确定存储器单元的逻辑状态的检测电路和方法技术

本发明专利技术提出了一种可调电流模式微分检测放大器７０。该放大器７０被配置为与选定的存储器单元Ｒ↓［Ｍ］和具有预定值的参考单元Ｒ↓［Ｒ］连通。放大器７０能够检测与选定的存储器单元Ｒ↓［Ｍ］相关的电流和电压的变化，并把它们与和参考单元Ｒ↓［Ｒ］相关的电流和电压的变化进行比较。检测放大器７０的工作点可以通过调节加载到放大器中选定的晶体管７２、７３的背面栅极７４阈值电压而发生变化。这种调节能力可以在第一偏置电压Ｖ↓［１］加载到选定的存储器单元Ｒ↓［Ｍ］时，设定检测放大器７０、８０的电流或电压使放大器７０的灵敏度达到最大。当第二偏置电压Ｖ↓［２］加载到存储器单元Ｒ↓［Ｍ］和参考单元Ｒ↓［Ｒ］来确定存储器单元Ｒ↓［Ｍ］的值时，放大器７０可以检测与到选定存储器单元Ｒ↓［Ｍ］和参考单元Ｒ↓［Ｒ］关联的电流或电压的细微变化，并对它们比较以确定存储器单元Ｒ↓［Ｍ］的状态。这一提升的灵敏度使得放大器７０实质上增加了动态范围，而无需引入可能对存储器电路参数产生不利影响的元件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于存储器检测放大器领域。具体而言，本专利技术涉及具有可调节检测和参考电路的存储器微分检测放大器。
技术介绍
在随机存取存储器(RAM)阵列中，放大器被用作检测地址存储器单元的状态，为阵列的输出提供表示检测状态的信号。依据RAM阵列的类型，该种检测放大器具有多种形式。在静态随机存取存储器(SRAM)阵列或动态随机存取存储器(DRAM)阵列中，存储器的数据常常是易失的，这就是说，当阵列断电时，不能够保存数据。这种类型的存储器常常是复杂而且需要诸如控制(译码)电路和时钟脉冲、电流模式放大器的复杂检测电路。与此相反，非易失的存储器阵列例如交叉点阵列使用非常简单的紧凑存储器单元，例如交叉点型，为具有长期保留、高密度和快速存取。非易失型阵列可以是在每个交叉点单元上具有熔断丝或非熔断丝的一次写入型，或具有每个均可在两个或多个状态中变化的多交叉点磁单元如磁随机存取存储器(MRAM)阵列的多次读写型。诸如使用MRAM单元的电阻存储器阵列存在的一个问题是非常难于精确地判定存储器单元的逻辑状态。这个问题的产生是因为这种单元的状态不能通过如导通或非导痛的方式来测量，如在非熔断存储器中。而MRAM单元的状态是通过由与薄绝缘连接相邻的铁磁层的磁化相关方向引起的嵌入在MRAM存储器单元中薄绝缘连接层的电导率的细小差别来判断的。一般来说，MRAM单元的状态是通过具有与固定磁层相关的磁瞬时平行或反平行的数据磁层进行判定的。该状态是通过平行或反平行于固定磁层的数据层的磁性所形成的电阻差来测量的。该电阻是通过流经绝缘层的电流而测量，检测电流的等级一般为500nA数量级，平行状态和反平行状态之间的电流差通常为约50nA。于是，为了精确地判断单元的逻辑状态，仔细测量通过选定存储器单元的检测电流的微小变化就是至关紧要的了。普通的检测放大器为存储器单元电流必须通过取决于作为检测放大器一部分的精确电流镜像的电路进行检测的电流模式检测放大器。所以，对于电流模式检测放大器，提供来自单元的检测电流的精确镜像给检测放大器和提供依照可靠的标准测量检测电流的方法来判断单元状态是非常重要的。此外，也非常需要高密度的存储器装置来满足增长的复杂装置的存储需要。这一需要导致了前所未有的最小化和更加紧凑的数据存储的增加。现在采用技术所作的努力使得数据存储达到了纳米至几十纳米的规模，有些时候指原子级的存储。尺寸的减小和存储器装置的紧凑化需要更小的电压和电流，这导致了更为精确地测量电压和电流以精确判定单元数据的需要。处理最小化电路和非常小的电流和电压，将检测功能的干扰减到最小是非常重要的。在检测电路中使用的每个元件都可以产生对检测器测量精度造成影响的电压和电流失真或泄漏做出贡献。相应的，高密度存储器单元的检测放大器必须对被检测参数产生不利影响的存储器矩阵中的任何干扰减到最小是非常必要的。电压模式检测放大器有时需要复杂电路来获得精确性。例如，电压模式微分放大器需要有五个晶体管的复杂电路来执行必要的测量，参考于2001年7月17日Perner等人所获权的美国专利号6,262,625的专利。在这样的电路中，背面栅极数字控制电压被加载到一对晶体管上，这样可以递增式调节检测放大器的偏置参数。背面栅极数字控制值存储在注册表存储器中用来控制检测放大器精确度，进一步增加了检测电路的复杂性。电流模式检测放大器有时被用在高密度，灵敏存储器矩阵的检测中。但是，由于这种电路的动态范围有限，电流模式检测放大器趋向要求高级别的元件匹配。如果参考单元电流基本上与所检测的存储器单元电流不同，电流模式检测放大器可能就不能精确地判定存储器单元的逻辑状态。添加元件，如其它的检测电阻器可以补偿这个有限范围的问题。然且，对电流检测电路添加元件趋向于对所检测的电路产生不利影响。其它的检测放大器使用模拟/数字转换器(ADC)来测量检测和参考电流且使用数字方法来对它们进行对比。这种方法在拓展元件的动态范围方面是有用的。但是，检测电路复杂性的增加却是非常不利的。于是，需要一种以非常低级别的检测电流和电压测量存储器单元矩阵所用的简单检测放大器。需要精确镜像检测参数并将其反映到检测电路中的检测元件。此外，需要使用较少数量元件的检测放大器，这样使存储器矩阵中的干扰最小化。最后，非常重要的是检测放大器要具有相对宽的动态范围用来容纳不同等级的电流和电压。
技术实现思路
本专利技术提供了一种有用且独特的具有可调电流模式微分检测放大器特性的检测电路。该放大器与选定的存储器单元和具有预定值的参考单元连通。放大器能够检测与所选定存储器单元相关的电流和电压的变化，并将它们和与参考单元相关的电流和电压的变化进行比较。检测放大器的工作点可以通过改变检测放大器中的独立的晶体管阈值电压而发生变化。它通过在独立晶体管背面栅极上加载控制电压以非侵害方式来完成。当为使放大器的灵敏度最大而在选定存储器单元上加载第一偏置电压时，这种调节能力能够设定检测放大器的电流或电压。当第二偏置电压加载到存储器单元和参考单元来判定存储器单元的值时，放大器可以检测与选定存储器单元和参考单元相关的电流或电压的细微变化，比较它们来判定存储器单元的状态。这一提升的灵敏度使得放大器具有实质上增加了的动态范围，而无需引入可能不利影响存储器电路参数的元件。本专利技术的一个设备实施方案包括在电阻存储器装置中判定存储器单元逻辑状态的检测电路。该电路包括有预先选择逻辑状态的参考单元。存储器单元检测电路在第一偏置电压加载到存储器单元时，被用来判定与存储器单元相关的第一存储器单元电压；在第二偏置电压加载到存储器单元时，被用来判定与存储器单元相关的第二存储器单元电压。参考单元检测电路在第一偏置电压加载到参考单元时，被用来判定与参考单元相关的第一参考单元电压；在第二偏置电压加载到参考电压时，被用来判定与参考单元相关的第二参考单元电压。调节电路被用来调节第一参考单元电压或第一存储器单元电压，这样在第一偏置电压下，第一参考单元电压就等于第一存储器单元电压。状态判定电路被用来在第二偏置电压下检测第二存储器单元电压和第二参考单元电压之间的差异，以确定存储器单元的逻辑状态。与上述设备实施方案相似，本专利技术的方法实施方案是一种方法在电阻存储器装置中，使用先前已知逻辑状态的参考单元判定存储器单元的逻辑状态。该方法包括判定在电阻存储器装置中与具有预先选定的逻辑状态的参考单元相关的存储器单元的逻辑状态。与存储器单元相关的第一存储器单元电压和与参考单元相关的第一参考单元电压在第一偏置电压加载到存储器单元和参考单元时被检测。使用非侵害背面栅极控制电压来调节第一存储器单元电压或第一参考单元电压，使第一参考单元电压和第一存储器单元电压近似相等。接着，当第二偏置电压加载到存储器单元和参考单元时，检测与存储器单元相关的第二存储器单元电压和与参考单元相关的第二参考单元电压。然后测量第二存储器单元电压和第二参考单元电压之间的差异，用以判定存储器单元的逻辑状态。应当理解，上述所有的设备和方法实施方案，无论是检测和调节第一和第二存储器单元电压和第一和第二参考单元电压，还是与存储器单元和参考单元相关的其它参数，如电流和电阻，都可以为判定选定的存储器单元的状态而被检测和调整。本专利技术的范围包括根据本专利技术选择检测和调节与选定的存储器单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测电路，用来确定在与具有预先选定逻辑状态的参考单元Ｒ↓［Ｒ］相关的电阻存储器装置中的存储器单元Ｒ↓［Ｍ］的逻辑状态，该电路包括：（ａ）存储器单元检测电路７０、８０，用来当在存储器单元Ｒ↓［Ｍ］上加载第一偏置电压Ｖ↓［１］时，确 定与存储器单元Ｒ↓［Ｍ］关联的第一存储器单元参数Ｖ↓［Ｓ］；和在存储器单元Ｒ↓［Ｍ］上加载第二偏置电压Ｖ↓［２］时，确定与存储器单元Ｒ↓［Ｍ］关联的第二存储器单元参数Ｖ↓［Ｓ］；（ｂ）参考单元检测电路７０、８０，用来当在参考单元Ｒ↓ ［Ｒ］上加载第一偏置电压Ｖ↓［１］时，确定与参考单元Ｒ↓［Ｒ］关联的第一参考单元参数Ｖ↓［Ｒ］；在参考单元Ｒ↓［Ｒ］上加载第二偏置电压Ｖ↓［２］时，确定与参考单元Ｒ↓［Ｒ］关联的第二参考单元参数Ｖ↓［Ｒ］；（ｃ）调节电路７６、７７、 ７８、７９，用来调节第一存储器单元参数Ｖ↓［Ｓ］和／或第一参考单元参数Ｖ↓［Ｒ］以便在第一偏置电压Ｖ↓［１］下使第一存储器单元参数Ｖ↓［Ｓ］近似等于第一参考单元参数Ｖ↓［Ｒ］；和（ｄ）状态判定电路７６、８０，用来确定第二存储器单元参 数Ｖ↓［Ｓ］和第二参考单元参数Ｖ↓［Ｒ］之间的不同，以便在第二偏置电压Ｖ↓［２］下确定存储器单元Ｒ↓［Ｍ］的逻辑状态。...

【技术特征摘要】
US 2002-7-16 10/1982781.一种检测电路，用来确定在与具有预先选定逻辑状态的参考单元RR相关的电阻存储器装置中的存储器单元RM的逻辑状态，该电路包括(a)存储器单元检测电路70、80，用来当在存储器单元RM上加载第一偏置电压V1时，确定与存储器单元RM关联的第一存储器单元参数VS；和在存储器单元RM上加载第二偏置电压V2时，确定与存储器单元RM关联的第二存储器单元参数VS；(b)参考单元检测电路70、80，用来当在参考单元RR上加载第一偏置电压V1时，确定与参考单元RR关联的第一参考单元参数VR；在参考单元RR上加载第二偏置电压V2时，确定与参考单元RR关联的第二参考单元参数VR；(c)调节电路76、77、78、79，用来调节第一存储器单元参数VS和/或第一参考单元参数VR以便在第一偏置电压V1下使第一存储器单元参数VS近似等于第一参考单元参数VR；和(d)状态判定电路76、80，用来确定第二存储器单元参数VS和第二参考单元参数VR之间的不同，以便在第二偏置电压V2下确定存储器单元RM的逻辑状态。2.权利要求1中的检测电路，其中存储器单元检测电路70、80被用来当在存储器单元RM上加载第一偏置电压V1时，确定与存储器单元RM关联的存储器单元节点上的第一存储器单元电压VS；和在存储器单元RM上加载第二偏置电压V2时，确定存储器单元节点上的第二存储器单元电压VS。3.权利要求2中的检测电路，其中参考单元检测电路被用来当在参考单元RR上加载第一偏置电压V1时，确定与参考单元RR关联的参考单元节点上的第一参考单元电压VR；和在参考单元RR上加载第二偏置电压V2时，确定参考单元节点上的第二参考单元电压VR。4.权利要求1中的检测电路，其中状态判定电路76、80包括用来将(i)存储器单元参数VS和参考单元参数VR之间的差异与(ii)阈值进行比较以确定存储器单元RM的逻辑状态的装置76。5.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：FA佩尔纳，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]