[发明专利]一种用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路

说明书

技术领域

本发明涉及磁随机存储器技术领域，尤其涉及自旋转力矩磁随机存储器(STT-MRAM：SpinTransferTorqueMagneticRandomAccessMemory)技术领域，具体涉及一种用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路。

背景技术

存储器是电子系统中用于记忆的部件，被用于存储计算机程序和各种数据。随机存储器数据能够进行数据的写入和读取。自旋转移力矩磁随机存储器具备低功耗、低操作电压、高密度、高速度、读写操作次数理论不受限制的优点，有望成为真正意义上的“通用存储器”。

自旋转移力矩磁随机存储器是目前研究最广泛的新型随机存储器，其一般采用一个存储阵列和相应外围电路组成。存储阵列中具有多个存储单元，如图1所示，每个存储单元包括一个磁隧道结(MTJ：MagneticTunnelJunction)M11和一个字线选择晶体管M12。其中磁隧道结M11包括磁矩方向可变的自由层M111、磁矩方向固定的参考层M113以及设置在自由层M111和参考层M113之间的绝缘层M112，字线选择晶体管的一端与参考层M113相连接，自由层M111和参考层M113相对磁矩方向平行或反平行，磁隧道结的隧穿磁阻对应为低电阻(R_P)或高电阻(R_AP)，则可分别代表二进制数据“0”或“1”。

存储器的外围电路主要包括灵敏放大器、译码器、读写控制电路等。自旋转力矩磁随机存储器通过行列选择可以简单方便的操作每个存储单元。自旋转移力矩磁随机存储器通常采用电流写入方式。如图2所示，自旋转移力矩磁随机存储器的写入驱动电路包括写入控制逻辑电路M21、写入驱动电路M22、读写隔离开关M23和列选择开关M24。根据输入数据Input和写使能信号W-enable，产生流过磁隧道结的电流I_write，改变磁隧道结的相对磁化方向。根据输入数据的不同，写入后自由层和参考层的相对磁化方向不同。

参见图3，自旋转力矩磁随机存储器在读工作模式下，预充电式灵敏放大器M320首先把存储位单元位线BL-s和参考位单元位线BL-r充电至相同的电位，因为存储位单元M311的磁隧道结和参考位单元M312的磁隧道结的电阻不同，所以产生不同的读取电流I_read和I_ref，利用电流型灵敏放大器M320，比较I_read和I_ref后输出信号Output，进而判读磁隧道结所存储的数据是0还是l。但为避免影响自旋转力矩磁随机存储器的存储状态，一般读取电流小，因此位线上读取电流为小摆幅信号，即高低电流差值很小，I_read和I_ref电流差值也很小，故要求读取的存储单元信息一定要经过高灵敏度的放大器，经放大后才能输出。当存储位单元MTJ结的相对磁化方向为平行时，MTJ结表现为低电阻，与同为平行态低电阻的参考位单元MTJ结相比，因面积大，电阻小，所以I_read>I_ref，通过电流型灵敏放大器M320的比较和放大，输出Output为数字电平0。当存储用MTJ结的相对磁化方向为反平行时，MTJ结表现为高电阻，与平行态参考用MTJ结相比，电阻大，所以I_read<I_ref，通过电流型灵敏放大器M320的比较和放大，输出Output为数字电平1。

在图3中，由列选信号Columns控制的读取列选开关M333、M334设置在灵敏放大器M320和位单元M312、M312之间，读取列选开关M335、M336设置在位单元M312、M312和地线GND之间，造成灵敏放大器的输入端和地线GND之间的开关器件过多，相应的支路电阻较大，读取电流降低，读取电流的降低一方面降低了灵敏放大器M320的读取速度，另一方面增大了灵敏放大器M320两输入端的不匹配性，使读出的错误率增加。由上可见，由于读取电流降低的影响，降低了电路的读取可靠性。作为自旋磁随机存储器读取的核心电路，传统的读取电路结构无法满足越来越高的可靠性要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路，该用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路能够增大读取电流，进而克服传统读取电路结构读取电流小所造成的匹配性差的缺陷，具有高可靠性。