[发明专利]对地址不对称NVM单元具有增强的效率的非易失性存储器

说明书

背景技术

非易失性存储器（NVM）单元在没有接收到恒定或者持久电源的情况下对存储的信息进行保持。对于不需要或者不向单元提供恒定功率的电子系统而言，NVM单元可以提供很大的功率节省。用于电子系统的初始化时间也可以经由NVM而减小。例如，在NVM中存储的指令准备执行并且不需要在初始化过程期间重新创建或者重新加载。

NVM单元通常以数字格式来存储信息。例如，NVM单元将信息存储为0或者1。因此，NVM单元通常在反映数字格式的第一状态和第二状态之间转换。所述状态可以包括电荷状态（例如，闪速存储器）或者磁性状态（例如，自旋力矩转移磁阻式随机存取存储器（STT-RAM））。

通常，STT-MRAM单元包括充当用于信息位的存储结构的磁性隧道结（MTJ）。使用向MTJ提供驱动电流的NMOS晶体管，MTJ在不同状态之间进行转换，其中所述驱动电流改变在MTJ部分内的电子的自旋，使得STT-MRAM单元可以在没有恒定或者持久电源的扩展时段内以至少两个不同的磁阻状态存在。例如，第一状态可以是0状态，并且第二状态是1状态，使得每个状态都可以被读取作为数字位。为将MTJ在两个状态之间转变而所需要的驱动电流量可以是不对称的。简言之，用来将MTJ从第二状态转变回为第一状态的驱动电流相比，更大的驱动电流可以用来将MTJ从第一状态转变为第二状态。

在NMOS晶体管MRAM单元中，较高的电流状态将MTJ和NMOS晶体管置于非最优操作条件。例如，较高的电流状态可以影响MTJ的可靠性，并且它使NMOS晶体管经历更高的体效应。因此，两个组件都同时在次最优状态或者条件下操作。较高的电流要求也指定了NMOS晶体管的尺寸并且限制了MRAM单元到更小几何形状的可缩放性。

发明内容

提供本发明内容以介绍用来实现自旋转移力矩磁阻式随机存取存储器（STT-MRAM）单元的装置和方法的简化概念。下面在具体实施方式中对装置和系统进行更加详细的描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定所要求保护的主题的范围。

STT-MRAM单元是NVM的类型，其使用磁性特性的材料以在不同的磁阻状态之间转换。STT-MRAM包括耦合到存取晶体管或者与存取晶体管进行电通信的磁性隧道结。MTJ包括磁性材料，其使得MTJ能够在两个不同的磁阻状态之间转换。存取晶体管提供驱动电流，其使得MTJ能够在两个状态之间转换。使用PMOS或者p型晶体管作为存取晶体管减小了用于在两个不同的磁阻状态之间转变的驱动电流不对称量。

附图说明

将参考附图来阐述具体实施方式。在附图中，参考标号最左边的（一个或多个）数字标识参考标号首次出现于其中的附图。在不同附图中的相同参考标号的使用指示类似或者相同的项目。

图1是表示根据一个实施例的MRAM单元的示意图和MRAM装置的说明。

图2是表示根据一个实施例的MRAM单元的示意图。

图3是表示根据在此描述的方法正向MRAM单元写入的示意图。

图4是表示合并到衬底中的MRAM单元的说明。

图5是在此描述的方法的流程图。

具体实施方式

概述

本公开涉及一种STT-MRAM单元，其合并了PMOS或者p型晶体管作为存取晶体管以控制提供给STT-MRAM单元的MTJ或者磁性存储组件的驱动电流。MTJ基于由PMOS晶体管提供的驱动电流来在两个磁阻状态之间转换。在一个示例中，MTJ需要比从第一状态转变为第二状态所需的电流量更高的电流电平以从第一状态转变为第二状态。

在较高的电流状态或者转变下，由于可能对MTJ造成损害的较高的电流电平，MTJ在次最优条件下操作。然而，在较高的电流条件下的PMOS晶体管最低限度地受体效应影响，其依赖于在晶体管源极和衬底之间的电压差。因此，在MTJ的较高的电流转变期间，PMOS晶体管以最优状态或者条件操作。

在较低的电流状态或者转变下，MTJ以更加最优的条件操作于可能对MTJ造成损害的较低电流电平。但是，在该示例下，与它在较高的电流状态下操作时相比，体效应对PMOS晶体管具有更大的影响。因此，PMOS晶体管在MTJ的较低电流转变期间以次最优状态或者条件进行操作。

简言之，通过未使得MRAM单元的组件（MTJ与PMOS晶体管）能够同时以次最优条件进行操作，使用PMOS晶体管代替NMOS晶体管作为MRAM单元中的存取晶体管允许MRAM单元以更加最优的方式运行。

示例STT-MRAM单元