一種用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁隨機(jī)存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(STT-MRAM:Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]存儲(chǔ)器是電子系統(tǒng)中用于記憶的部件，被用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序和各種數(shù)據(jù)。隨機(jī)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀取。自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器具備低功耗、低操作電壓、高密度、高速度、讀寫(xiě)操作次數(shù)理論不受限制的優(yōu)點(diǎn)，有望成為真正意義上的“通用存儲(chǔ)器”。
[0003]自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器是目前研究最廣泛的新型隨機(jī)存儲(chǔ)器，其一般采用一個(gè)存儲(chǔ)陣列和相應(yīng)外圍電路組成。存儲(chǔ)陣列中具有多個(gè)存儲(chǔ)單元，如圖1所示，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括一個(gè)磁隧道結(jié)(MTJ:Magnetic Tunnel Junct1n) Ml I和一個(gè)字線選擇晶體管M12。其中磁隧道結(jié)Mll包括磁矩方向可變的自由層M111、磁矩方向固定的參考層M113以及設(shè)置在自由層Ml 11和參考層Ml 13之間的絕緣層Ml 12，字線選擇晶體管的一端與參考層Ml 13相連接，自由層Mlll和參考層M113相對(duì)磁矩方向平行或反平行，磁隧道結(jié)的隧穿磁阻對(duì)應(yīng)為低電阻(Rp)或高電阻(Rap)，則可分別代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)“O”或“I”。
[0004]存儲(chǔ)器的外圍電路主要包括靈敏放大器、譯碼器、讀寫(xiě)控制電路等。自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器通過(guò)行列選擇可以簡(jiǎn)單方便的操作每個(gè)存儲(chǔ)單元。自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器通常采用電流寫(xiě)入方式。如圖2所示，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路包括寫(xiě)入控制邏輯電路M21、寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路M22、讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M23和列選擇開(kāi)關(guān)M24。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)Input和寫(xiě)使能信號(hào)W-enable，產(chǎn)生流過(guò)磁隧道結(jié)的電流Iwite,改變磁隧道結(jié)的相對(duì)磁化方向。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的不同，寫(xiě)入后自由層和參考層的相對(duì)磁化方向不同。
[0005]參見(jiàn)圖3，自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器在讀工作模式下，預(yù)充電式靈敏放大器M320首先把存儲(chǔ)位單元位線BL-s和參考位單元位線BL-r充電至相同的電位，因?yàn)榇鎯?chǔ)位單元M311的磁隧道結(jié)和參考位單元M312的磁隧道結(jié)的電阻不同，所以產(chǎn)生不同的讀取電流I?ad和Iref，利用電流型靈敏放大器M320，比較Iraad和I ref后輸出信號(hào)OlltpUt，進(jìn)而判讀磁隧道結(jié)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是O還是I。但為避免影響自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)狀態(tài)，一般讀取電流小，因此位線上讀取電流為小擺幅信號(hào)，即高低電流差值很小，I…電流差值也很小，故要求讀取的存儲(chǔ)單元信息一定要經(jīng)過(guò)高靈敏度的放大器，經(jīng)放大后才能輸出。當(dāng)存儲(chǔ)位單元MTJ結(jié)的相對(duì)磁化方向?yàn)槠叫袝r(shí)，MTJ結(jié)表現(xiàn)為低電阻，與同為平行態(tài)低電阻的參考位單元MTJ結(jié)相比，因面積大，電阻小，所以IraadMref，通過(guò)電流型靈敏放大器Μ320的比較和放大，輸出Output為數(shù)字電平O。當(dāng)存儲(chǔ)用MTJ結(jié)的相對(duì)磁化方向?yàn)榉雌叫袝r(shí)，MTJ結(jié)表現(xiàn)為高電阻，與平行態(tài)參考用MTJ結(jié)相比，電阻大，所以Iraad〈I?f，通過(guò)電流型靈敏放大器M320的比較和放大，輸出Output為數(shù)字電平I。
[0006]在圖3中，由列選信號(hào)Columns控制的讀取列選開(kāi)關(guān)M333、M334設(shè)置在靈敏放大器M320和位單元M312、M312之間，讀取列選開(kāi)關(guān)M335、M336設(shè)置在位單元M312、M312和地線GND之間，造成靈敏放大器的輸入端和地線GND之間的開(kāi)關(guān)器件過(guò)多，相應(yīng)的支路電阻較大，讀取電流降低，讀取電流的降低一方面降低了靈敏放大器M320的讀取速度，另一方面增大了靈敏放大器M320兩輸入端的不匹配性，使讀出的錯(cuò)誤率增加。由上可見(jiàn)，由于讀取電流降低的影響，降低了電路的讀取可靠性。作為自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取的核心電路，傳統(tǒng)的讀取電路結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足越來(lái)越高的可靠性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路，該用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路能夠增大讀取電流，進(jìn)而克服傳統(tǒng)讀取電路結(jié)構(gòu)讀取電流小所造成的匹配性差的缺陷，具有高可靠性。
[0008]本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路，其與寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路相連接且連接于存儲(chǔ)位單元兩端，包括讀取列選開(kāi)關(guān)、靈敏放大器、讀使能開(kāi)關(guān)、讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)連接于寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)位單元之間；
[0009]所述讀使能開(kāi)關(guān)包括第一讀使能開(kāi)關(guān)和第二讀使能開(kāi)關(guān)，所述第一讀使能開(kāi)關(guān)連接于所述靈敏放大器的輸入端和存儲(chǔ)位單元之間，所述第二讀使能開(kāi)關(guān)連接于所述地線和存儲(chǔ)位單元之間；
[0010]所述讀取列選開(kāi)關(guān)連接于所述靈敏放大器的輸出端。
[0011]優(yōu)選地，所述讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)包括第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)、第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)和第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)；
[0012]所述讀取列選開(kāi)關(guān)、第一讀使能開(kāi)關(guān)、第二讀使能開(kāi)關(guān)、第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)和第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)均為MOSFET管；
[0013]所述第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)為一與門，所述第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的一個(gè)輸入端連接寫(xiě)入列選信號(hào)線，所述第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的另一個(gè)輸入端連接寫(xiě)使能信號(hào)線，所述第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的輸出端連接使能信號(hào)線；
[0014]所述第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的漏極連接寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路，所述第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的源極連接存儲(chǔ)位單元，所述第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的柵極連接使能信號(hào)線；
[0015]所述第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的漏極連接寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路，所述第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的源極連接存儲(chǔ)位單元，所述第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的柵極連接使能信號(hào)線；
[0016]所述第一讀使能開(kāi)關(guān)的源極連接存儲(chǔ)位單元，所述第一讀使能開(kāi)關(guān)的漏極連接靈敏放大器的輸入端，所述第一讀使能開(kāi)關(guān)的柵極連接讀使能信號(hào)線；
[0017]所述第二讀使能開(kāi)關(guān)的源極接地線，所述第二讀使能開(kāi)關(guān)的漏極連接存儲(chǔ)位單元，所述第二讀使能開(kāi)關(guān)的柵極連接讀使能信號(hào)線；
[0018]所述讀取列選開(kāi)關(guān)的源極連接靈敏放大器的輸出端，所述讀取列選開(kāi)關(guān)的漏極連接數(shù)據(jù)輸出線，所述讀取列選開(kāi)關(guān)的第三端連接讀取列選信號(hào)線。
[0019]所述存儲(chǔ)位單元包括一磁隧道結(jié)以及與所述磁隧道結(jié)的參考層相連接的字線選擇晶體管；
[0020]所述第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的源極與所述存儲(chǔ)位單元中磁隧道結(jié)的自由層相連接，所述第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)的源極與所述存儲(chǔ)位單元中字線選擇晶體管相連接；
[0021]所述第一讀使能開(kāi)關(guān)的源極與存儲(chǔ)位單元中磁隧道結(jié)的自由層相連接，所述第二讀使能開(kāi)關(guān)的漏極與存儲(chǔ)位單元中字線選擇晶體管相連接。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:相較于傳統(tǒng)讀取電路將讀使能開(kāi)關(guān)、讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)、讀取列選開(kāi)關(guān)都連接在在靈敏放大器的輸入端和地線之間的讀取支路上，該用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路中，將讀取列選開(kāi)關(guān)連接在靈敏放大器的輸出端，即減少了靈敏放大器讀取支路上的開(kāi)關(guān)器件，則靈敏放大器輸入端與地線之間的等效電阻相應(yīng)減小，靈敏放大器的讀取電流提高，從而提高了靈敏放大器兩輸入端的匹配性，提高了自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀取可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器位單元的示意圖。
[0024]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器位單元的寫(xiě)入電路圖。
[0025]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器位單元的讀取短路圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的電路圖。
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中自旋轉(zhuǎn)力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器多位單元的讀取電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0029]如圖4所示，本實(shí)施例中的用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路，與寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路M22相連接且連接于存儲(chǔ)位單元M440兩端。
[0030]該用于提高自旋磁隨機(jī)存儲(chǔ)器讀取可靠性的電路包括讀取列選開(kāi)關(guān)M410、靈敏放大器M420、讀使能開(kāi)關(guān)、讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)。其中存儲(chǔ)位單元M440包括一磁隧道結(jié)以及與所述磁隧道結(jié)的參考層相連接的字線選擇晶體管，磁隧道結(jié)則采用現(xiàn)有技術(shù)中的磁隧道結(jié)，該磁隧道結(jié)同樣包括自由層、參考層和絕緣層。
[0031]本實(shí)施例中，讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)包括第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M451、第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M452和第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M453。
[0032]讀取列選開(kāi)關(guān)M410、第一讀使能開(kāi)關(guān)M431、第二讀使能開(kāi)關(guān)M432、第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M452和第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M453均采用MOSFET管；
[0033]第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M451為一與門，第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M451的一個(gè)輸入端連接寫(xiě)入列選信號(hào)線，第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M451的另一個(gè)輸入端連接寫(xiě)使能信號(hào)線，第一讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M451的輸出端連接使能信號(hào)線。
[0034]第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M452的漏極連接寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路M22，第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M452的源極連接存儲(chǔ)位單元M440中磁隧道結(jié)的自由層，第二讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M452的柵極連接使能信號(hào)線。
[0035]第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M453的漏極連接寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電路M22，第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M453的源極連接存儲(chǔ)位單元M440中字線選擇晶體管，第三讀寫(xiě)隔離開(kāi)關(guān)M453的柵極連接使能信號(hào)線。
[0036]讀使能開(kāi)關(guān)包括第一讀使能開(kāi)關(guān)M431和第二讀使能開(kāi)關(guān)M432。
[0037]第一讀使能開(kāi)關(guān)M431的源極連接存儲(chǔ)位單元M440中磁隧道結(jié)的自由層，第一讀使能開(kāi)關(guān)M431的漏極連接靈敏放大器M420的輸入端，第一讀使能開(kāi)關(guān)M431的柵極連接讀使能信號(hào)線。
[0038]第二讀使能開(kāi)關(guān)M432的源極接地線GND，第二讀使能開(kāi)關(guān)M432的漏極