[發明專利]對地址不對稱NVM單元具有增強的效率的非易失性存儲器

有效

• 申請號: 201110408354.6
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102568579A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: A.奈伊
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G11C16/08
• 分類號: G11C16/08;G11C16/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;盧江

背景技術

非易失性存儲器（NVM）單元在沒有接收到恒定或者持久電源的情況下對存儲的信息進行保持。對于不需要或者不向單元提供恒定功率的電子系統而言，NVM單元可以提供很大的功率節省。用于電子系統的初始化時間也可以經由NVM而減小。例如，在NVM中存儲的指令準備執行并且不需要在初始化過程期間重新創建或者重新加載。

NVM單元通常以數字格式來存儲信息。例如，NVM單元將信息存儲為0或者1。因此，NVM單元通常在反映數字格式的第一狀態和第二狀態之間轉換。所述狀態可以包括電荷狀態（例如，閃速存儲器）或者磁性狀態（例如，自旋力矩轉移磁阻式隨機存取存儲器（STT-RAM））。

通常，STT-MRAM單元包括充當用于信息位的存儲結構的磁性隧道結（MTJ）。使用向MTJ提供驅動電流的NMOS晶體管，MTJ在不同狀態之間進行轉換，其中所述驅動電流改變在MTJ部分內的電子的自旋，使得STT-MRAM單元可以在沒有恒定或者持久電源的擴展時段內以至少兩個不同的磁阻狀態存在。例如，第一狀態可以是0狀態，并且第二狀態是1狀態，使得每個狀態都可以被讀取作為數字位。為將MTJ在兩個狀態之間轉變而所需要的驅動電流量可以是不對稱的。簡言之，用來將MTJ從第二狀態轉變回為第一狀態的驅動電流相比，更大的驅動電流可以用來將MTJ從第一狀態轉變為第二狀態。

在NMOS晶體管MRAM單元中，較高的電流狀態將MTJ和NMOS晶體管置于非最優操作條件。例如，較高的電流狀態可以影響MTJ的可靠性，并且它使NMOS晶體管經歷更高的體效應。因此，兩個組件都同時在次最優狀態或者條件下操作。較高的電流要求也指定了NMOS晶體管的尺寸并且限制了MRAM單元到更小幾何形狀的可縮放性。

發明內容

提供本發明內容以介紹用來實現自旋轉移力矩磁阻式隨機存取存儲器（STT-MRAM）單元的裝置和方法的簡化概念。下面在具體實施方式中對裝置和系統進行更加詳細的描述。本發明內容不旨在標識所要求保護的主題的必要特征，也不旨在用于確定所要求保護的主題的范圍。

STT-MRAM單元是NVM的類型，其使用磁性特性的材料以在不同的磁阻狀態之間轉換。STT-MRAM包括耦合到存取晶體管或者與存取晶體管進行電通信的磁性隧道結。MTJ包括磁性材料，其使得MTJ能夠在兩個不同的磁阻狀態之間轉換。存取晶體管提供驅動電流，其使得MTJ能夠在兩個狀態之間轉換。使用PMOS或者p型晶體管作為存取晶體管減小了用于在兩個不同的磁阻狀態之間轉變的驅動電流不對稱量。

附圖說明

將參考附圖來闡述具體實施方式。在附圖中，參考標號最左邊的（一個或多個）數字標識參考標號首次出現于其中的附圖。在不同附圖中的相同參考標號的使用指示類似或者相同的項目。

圖1是表示根據一個實施例的MRAM單元的示意圖和MRAM裝置的說明。

圖2是表示根據一個實施例的MRAM單元的示意圖。

圖3是表示根據在此描述的方法正向MRAM單元寫入的示意圖。

圖4是表示合并到襯底中的MRAM單元的說明。

圖5是在此描述的方法的流程圖。

具體實施方式

概述

本公開涉及一種STT-MRAM單元，其合并了PMOS或者p型晶體管作為存取晶體管以控制提供給STT-MRAM單元的MTJ或者磁性存儲組件的驅動電流。MTJ基于由PMOS晶體管提供的驅動電流來在兩個磁阻狀態之間轉換。在一個示例中，MTJ需要比從第一狀態轉變為第二狀態所需的電流量更高的電流電平以從第一狀態轉變為第二狀態。

在較高的電流狀態或者轉變下，由于可能對MTJ造成損害的較高的電流電平，MTJ在次最優條件下操作。然而，在較高的電流條件下的PMOS晶體管最低限度地受體效應影響，其依賴于在晶體管源極和襯底之間的電壓差。因此，在MTJ的較高的電流轉變期間，PMOS晶體管以最優狀態或者條件操作。

在較低的電流狀態或者轉變下，MTJ以更加最優的條件操作于可能對MTJ造成損害的較低電流電平。但是，在該示例下，與它在較高的電流狀態下操作時相比，體效應對PMOS晶體管具有更大的影響。因此，PMOS晶體管在MTJ的較低電流轉變期間以次最優狀態或者條件進行操作。

簡言之，通過未使得MRAM單元的組件（MTJ與PMOS晶體管）能夠同時以次最優條件進行操作，使用PMOS晶體管代替NMOS晶體管作為MRAM單元中的存取晶體管允許MRAM單元以更加最優的方式運行。

示例STT-MRAM單元