[发明专利]具有由数据单元和参考单元共享的写驱动器的MRAM

说明书

技术领域

本公开一般涉及磁性随机存取存储器(MRAM)电路系统。更具体地，本公开涉及调谐MRAM电路系统中的磁隧道结(MTJ)参考单元。

背景

与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，数据不是作为电荷来存储的，而取而代之通过存储元件的磁极化来存储。这些存储元件是从由隧道层分开的两个铁磁层形成的。这两个铁磁层中的一个(被称为固定层或者钉扎层)具有固定在特定方向上的磁化。另一铁磁层(被称为自由层)具有可以被更改为当自由层磁化与固定层磁化反平行时表示“1”或者当自由层磁化与固定层磁化平行时表示“0”或者反之亦然的磁化方向。具有固定层、隧道层和自由层的一种此类器件是磁隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化是彼此平行还是彼此反平行。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ的阵列构造的。

为了将数据写入常规MRAM，通过MTJ来施加超过临界切换电流的写电流。超过临界切换电流的写电流足以改变自由层的磁化方向。当写电流在第一方向上流动时，MTJ可被置于或者保持在第一状态，其中其自由层磁化方向和固定层磁化方向在平行取向上对齐。当写电流在与第一方向相反的第二方向上流动时，MTJ可被置于或者保持在第二状态，其中其自由层磁化和固定层磁化呈反平行取向。

为了读取常规MRAM中的数据，读电流可经由用于将数据写入MTJ的相同电流路径来流经该MTJ。如果MTJ的自由层和固定层的磁化彼此平行地取向，则MTJ所呈现的电阻不同于在自由层和固定层的磁化呈反平行取向的情况下该MTJ将呈现的电阻。在常规MRAM中，由MRAM的位单元中的MTJ的两个不同电阻定义两种相异的状态。这两个不同的电阻表示由该MTJ存储的逻辑0值和逻辑1值。

为了确定常规MRAM中的数据表示逻辑1还是逻辑0，将位单元中的MTJ的电阻与参考电阻进行比较。常规MRAM电路系统中的参考电阻是具有平行磁取向的MTJ和具有反平行磁取向的MTJ的电阻之间的中点电阻。生成中点参考电阻的一种方式是将已知具有平行磁取向的MTJ和已知具有反平行磁取向的MTJ并联耦合。

磁性随机存取存储器的位单元可被布置成包括存储器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)模式的一个或多个阵列。STT-MRAM(自旋转移矩磁性随机存取存储器)是新兴的非易失性存储器，其具有以下优点：非易失性、与eDRAM(嵌入式动态随机存取存储器)相当的速度、与eSRAM(嵌入式静态随机存取存储器)相比较小的芯片尺寸、不受限制的耐读/写性、以及低阵列漏电流。

概述

根据本公开的各方面，存储器装置包括耦合到参考节点的第一磁隧道结(MTJ)参考单元、耦合到数据节点的第一MTJ数据单元、以及耦合到该参考节点和数据节点的感测电路系统。第一写驱动器电路系统耦合到第一MTJ数据单元的输入数据路径。切换电路系统被配置用于将第一MTJ参考单元和/或第一MTJ数据单元选择性地耦合到第一写驱动器电路系统。

本公开的另一方面包括一种用于配置磁性随机存取存储器(MRAM)电路系统的方法。该方法包括响应于参考选择信号而将写驱动器电路系统选择性地耦合到MTJ参考单元、以及施加第一写电流以对该MTJ参考单元中的至少一个参考MTJ进行编程。该方法还包括响应于写选择信号而将写驱动器电路系统选择性地耦合到第一MTJ数据单元、以及施加第二写电流以对第一MTJ数据单元中的至少一个数据MTJ进行编程。

本公开的另一方面包括一种用于配置磁性随机存取存储器(MRAM)电路系统的设备。该设备包括：用于响应于参考选择信号而将写驱动器电路系统选择性地耦合到MTJ参考单元的装置；以及用于施加第一写电流以对该MTJ参考单元中的至少一个参考MTJ进行编程的装置。该设备还包括：用于响应于写选择信号而将写驱动器电路系统选择性地耦合到第一MTJ数据单元的装置；以及用于施加第二写电流以对第一MTJ数据单元中的至少一个数据MTJ进行编程的装置。

这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以便下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的其他特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应该领会，本公开可容易地被用作改动或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效构造并不脱离如所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的，且无意作为对本公开的限定的定义。