用于自旋矩MRAM的混合读取方案制造技术

一种从自旋矩磁电阻存储器阵列中的多个比特读取数据的方法，包括：执行所述比特的一个或多个参考读取操作，以及执行任何未通过所述参考读取操作成功读取的比特的破坏性自参考读取操作，例如，破坏性自参考读取操作。所述参考读取操作可以与所述破坏性自参考读取操作同时发起或在所述破坏性自参考读取操作之前发起。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自旋矩MRAM的混合读取方案相关申请的交叉引用本申请要求受益于2011年11月17日提交的美国临时申请No.61/561,138。
在此描述的示例性实施例总的来说涉及集成的磁性装置，更具体地，涉及用于读取磁电阻存储器(magnetoresistivememories)的方法。
技术介绍
磁电子装置、自旋电子装置和spintronic装置是对于使用主要由电子自旋导致的效应的装置的类似的术语。在许多信息装置中使用磁电子学提供非易失性的、可靠的、耐辐射的、高密度数据存储和取回。所述许多的磁电子信息装置包括(但是不限于)：磁电阻随机存取存储器(MRAM)、磁性传感器和用于盘驱动器的读/写头。典型地，MRAM包括磁电阻存储器元件的阵列。每一个磁电阻存储器元件典型地具有包括由不同的非磁性层分开的多个磁性层的结构，诸如磁隧道结(MTJ)，并呈现出取决于该装置的磁性状态的电阻。信息被存储为磁性层中的磁化向量的方向。一个磁性层中的磁化向量被磁性地固定或钉扎，而另一磁性层的磁化方向可以是自由的，以在相同的和相反的方向(其分别被称作"平行"和"反平行"状态)之间切换。与平行和反平行磁状态对应地，磁存储器元件分别具有低(逻辑"0"状态)和高(逻辑"1"状态)电阻状态。因此，电阻的检测允许磁电阻存储器元件(诸如，MTJ装置)提供存储在所述磁存储器元件中的信息。存在两种完全不同的方法来对自由层编程：场切换和自旋矩(spin-torque)切换。在场切换式MRAM中，使用与MTJ比特相邻的电流承载线来产生作用在自由层上的磁场。在自旋矩式MRAM中，利用通过MTJ自身的电流脉冲实现切换。自旋极化隧穿电流承载的角动量使得自由层反转，最终状态(平行或反平行)由电流脉冲的极性决定。复位电流脉冲将使最终状态为平行或逻辑“0”。处于复位电流脉冲的相反极性的置位电流脉冲将使最终状态为反平行或逻辑“1”。已知在被图案化或以另外的方式布置使得电流基本上垂直于界面流动的MTJ装置和巨磁电阻装置中，以及在简单的线状结构中在电流基本上垂直于畴壁流动时，出现自旋矩转移(spin-torquetransfer)。任何这样的呈现出磁电阻的结构潜在地可以成为自旋矩磁电阻存储器元件。自旋矩MRAM(ST-MRAM)(也称作自旋矩转移RAM(STT-RAM))是一种正在兴起的存储器技术，其潜在地可用于非易失性，具有以比场切换式MRAM高得多的密度的不受限制的耐久性和快速写入速度。由于ST-MRAM切换电流要求随着MTJ尺度的降低而降低，因此ST-MRAM即使在大多数的先进技术节点也具有良好的比例缩放的潜力。然而，MTJ电阻的增加的易变性以及在两个电流方向维持相对高的通过比特单元选择装置的切换电流可能会限制ST-MRAM的缩放性。以区块(banks)来限定存储器中存储的数据。排(rank)为处于第一方向(列)的多个区块，而通道是处于第二方向(行)的多个区块。用于访问该存储器的处理过程包括行和列识别以及读取或写入操作所需的若干时钟周期。用于数据传送的带宽可以包括数以千计比特的行。对双数据速率(DDR)存储器中的区块的访问一般包括激活(ACTIVATE)操作，继之以若干读/写操作以及预充电(PRECHARGE)操作。激活操作打开通常具有1,000或更多比特的行(或页)。读/写操作执行打开的行中的列(例如，128比特)的读取或写入。预充电操作将该行关闭。在激活操作期间，从存储器阵列读取数据页，并将其存储在局部数据存储锁存器中，以用于后续的来自以及去往局部数据存储锁存器的读取和写入操作。可以通过激活命令或执行相同操作的任何其它命令来发起激活操作。在预充电操作期间，来自局部数据存储锁存器的数据被写回到存储器阵列，结果，该页被认为关闭或在没有新的激活操作的情况下不可访问。可以通过预充电或自动预充电(AUTO-PRECHARGE)命令或者执行相同操作的任何其它命令来发起预充电操作。参考图1，对于高状态比特102和低状态比特104，高ST-MRAMMTJ电阻变化和低磁电阻(MR)导致交迭的电阻分布。已知的利用参考比特的参考读取/感测方案不能成功地对于100％的所述比特区分高和低状态。即使交迭区域101中的比特数量非常低(或甚至为零)，由于高和低状态比特的低MR和高电阻变化，中点参考分布也可能与低或高状态分布交迭，导致读取失败。在现有技术中已知参考在被读取/感测的比特本身的自参考读取，以解决前述的感测问题。例如，见美国专利6,744,663，其描述了一种破坏性的自参考读取，在读取操作期间其要求被读取的比特100％被切换或置位到高或低状态。切换或置位到高状态或复位到低状态的操作增加了读取功耗。美国专利公开2009/0323403描述了一种非破坏性的自参考读取，其并使全MR用于感测信号发展，导致非常低的感测信号。因此，期望提供一种破坏性的自参考读取方案，其中并行地完成一个或多个参考读取操作，或首先完成到有条件地阻断对于能够利用参考读取解析的比特的自参考读取的破坏性阶段。此外，从随后的具体实施方式和所附权利要求，结合附图和前述的
以及
技术介绍
，示例性实施例的其它期望的特征和特性将变得明白。概述提供了用于读取自旋矩磁电阻随机存取存储器的方法和装置。第一示例性实施例是一种从自旋矩磁电阻存储器阵列中的多个比特读取数据的方法，所述方法包括：完成至少一个参考读取操作和至少一个自参考读取操作。第二示例性实施例是一种从自旋矩磁电阻存储器阵列中的多个比特读取数据的方法，所述方法包括：执行所述比特的至少一个参考读取操作以读取所述比特中的至少一部分；以及执行任何未通过所述参考读取操作成功读取的比特的自参考读取操作。第三示例性实施例是一种用于从自旋矩磁电阻存储器阵列中的多个比特读取数据的电路，所述电路包括：第一电路，其耦接到所述阵列，并被配置为执行所述比特的参考读取；以及，第二电路，其耦合到所述阵列和所述第一电路两者，并被配置为执行所述比特的自参考读取。附图说明下面将结合附图说明本专利技术的实施例，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且图1是已知阵列的多个比特的电阻的高和低状态的图；图2是可以用来应用根据示例性实施例的方法的存储器互连系统的框图，其包括在处理器和非易失性存储器之间存储器控制器；图3是根据第一示例性实施例的用于ST-MRAM中的利用回写(write-back)的破坏性读取的步骤的流程图；图4是根据第一示例性实施例的感测放大器的破坏性自参考部分的电路图；图5是根据第一示例性实施例的破坏性自参考读取的更详细的流程图；图6是根据第二示例性实施例的并行参考读取电路的部分电路图；图7是根据第三示例性实施例的另一并行参考读取电路的部分电路图；图8A是根据第四示例性实施例的全混合读取方案的部分流程图；图8B是图8A的部分流程图的继续；图8C是图8A的部分流程图的另外的继续；图9是根据图8的全混合读取方案的阵列的多个比特的电阻的高和低状态的图；图10是根据第五示例性实施例的部分混合读取感测放大器的电路图；图11是根据图10中的第五示例性实施例的部分混合读取方案的流程图；和图12是根据图10和11的部分混合读取方案的阵列的多个比特的电阻的高和低状态的图。具体实施方式下面的具体实施方式在性质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从自旋矩磁电阻存储器阵列中的多个比特读取数据的方法，所述方法包括：完成至少一个参考读取操作和至少一个自参考读取操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.17 US 61/561,138;2012.10.02 US 13/633,4791.一种自旋矩磁电阻存储器的操作方法，所述方法包括：对所述自旋矩磁电阻存储器中的比特进行采样，以提供所述比特的样本；将所述样本与第一参考进行比较；当将所述样本与第一参考进行比较产生第一输出时，将第一比特状态和第二比特状态中的一个锁存作为所述比特的比特状态；以及当将所述样本与第一参考进行比较产生第二输出时，执行自参考读取操作以确定所述比特的比特状态。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一参考是可编程参考。3.如权利要求1所述的方法，其中对所述自旋矩磁电阻存储器中的比特进行采样进一步包括：对基于通过所述比特的电流的电压进行采样，以产生采样的电压，并且其中将所述样本与第一参考进行比较进一步包括：将采样的电压与第一参考电压进行比较。4.如权利要求3所述的方法，其中对所述自旋矩磁电阻存储器中的比特进行采样进一步包括：跨所述比特施加电压，以及将所得到的通过所述比特的电流转换为采样的电压。5.如权利要求3所述的方法，还包括：将所述采样的电压存储在电容器中。6.如权利要求3所述的方法，其中执行自参考读取操作以确定所述比特的比特状态进一步包括：施加第一写电流脉冲通过所述比特以将所述比特设置到第一比特状态；对所述比特进行重新采样以产生评估电压；以及将所述评估电压与所述采样的电压进行比较，以确定所述比特的比特状态。7.如权利要求6所述的方法，其中当将所述评估电压与所述采样的电压进行比较确定所述比特的比特状态是第二比特状态时，所述方法还包括：在将所述评估电压与所述采样的电压进行比较之后，施加第二写入电流脉冲通过所述比特，以将所述比特设置成第二比特状态。8.如权利要求6所述的方法，其中对所述比特进行重新采样以产生评估电压包括：施加可编程的偏移电流。9.如权利要求3所述的方法，其中所述第一参考电压是基于所述自旋矩磁电阻存储器中的比特阵列中平均高电阻比特的电压。10.如权利要求3所述的方法，其中所述第一参考电压是基于所述自旋矩磁电阻存储器中的比特阵列中的平均低电阻比特的电压。11.如权利要求2所述的方法，其中执行自参考读取操作进一步包括：执行非破坏性的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·阿拉姆，T·安德烈，C·苏博拉玛尼安，
申请(专利权)人：艾沃思宾技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US