[发明专利]用于自旋转移力矩磁阻随机存取存储器的读取干扰减少电路

说明书

根据35 U.S.C.§119主张优先权

本专利申请案主张2007年3月6日申请的标题为“用于自旋转移力矩磁阻随机存 取存储器的读取干扰减少电路(READ DISTURB REDUCTION CIRCUIT FOR SPIN TRANSFER TORQUE MAGNETORESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY)”的第 60/893,229号临时申请案的优先权，所述临时申请案转让给本案受让人，且在此以引用 的方式明确地并入本文中。

技术领域

本发明的实施例涉及随机存取存储器(RAM)。更具体来说，本发明的实施例涉及 自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)中的读取电流控制。

背景技术

随机存取存储器(RAM)是现代数字架构的普遍存在的组件。RAM可以是独立的 装置，或者可集成或嵌入在使用RAM的装置内，所述装置例如为微处理器、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可以是易失性的或非易失性的。易失性RAM只要在电力被移除时便会丢 失其存储的信息。非易失性RAM即使在电力被从存储器移除时也可维持其存储器内容。 虽然非易失性RAM在不被供应电力的情况下维持其内容的能力方面具有优点，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)是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。与在电荷或电流流动时存储数据的常规RAM技术相比， MRAM使用磁性元件。如图1A和1B中说明，磁性隧道结(MTJ)存储元件100可由 由绝缘(隧道势垒)层120分离的两个磁性层110和130形成，每一磁性层可保持一磁 场。所述两个层中的一者(例如，固定层110)被设定为特定极性。另一层(例如，自 由层130)的极性132自由地改变以与可施加的外部场的极性匹配。自由层130的极性 132的改变将使MTJ存储元件100的电阻改变。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。MTJ 100的图解为了说 明已被简化，且所属领域的技术人员将了解，所说明的每一层可包括一个或一个以上材 料层。

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包含晶体 管210、位线220、数字线230和字线240。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，所述晶体管210可切 换来自穿过MTJ 100的位线220的电流。由于隧道磁阻效应，MTJ 100的电阻基于所述 两个磁性层(例如，110、130)中的极性的定向而改变，如上文论述。任何特定MTJ 100 内的电阻均可根据由自由层的极性引起的电流来确定。常规上，如果固定层110和自由 层1 30具有相同极性，那么电阻为低，且读取“0”。如果固定层110和自由层130具有 相反极性，那么电阻较高，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 是磁性操作。因此，晶体管210在写入操作期间断开。电流传播经过位线220和数字线 230以建立磁场250和260，所述磁场可影响MTJ 100的自由层的极性，且因此影响单 元200的逻辑状态。因此，数据可写入到MTJ 100且存储在其中。

MRAM具有若干使得其成为通用存储器的候选的合意特性，例如高速度、高密度 (即，小的位单元大小)、低功率消耗和不会随着时间而降级。然而，MRAM具有可缩放 性问题。具体来说，随着位单元变得较小，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的磁场，因此限制了MRAM的可缩放性。