本发明专利技术揭示用于控制自旋转移力矩磁阻式随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）中的写入操作的系统、电路及方法。通过将源极线（ＳＬ）布置成大体上与字线（ＷＬ）平行且大体上垂直于位线（ＢＬ）来实现缩小的位单元尺寸。另外，在写入操作期间的一个实施例中，将高逻辑／电压电平施加到未选位单元的位线以防止无效写入操作。
【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 旋转移力矩磁阻式随机存取存储器(STT-MRAM)中的写入操作。
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可为独立的装置 或可被集成或嵌入于使用RAM的装置(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、系 统单芯片(SoC)，及如将了解的其它类似装置)内。RAM可为易失性的或非易失性的。一旦 移除功率，易失性RAM便会丢失其所存储的信息。即使在从存储器移除了功率时，非易失性 RAM仍可维持其存储器内容。尽管非易失性RAM在于未施加功率的情况下维持其内容的能 力方面具有优点，但常规的非易失性RAM具有比易失性RAM慢的读取/写入时间。磁阻式随机存取存储器(MRAM)为非易失性存储器技术，其具有与易失性存储器 相当的响应(读取/写入)时间。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术相反，MRAM 使用磁性元件。如图IA及图IB中所说明，磁性隧道结(MTJ)存储元件100可由两个磁性层 110及130形成，其中每一者可保持磁场，由绝缘(隧道势垒)层120将磁性层110与130 分离。将所述两个层中的一者(例如，固定层110)设定为特定极性。另一层(例如，自由 层130)的极性132能够自由改变以匹配于可施加的外部场的极性。自由层130的极性132 的改变将会改变MTJ存储元件100的电阻。举例来说，当对准了极性时(图1A)，存在低电 阻状态。当未对准极性时(图1B)，则存在高电阻状态。已简化MTJ 100的说明，且应了解， 如此项技术中所已知，所说明的每一层可包含一个或一个以上材料层。参看图2A，针对读取操作来说明常规MRAM的存储器单元200。单元200包括 晶体管210、位线220、数字线230及字线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而选择特定MTJ 100，所述晶体管210 可切换来自位线220的通过所述MTJ 100的电流。如上文所论述，归因于隧道磁阻效应 (magnetoresistive effect)，MTJ 100的电阻基于两个磁性层(例如，110、130)中的极性 的定向而改变。任何特定MTJ 100内部的电阻可根据由自由层的极性引起的电流来确定。 按照惯例，如果固定层110及自由层130具有相同极性，则电阻为低且读取“0”。如果固定 层110及自由层130具有相反极性，则电阻为高且读取“ 1 ”。参看图2B，针对写入操作来说明常规MRAM的存储器单元200。MRAM的写入操作为 磁性操作。因此，在写入操作期间晶体管210为断开的。经由位线220及数字线230传播 电流以建立磁场250及沈0，磁场250及260可影响MTJ 100的自由层的极性且因此影响单 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 (即，小的位单元尺寸)、低功率消耗，及随时间流逝无降级。然而，MRAM具有可扩充性问题。 具体来说，随着位单元变小，用于切换存储器状态的磁场增大。因此，电流密度及功率消耗增大以提供较高的磁场，从而限制MRAM的可扩充性。和常规MRAM不同，自旋转移力矩磁阻式随机存取存储器(STT-MRAM)使用电子， 所述电子在通过薄膜(自旋滤波器)时得以自旋极化。STT-MRAM也被称为自旋转移力矩 RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM(Spin-RAM)及自旋动量转移(SMT-RAM)。在写入 操作期间，经自旋极化的电子在自由层上施加力矩，所述力矩可切换自由层的极性。读取操 作与常规MRAM类似之处在于如前述内容中所论述，使用电流来检测MTJ存储元件的电阻 /逻辑状态。如图3A中所说明，STT-MRAM位单元300包括MTJ 305、晶体管310、位线320 及字线330。针对读取操作及写入操作而接通晶体管310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，为了对读取/写入操作的进一步论述，说明STT-MRAM单元301的更详 细的图。除了先前所论述的元件(例如MTJ 305、晶体管310、位线320及字线330)外，说明 了源极线；340、读出放大器350、读取/写入电路360及位线参考(bit line reference) 3700 如上文所论述，STT-MRAM中的写入操作为电操作。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之间的电压的极性而定，可改变MTJ 305的自由层的极性，且对应地可将逻辑状态写入到单元301。同样，在读取操作期间，产生 读取电流，所述读取电流通过MTJ 305在位线320与源极线340之间流动。当准许所述电 流流过晶体管310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)，将所述电压差与参考370相比较且接着由读出放大器350将其放大。应了 解，存储器单元301的操作及构造为此项技术中已知的。举例来说，在M·细见(M. Hosomi) 等人的“具有自旋转移力矩磁阻式磁化切换的新颖的非易失性存储器Spin-RAM(A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching =Spin-RAM) (2005年的IEDM会议论文集)中提供了额外细节，其全部内容以引 用的方式并入本文中。STT-MRAM的电性写入操作消除了归因于MRAM中的磁性写入操作的按比例缩放问 题。另外，对于STT-MRAM来说，电路设计的复杂程度较低。在例如图4A中所说明的STT-MRAM 阵列的常规布置中，源极线(SL)垂直于字线(WL)且与位线(BL)平行。此布置增大用于位 单元阵列的面积且导致大的位单元尺寸。常规布置促进稳定的写入操作。举例来说，在写 入操作期间，针对状态“1”写入(或“1”写入)，对于所选位单元410来说，WL = HjBL = L 且SL = H，且可执行适当的写入操作。如本文中所使用，H表示高电压/逻辑电平，且L表 示低电压/逻辑电平。对于未选位单元420来说JL = H，BL = L且SL = L，且因此在所述 未选位单元上不存在无效的写入操作。然而，虽然在防止无效的写入操作方面有帮助，但常 规布置在每个位单元所使用的面积方面为低效的，因为无法共享线，其导致如图4B中所展 示的用于源极线的额外金属1(例如，如所说明的SL (Ml))。如进一步在图4B的电路布局中 所说明，每一位线(BL)可位于大体上与源极线平行的另一金属层(例如，Mx)上。
技术实现思路
本专利技术的示范性实施例是针对于用于STT-MRAM中的经改进的写入稳定性及缩小 的位单元尺寸的系统、电路及方法。本专利技术的一实施例可包括一种自旋转移力矩磁阻式随机存取存储器(STT-MRAM)，其包含位单元阵列，其具有大体上平行于耦合到第一行位单元的字线的源极线，其中所述 源极线本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自旋转移力矩磁阻式随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ），其包含： 位单元阵列，其具有大体上平行于耦合到第一行位单元的字线的源极线，其中所述源极线大体上垂直于耦合到所述第一行位单元的位线。
【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：金圣克，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。