本发明专利技术揭示一种自旋转移力矩磁阻随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）和相关联的读取操作。位单元包括磁性隧道结（ＭＴＪ）和字线晶体管，所述位单元耦合到位线和源极线。箝位电路耦合到所述位线，且经配置以在所述ＳＴＴ－ＭＲＡＭ的读取操作期间将所述位线电压箝位到所要电压电平，以防止所述位线电压超过所述所要电压电平。所述所要电压电平小于与所述ＳＴＴ－ＭＲＡＭ的写入操作相关联的写入电压阈值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及随机存取存储器(RAM)。更特定来说，本专利技术的实施例涉及自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)内的位线电压控制。
技术介绍
随机存取存储器(RAM)为现代数字架构的普遍存在的组件。RAM可为独立装置或可集成或嵌入于使用RAM的装置内，例如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SoC)以及所属领域的技术人员将了解的其它类似装置。RAM可为易失性的或非易失性的。易失性RAM每当在移除电力时会丢失其存储的信息。非易失性RAM即使在从存储器移除电力时也可维持其存储器内容。尽管非易失性RAM在不施加电力的情况下就可维持其内容的能力方面具有优势，但常规非易失性RAM具有比易失性RAM慢的读取/写入时间。磁阻随机存取存储器(MRAM)为具有与易失性存储器相当的响应(读取/写入) 时间的非易失性存储器技术。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术相对照，MRAM使用磁性元件。如图IA和图IB中所说明，磁性隧道结(MTJ)存储元件100可由两个磁性层 110和130形成，每一磁性层可保持磁场，由绝缘(隧道势垒)层120分离。所述两个层中的一者(例如固定层110)经设定为特定极性。另一层(例如自由层130)的极性132自由改变以匹配可能施加的外场。自由层130的极性132的改变将改变MTJ存储元件100的电阻。举例来说，当极性对准时(图1A)，存在低电阻状态。当极性未对准时(图1B)，则存在高电阻状态。已简化对MTJ 100的说明，且所属领域的技术人员将了解，所说明的每一层可包含一层或一层以上材料，如此项技术中已知。参看图2A，针对读取操作说明常规MRAM的存储器单元200。单元200包括晶体管 210、位线220、数字线230和字线M0。可通过测量MTJ 100的电阻来读取单元200。举例来说，可通过激活相关联的晶体管210来选择特定MTJ 100，晶体管210可切换从位线220 穿过MTJ 100的电流。归因于隧道磁阻效应，MTJ 100的电阻基于两个磁性层(例如，110、 130)中极性的定向而改变，如上所论述。任何特定MTJ 100内部的电阻可根据电流来确定， 其由自由层的极性导致。常规上，如果固定层Iio和自由层130具有相同极性，则电阻较低且读取“0”。如果固定层110和自由层130具有相反极性，则电阻较高且读取“1”。参看图2B，针对写入操作说明常规MRAM的存储器单元200。MRAM的写入操作为磁性操作。因此，晶体管210在写入操作期间断开。电流经由位线220和数字线230传播以建立磁场250和沈0，其可影响MTJ 100的自由层的极性和因此单元200的逻辑状态。因此，可将数据写入到MTJ 100且存储于MTJ 100中。MRAM具有使其成为通用存储器的候选者的若干所要特性，例如高速度、高密度 (艮P，小的位单元大小)、低功率消耗，以及不随时间降级。然而，MRAM具有缩放性问题。具体来说，随着位单元变小，用于切换存储器状态的磁场增加。因此，电流密度和功率消耗增加以提供较高磁场，因此限制MRAM的缩放性。与常规MRAM不同，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用电子，4在电子通过薄膜(自旋过滤器)时电子变得自旋极化。STT-MRAM还称为自旋转移力矩 RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM(自旋RAM)和自旋动量转移(SMT-RAM)。在写入操作期间，自旋极化的电子将力矩施加到自由层上，其可切换自由层的极性。读取操作类似于常规MRAM，因为将电流用于检测MTJ存储元件的电阻/逻辑状态，如上文所论述。如图3A中所说明，STT-MRAM位单元300包括MTJ 305、晶体管310、位线320和字线330。对于读取和写入操作两者，晶体管310经接通以允许电流流过MTJ 305，使得可读取或写入逻辑状态。参看图3B，说明STT-MRAM单元301的更详细的图，以进一步论述读取/写入操作。 除了先前论述的元件(例如MTJ 305、晶体管310、位线320和字线330)之外，还说明了源极线340、读出放大器350、读取/写入电路360和位线基准370。如上文所论述，STT-MRAM 中的写入操作为电性的。读取/写入电路360在位线320与源极线340之间产生写入电压。 视位线320与源极线340之间的电压极性而定，MTJ 305的自由层的极性可改变，且对应地可将逻辑状态写入到单元301。同样地，在读取操作期间，产生读取电流，其经由MTJ 305在位线320与源极线340之间流动。当准许电流经由晶体管310流动时，可基于位线320与源极线340之间的电压差来确定MTJ 305的电阻(逻辑状态)，将所述电压差与基准370进行比较且接着通过读出放大器350来放大。所属领域的技术人员将了解，存储器单元301的操作和构造在此项技术中是已知的。额外细节提供于例如M. Hosomi等人的“具有自旋转移力矩磁阻磁化开关的新颖的非易失性存储器自旋RAM(A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching :Spin-RAM)" (IEDM 会议的会议录O005))中，其全部内容以引用的方式并入本文中。STT-MRAM的电写入操作消除了归因于MRAM中的磁性写入操作的缩放问题。此夕卜， 对于STT-MRAM来说，电路设计较不复杂。然而，由于读取和写入操作均通过使电流通过MTJ 305来执行，因此存在读取操作干扰存储于MTJ 305中的数据的可能性。举例来说，如果读取电流在量值上类似于或大于写入电流阈值，则存在读取操作可能干扰MTJ 305的逻辑状态且因此使存储器的完整性降级的相当大的可能。
技术实现思路
本专利技术的示范性实施例针对于用于在STT-MRAM中的读取操作期间控制所施加的位线电压的系统、电路和方法。 因此，本专利技术的一实施例包括自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)，其包含位单元，所述位单元具有磁性隧道结(MTJ)和字线晶体管，所述位单元耦合到位线和源极线；以及箝位电路，所述箝位电路耦合到所述位线，所述箝位电路经配置以在所述 STT-MRAM的读取操作期间将所述位线电压箝位到所要电压电平，从而防止所述位线电压超过所述所要电压电平，其中所述所要电压电平小于与所述STT-MRAM的写入操作相关联的写入电压阈值。 本专利技术的另一实施例包括用于读取自旋转移力矩磁阻随机存取存储器 (STT-MRAM)的方法，其包含起始读取操作；激活耦合到正被读取的位单元的位线的箝位电路；以及在所述读取操作期间将位线电压箝位到所要电压电平，其中所述所要电压电平小于与所述STT-MRAM的写入操作相关联的写入电压阈值。本专利技术的另一实施例包括自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)，其包含用于起始具有磁性隧道结(MTJ)和字线晶体管的位单元的读取操作的装置，所述位单元耦合到位线和源极线；以及用于在所述读取操作期间将位线电压箝位到所要电压电平的装置，其中所述所要电压电平小于与所述STT-MRAM的写入操作相关联的写入电压阈本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种自旋转移力矩磁阻随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ），其包含：位单元，其具有磁性隧道结（ＭＴＪ）和字线晶体管，所述位单元耦合到位线和源极线；以及箝位电路，其耦合到所述位线，所述箝位电路经配置以在所述ＳＴＴ－ＭＲＡＭ的读取操作期间将所述位线电压箝位到所要电压电平，以防止所述位线电压超过所述所要电压电平，其中所述所要电压电平小于与所述ＳＴＴ－ＭＲＡＭ的写入操作相关联的写入电压阈值。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨赛森，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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