[发明专利]磁性随机存储器之读写电路

说明书

一种磁性随机存储器(MRAM)之读写电路，每个数据单元包括，开关晶体管、磁性隧道结(MTJ)、字线连接、源极线连接和位线连接，其特征在于：包括多个数据单元及多个的参考单元，位线驱动电路和源极线驱动电路，写入电压偏移调整电路用以实现针对写入操作时感知电压，数据选择电路切换电压的输出，灵敏放大器结合时序控制负责将信号进行有效放大，并通过SR锁存器将数据转换成数字信号，写入终止电路用以将前述SR锁存器输出的数据信号来控制写入操作完成与否。本发明采用同一套电路在不同的直流工作点下分别实现读取功能、写入功能、写入状态监控功能，即能降低功耗，还可以增加可靠性。

技术领域

本发明涉及磁性随机存储器领域，特别涉及一种用于操作存储装置识别磁性隧道结状态转换及其读取及写入的电路设计。

背景技术

近年来，采用磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)的磁性随机存储器(Magnetic Radom Access Memory，MRAM)被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有磁性自由层(Free Layer，FL)，磁性自由层可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘隧道势垒层(Tunnel Barrier Layer，TBL)；磁性参考层(Reference Layer，RL)位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。

为能在这种磁电阻组件中记录信息，使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。在具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)的磁性隧道结(MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或“1”和“0”。

磁性随机存储器(MRAM)作为一种非易失性存储器应用于电子设备的集成电路中，并提供数据存储功能，其中数据通过编程作为MRAM位单元的一部分的的磁性隧道结(MTJ)来存储。磁性随机存储器(MRAM)的优点在于，即使在断电状态下，磁性隧道结(MTJ)的位单元仍可以正常保持所存储的信息，这是因为，数据作为磁性组件存储在磁性隧道结(MTJ)中。

读取MRAM的过程就是对MTJ的电阻进行测量。使用比较新的STT-MRAM技术，写MRAM也比较简单：使用比读更强的电流穿过MTJ进行写操作。一个自下而上的电流把可变磁化层置成与固定层平行的方向，自上而下的电路把它置成反平行的方向。

最基本的磁性随机存储器(MRAM)单元，由一个磁性隧道结(MTJ)和一个开关晶体管组成。开关晶体管的栅极(Gate)连接到芯片的字线(Word Line，WL)负责接通或切断这个开关晶体管，磁性隧道结(MTJ)和开关晶体管串接在芯片的位线(Bit Line，BL)上，读写操作在位线(BL)上进行。开关晶体管的源极(Source)接在芯片的源极线(Source Line，SL)上。

一个磁性随机存储器(MRAM)芯片由一个或多个磁性随机存储器(MRAM)存储单元的阵列组成，每个阵列有若干外部电路，如行地址解码器永以把收到的地址变成字线(WL)的选择，列地址解码器用以将收到的地址变成位线(BL)的选择，读写控制器永以控制位线(BL)上的读(测量)写(加电流)操作，输入输出控制用以和外部交换数据。现有技术大多是读写电路是独立分开的，读取和写入操作时分别采用不同的电路设计。