基于磁阻式随机存取存储器磁性隧道结的电阻率的物理不可克隆函数制造技术

一个特征是关于基于磁阻式随机存取存储器MRAM单元的阵列的至少一个物理不可克隆函数。对MRAM单元的所述阵列的询问可识别待用于所述物理不可克隆函数的所述单元中的一些。每一MRAM单元可包含多个磁性隧道结MTJ，其中所述MTJ可展现相异的电阻，这是归因于制造或制作变化。通过使用单元的所述MTJ中的一者或两者的所述电阻来获得充当所述单元的所述响应的值，可针对每一单元获得对所述询问的响应。可至少部分映射多个单元的所述响应以提供所述阵列的唯一识别符。由单元的所述阵列产生的所述响应可充当物理不可克隆函数，所述物理不可克隆函数可用以唯一地识别电子装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权申请本专利申请案主张2013年9月9日申请的标题为“基于磁阻式随机存取存储器磁性隧道结的电阻率的物理不可克隆函数(PHYSICALLYUNCLONABLEFUNCTIONBASEDONRESISTIVITYOFMAGNETORESISTIVERANDOM-ACCESSMEMORYMAGNETICTUNNELJUNCTIONS)”的第61/875,652号美国临时专利申请案和2013年11月5日申请的标题为“基于磁阻式随机存取存储器磁性隧道结的电阻率的物理不可克隆函数(PHYSICALLYUNCLONABLEFUNCTIONBASEDONRESISTIVITYOFMAGNETORESISTIVERANDOM-ACCESSMEMORYMAGNETICTUNNELJUNCTIONS)”的第14/077,093号美国非临时专利申请案的优先权，其完整揭示内容特此以引用的方式明确并入本文中。
各种特征涉及物理不可克隆函数(PUF)，且特定来说，涉及基于磁阻式随机存取存储器(MRAM)磁性隧道结(MTJ)的电阻率的PUF。
技术介绍
片上PUF是采用集成电路(IC)内部的制造工艺变化的芯片唯一的询问-响应机构。当向PUF施加物理刺激(即，询问)时，PUF由于刺激与采用PUF的装置的物理微观结构的复杂交互而以不可预测的但可重复的方式产生响应。此准确微观结构取决于在采用PUF的装置的制造期间引入的不可预测的物理因素。PUF的“不可克隆性”意指采用PUF的每个装置具有将询问映射到响应的唯一的且不可预测的方式，即使一个装置以与另一表面相同装置相同的过程制造。因此，几乎不可能建构具有与另一装置的PUF相同的密码-响应行为的PUF，因为对制造过程的精确控制是不可能的。PUF对于每一芯片来说是唯一的，是难以预测的，是易于评估的，且是可靠的。PUF为单独的，且几乎不可能进行复制。另外，PUF可充当信任根，且可提供无法容易地进行反向工程设计的密钥。PUF可用以保护关键数据(密钥或存储器)免受离线攻击。磁阻式随机存取存储器(MRAM)为非易失性随机存取存储器，其中不同于常规RAM，数据并不存储为电荷，而是作为电子自旋存储于磁性存储元件内。图1说明磁性存储元件100的简化示意图，所述磁性存储元件形成在现有技术中发现(且在图2中描绘)的MRAM电路单元的部分。参看图1，磁性存储元件100包含由极薄绝缘层106分离的第一铁磁层102和第二铁磁层104。磁性层102、104各自拥有具有特定极性方向的磁场。第二磁性层104可为永久磁体，其具有固定的磁极性(如实心箭头所示)。第一磁性层102的磁极性并不固定，且可由外部磁场(未图示)改变。举例来说，如虚线箭头所指示，第一磁性层102的磁极性可与第二磁性层104的磁极性平行或反向平行地定向。薄绝缘层106由分离两个磁性层102、104的极薄绝缘材料制成。薄绝缘层106也被称作“隧穿层”，因为其太过薄以致于电子可流过(即，隧穿)其在两个磁性层102、104之间的厚度，即使隧穿层106是绝缘体。如果第一磁性层102的极性经定向以使得其平行于第二磁性层104，那么层102、104之间的电阻相对较低(即，低电阻状态)。此状态可被视为表示数据位“0”状态。相比之下，如果第一磁性层102的极性经定向以使得其与第二磁性层104反向平行，那么层102、104之间的电阻相对较高(即，高电阻状态)。此状态可被视为表示数据位“1”状态。图2说明MRAM存储器单元电路200。耦合到磁性存储元件100的晶体管202控制穿过所述磁性存储元件100的电流流动。如果晶体管202被接通，那么电流流过磁性存储元件100。取决于磁性存储元件100的电阻状态(即，数据位状态)，电流将相对较高或相对较低。因此，通过接通晶体管202及确认电流流过读线204，可从MRAM电路单元200读取数据。相对较高的电流意味着磁性存储元件的电阻状态较低，且因此存储“0”位。相对较低的电流意味着磁性存储元件的电阻状态较高，且因此存储“1”位。参看图1和2，通过改变第一磁性层102的极性，可将数据写入到单元200。写线206向磁性存储元件100供应电流，此举使得第一磁性层102的极性改变方向，且因此所存储的数据位从“1”改变为“0”，或从“0”改变为“1”。图3说明磁性存储元件100的示意图的另一更详细实例，所述磁性存储元件可形成自旋转移力矩(STT)MRAM电路单元200的部分。如图所示，第一磁性层102可被称为“自由层”，且第二磁性层104形成“钉扎参考层”的一部分。自由层相对于钉扎参考层的第二磁性层104的磁极性方向确定STTMRAM单元200的逻辑状态(例如，两个层102、104的平行定向为“0”状态，且反向平行定向为“1”状态)。反铁磁(AFM)层302控制钉扎参考层的磁极性定向。图4和5展示STTMRAM单元200的自由层102的顶部示意图。具体来说，图4展示根据第一状态(例如，状态“0”)的自由层102的磁极性(箭头)的定向，且图5展示根据第二状态(例如，状态“1”)的自由层102的磁极性(箭头)的定向，所述定向与第一状态的定向相反。自由层102的磁极性将在沿着如图所示的自由层102的长轴的那两个方向中的一者处定向。
技术实现思路
一个方面提供使用基于MRAM的存储器单元阵列来实施物理不可克隆函数(PUF)。向包含多个磁性隧道结的磁阻式随机存取存储器(MRAM)存储器单元的阵列发布询问，其中询问包含磁性隧道结中的至少一些的多个MRAM单元地址。接着通过确认磁性隧道结的电阻以产生阵列的至少部分映射，可获得对询问的响应。针对基于MRAM的PUF的多个存储器单元而产生的响应可用以唯一地识别电子装置，例如集成电路。另外，可对存储器单元施加磁场，以在发布询问之前在固定定向上布置所有磁性隧道结。举例来说，所有磁性隧道结可为平行或反向平行的。此外，方法可包含以多个角度对阵列施加多个磁场，其中针对多个磁场获得磁性隧道结的响应。此外，在一个示范性实施例中，MRAM存储器单元可各自包含两个磁性隧道结。在此示范性实施例中，可通过确认两个磁性隧道结中的仅一者的电阻来获得响应。或者，每一MRAM存储器单元可包含两个磁性隧道结。在此状况下，可通过确认两个磁性隧道结两者的电阻来获得响应。附图说明图1说明形成MRAM电路单元的部分的磁性存储元件的简化示意图。图2说明示范性MRAM存储器单元电路。图3说明磁性存储元件的示意图的另一更详细实例。图4展本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：将询问发布到包含多个磁性隧道结的磁阻式随机存取存储器MRAM单元的阵列，所述询问包含所述磁性隧道结中的至少一些的多个MRAM单元地址；及通过确认所述磁性隧道结的电阻以产生所述阵列的至少部分映射，获得对所述询问的响应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.09 US 61/875,652;2013.11.11 US 14/077,0931.一种方法，其包括：
将询问发布到包含多个磁性隧道结的磁阻式随机存取存储器MRAM单元的阵
列，所述询问包含所述磁性隧道结中的至少一些的多个MRAM单元地址；及
通过确认所述磁性隧道结的电阻以产生所述阵列的至少部分映射，获得对所述询
问的响应。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
对所述阵列施加磁场，以在获得所述响应之前在固定定向上布置所有所述磁性隧
道结。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述施加磁场的步骤包括：
以多个角度对所述阵列施加多个磁场，其中针对所述多个磁场获得所述磁性隧道
结的响应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述MRAM单元各自包含两个磁性隧道结，且
其中获得所述响应包含确认所述两个磁性隧道结之间的相对电阻。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述MRAM单元各自包含两个磁性隧道结，且
其中获得所述响应包含确认所述两个磁性隧道结中的每一者的电阻。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：
使用所述两个磁性隧道结的两个经确认电阻来产生所述询问中的每一MRAM单
元地址的单元值。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：
使用所述两个磁性隧道结的两个经确认电阻来产生每一MRAM单元的单元值，
通过使经确认电阻值中的一者减去另一经确认电阻值以产生所述询问中的每一
MRAM单元地址的电阻差值而确认所述单元值。
8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：
使用所述两个磁性隧道结的两个经确认电阻来产生每一MRAM单元的单元值，
通过使经确认电阻值中的一者减去另一经确认电阻以产生所述询问中的每一
MRAM单元地址的电阻差值而确认所述单元值；及
使用Celldif值产生所述阵列的所述至少部分映射。
9.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：
使用所述两个磁性隧道结的两个经确认电阻，通过使经确认电阻值中的一者减去
另一经确认电阻值以产生所述询问中的每一MRAM单元地址的电阻差值，来产生
每一MRAM单元的单元值；
更改所述所产生的电阻差值中的至少一者以获得所述询问中的至少一个MRAM
单元地址的至少一个经更改电阻差值，以便增加复杂程度；及
使用所述经更改电阻差值产生所述阵列的所述至少部分映射。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
基于所述阵列的所述至少部分映射产生密码安全密钥和/或电子装置识别符中的
至少一者。
11.一种装置，其包括：
用于将询问发布到包含多个磁性隧道结的磁阻式随机存取存储器MRAM单元的
阵列的装置，所述询问包含所述磁性隧道结中的至少一些的多个MRAM单元地址；
及
用于通过确认所述磁性隧道结的电阻以产生所述阵列的至少部分映射，获得对所
述询问的响应的装置。
12.根据权利要求11所述的装置，其进一步包括：
用于对所述阵列施加磁场，以在获得所述响应之前在固定定向上布置所有所述磁
性隧道结的装置。
13.根据权利要求11所述的装置，其进一步包括：
用于通过确认每一MRAM单元中的两个磁性隧道结两者的所述电阻来获得对所

\t述询问的响应的装置。
14.根据权利要求13所述的装置，其进一步包括：
用于使用所述两个磁性隧道结的两个经确认电阻产生所述询问中的每一MRAM
单元地址的单元值的装置。
15.根据权利要求11所述的装置，其进一步包括：
用于基于所述阵列的所述至少部分映射产生密码安全密钥和/或电子装置识别符
中的至少一者的装置。
16.一种非暂时性机器可读存储媒体，其具有存储于其上的指令，所述指令在由至少一
个处理器执行时致使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓春，史蒂文·M·米伦多夫，郭旭，戴维·M·雅各布森，李康浩，升·H·康，马修·迈克尔·诺瓦克，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US