[发明专利]磁性隧道结读取电路、装置以及读取磁性隧道结的方法

说明书

所公开的MTJ读取电路包括耦合到读取路径的电流导引元件。在电流导引元件的第一节点处，保持成比例的较大电流以满足可靠的电压或电流感测的要求。在电流导引元件的第二节点处，保持成比例的较小电流，该较小电流流过MTJ结构。第一节点处的电流与第二节点处的电流成比例，从而对第一节点处的电流进行感测推断出第二节点处的电流，第二节点处的电流受MTJ电阻值的影响。本申请的实施例还涉及磁性隧道结读取电路、装置以及读取磁性隧道结的方法。

技术领域

本申请的实施例涉及磁性隧道结读取电路、装置以及读取磁性隧道结的方法

背景技术

磁阻随机存取存储器(“MRAM”)是有前途的非易失性数据存储技术。MRAM存储单元(或“位”)的核心是磁性隧道结(“MTJ”)，其中，介电层夹在磁性固定层(“参考层”)与磁性自由层(“自由层”)之间，该磁性自由层的磁化极性可以改变。由于隧道磁阻效应，参考层和自由层之间的电阻值随着自由层中的磁化极性切换而改变。平行磁化(“P状态”)导致较低的电阻，而反平行磁化(“AP状态”)导致较高的电阻。电阻值的两个状态被认为是存储在MRAM单元中的两个逻辑状态“1”或“0”。

在自旋转移扭矩(“STI”)MRAM(“STT-MRAM”)单元中，施加穿过整个MTJ(即，参考层、介电层和自由层)的写入电流，其通过自旋转移扭矩效应对自由层的磁化极性进行设置。也就是说，写入电流通过与MRAM的读取路径相同的路径。在自旋轨道扭矩(“SOT”)MRAM(“SOT-MRAM”)单元中，MTJ结构以大的自旋轨道相互作用定位在重金属层上。自由层与重金属层直接接触。自旋扭矩由在自旋轨道耦合效应下通过重金属层注入的面内电流引起，该自旋轨道耦合效应通常包括Rashba效应或者自旋霍尔效应(“SHE效应”)中的一个或多个。

对MTJ电阻进行读取是检测MTJ的状态(即，P状态或者AP状态)的基本方式，并且因此推断存储在MRAM单元中的信息。然而，在对MTJ进行读取时，读取电流可能引起MTJ的自由层的磁化的切换，从而破坏所存储的信息，这是一种称为“读取干扰”的现象。读取电流越大，重写所存储的信息的概率(“读取干扰率”)越大。由于MTJ的读取、写入和保持特性是相互纠缠的，因此优化MTJ以包含读取干扰问题通常牺牲了MTJ的写入性能。

发明内容

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种磁性隧道结读取电路，包括：磁性隧道结(MTJ)结构；以及第一电流导引元件，第一电流导引元件具有第一节点和第二节点，并且被配置为具有第一节点处的第一电流，在第一节点处的第一电流成比例地大于在第二节点处的第二电流，第一节点通过感测路径耦合到感测元件，并且第二节点被耦合到包括磁性隧道结结构的读取路径。

根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种磁性隧道结读取装置，包括：存储器单元，存储器单元包括磁性隧道结单元，磁性隧道结单元具有参考层、自由层和隧道势垒层，隧道势垒层夹在参考层与自由层之间，存储器单元将逻辑状态存储为自由层的磁化取向；电流导引器件，电流导引器件被配置为使得第一电流能够流过磁性隧道结并且使得第二电流能够被导引远离磁性隧道结，第二电流与第一电流成比例；以及感测放大器，感测放大器被配置为基于第二电流来确定存储在存储器单元中的逻辑状态。

根据本申请实施例的又一个方面，提供了一种读取磁性隧道结的方法，包括：使第一电流能够通过电流导引单元的第一节点流过磁性隧道结器件；以及基于电流导引单元的第二节点处的第二电流来确定磁性隧道结器件的磁化状态，第二节点在第一节点上具有大于1的电流增益。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可以最佳地理解本公开的各个方面。在附图中，除非上下文另外说明，否则相同的附图标记表示相似的元件或动作。图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。

图1-图8是示例性MTJ读取电路。

图9是另一示例性工艺。

具体实施方式