自旋轉移矩存儲器非破壞性自引用讀取方法

2023-07-18 00:41:31

專利名稱：自旋轉移矩存儲器非破壞性自引用讀取方法
自旋轉移矩存儲器非破壞性自引用讀取方法背景普及性計算和手持/通信產業的快速發展引起對大容量非易失性固態數據存儲 器件的爆炸式需求。相信非易失性存儲器，尤其是快閃記憶體，將在2009年之前取代DRAM以佔據 存儲器市場的最大份額。然而，快閃記憶體具有若干缺陷，例如慢存取速度( ms寫和 50-100ns 讀)、有限的使用壽命( IO3-IO4次編程循環)以及片載系統(SoC)方面的集成難度。閃 存(NAND或NOR)在32nm節點及以上也面臨重大的規模化(scaling)難題。磁阻隨機存取存儲器(MRAM)是未來非易失性和通用存儲器的另一種很有前途的 候選。MRAM具有非易失性、快寫/讀速度( IO15次循 環)和零待機功率的特徵。MRAM的基礎組件是磁隧道結(MTJ)。數據存儲是通過在高阻態 和低阻態之間切換MTJ的電阻來實現的。MRAM通過使用電流感應磁場來切換MTJ的磁化從 而切換MTJ電阻。隨著MTJ尺寸縮小，切換磁場振幅增加，且切換變化變得更嚴重。因此， 所引發的高功耗限制了傳統MRAM的規模化。最近，基於自旋極化電流感應磁化切換的新型寫入機制被引入到MRAM設計中。這 種被稱為自旋矩轉移RAM(STRAM)的新型MRAM設計使用流過MTJ的(雙向)電流以實現電 阻切換。因此，STRAM的切換機構是局部約束的，並且相信STRAM具有比傳統MRAM更好的 規模化特性。然而，在STRAM進入生產階段前必須克服許多產量限制因素。一種挑戰是大的MTJ 電阻變化，這以指數方式關聯於其中的氧化物阻擋層的厚度。例如，將氧化物阻擋層厚度從 14埃增加至14. 1埃將使MTJ電阻改變8%。這種大的MTJ電阻變化會在MTJ讀操作中產 生問題。簡要概述本公開涉及自旋轉移矩隨機存取存儲器自引用非破壞性讀取操作以及執行該操 作的裝置。具體地，本公開涉及克服MTJ電阻大量變化的自旋轉移矩隨機存取存儲器自引 用非破壞性讀取操作。一種自引用讀取自旋轉移矩存儲單元的示例性方法包括施加通過磁隧道結數據 單元的第一讀取電流；形成第一位線讀取電壓；並將第一位線讀取電壓存儲在第一電壓存 儲器件中。磁隧道結數據單元具有第一阻態。然後方法包括施加通過具有第一阻態的磁隧 道結數據單元的第二讀取電流；形成第二位線讀取電壓；並將第二位線讀取電壓存儲在第 二電壓存儲器件中。第一讀取電流小於第二讀取電流。然後將存儲的第一位線讀取電壓與 存儲的第二位線讀取電壓比較以判斷磁隧道結數據單元的第一阻態是高阻態還是低阻態。另一種自引用讀取自旋轉移矩存儲單元的示例性方法包括施加通過磁隧道結數 據單元的第一讀取電流；形成第一位線讀取電壓；並將第一位線讀取電壓存儲在第一電容 器中。磁隧道結數據單元具有第一阻態。然後該方法包括施加通過具有第一阻態的磁 隧道結數據單元的第二讀取電流；形成第二位線讀取電壓；並將第二位線讀取電壓存儲在 第二電容器和第三電容器中。第一讀取電流小於第二讀取電流，並且第二電容器和第三電 容器是電氣串聯的。然後將存儲的第一位線讀取電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較。
5如果第一位線讀取電壓基本等於或小於存儲的第二位線讀取電壓，則第一阻態確定為低阻 態。然而，如果第一位線讀取電壓不基本等於或大於存儲的第二位線讀取電壓，則第一阻態 被確定為高阻態。一示例性自旋轉移矩存儲器裝置包括磁隧道結數據單元，該磁隧道結數據單元具 有由氧化物阻擋層分隔的鐵磁體自由層和鐵磁體基準層。磁隧道結數據單元電氣耦合在位 線和源極線之間。磁隧道結數據單元配置成通過使極化寫入電流流過磁隧道結數據單元而 在高阻態和低阻態之間切換。可調電流驅動器電耦合於位線。可調電流驅動器配置成提供 通過磁隧道結數據單元的第一讀取電流和第二讀取電流。第一電壓存儲器件電耦合於位線 並配置成存儲由第一讀取電流形成的第一位線電壓。第二電壓存儲器件電耦合於位線並配 置成存儲由第二讀取電流形成的第二位線電壓，且第三電壓存儲器件電耦合於位線並配置 成存儲由第二讀取電流形成的第二位線電壓。第二電壓存儲器件和第三電壓存儲器件電氣 串聯。差分檢出放大器電耦合於第一電壓存儲器件並還電耦合於第二電壓存儲器件和第三 電壓存儲器件之間的中間節點。差分檢出放大器配置成將第一位線電壓與第二位線電壓比 較。


考慮下面與附圖相結合的本公開的各種實施例的詳細描述，可以更加全面地理解 本發明圖1是處於低阻態的示例性自旋轉移矩MTJ存儲單元的橫截面示意圖；圖2是處於高阻態的另一自旋轉移矩MTJ存儲單元的橫截面示意圖；圖3是自旋轉移矩MTJ存儲單元的靜態R-V(電阻-電壓)曲線圖；圖4是自旋轉移矩MTJ存儲單元的示意性電路圖；圖5是示例性自旋轉移矩MTJ存儲裝置的示意性電路圖；圖6是MTJ高阻態和低阻態的I_R(電流-電阻)曲線圖；圖7是圖5的示例性可調電流驅動器的示意性電路圖；圖8是圖5的示例性差分檢出放大器的示意性電路圖；圖9是圖5的示例性自旋轉移矩MTJ存儲裝置的時序圖；以及圖10是示例性自引用讀取方法的流程圖。各附圖不一定按比例繪製。附圖中使用的相同附圖標記表示相同組件。然而要理 解，指代給定附圖中組件的附圖標記的使用不對其它附圖中用相同附圖標記標示的組件構 成限制。
具體實施例方式在以下說明書中，參照形成說明書的一部分並以示例方式示出若干特定實施例的 一組附圖。要理解，可設想出其它實施例並能不脫離本公開的範圍或精神地作出這些實施 例。因此，下面的詳細說明不應理解為限定的含義。本文提供的定義是為了便於本文頻繁 使用的某些術語的理解並且不旨在限定本公開的範圍。除非另有指定，否則在說明書和權利要求書中使用的表示特徵尺寸、量和物理特 徵的全部數值應當理解為在任何情形下可由術語「大約」作出修正。因此，除非明示相反情形，否則前面說明書和所附權利要求書中闡述的數值參數是近似值，這些近似值能根據由 本領域內技術人員嘗試利用本文披露的教義獲得的要求特性而改變。通過端點對數值範圍的描述包括包容在該範圍內的全部數值(例如1-5包括1、 1. 5、2、2. 75,3,3. 80,4和5)以及該範圍內的任一範圍。如說明書以及所附權利要求書中所使用地，單數形式的「一」、「一個」以及「該」涵 蓋具有複數對象的實施例，除非內容明確地指出相反情形。如說明書和所附權利要求書中 使用的，術語「或」基本用於包括「和/或」的語境中，除非內容明確地指出相反情形。本公開涉及自旋轉移矩存儲裝置和自引用非破壞性讀取機制。具體地說，本公開 涉及非破壞性自引用讀取方法，該方法判斷自旋轉移矩存儲單元是具有高阻態還是低阻態 數據狀態而不幹擾自旋轉移矩存儲單元的最初數據阻態。本文描述的裝置和方法確保能 夠確定自旋轉移矩存儲單元的值，不管存儲器陣列中的自旋轉移矩存儲單元的電阻變化如 何。將第一讀取電流和第二讀取電流下的自旋轉移矩存儲單元的讀取電壓順續存儲並作比 較以檢測自旋轉移矩存儲單元的阻態或數據狀態。保持最初阻態省去了在「破壞性自引用」 讀取方法中需要的「標準值寫入」和「回寫」步驟。破壞性自引用讀取方法在將標準值寫入 自旋轉移矩存儲單元時擦去存儲在自旋轉移矩存儲單元中的最初值。這些破壞性自引用讀 取方法引入非易失性存儲器的可靠性問題，因為如果晶片電源在回寫操作完成前被切斷則 最初存儲的數據值可能丟失。因此，所披露的讀取方法縮短了讀取操作延時並提高了非易 失性數據的可靠性。儘管本公開並非局限於此，然而本公開各個方面的理解可通過下面提 供的示例闡述而獲得。圖1是低阻態下的示例性自旋轉移矩MTJ存儲單元10的橫截面示意圖，而圖2是 高阻態下的另一自旋轉移矩MTJ存儲單元10的橫截面示意圖。磁隧道結(MTJ)存儲單元 10包括鐵磁體自由層12和鐵磁體基準(即限定)層14.鐵磁體自由層12和鐵磁體基準 層14由氧化物阻擋層13或隧道阻擋層分隔。第一電極15與鐵磁體自由層12電接觸，而 第二電極16與鐵磁體基準層14電接觸。鐵磁體層12、14可由例如鐵、鈷、鎳的任何有用鐵 磁(FM)合金製成，並且絕緣阻擋層13可由例如氧化物材料(例如Al2O3或MgO)的電絕緣 材料製成。也可使用其它合適材料。電極15、16將鐵磁體層12、14電連接於提供通過鐵磁體層12、14的讀/寫電流 的控制電路。自旋轉移矩MTJ存儲單元10兩端的電阻由鐵磁體層12、14的磁化矢量的相 對方向或磁化方向確定。鐵磁體基準層14的磁化方向被限定在預定方向而鐵磁體自由層 12的磁化方向在自旋矩影響下是自由旋轉的。鐵磁體基準層14的限定可通過例如與例如 PtMn、IrMn及其它反鐵磁有序材料交換偏置的使用來實現。圖1示出低阻態下的自旋轉移矩MTJ存儲單元10，其中鐵磁體自由層12的磁化方 向與鐵磁體基準層14的磁化方向平行並處於與鐵磁體基準層14的磁化方向相同的方向。 這被稱為低阻態或「0」數據狀態。圖2示出高阻態下的自旋轉移矩MTJ存儲單元10，其中 鐵磁體自由層12的磁化方向與鐵磁體基準層14的磁化方向反平行並處於與鐵磁體基準層 14的磁化方向相反的方向。這被稱為高阻態或「1」數據狀態。當流過MTJ存儲單元10的磁性層的電流變為自旋極化並將自旋矩施加到MTJ 10 的自由層12上時，通過自旋轉移切換阻態並因此切換MTJ存儲單元10的數據狀態。當將 足夠的自旋矩施加於自由層12時，自由層12的磁化方向可在兩相反方向上切換並因此MTJ10可在平行狀態(即低阻態或「0」數據狀態)和反平行狀態(例如高阻態或「1」數據狀 態)之間切換，這取決於電流的方向。示例性自旋轉移矩MTJ存儲單元10可用來構造包含多個MTJ存儲單元的存儲器 件，其中通過改變自由磁性層12相對於限定磁性層14的相對磁化狀態來將數據位存儲在 自旋轉移矩MTJ存儲單元中。可通過測量隨自由層相對於限定的磁性層的磁化方向改變的 單元電阻而讀出存儲的數據位。為使自旋轉移矩MTJ存儲單元10具有非易失性隨機存取 存儲器的特徵，自由層對於隨機波動表現出熱穩定性，因此自由層的方向僅當受到控制而 作出這種改變時才會改變。該熱穩定性可使用不同方法通過磁各向異性而獲得，例如改變 位尺寸、形狀和晶體各向異性。可通過要麼藉助交換要麼藉助磁場磁耦合到其它磁性層來 獲得額外的各向異性。通常來說，各向異性使得軟軸和硬軸形成在薄磁性層中。硬軸和軟 軸是通過沿該方向完全旋轉(飽和)磁化方向所需的通常以磁場形式出現的外部能量的量 級來定義的，其中硬軸需要較高的飽和磁場。圖3是自旋轉移矩MTJ存儲單元的靜態R-V掃描曲線圖。當將正電壓施加在圖1 或圖2的第二電極16上時，MTJ 10進入圖3的正施加電壓區並從高阻態(圖2)切換至低 阻態(圖1)。當將正電壓施加在圖1或圖2的第一電極15上時，MTJ 10進入圖3的負施 加電壓區。MTJ的電阻從低阻態(圖1)切換至高阻態(圖2)。令&和RRl分別表示高和低MTJ電阻。我們將隧道磁阻率(TMR)定義為TMR = ( - )/X。這裡RH，IijPTMR也是通過檢出電流或電壓確定的，如圖3所示。一般來說，大 的TMR使區別MTJ的兩種阻態更為容易。圖4是自旋轉移矩MTJ存儲單元MTJ的示意圖。自旋轉移矩MTJ存儲單元MTJ串 聯地電連接於例如NMOS電晶體的電晶體。自旋轉移矩MTJ存儲單元MTJ的相反側電連接 於位線BL。電晶體電耦合於源極線SL和字線WL。MTJ通常建模為電路示意圖中的可變電 阻器，如圖4所示。一些自旋轉移矩MTJ存儲單元MTJ使用依賴標準基準電壓以讀取MTJ電阻值的檢 出機制。然而，這種檢出機制要求存儲陣列中的所有MTJ在低阻態下的最大位線電壓低於 高阻態下的最小位線電壓，當MTJ電阻變化很大時這可能不為真。圖5是示例性自旋轉移矩MTJ存儲裝置的示意性電路圖。裝置包括磁隧道結數據 單元MTJ，該磁隧道結數據單元MTJ包括如前所述由氧化物阻擋層分隔的鐵磁體自由層和 鐵磁基準層。磁隧道結數據單元電耦合在位線BL和源極線SL之間。磁隧道結數據單元MTJ 配置成通過使極化寫入電流流過磁隧道結數據單元MTJ而在高阻態和低阻態之間切換。單 元電晶體允許讀/寫電流流過磁隧道結數據單元MTJ。單元電晶體的柵極觸點電耦合於字 線WL以允許選擇特定單元電晶體和關聯的磁隧道結數據單元MTJ。可調電流驅動器(圖7示出示例性示意圖)電耦合於位線，可調電流驅動器配置 成提供通過磁隧道結數據元MTJ的第一讀取電流Iki和第二讀取電流Ik2。第一電壓存儲器 件Cl電耦合於位線BL並配置成存儲由第一讀取電流Iki形成的第一位線電壓VBU。第二 電壓存儲器件C2電耦合於位線BL並配置成存儲由第二讀取電流Ik2形成的第二位線電壓 V%2。在許多實施例中，第二電壓存儲器件C2是電耦合於位線BL的第二電壓存儲器件C21 和電耦合於位線BL的第三電壓存儲器件C22，而第二電壓存儲器件C21和第三電壓存儲器 件C22電氣串聯，如圖5所示。在許多實施例中，第一電壓存儲器件Cl、第二電壓存儲器件C21和第三電壓存儲器件C22是電容器。有用的電容器包括例如NM0S/PM0S電容器、MIM電 容器和垂直自然電容器及其它。差分檢出放大器(圖8示出示例性示意圖)電耦合於第一電壓存儲器件Cl並且 電耦合於第二電壓存儲器件C21和第三電壓存儲器件C22之間的中間節點。差分檢出放大 器配置成將第一位線電壓Vbu與第二位線電壓比較。第一開關電晶體STLl電連接於位 線BL和第一電壓存儲器件Cl。第二開關電晶體STL2電連接於位線BL和第二電壓存儲器 件C21和第三電壓存儲器件C22。在許多實施例中，電壓存儲器件是電容器。在許多實施例 中，第二電壓存儲器件C21和第三電壓存儲器件C22是彼此具有大致相同的電容值的電容
ο第一讀取電流IRl被施加並引起相應的BL電壓Vbu，該BL電壓Vbu被存儲在Cl 中。根據MTJ的阻態，Vbu可以是或者是，它們是在Iki TMTJ低阻態或高阻態下 的BL電壓。大於Iki的第二讀取電流Ik2被施加並引起BL電壓V%2，該電壓Vm2被存儲在 C21 和 C22 中。通過用差分檢出放大器比較Vbu和V%2，可讀出MTJ的數據阻態。例如，如果第一 位線讀取電壓Vbu沒有基本等於或大於或明顯大於第二位線讀取電壓V·，則第一阻態被確 定為高阻態。因此，如果第一位線讀取電壓Vbu基本等於或小於第二位線讀取電壓V·，則 第一阻態確定為低阻態。在許多實施例中，如果存儲的第一位線讀取電壓Vbu比存儲的第二位線讀取電壓 大出10%或25%或50%或100%，則第一阻態被確定為高阻態。否則，阻態被確定為低阻態。圖6是MTJ高阻態和低阻態的I-R曲線圖。基準點Ru和L分別在第一讀取電流 Ir1和第二讀取電流Ik2下指向MTJ的低阻值(數據狀態「0」)。基準點和Rh2分別在第一 讀取電流Iki和第二讀取電流Ik2下指向MTJ的高阻值(數據狀態「1」)。值ARuttx指從零 至最大允許讀取電流IemaxMTJ低阻值的變化。值ARmu^g從零至最大允許讀取電流IkmaxMTJ 高阻值的變化。如圖6所示，磁隧道數據單元MTJ在低阻態下的電阻對讀取電流/電壓的變化非 常不靈敏。另一方面，當讀取電流/電壓增大時，磁隧道結數據單元MTJ在高阻態下的電阻 快速下降。從第一讀取電流Iki至第二讀取電流Ik2，高阻值狀態的變化表示為Δ&。從第 一讀取電流Iki至第二讀取電流Ik2，低阻值狀態的變化表示為Δ&。如圖所示，明顯小 於Δ&。已知八&顯著小於提供比較磁隧道結數據單元MTJ兩端的電壓或電阻的手 段以確定它是處於高阻態還是低阻態。在許多實施例中，將Ik2選擇為I·。第一讀取電流Iki小於第二讀取電流。在許 多實施例中，第一讀取電流Iki是第二讀取電流Ik2的40% -60%。在許多實施例中，第一讀 取電流Iki是第二讀取電流Ik2的40% -50%。圖7是示例性可調電流驅動器的示意電路圖。圖8是示例性差分檢出放大器的示 意電路圖。圖9是圖5的示例性自旋轉移矩MTJ存儲裝置的時序圖。在圖9中，水平軸是時間軸。在第一次讀取時，解碼器、第一讀取電流(Iki)和第 一開關電晶體(STLl)全部被激活並且將差分檢出放大器輸出(SA_0UT)指示為存儲在第一 電壓存儲器件中的電壓的結果。第一次讀取、解碼器、第一讀取電流(Iki)、第一開關電晶體
9(STLl)在第二次讀取之前全部被禁用。在第二次讀取時，第二次讀取、解碼器、第二讀取電 流(Ik2)和第二開關電晶體(STU)全部被激活並且將差分檢出放大器輸出(SA_0UT)指示 為存儲在第二電壓存儲器件中的電壓的結果。第二次讀取、解碼器、第二讀取電流(Ik2)、第 二開關電晶體(STU)隨後在差分檢出放大器激活SA啟用前被全部禁用，以便如前所述將 第一位線電壓與第二位線電壓作比較。圖10是示例性自引用讀取方法的流程圖。該方法包括施加通過磁隧道結數據單 元的第一讀取電流並形成第一位線讀取電壓，在框圖Ml該磁隧道結數據單元具有第一阻 態而在框圖M2將第一位線讀取電壓存儲在第一電壓存儲器件中。施加通過第一阻態磁隧 道結數據單元的第二讀取電流以形成第二位線讀取電壓，其中在框圖M3第一讀取電流小 於第二讀取電流而在框圖M4將第二位線讀取電壓存儲在第二電壓存儲器件和第三電壓存 儲器件中。然後在框圖M5將第一位線讀取電壓與第二位線讀取電壓比較以判斷磁隧道結 數據單元的第一阻態是高阻態還是低阻態。比較框圖Cl將第一位線讀取電壓(Vbu)與第二位線讀取電壓(Vbi2)作比較。如果 第一位線讀取電壓(Vbu)大於第二位線讀取電壓(VBd，則在框圖Dl磁隧道結數據單元的 第一阻態是高阻態。如果第一位線讀取電壓(Vbu)不大於第二位線讀取電壓(VBj，則在框 圖D2磁隧道結數據單元的第一阻態是低阻態。比較步驟包括將第一位線讀取電壓與第二位線讀取電壓作比較並且如果第一位 線讀取電壓大於或顯著大於第二位線讀取電壓，則將第一阻態確定為高阻態。因此，如果第 一位線讀取電壓基本等於或小於第二位線讀取電壓，則將第一阻態確定為低阻態。由此，對自旋轉移矩存儲器自引用非破壞性讀取方法的實施例進行了公開。上述 的實現和其他實現落入如下權利要求的範圍內。本領域內技術人員將理解，本公開可通過 這裡公開以外的其它實施例來實現。所披露的實施例以闡述而非限定為目的給出，並且本 發明僅限於下面的權利要求書。
10
權利要求
1.一種非破壞性自引用讀取自旋轉移矩存儲單元的方法，包括施加通過磁隧道結數據單元的第一讀取電流並形成第一位線讀取電壓，所述磁隧道結 數據單元具有第一阻態；將所述第一位線讀取電壓存儲在第一電壓存儲器件中；施加通過具有第一阻態的所述磁隧道結數據單元的第二讀取電流並形成第二位線讀 取電壓，所述第一讀取電流小於第二讀取電流；將所述第二位線讀取電壓存儲在第二電壓存儲器件中；以及將存儲的第一位線讀取電壓與存儲的第二位線讀取電壓比較以判斷所述磁隧道結數 據單元的第一阻態是高阻態還是低阻態。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述存儲步驟包括將第二位線讀取電壓存 儲在第二電壓存儲器件和第三電壓存儲器件中，所述第二電壓存儲器件和第三電壓存儲器 件電氣串聯。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀取 電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較，且如果存儲的第一位線讀取電壓基本等於 或小於 存儲的第二位線讀取電壓，則將所述第一阻態確定為低阻態。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀取 電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較，且如果存儲的第一位線讀取電壓大於或不基本等 於存儲的第二位線讀取電壓，則將所述第一阻態確定為高阻態。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀取 電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較，且如果存儲的第一位線讀取電壓比存儲的第二位 線讀取電壓高出10%，則將所述第一阻態確定為高阻態。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀取 電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較，且如果存儲的第一位線讀取電壓比存儲的第二位 線讀取電壓高出25%，則將所述第一阻態確定為高阻態。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一讀取電流為所述第二讀取電流的 40% -60%。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二讀取電流形成第二位線讀取電壓， 所述第二位線讀取電壓是所述磁隧穿結數據數據單元的低阻態電壓值和高阻態電壓值的 平均值。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二讀取電流是最大讀取電流。
10.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第二電壓存儲器件具有第二電容值而 所述第三電壓存儲器件具有第三電容值，並且所述第二電容值基本等於第三電容值。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀取 電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較並且所述存儲的第二位線讀取電壓是在所述第二 電壓存儲器件和所述第三電壓存儲器件之間電氣連接的中間節點處檢出的。
12.一種自引用讀取自旋轉移矩存儲單元的方法，包括施加通過磁隧道結數據單元的第一讀取電流並形成第一位線讀取電壓，所述磁隧道結 數據單元具有第一阻態；將所述第一位線讀取電壓存儲在第一電容器中；施加通過具有第一阻態的所述磁隧道結數據單元的第二讀取電流並形成第二位線讀 取電壓，所述第一讀取電流小於所述第二讀取電流；將所述第二位線讀取電壓存儲在第二電容器和第三電容器中，所述第二電容器和所述 第三電容器電氣串聯；以及將存儲的第一位線讀取電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較，如果所述第一位線讀 取電壓基本等於或小於存儲的第二位線讀取電壓，則將所述第一阻態確定為低阻態，如果 所述第一位線讀取電壓大於存儲的第二位線讀取電壓，則將所述第一阻態確定為高阻態。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀 取電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較，且如果存儲的第一位線讀取電壓比存儲的第二 位線讀取電壓高出10%，則將所述第一阻態確定為高阻態。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀 取電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較，且如果存儲的第一位線讀取電壓比存儲的第二 位線讀取電壓高出25%，則將所述第一阻態確定為高阻態。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述第二電壓存儲器件具有第二電容值 而所述第三電壓存儲器件具有第三電容值，並且所述第二電容值基本等於所述第三電容 值。
16.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述比較步驟包括將存儲的第一位線讀 取電壓與存儲的第二位線讀取電壓作比較並且所述存儲的第二位線讀取電壓是在所述第 二電壓存儲器件和所述第三電壓存儲器件之間電氣連接的中間節點處檢出的。
17.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述第二讀取電流是最大讀取電流而所 述第一讀取電流是所述第二讀取電流的40% -60%。
18.一種自旋轉移矩存儲裝置，包括磁隧道結數據單元，所述磁隧道結數據單元具有由氧化物阻擋層分隔的鐵磁體自由層 和鐵磁體基準層，所述磁隧道結數據單元電氣連接在位線和源線之間，所述磁隧道結數據 單元配置成通過使極化的寫電流流過所述磁隧道結數據單元而在高阻態和低阻態之間切 換；電耦合於所述位線的可調電流驅動器，所述可調電流驅動器配置成提供通過所述磁隧 道結數據單元的第一讀取電流和第二讀取電流；第一電壓存儲器件，所述第一電壓存儲器件電耦合於位線並配置成存儲由所述第一讀 取電流形成的第一位線電壓；第二電壓存儲器件，所述第二電壓存儲器件電耦合於位線並配置成存儲由所述第二讀 取電流形成的第二位線電壓；第三電壓存儲器件，所述第三電壓存儲器件電耦合於所述位線並配置成存儲由所述第 二讀取電流形成的第二位線電壓，所述第二電壓存儲器件和所述第三電壓存儲器件電氣串 聯；以及差分檢出放大器，所述差分檢出放大器電耦合於所述第一電壓存儲器件並電耦合於在 所述第二電壓存儲器件和所述第三電壓存儲器件之間的中間節點，所述差分檢出放大器配 置成將所述第一位線電壓與所述第二位線電壓作比較。
19.如權利要求18所述的自旋轉移矩存儲裝置，其特徵在於，所述第二電壓存儲器件具有第二電容值而所述第三電壓存儲器件具有第三電容值，並且所述第二電容值基本等於 第三電容值。
20.如權利要求18所述的自旋轉移矩存儲裝置，其特徵在於，所述第一電壓存儲器件 是電容器，所述第二電壓存儲器件是電容器，而所述第三電壓存儲器件是電容器。
全文摘要
描述了一種自旋轉移矩存儲裝置和非破壞性自引用讀取機制。一種自引用讀取自旋轉移矩存儲單元的方法包括施加通過磁性隧道結數據單元的第一讀取電流；形成第一位線讀取電壓；並將第一位線讀取電壓存儲在第一電壓存儲器件中。磁性隧道結數據單元具有第一阻抗狀態。然後該方法包括施加通過具有第一阻態的磁性隧道結數據單元的第二讀取電流；形成第二位線讀取電壓；並將第二位線讀取電壓存儲在第二電壓存儲器件中。第一讀取電流小於第二讀取電流。然後將存儲的第一位線讀取電壓與存儲的第二位線讀取電壓比較以判斷磁隧道結數據單元的第一阻抗狀態是高阻狀態還是低阻狀態。
文檔編號G11C11/16GK102067230SQ200980123599
公開日2011年5月18日 申請日期2009年3月31日 優先權日2008年6月27日
發明者D·季米特洛夫, H·劉, H·李, R·王, Y·陳 申請人:希捷科技有限公司