[发明专利]磁阻式随机存取存储器

说明书

本发明公开一种磁阻式随机存取存储器。该磁阻式随机存取存储器中每一存储器单元包含两非易失性存储单元、三个N型晶体管，和三个P型晶体管。每一N型晶体管并联于相对应P型晶体管。通过N型晶体管和P型晶体管的并联结构所组成的传输门可在写入操作中提供双向电流以避免产生源极退化。

技术领域

本发明涉及一种磁阻式随机存取存储器，尤其涉及一种能避免源极退化以提高写入速度和降低写入电压的自旋转移矩磁阻式随机存取存储器。

背景技术

相较于以传统的电荷来存储位信息的存储器，磁阻式随机存取存储器(magnetoresistive random-access memory，MRAM)以磁性阻抗效果来进行数据的存储，其具备高速数据传输、密度高、体积轻、低耗电及耐撞击等优点，因此特别适合应用于高阶的便携式电子产品。

自旋转矩移转(spin torque transfer，STT)是MRAM的一种操作形式，其使用多层薄膜结构的(magnetic tunnel junction，MTJ)结构来作为存储单元，利用电子的自旋来产生力矩，进而通过改变各薄膜的磁化方向来存储不同数据。

图1A和图1B为现有技术中一种自旋转移矩磁阻式随机存取存储器(STT MRAM)100的示意图。自旋转移矩磁阻式随机存取存储器100包含一存储器单元10、位线BL1和BL2、一字线WL，以及一源线SL。现有技术的存储器单元10采用3T2M架构，也就是包含三个N型晶体管N1-N3和两个非易失性存储单元MTJ1和MTJ2。在进行平行(parallel)状态和反平行(anti-parallel)状态的写入操作时，写入电流I_W皆由N型晶体管N1-P3来提供。N型晶体管N1-P3的载子为负电子，当电子从N型晶体管的源极端流向漏极端时，会提供从漏极端流向源极端的正电流。

图1A为现有技术存储器单元10将其存储单元写入至平行状态下时相关操作的示意图。在将存储单元MTJ1写入至平行状态时，位线BL1会被偏压至一正电位VDD(例如0.8V)，源线SL会被偏压至一接地电位(例如0V)，而位线BL2为浮接，此时写入电流I_W会从位线BL1流至源线SL，如图1A中的虚线箭头所示。现有技术的自旋转移矩磁阻式随机存取存储器100在进行平行状态的写入操作时，存储单元MTJ1位于N型晶体管N1-N3的漏极端，因此不会对N型晶体管N1-N3造成源极退化(source degeneration)。

图1B为现有技术存储器单元10将其存储单元写入至反平行状态下时相关操作的示意图。在将存储单元MTJ1写入至反平行状态时，位线BL1会被偏压至接地电位(例如0V)，源线SL会被偏压至正电位VDD(例如0.8V)，而位线BL2为浮接，此时写入电流I_W会从源线SL流至位线BL1，如图1B中的虚线箭头所示。现有技术的自旋转移矩磁阻式随机存取存储器100在进行反平行状态的写入操作时，存储单元MTJ1位于N型晶体管N1-N3的源极端，其跨压会降低N型晶体管N1-N3的栅极-源极电压，进而造成源极退化而使写入电流I_W变小。

如前所述，在同样偏压条件下，现有技术的自旋转移矩磁阻式随机存取存储器100会因源极退化而降低将存储单元写入至反平行状态时的速度，若要针对反平行状态维持高写入速度需提高写入电压。因此，需要一种能避免源极退化以提高写入速度和降低写入电压的自旋转移矩磁阻式随机存取存储器。

发明内容