理解 本专利技术图1是处于低阻态的示例性自旋转移矩MTJ存储单元的横截面示意图；图2是处于高阻态的另一自旋转移矩MTJ存储单元的横截面示意图；图3是自旋转移矩MTJ存储单元的静态R-V(电阻-电压)曲线图；图4是自旋转移矩MTJ存储单元的示意性电路图；图5是示例性自旋转移矩MTJ存储装置的示意性电路图；图6是MTJ高阻态和低阻态的I_R(电流-电阻)曲线图；图7是图5的示例性可调电流驱动器的示意性电路图；图8是图5的示例性差分检出放大器的示意性电路图；图9是图5的示例性自旋转移矩MTJ存储装置的时序图；以及图10是示例性自引用读取方法的流程图。各附图不一定按比例绘制。附图中使用的相同附图标记表示相同组件。然而要理 解，指代给定附图中组件的附图标记的使用不对其它附图中用相同附图标记标示的组件构 成限制。具体实施例方式在以下说明书中，参照形成说明书的一部分并以示例方式示出若干特定实施例的 一组附图。要理解，可设想出其它实施例并能不脱离本公开的范围或精神地作出这些实施 例。因此，下面的详细说明不应理解为限定的含义。本文提供的定义是为了便于本文频繁 使用的某些术语的理解并且不旨在限定本公开的范围。除非另有指定，否则在说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、量和物理特 征的全部数值应当理解为在任何情形下可由术语“大约”作出修正。因此，除非明示相反情形，否则前面说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，这些近似值能根据由 本领域内技术人员尝试利用本文披露的教义获得的要求特性而改变。通过端点对数值范围的描述包括包容在该范围内的全部数值(例如1-5包括1、 1. 5、2、2. 75,3,3. 80,4和5)以及该范围内的任一范围。如说明书以及所附权利要求书中所使用地，单数形式的“一”、“一个”以及“该”涵 盖具有复数对象的实施例，除非内容明确地指出相反情形。如说明书和所附权利要求书中 使用的，术语“或”基本用于包括“和/或”的语境中，除非内容明确地指出相反情形。本公开涉及自旋转移矩存储装置和自引用非破坏性读取机制。具体地说，本公开 涉及非破坏性自引用读取方法，该方法判断自旋转移矩存储单元是具有高阻态还是低阻态 数据状态而不干扰自旋转移矩存储单元的最初数据阻态。本文描述的装置和方法确保能 够确定自旋转移矩存储单元的值，不管存储器阵列中的自旋转移矩存储单元的电阻变化如 何。将第一读取电流和第二读取电流下的自旋转移矩存储单元的读取电压顺续存储并作比 较以检测自旋转移矩存储单元的阻态或数据状态。保持最初阻态省去了在“破坏性自引用” 读取方法中需要的“标准值写入”和“回写”步骤。破坏性自引用读取方法在将标准值写入 自旋转移矩存储单元时擦去存储在自旋转移矩存储单元中的最初值。这些破坏性自引用读 取方法引入非易失性存储器的可靠性问题，因为如果芯片电源在回写操作完成前被本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非破坏性自引用读取自旋转移矩存储单元的方法，包括： 施加通过磁隧道结数据单元的第一读取电流并形成第一位线读取电压，所述磁隧道结数据单元具有第一阻态； 将所述第一位线读取电压存储在第一电压存储器件中； 施加通过具有第一阻态的所述磁隧道结数据单元的第二读取电流并形成第二位线读取电压，所述第一读取电流小于第二读取电流； 将所述第二位线读取电压存储在第二电压存储器件中；以及 将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压比较以判断所述磁隧道结数据单元的第一阻态是高阻态还是低阻态。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：Y·陈，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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