高密度存储器读出放大器制造技术

提供一种读取电阻性存储器阵列３０的多状态存储器单元ＲＷ中数据的读出放大器３８，包括具有第一和第二输入节点７４，７５的差分放大器Ｑ５，Ｑ６。读出电路Ａ１，Ｑ１，Ｑ２利用施加其上的读电压ＶＲ确定存储器单元ＲＷ中的电流，并将代表存储器单元ＲＷ电流的检测电流施加到差分放大器的第一输入节点７４。参考电路Ａ２，Ｑ３，Ｑ４具有第一和第二电阻元件ＲＨ，ＲＬ，用于将参考电流施加到差分放大器的第二输入节点７５，提供与读出电流作比较的对照参考值，以确定存储器单元ＲＷ的状态。第一电阻元件ＲＨ具有代表存储器单元ＲＷ第一状态的电阻，第二电阻元件ＲＬ具有代表存储器单元ＲＷ第二状态的电阻。参考电路Ａ２，Ｑ３，Ｑ４提供参考电流，它是通过第一和第二电阻元件ＲＨ，ＲＬ电流的平均。比较器电器７６将差分放大器第一和第二输入节点７４，７５上的信号作比较以提供表明被读出存储器单元ＲＷ状态的输出Ｖ０。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器读出放大器领域，更具体而言，本专利技术涉及具有受控读出电压并提供参考电流的多个电阻元件的高密度存储器读出放大器。相反，非挥发性存储器阵列，如交叉点阵列，利用非常简单紧凑的存储器单元，如涉及长时间保存，高密度和快速存取的交叉点类型。非挥发性阵列可以是一次写类型，在每个交叉点单元上有熔丝或非熔丝型，或者是多次读-写类，如磁随机存取存储器(MRAM)阵列，具有交叉点磁性单元，每个单元能够在两个或更多的状态之间改变。在这种高密度电阻性存储器阵列中的一个主要问题是需要将被选的存储器单元与未被选的单元隔离，以便获得对单元状态的精确读出。单元的紧密性和小型化的尺寸产生了来自未被选取的单元的“寄生”泄漏电流的重大问题，它干扰来自被选单元的电流。而且，单元和导体的小尺寸导致较小的电压和电流，这导致在测量电流和电压时需要较高的精确度，以便精确地确定单元中的数据。例如，在MRAM阵列中，由单元存储数据的被选单元的磁状态，通常由在不同单元状态中行和列结合点上通过被选单元的电流的微小差别确定的。读出单个存储器的电阻性状态可能是不可靠的，因为所有存储器单元结合点被通过许多平行支路耦合在一起。对任何给定的存储器单元读出的电阻等于读出的存储器单元结合点的电阻与在其他行和列的结合点上单元的电阻关联。而且，当试图读出被选存储器单元时，在读出放大器中固有的微小差别可以导致施加到电阻性交叉点阵列的微小差分电压，这些微小差分电压可以产生寄生或“潜通路”电流，这干扰了对该单元状态的读出。因此，需要将每个被选单元与未选单元隔离，以便获得单元数据的真实读数。2001年7月3日授与Perner的美国专利6,256,247B1公开了一种用于高密度存储器阵列的读电路，包括一个差分放大器和两个直接注入的前置放大器。该前置放大器通过将相等电压施加到单元的输入和输出节点两端提供了对于未被选单元的“等电位”隔离，从而使通过未选单元的不希望的电流为最小。高密度电阻性存储器阵列，例如利用MRAM单元的阵列的另一个问题是由于单元状态未被导电性或绝缘性测出引起的，如在非熔丝存储器中那样。宁可由不同磁状态电阻的变化引起的单元结合点导电率微小差别来确定MRAM单元状态。因此，提供的从单元到读出放大器的读出电流的精确“镜象”，以及提供用于测量对照一种可靠的标准确定单元状态的读出电流的装置是决定性的。一种方案是使用参考存储器阵列，在其中存储器电路在一个存储器单元中存储单个信息位。将该数据以一种状态存储在存储器单元中并与一种已知状态的参考单元作比较。通过读出存储器单元和参考单元之间电阻的差别读出单元信息。在这种方法中的读出方案是依靠包含与每个存储单元和参考单元串联的晶体管，以便实现为可靠的读出被选存储器单元中的数据的必要隔离。一个明显的缺点是存储器阵列的有效面积被增加，因为在每个参考单元和存储器单元中需要串联晶体管。这种参考存储器方案的一个例子示于2000年4月25日授于Naji的美国专利6,055,178中。另一种方案是使用一对单元存储一位数据。将数据以一种状态存储在存储器单元中并以相反的状态存储在其他存储器单元中。通过读出单元对的存储器结合点之间的电阻差别来读出该单元信息，被称为“位，位禁(bit bat)”方案。来自单元对的输出将读出可得到的信号加倍，从而使差错减少。一个明显的缺点是存储器阵列的有效容量被减半，因为对于每个被存储的位需要两个存储器单元。这种参考存储器方案的一个例子示于2001年2月20日授于Luk的美国专利6,191,989中。因此，对于高密度电阻性存储器阵列需要一种实际的电路，以便如通过使未被选的单元的结合点两端的电位为最小来使来自未被选单元的泄漏电流为最小。而且，需要将被选单元与未被选单元隔离，以致来自未被选单元的任何寄生电流不影响所选单元电流的精确度。另外，使不同读出放大器中固有的微小差别为最小是重要的，以避免被测电流的畸变。另外，必须将被读出单元电流的准确转换或镜象提供给读出放大器，以便对照参考值准确地测量该读出电流。最后，需要一种提供参考电流的有效装置，它将不损害阵列的有效存储密度。在本专利技术的一种优选实施方案中，提供一种读出放大器，响应施加到被读存储器单元两端上的读电压，读取电阻性存储器阵列中多状态存储器单元内的数据，该放大器包括具有第一和第二输入节点的差分放大器。提供一种读出电路，用于确定其上施加读电压的存储器单元中的电流，并用于将代表存储器单元电流的读出电流施加到差分放大器的第一输入节点。提供一种具有第一和第二电阻元件的参考电路，用于将参考电流施加到差分放大器的第二输入节点，该参考电流提供与读出电流作比较的对照值，用以确定存储器单元的状态。第一电阻元件具有代表存储器单元第一状态的第一电阻，第二电阻元件具有代表存储器单元第二状态的第二电阻。一个电压源用于将读电压施加到第一和第二电阻元件两端，以便通过将流经第一和第二电阻元件的电流平均来产生参考电流。第一转换器晶体管将存储器单元读出电流施加到差分放大器的第一节点，第二转换器晶体管将该参考电流施加到差分放大器的第二节点。一个比较器电路用于将差分放大器第一和第二输入节点上的信号作比较，以便提供指明被读出存储器单元状态的输出。本专利技术的另一种优选实施方案是一种利用差分放大器读出电阻性存储器阵列中被读出的多状态存储器单元内数据的方法。该方法包括利用施加其上的读电压产生存储器单元中的电流，并将代表存储器单元中电流的读出电流施加到差分放大器的第一输入节点。利用具有第一和第二电阻元件的参考电路产生参考电流，将该参考电流施加到差分放大器的第二输入节点，该参考电流提供与读出电流比较的对照值，用以确定存储器单元的状态。通过将读电压施加到具有代表存储器单元第一状态的电阻的第一参考元件两端产生第一参考电流，通过将读电压施加到具有代表存储器单元第二状态的电阻的第二参考元件两端产生第二参考电流来产生参考电流。将第一和第二参考电流平均，将该平均电流施加到差分放大器的第二输入节点。将供电电压通过镜象晶体管施加到差分放大器的第一节点以产生读节点电压，并通过参考晶体管施加到差分放大器的第二节点以产生参考节点电压。在代表检测电流的差分放大器第一节点上产生第一电压，在代表参考电流的第二节点上产生第二电压。将在差分放大器第一和第二输入节点上的第一和第二电压进行比较，用以提供表明被读出存储器单元状态的输出。通过以下用举例方法结合附图的详细描述将使本专利技术的其他方面和优点变得更明显。在一种电阻性RAM阵列中，每个存储器单元的电阻具有一个以上的状态，在存储器单元中的数据是单元的电阻状态的函数。电阻性存储器单元可以包括一个或多个磁性层，一个熔丝或阻熔丝，或任何存储或产生影响元件的正常电阻的大小的信息的元件。在电阻性RAM阵列中所用的其他类型的电阻性元件包括作为只读存储器部件的多硅电阻器，和作为光学存储器部件的浮动门晶体管，图象设备或浮动门存储器设备。一种类型的电阻性随机存取存储器是磁性随机存取存储器(MRAM)，在其中每个存储器单元由多个被隔离层分开的磁性层组成。一个磁性层被称为一个钉扎层，在其中磁性方向是固定的，所以在感光趣的范围内存在被施加的磁场时并不旋转。另一个磁性层被称为读出层，在其中磁性方向在与钉扎层状态一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对施加在被读出存储器单元ＲＭ两端的读电压作出响应，读出电阻性存储器阵列３０的多状态存储器单元ＲＭ中的数据的读出放大器３８，包括：（ａ）具有第一和第二输入节点７４，７５的差分放大器Ｑ５，Ｑ６；（ｂ）读出电路Ａ１，Ｑ１，Ｑ２，用 于利用施加其上的读电压确定存储器单元中的电流，和将代表存储器单元电流的读出电流施加到差分放大器Ｑ５，Ｑ６的第一输入节点７４；和（ｃ）具有第一和第二电阻元件ＲＨ，ＲＬ的参考电路Ａ２，Ｑ３，Ｑ４，用于将平均参考电流施加到差分放大器Ｑ５，Ｑ６ 的第二输入节点７５，参考电流提供与读出电流比较对照的值，用以确定存储器单元ＲＭ的状态。

【技术特征摘要】
US 2001-10-11 09/9763041.一种用于对施加在被读出存储器单元RM两端的读电压作出响应，读出电阻性存储器阵列30的多状态存储器单元RM中的数据的读出放大器38，包括(a)具有第一和第二输入节点74，75的差分放大器Q5，Q6；(b)读出电路A1，Q1，Q2，用于利用施加其上的读电压确定存储器单元中的电流，和将代表存储器单元电流的读出电流施加到差分放大器Q5，Q6的第一输入节点74；和(c)具有第一和第二电阻元件RH，RL的参考电路A2，Q3，Q4，用于将平均参考电流施加到差分放大器Q5，Q6的第二输入节点75，参考电流提供与读出电流比较对照的值，用以确定存储器单元RM的状态。2.如权利要求1所述的读出放大器，其中第一电阻元件RH具有代表存储单元RW第一状态的第一电阻，第二电阻元件RL具有代表存储单元RW第二状态的第二电阻。3.如权利要求1所述的读出放大器，其中参考电路A2，Q3，Q4是一种平均电路，用于产生参考电流作为通过第一和第二电阻元件RH，RL的电流平均。4.如权利要求3所述的读出放大器，其中平均电路包括平均元件A2，Q3，Q4，用于将通过第一和第二电阻元件RH，RL的电流相加，提供相加电流，并将相加电流分成一半以获得平均电流。5.如权利要求4所述的读出放大器，其中差分放大器Q5，Q6包括电流镜象读出电路，具有连到第一输入节点74的镜象晶体管Q5，和连到第二输入节点75的参考晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：FA佩尔纳，AL范布洛克林，PJ弗里克，JR小易通，
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]