磁性隧道结读取电路、MRAM芯片及读取方法技术

本发明专利技术提供一种磁性隧道结读取电路，磁性隧道结读取电路包括信号感测电路与比较电路，信号感测电路用于采用交叉分步叠加输出第一电位与第二电位，比较电路用于比较第一电位与第二电位，比较电路的一个输入端设置有分压电路。本发明专利技术还提供一种MRAM芯片及磁性隧道结读取方法。本发明专利技术提供的磁性隧道结读取电路、MRAM芯片及磁性隧道结读取方法，通过设置分压电路，调整了高阻态参照电阻与低阻态参照电阻的权重，从而使参照电阻处于最佳参照值，减小发生读取错误的可能性；采用交叉分步叠加获取信号，使得信号在进入比较电路前使用分压电路调整权重成为可能，且增强了磁性随机存储器数据读取信号强度，减小发生读取错误的可能性。

Magnetic tunnel junction reading circuit, MRAM chip and reading method

The present invention provides a magnetic tunnel junction reading circuit. The magnetic tunnel junction reading circuit includes a signal sensing circuit and a comparison circuit. The signal sensing circuit is used in a cross step superposition to output a first potential and a second potential, and a comparison circuit is used to compare the first potential and the second potential, and one of the input terminals of the comparison circuit is set up. Voltage divider circuit. The invention also provides a MRAM chip and a magnetic tunnel junction reading method. This invention provides the reading circuit of magnetic tunnel junction, MRAM chip and magnetic tunnel junction reading method. By setting the voltage divider circuit, the weight of the high resistance state reference resistance and the low resistance state reference resistance is adjusted, thus the reference resistance is in the best reference value, and the possibility of reading error is reduced; cross step superposition is used to obtain the resistance. The signal makes it possible to adjust the weight by using the partial voltage circuit before entering the comparison circuit, and enhances the intensity of the data reading signal of the magnetic random memory, and reduces the possibility of reading error.

【技术实现步骤摘要】
磁性隧道结读取电路、MRAM芯片及读取方法
本专利技术涉及半导体芯片的存储器领域，具体涉及磁性隧道结读取电路、MRAM芯片及磁性隧道结读取方法。
技术介绍
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。一个磁性随机存储器是由阵列的磁电阻记忆单元组成。每个磁电阻记忆单元包含了一个叫磁性隧道结(MagneticTunnelJunction，MTJ)的结构。磁性隧道结是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。其中一层铁磁材料是具有固定磁化方向的参考层，另一层铁磁材料则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。磁性隧道结的电阻值取决于这两层铁磁性材料的磁化方向：它们方向一致则磁性隧道结电阻就低，反之磁性隧道结电阻就高。一般高电阻态为逻辑“1”，低电阻态为逻辑“0”。改变记忆层的磁化方向就改变了磁性隧道结的电阻态，而检测磁性隧道结的电阻态就可以知道磁电阻记忆单元内的存储内容。不同的磁性随机存储器采用不同的方法来改变记忆层的磁化方向。第一代场转换磁性随机存储器是用较大电流在磁性隧道结产生磁场来改变记忆层的磁场方向。新的自旋扭矩转换磁性随机存储器(STTMRAM)是使用电流脉冲直接穿过磁性隧道结，电流的方向可以改变记忆层的磁化方向，从而决定了磁性隧道结的电阻态和磁电阻记忆单元的逻辑态。这种新型的磁性随机存储器不仅能耗非常低，而且由于所需的转换电流可以随着磁性隧道结的尺寸减小而减小，因此可以适合未来半导体芯片结点尺寸进一步缩小的需求。但是随着磁性随机存储器内的磁性隧道结的数量不断增加，尺寸不断缩小，对制造的工艺要求也越来越高，现有工艺下磁电阻的均匀性也越来越差。读取磁电阻记忆单元的数据，就是要检测其磁性隧道结是处在高电阻态“1”还是低阻态“0”。为了准确区分电阻态，磁性隧道结要求达到高的的磁电阻率(电阻差与低电阻的比值)。一个大容量的磁性随机存储器含有上亿个磁性隧道结，它们的高低阻态分布是一个双钟型曲线(如图1)。由于磁性隧道结磁电阻率也存在着不均匀性，磁性隧道结高阻态相对与低组态具有更大的标准差，所以这个双钟型曲线并不是以中点阻值左右对称的。在使用参照电阻的方法中，为了要准确判断每个磁性隧道结磁的电阻态，所有待测磁性隧道结磁的高阻态分布和低阻态分布的均值间隔与标准差之间的比率，两个阻态分布的尾部与参照电阻的间隔都需要足够大。否则高阻态阻值处于分布低阻值尾部或低阻态阻值处于分布高阻值尾部的部分磁性隧道结就会因为其与参照电阻的信号差过小或符号反向而导致数据无法准确快速读取甚至错误读取。现有的读取技术一般采用以固定中点电阻作为参照来确定磁性隧道结的电阻态的方法：平均一定数量的高电阻态和一定数量的低阻态磁性隧道结来作为中点参照电阻与被检测的磁性隧道结电阻相比较。但是随着磁性随机存储器容量的增加，磁性隧道结尺寸的减小，受到制造工艺的限制，一方面磁电阻率很难大幅度提高，另一方面MRAM存储单元的电阻标准差却在增大，尤其是高电阻态的标准差增大幅度更大。这使得双钟曲线中的两个分布的尾部越来越长，高阻态分布的低阻值尾部和低阻态分布的高阻值尾部离中点参照电阻的距离越来越小，也导致更多被检测磁性隧道结更不容易被参照电阻区分阻态而产生读取错误。另一个严重的缺点是由于双钟曲线的不对称性，磁性隧道结的高阻态电阻的标准差比低阻态电阻的标准差大的多，如果参照电阻为中点电阻，磁性隧道结的高阻值与参照电阻间的信号差与高态电阻的标准差的比值会比低阻态的这个比值小的多。如图1所示，当中值电阻(Rp+Rap)/2被作为参照电阻，这使得相对于低阻态，处于高阻态时，有更多磁性隧道结阻值接近甚至跨越参照电阻而发生读取错误。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术要解决的问题是提供一种磁性隧道结读取电路，信号感测电路采用交叉分步叠加获取信号，分离了高阻态参照电阻和低阻态参照电阻的贡献，使得信号在进入比较电路前使用分压电路调整权重成为可能；通过与高阻态参考电阻相关的比较电路的输入端设置分压电路，能够调整高阻态参照电阻与低阻态参照电阻的权重，从而使参照电阻处于最佳参照值，减小发生读取错误的可能性。本专利技术提供一种磁性隧道结读取电路，包括信号感测电路与比较电路，信号感测电路用于采用交叉分步叠加输出第一电位与第二电位，比较电路用于比较第一电位与第二电位，比较电路的一个输入端设置有分压电路。进一步地，分压电路包括分压电阻R1、R2，满足以下关系：其中，Rp为低阻态电阻分布的中值，σP为低阻态电阻分布的标准差，Rap为高阻态电阻分布的中值，σAP为高阻态电阻分布的标准差。进一步地，分压电路设置于与高阻态参考电阻相关的比较电路的输入端。进一步地，信号感测电路包括：列解码器和数据选择器，用于与待测磁性隧道结、低阻态参考电阻或高阻态参考电阻选择接通；第一支路，第一端与列解码器和数据选择器连接，用于输出第一电位；第二支路，第一端与列解码器和数据选择器连接，用于输出第二电位；第一支路的第二端与第二支路的第二端连接。进一步地，第一支路包括第N型场效应管N1、P型场效应管P1、电容C1以及开关S1，其中N型场效应管N1的源极为第一支路的第一端，N型场效应管N1的漏极与P型场效应管P1的漏极连接，开关S1连接在P型场效应管P1的漏极与门极之间，电容C1连接在P型场效应管P1的门极与源极之间，P型场效应管P1的源极为第一支路的第二端，N型场效应管N1的漏极输出第一电位。进一步地，第二支路包括第N型场效应管N2、P型场效应管P2、电容C2以及开关S2，其中N型场效应管N2的源极为第二支路的第一端，N型场效应管N2的漏极与P型场效应管P2的漏极连接，开关S2连接在P型场效应管P2的漏极与门极之间，电容C2连接在P型场效应管P2的门极与源极之间，P型场效应管P2的源极为第二支路的第二端，N型场效应管N2的漏极输出第二电位。本专利技术还提供一种MRAM芯片，包括多个由MRAM存储单元组成的阵列，每个阵列与控制电路连接，控制电路包括上述隧道结读取电路。本专利技术还提供一种磁性隧道结读取方法，方法包括以下步骤：(1)控制列解码器和数据选择器，使得待测磁隧道结与N型场效应管N2的源极连接，N型场效应管N1的源极通过与第一阻态参考电阻Rref1连接；(2)闭合开关S1与S2，对应于通过第一阻态参考电阻Rref1的电流Iref1的电位通过P型场效应管P1存入电容C1，对应于通过待测磁性隧道结的电流Idata的电位通过P型场效应管P2存入电容C2，Iref1为Vread/Rref1，Idata为Vread/Rdata，其中Vread为读电压，Rdata为待测磁性隧道结电阻；(3)打开开关S1与S2，P型场效应管P1、P2成为电流源，流出P型场效应管P1、P2的电流分别是Iref1与Idata；(4)控制列解码器和数据选择器，使得待测磁隧道结与N型场效应管N1的源极连接，N型场效应管N2的源极通过与第二阻态参考电阻Rref2连接；(5)通过N型场效应管N1与待测磁隧道结的读电流Idata为Vread/Rdata，通过N型场效应管N2与第二阻态参照电阻Rref2的读电流Iref2为Vread/Rref2；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性隧道结读取电路，其特征在于，所述磁性隧道结读取电路包括信号感测电路与比较电路，所述信号感测电路用于采用交叉分步叠加输出第一电位与第二电位，所述比较电路用于比较所述第一电位与所述第二电位，所述比较电路的一个输入端设置有分压电路。

【技术特征摘要】
1.一种磁性隧道结读取电路，其特征在于，所述磁性隧道结读取电路包括信号感测电路与比较电路，所述信号感测电路用于采用交叉分步叠加输出第一电位与第二电位，所述比较电路用于比较所述第一电位与所述第二电位，所述比较电路的一个输入端设置有分压电路。2.如权利要求1所述的磁性隧道结读取电路，其特征在于，所述分压电路包括分压电阻R1、R2，满足以下关系：其中，Rp为低阻态电阻分布的中值，σP为低阻态电阻分布的标准差，Rap为高阻态电阻分布的中值，σAP为高阻态电阻分布的标准差。3.如权利要求3所述的磁性隧道结读取电路，其特征在于，所述分压电路设置于与高阻态参考电阻相关的比较电路的输入端。4.如权利要求1所述的磁性隧道结读取电路，其特征在于，所述信号感测电路包括：列解码器和数据选择器，用于与待测磁性隧道结、低阻态参考电阻或高阻态参考电阻选择接通；第一支路，第一端与所述列解码器和数据选择器连接，用于输出第一电位；第二支路，第一端与所述列解码器和数据选择器连接，用于输出第二电位；所述第一支路的第二端与所述第二支路的第二端连接。5.如权利要求4所述的磁性隧道结读取电路，其特征在于，所述第一支路包括N型场效应管N1、P型场效应管P1、电容C1以及开关S1，其中N型场效应管N1的源极为所述第一支路的第一端，N型场效应管N1的漏极与P型场效应管P1的漏极连接，开关S1连接在P型场效应管P1的漏极与门极之间，电容C1连接在P型场效应管P1的门极与源极之间，P型场效应管P1的源极为所述第一支路的第二端，N型场效应管N1的漏极输出第一电位。6.如权利要求4所述的磁性隧道结读取电路，其特征在于，所述第二支路包括第N型场效应管N2、P型场效应管P2、电容C2以及开关S2，其中N型场效应管N2的源极为所述第二支路的第一端，N型场效应管N2的漏极与P型场效应管P2的漏极连接，开关S2连接在P型场效应管P2的漏极与门极之间，电容C2连接在P型场效应管P2的门极与源极之间，P型...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞华樑，戴瑾，
申请(专利权)人：上海磁宇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31