[發(fā)明專利]一種對MTJ電阻進行篩選的電路

有效

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN109935273B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 夏文斌;戴瑾;劉慧博
• 申請（專利權）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: G11C29/50
• 分類號: G11C29/50
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本發(fā)明公開了一種對MTJ電阻進行篩選的電路，所述篩選電路包括信號控制電路、并行電路、電流鏡和參考電阻單元；所述并行電路至少為二路電路，所述并行電路為所述電流鏡的輔路，所述并行電路與所述信號控制電路連接，根據(jù)所述信號控制電路的控制信號進行電路的開與閉，通過與所述參考電阻單元進行比較，從而控制所述電流鏡的比例，對MTJ電阻進行篩選。本發(fā)明能夠篩選掉與參考電阻太接近的MTJ電阻，提高MRAM的讀正確率。同時，能夠很好地兼容原電路，無需額外的電路設計。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體芯片存儲器領域中的存儲器電路設計，尤其涉及一種對MTJ電阻進行篩選的電路。

背景技術

磁性隨機存儲器(MRAM)是一種新興的非揮發(fā)性存儲技術。它擁有高速的讀寫速度和高集成度，且可以被無限次的重復寫入。MRAM可以像SRAM/DRAM一樣快速隨機讀寫，還可以像Flash閃存一樣在斷電后永久保留數(shù)據(jù)

MRAM具有很好的經(jīng)濟性和性能，它的單位容量占用的硅片面積比SRAM有很大的優(yōu)勢，比在此類芯片中經(jīng)常使用的NOR Flash也有優(yōu)勢，比嵌入式NOR Flash的優(yōu)勢更大。MRAM讀寫時延接近最好的SRAM，功耗則在各種內存和存儲技術最好；而且MRAM與標準CMOS半導體工藝兼容，DRAM以及Flash與標準CMOS半導體工藝不兼容；MRAM還可以和邏輯電路集成到一個芯片中。

MRAM基于MTJ(磁性隧道結)結構。由兩層鐵磁性材料夾著一層非常薄的非鐵磁絕緣材料組成的，如圖1所示：下面的一層鐵磁材料是具有固定磁化方向的參考層，上面的鐵磁材料是可變磁化方向的記憶層，它的磁化方向可以和固定磁化層相平行或反平行。由于量子物理的效應，電流可以穿過中間的隧道勢壘層，但是MTJ的電阻和可變磁化層的磁化方向有關。前一種情況電阻低，后一種情況電阻高。

讀取MRAM的過程就是對MTJ的電阻進行測量。寫MRAM使用比較新的STT-MRAM技術使用比讀更強的電流穿過MTJ進行寫操作。一個自下而上的電流把可變磁化層置成與固定層平行的方向，自上而下的電路把它置成反平行的方向。

在MRAM電路中對MTJ電阻的測量，通常采用電流鏡，使參考電阻與其進行比較，得到MTJ狀態(tài)。此參考電阻可以同為MTJ電阻，也可以為其它電阻。當電流鏡的兩路電流分別通過參考電阻與測MTJ電阻時，會產(chǎn)生對應位置的電壓差，再進行放大信號輸出，可以得到存儲的數(shù)據(jù)。

理想狀態(tài)下MTJ的高阻態(tài)與低阻態(tài)的阻值為定值，如果取兩者平均值作為參考電阻的阻值，可以明確地區(qū)別兩種阻態(tài)。然而在實際生產(chǎn)中，由于各種工藝條件的影響，MTJ的高阻態(tài)與低阻態(tài)均呈正態(tài)分布，如圖2所示。這樣有可能產(chǎn)生某些低阻態(tài)的MTJ阻值非常接近于參考電阻阻值，甚至高于參考電阻阻值，最終讀出的值會有大概率的錯誤。對于高阻態(tài)，同樣存在相似的情況。再者，參考電阻本身也呈正態(tài)分布，也會導致一定的讀錯誤概率。

圖3所示為現(xiàn)有技術MTJ電阻讀取電路圖示意圖，采用電流鏡，其中P0與P1的溝道寬度成比例，使得與Rmtj對比的Rref＝Rref0*Wp0/Wp1.其中，Wp0和Wp1分別為P0與P1的溝道寬度(Width)。

若RmtjRref，V1變小，對V0,V1信號放大可以得到存儲數(shù)據(jù)。對MTJ電阻進行篩選時，如果MTJ電阻與參考電阻太接近會導致讀出錯，V0/V1差別很小時，放大電路無法得到穩(wěn)定地得到正確的狀態(tài)，這種情況在廠線上也無法檢測出來。如果MTJ低阻態(tài)電阻高于參考電阻、高阻態(tài)電阻低于參考電阻時，寫入的狀態(tài)與讀出來的結果完全相反。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種對MTJ電阻進行篩選的電路，通過控制電流鏡比例，等效改變參考電阻，對MTJ電阻進行預篩選，把電阻值接近參考電阻的MTJ電阻預先排除，提高MRAM的讀正確率。