[发明专利]用于读取电阻式存储器的恒定感测电流

说明书

系统和方法涉及提供恒定感测电流以用于读取电阻式存储器元件(228)。负载电压生成器(202)基于配置成供应不随工艺‑电压‑温度变化而变化的恒定电流的电流镜(206)来提供负载电压。数据电压基于所生成的负载电压、通过使从恒定电流镜像的感测电流通过电阻式存储器元件来生成。参考电压也基于所生成的负载电压并且通过使从恒定电流镜像的参考电流通过参考单元(230、231)来生成。存储在电阻式存储器元件中的逻辑值基于数据电压与参考电压的比较来确定，其中该确定不受工艺‑电压‑温度变化的影响。

公开领域

所公开的各方面涉及提供用于读取或感测存储在电阻式存储器位单元中的数据的恒定感测电流，其中该恒定感测电流不随工艺-电压-温度(PVT)变化而变化。

背景

存储器设备常规地包括各自存储数据位的位单元阵列。每个数据位可表示逻辑零(“0”)或逻辑一(“1”)，其可对应于该位单元的状态。在所选择的位单元的读操作期间，接近于地的电压电平可表示“0”而相对较高的电压电平可表示“1”。位线耦合至存储器阵列中的各个位单元并且这些位线将这些位单元耦合至在写/读操作中使用的其他组件。

磁阻式随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性存储器技术，其中数据是基于位单元的磁化极性来存储的。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术形成对比，MRAM使用磁性元件。常规用于MRAM技术的存储元件或位单元的磁隧道结(MTJ)可由两个各自能保持磁矩的、由绝缘(隧道势垒)层分开的磁层形成。常规地，固定层被设置成特定极性。自由层的极性自由地改变以匹配可能被施加的外部磁场的极性。自由层极性的改变将改变MTJ位单元的电阻。例如，当磁化极性是对准或者“平行”时，存在低阻态(R_L)，其对应于逻辑“0”。当磁化极性没有对准或者“反平行”时，存在高阻态(R_H)，其对应于逻辑“1”。

由此，在磁阻式随机存取存储器(MRAM)中，每个位单元(例如，MTJ位单元)具有基于位单元表示逻辑零(“0”)还是逻辑一(“1”)的电阻值。具体地，位单元的电阻(R_data)与存储在该位单元中的数据相关。

由此，为了写入逻辑“0”或逻辑“1”，对应的写电流通过MTJ位单元以实现对应的自由层和固定层对准，或者换言之以将MTJ位单元编程为对应的阻态。

为了读取位单元，感测电流通过该位单元并且跨电阻R_data产生的电压V_data随后与参考电压V_ref相比较。如果V_data相对于V_ref为高，则该位单元被确定为其中存储有逻辑“1”。如果V_data相对于V_ref为低，则该位单元被确定为其中存储有逻辑“0”。跨位单元的电压V_data与参考电压V_ref之差(差分电压ΔV＝V_data–V_ref)因此被用来指示存储在该位单元中的逻辑状态。感测裕量一般指代为了正确地将存储在位单元中的值分别读取为“1”或“0”，ΔV必须被正确地感测为正或负的量。

对于读操作，感测电流需要比用于写入位单元的写电流小，以确保存储在该位单元中的数据在读操作期间不会被无意地翻转或者重新编程。如果读操作导致对存储在位单元中的逻辑值的不期望改变，则这种情景被称为读扰乱。

钳位晶体管(例如，n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管)可被用来驱动感测电流通过位单元。钳位晶体管的栅极电压(或钳位电压_{VG_clamp})被调节或者控制以改变针对读操作通过位单元的感测电流的量。将钳位电压_{G_clamp}维持为低值以保持感测电流为低、以避免读扰乱可能是合乎期望的。