[发明专利]一种对MTJ电阻进行筛选的电路

说明书

本发明公开了一种对MTJ电阻进行筛选的电路，所述筛选电路包括信号控制电路、并行电路、电流镜和参考电阻单元；所述并行电路至少为二路电路，所述并行电路为所述电流镜的辅路，所述并行电路与所述信号控制电路连接，根据所述信号控制电路的控制信号进行电路的开与闭，通过与所述参考电阻单元进行比较，从而控制所述电流镜的比例，对MTJ电阻进行筛选。本发明能够筛选掉与参考电阻太接近的MTJ电阻，提高MRAM的读正确率。同时，能够很好地兼容原电路，无需额外的电路设计。

技术领域

本发明属于半导体芯片存储器领域中的存储器电路设计，尤其涉及一种对MTJ电阻进行筛选的电路。

背景技术

磁性随机存储器(MRAM)是一种新兴的非挥发性存储技术。它拥有高速的读写速度和高集成度，且可以被无限次的重复写入。MRAM可以像SRAM/DRAM一样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据

MRAM具有很好的经济性和性能，它的单位容量占用的硅片面积比SRAM有很大的优势，比在此类芯片中经常使用的NOR Flash也有优势，比嵌入式NOR Flash的优势更大。MRAM读写时延接近最好的SRAM，功耗则在各种内存和存储技术最好；而且MRAM与标准CMOS半导体工艺兼容，DRAM以及Flash与标准CMOS半导体工艺不兼容；MRAM还可以和逻辑电路集成到一个芯片中。

MRAM基于MTJ(磁性隧道结)结构。由两层铁磁性材料夹着一层非常薄的非铁磁绝缘材料组成的，如图1所示：下面的一层铁磁材料是具有固定磁化方向的参考层，上面的铁磁材料是可变磁化方向的记忆层，它的磁化方向可以和固定磁化层相平行或反平行。由于量子物理的效应，电流可以穿过中间的隧道势垒层，但是MTJ的电阻和可变磁化层的磁化方向有关。前一种情况电阻低，后一种情况电阻高。

读取MRAM的过程就是对MTJ的电阻进行测量。写MRAM使用比较新的STT-MRAM技术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。

在MRAM电路中对MTJ电阻的测量，通常采用电流镜，使参考电阻与其进行比较，得到MTJ状态。此参考电阻可以同为MTJ电阻，也可以为其它电阻。当电流镜的两路电流分别通过参考电阻与测MTJ电阻时，会产生对应位置的电压差，再进行放大信号输出，可以得到存储的数据。

理想状态下MTJ的高阻态与低阻态的阻值为定值，如果取两者平均值作为参考电阻的阻值，可以明确地区别两种阻态。然而在实际生产中，由于各种工艺条件的影响，MTJ的高阻态与低阻态均呈正态分布，如图2所示。这样有可能产生某些低阻态的MTJ阻值非常接近于参考电阻阻值，甚至高于参考电阻阻值，最终读出的值会有大概率的错误。对于高阻态，同样存在相似的情况。再者，参考电阻本身也呈正态分布，也会导致一定的读错误概率。

图3所示为现有技术MTJ电阻读取电路图示意图，采用电流镜，其中P0与P1的沟道宽度成比例，使得与Rmtj对比的Rref＝Rref0*Wp0/Wp1.其中，Wp0和Wp1分别为P0与P1的沟道宽度(Width)。

若RmtjRref，V1变小，对V0,V1信号放大可以得到存储数据。对MTJ电阻进行筛选时，如果MTJ电阻与参考电阻太接近会导致读出错，V0/V1差别很小时，放大电路无法得到稳定地得到正确的状态，这种情况在厂线上也无法检测出来。如果MTJ低阻态电阻高于参考电阻、高阻态电阻低于参考电阻时，写入的状态与读出来的结果完全相反。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种对MTJ电阻进行筛选的电路，通过控制电流镜比例，等效改变参考电阻，对MTJ电阻进行预筛选，把电阻值接近参考电阻的MTJ电阻预先排除，提高MRAM的读正确率。