本发明专利技术揭示用于控制施加到自旋转移力矩磁阻随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）中的字线晶体管（４１０）的字线电压的系统、电路和方法。一个实施例是针对包括具有磁性隧道结（ＭＴＪ，４０５）和字线晶体管的位单元的ＳＴＴ－ＭＲＡＭ。所述位单元耦合到位线（４２０）和源极线（４４０）。字线驱动器（４３２）耦合到所述字线晶体管的栅极。所述字线驱动器经配置以：提供比电源电压大的字线电压，所述电源电压低于所述电源电压的转变电压；且针对高于所述转变电压的电源电压提供小于所述电源电压的电压。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及随机存取存储器(RAM)。更明确地说，本专利技术的实施例涉及自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)中的字线电压控制。
技术介绍
随机存取存储器(RAM)是现代数字架构的普遍存在的组件。RAM可为独立装置或可集成或嵌入于使用RAM的装置(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SoC)以及如所属领域的技术人员将了解的其它类似装置)内。RAM可为易失性或非易失性的。无论何时移除电力，易失性RAM均会失去其所存储的信息。即使在从非易失性 RAM移除电力时，所述存储器也可维持其存储器内容。尽管非易失性RAM具有能够在未施加电力的情况下维持其内容的优点，但常规非易失性RAM的读取/写入时间比易失性RAM慢。磁阻随机存取存储器(MRAM)是具有与易失性存储器相当的响应(读取/写入)时间的非易失性存储器技术。与随电荷或电流流动存储数据的常规RAM技术相比，MRAM使用磁性元件。如图IA和图IB中所说明，磁性隧道结(MTJ)存储元件100可由两个磁性层110 和130形成，磁性层110和130中的每一者可保持一磁场，所述两者由绝缘(隧道势垒)层 120分离。所述两个层中的一者(例如，固定层110)经设定成特定极性。另一层(例如，自由层130)的极性132自由改变以匹配可施加的外部场的极性。自由层130的极性132的改变将改变MTJ存储元件100的电阻。举例来说，当极性对准(图1A)时，发生低电阻状态。 当极性未对准(图1B)时，则发生高电阻状态。已简化对MTJ 100的说明且所属领域的技术人员将了解，所说明的每一层可包含一个或一个以上材料层，如此项技术中所已知的。参看图2A，针对读取操作说明常规MRAM的存储器单元200。单元200包括晶体管 210、位线220、数字线230和字线M0。可通过测量MTJ 100的电阻来读取单元200。举例来说，可通过激活相关联晶体管210来选择特定MTJ 100，此激活可使电流从位线220切换通过MTJ 100。如上文所论述，归因于隧道磁阻效应，MTJ 100的电阻基于两个磁性层(例如，110、130)中的极性的定向而改变。可根据由自由层的极性产生的电流来确定任何特定 MTJ 100内的电阻。按照惯例，如果固定层110和自由层130具有相同极性，那么电阻为低且读取“0”。如果固定层110和自由层130具有相反极性，那么电阻为较高且读取“1”。参看图2B，针对写入操作说明常规MRAM的存储器单元200。MRAM的写入操作是磁性操作。因此，晶体管210在写入操作期间是断开的。电流通过位线220和数字线230传播，以建立磁场250和沈0，磁场250和260可影响MTJ 100的自由层的极性且因此影响单元200的逻辑状态。因此，可将数据写入到MTJ 100并存储于MTJ 100中。MRAM具有使其成为通用存储器的候选者的若干合意特性，例如，高速度、高密度 (艮P，小的位单元大小)、低电力消耗和不随时间降级。然而，MRAM具有可缩放性问题。具体来说，当位单元变得较小时，用于切换存储器状态的磁场增加。因此，电流密度和电力消耗增加以提供较高磁场，进而限制MRAM的可缩放性。不同于常规MRAM，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用在穿过薄膜(自旋过滤器)时变得自旋极化的电子。STT-MRAM也被称为自旋转移力矩 RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM (自旋RAM)以及自旋动量转移(SMT-RAM)。在写入操作期间，自旋极化的电子对自由层施加力矩，所述力矩可切换所述自由层的极性。如前文中所论述，读取操作与常规MRAM类似之处在于，电流用于检测MTJ存储元件的电阻/逻辑状态。如图3A中所说明，STT-MRAM位单元300包括MTJ 305、晶体管310、位线320和字线330。针对读取和写入操作两者接通晶体管310以允许电流流经MTJ 305，以使得可读取或写入逻辑状态。参看图3B，其说明STT-MRAM单元301的较详细图以用于进一步论述读取/写入操作。除了先前论述的元件(例如，MTJ 305、晶体管310、位线320和字线330)之外，还说明源极线340、读出放大器350、读取/写入电路360和位线参考370。如上文所论述， STT-MRAM中的写入操作与电有关。读取/写入电路360在位线320与源极线340之间产生写入电压。视位线320与源极线340之间的电压的极性而定，可改变MTJ 305的自由层的极性且可相应地将逻辑状态写入到单元301。同样，在读取操作期间，产生通过MTJ 305而在位线320与源极线340之间流动的读取电流。当允许电流经由晶体管310流动时，可基于位线320与源极线340之间的差动电压(voltage differential)来确定MTJ 305的电阻(逻辑状态)，所述差动电压与参考370进行比较且接着由读出放大器350放大。所属领域的技术人员将了解，存储器单元301的操作和构造在此项技术中是已知的。举例来说，在 IEDM会议录Q005)的M.细见(M. Hosomi)等人的“具有自旋转移力矩磁阻磁化切换的新 g^RAM(A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching Spin-RAM) ” 中提供额夕卜细节，所述文献的全文以引用的方式并入本文中。STT-MRAM的电写入操作消除归因于MRAM中的磁性写入操作的缩放问题。另外，对于STT-MRAM，电路设计不那么复杂。然而，核心操作电压Vdd的波动可致使单元读取电流接近或高于写入电流阈值，且因此导致无效的写入操作和/或对系统组件的潜在损坏。相反， Vdd的波动可使操作电压下降到可降低系统性能并潜在地妨碍系统适当运作或使系统完全不运作的不合乎需要的低电平。
技术实现思路
本专利技术的示范性实施例是针对用于控制施加到STT-MRAM中的字线晶体管的字线电压的系统、电路和方法。一个实施例是针对一种STT-MRAM，所述STT-MRAM包含位单元，其具有磁性隧道结(MTJ)和字线晶体管，其中所述位单元耦合到位线和源极线；以及字线驱动器，其耦合到所述字线晶体管的栅极，其中所述字线驱动器经配置以提供比电源电压大的字线电压，所述电源电压低于所述电源电压的转变电压；且针对高于所述转变电压的电源电压提供小于所述电源电压的电压。另一实施例是针对一种用于STT-MRAM中的读取和写入操作的方法。所述方法包含在写入操作期间向位单元的字线晶体管的栅极施加第一电压，其中所述第一电压在电源电压低于转变电压的情况下高于所述电源电压；以及在写入操作期间向所述字线晶体管施加第二电压，其中所述第二电压在所述电源电压高于转变电压的情况下低于所述电源电压。另一实施例是针对一种STT-MRAM，所述STT-MRAM包含用于在写入操作期间向位单元的字线晶体管的栅极施加第一电压的装置，其中所述第一电压在电源电压低于转变电压的情况下高于所述电源电压；以及用于在写入操作期间向所述字线晶体管施加第二电压的装置，其中所述第二电压在所述电源电压高于转变本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种自旋转移力矩磁阻随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ），其包含：位单元，其具有磁性隧道结（ＭＴＪ）和字线晶体管，其中所述位单元耦合到位线和源极线；以及字线驱动器，其耦合到所述字线晶体管的栅极，其中所述字线驱动器经配置以：提供比电源电压大的字线电压，所述电源电压低于所述电源电压的转变电压；且针对高于所述转变电压的电源电压提供小于所述电源电压的电压。
【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：杨赛森，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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