[發明專利]偏移消除雙階段感測電路、感測方法及感測裝置

有效

• 申請號: 201480047896.7
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN105745716B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: S-O·鄭;T·那;J·金;J·P·金;S·H·康
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司;延世大學校產學協力團
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;G11C11/16;H03K3/356;H03K3/37;G11C7/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 李小芳

一種偏移消除雙階段感測方法包括在第一階段操作中使用由電阻性存儲器參考單元的參考值生成的第一負載PMOS柵極電壓來感測電阻性存儲器數據單元的數據值。該方法還包括在電阻性存儲器感測電路的第二階段操作中使用由電阻性存儲器數據單元的數據值生成的第二負載PMOS柵極電壓來感測電阻性存儲器參考單元的參考值。通過調整參考單元感測的工作點，偏移消除雙階段感測電路相比于常規感測電路顯著地增大了感測余量。

技術領域

本公開一般涉及磁性隨機存取存儲器(MRAM)。更具體而言，本公開涉及用于自旋轉移矩磁性隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元的感測電路。

背景

與常規的隨機存取存儲器(RAM)芯片技術不同，在磁性RAM(MRAM)中，數據不是作為電荷來存儲的，而是取而代之通過存儲元件的磁極化來存儲。這些存儲元件是從由隧道層分開的兩個鐵磁層形成的。兩個鐵磁層中的一個(被稱為固定層或者釘扎層)具有固定在特定方向上的磁化。另一鐵磁層(被稱為自由層)具有可以被更改的磁化方向，從而當自由層磁化與固定層磁化反向平行時表示“1”或者當自由層磁化與固定層磁化平行時表示“0”，或者反之亦然。具有固定層、隧道層和自由層的一種此類器件是磁性隧道結(MTJ)。MTJ的電阻取決于自由層磁化和固定層磁化是彼此平行還是彼此反向平行。存儲器設備(諸如MRAM)是從可個體尋址的MTJ的陣列構造的。

為了將數據寫入常規MRAM，通過MTJ來施加超過臨界切換電流的寫電流。超過臨界切換電流的寫電流足以改變自由層的磁化方向。當寫電流在第一方向上流動時，MTJ可被置于或者保持在第一狀態，其中其自由層磁化方向和固定層磁化方向在平行取向上對齊。當寫電流在與第一方向相反的第二方向上流動時，MTJ可被置于或者保持在第二狀態，其中其自由層磁化和固定層磁化呈反向平行取向。

為了讀取常規MRAM中的數據，讀電流經由與用于將數據寫入MTJ的電流路徑相同的電流路徑來流經該MTJ。如果MTJ的自由層和固定層的磁化彼此平行地取向，則MTJ所呈現的電阻不同于在自由層和固定層的磁化呈反向平行取向的情況下該MTJ所將呈現的電阻。在常規MRAM中，由MRAM的位單元中的MTJ的兩個不同電阻定義兩種相異的狀態。這兩個不同的電阻表示由該MTJ所存儲的邏輯“0”值和邏輯“1”值。

MRAM是固有可縮放類型的存儲器，因為MTJ臨界切換電流(I_c)隨器件面積線性地縮放。然而，隨著用于寫入MTJ的臨界切換電流減小，用來測量MTJ的電阻以讀取其邏輯狀態(磁化取向)的感測電流也減小以防止讀擾亂。例如，由于工藝變動，用來測量MTJ電阻的感測電流可能超過臨界切換電流并改變正被讀取的MTJ的邏輯狀態。因此，MRAM的縮放增大導致感測余量減小。感測電流減小還可能導致MTJ的切換速度降低。

MTJ的臨界切換電流在切換電流的脈沖寬度減小時急劇增大。可被用來避免讀擾亂的一種技術是施加具有短脈沖寬度的感測電流來讀取MTJ的狀態。例如，可使用小于約10納秒(ns)的感測電流脈沖寬度來避免讀擾亂，因為臨界切換電流對于此類短脈沖電流而言很高。盡管讀脈沖寬度可隨著工藝縮放而減小以避免讀擾亂，但讀脈沖寬度對于正確的感測操作而言具有約3ns的下限。因此，減小感測電流仍將隨著MTJ工藝縮放增大而發生。

簡要概述

根據本公開的一方面的一種感測方法包括在電阻性存儲器感測電路的第一階段操作中使用由電阻性存儲器參考單元的參考值生成的第一負載PMOS柵極電壓來感測電阻性存儲器數據單元的數據值。在電阻性存儲器感測電路的第二階段操作中，該感測方法包括使用由電阻性存儲器數據單元的數據值生成的第二負載PMOS柵極電壓來感測電阻性存儲器參考單元的參考值。

根據本公開的另一方面的感測裝置包括感測放大器電路，其包括耦合在第一輸出節點與第一輸入節點之間的第一開關、以及耦合在第二輸出節點與第二輸入節點之間的第二開關。第一開關和第二開關由感測放大器使能信號控制。