[發(fā)明專利]一種基于3T-3MTJ存儲(chǔ)單元的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其讀取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110449356.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN113113062B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王超;陸楠楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
• 主分類號(hào): G11C11/22
• 分類號(hào): G11C11/22
• 代理公司: 無錫派爾特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32340
• 代理人: 楊立秋

本發(fā)明公開一種基于3T?3MTJ存儲(chǔ)單元的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其讀取方法，屬于非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域，包括3T?3MTJ存儲(chǔ)單元、邏輯控制電路、多邊選擇電路MUX和靈敏放大器SA。當(dāng)多邊選擇電路MUX選通S0端和S1端時(shí)，NMOS管N3關(guān)斷，靈敏放大器SA將讀出磁性隧道結(jié)M01和M02的存儲(chǔ)信息；當(dāng)多邊選擇電路MUX選通S0端和S2端時(shí)，NMOS管N3導(dǎo)通，靈敏放大器SA通過比較兩邊電流的大小讀出磁性隧道結(jié)M03的存儲(chǔ)信息。由此可見，一個(gè)3T?3MTJ存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)2Bit數(shù)據(jù)；與2T?2MTJ存儲(chǔ)單元相比能夠大幅度提高存儲(chǔ)單元的密度，與1T?1MTJ存儲(chǔ)單元相比具有更高的讀出可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于3T-3MTJ存儲(chǔ)單元的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其讀取方法。

背景技術(shù)

磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器是一種新型的非易失性信息存儲(chǔ)器，具有功耗低、讀寫速度快、可靠性高和兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝等優(yōu)點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷更新的電子產(chǎn)品對(duì)存儲(chǔ)器的性能提出了更高的要求，包括更高的密度、更高的讀寫速度和更低的功耗等。

典型的MRAM存儲(chǔ)單元具有1T-1MTJ和2T-2MTJ兩種單元結(jié)構(gòu)。其中1T-1MTJ存儲(chǔ)單元，其讀取電路需要引入?yún)⒖紗卧?；參考單元通常由幾個(gè)MTJ器件組成，參考單元與數(shù)據(jù)單元之間的阻值窗口比MTJ單元的高低阻值窗口更小，同時(shí)，由于MTJ器件的溫度特性和電壓偏置效應(yīng)，加大了參考單元的設(shè)計(jì)難度和讀取電路的讀出錯(cuò)誤率，影響電路的可靠性。為了解決上述問題，提出了2T-2MTJ的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，采用自參考的形式，單元中的兩個(gè)MTJ器件始終處于相反的存儲(chǔ)狀態(tài)，采用該存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)會(huì)提升存儲(chǔ)器的讀出可靠性，但是用兩個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)互補(bǔ)的單元存儲(chǔ)1Bit數(shù)據(jù)，會(huì)增大存儲(chǔ)陣列的面積。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于3T-3MTJ存儲(chǔ)單元的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其讀取方法，在可靠性和密度上兼顧1T-1MTJ和2T-2MTJ單元結(jié)構(gòu)下的存儲(chǔ)特性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于3T-3MTJ存儲(chǔ)單元的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器，包括3T-3MTJ存儲(chǔ)單元、邏輯控制電路、多邊選擇電路MUX和靈敏放大器SA；

所述多邊選擇電路MUX選擇讀出所述3T-3MTJ存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；

所述的靈敏放大器SA連接所述多邊選擇電路MUX，用于數(shù)據(jù)信號(hào)的放大和讀出；

所述邏輯控制電路分別通過SAE線、SEL線和字線WL連接所述靈敏放大器SA、多邊選擇電路MUX和所述3T-3MTJ存儲(chǔ)單元。

可選的，所述3T-3MTJ存儲(chǔ)單元包括第一1T-1MTJ單元、第二1T-1MTJ單元、第三1T-1MTJ單元，以及NMOS管N3；所述第一1T-1MTJ單元包括NMOS管N0磁性隧道結(jié)M01；所述第二1T-1MTJ單元包括NMOS管N1磁性隧道結(jié)M02；所述第三1T-1MTJ單元包括NMOS管N2磁性隧道結(jié)M03；

所述磁性隧道結(jié)M01的一端連接NMOS管N0的漏端，另一端接多邊選擇電路MUX的S0端；所述磁性隧道結(jié)M02的一端連接NMOS管N1的漏端，另一端接多邊選擇電路MUX的S1端；所述磁性隧道結(jié)M03的一端連接NMOS管N2的漏端，另一端接多邊選擇電路MUX的S2端；

NMOS管N3的源極接多邊選擇電路MUX的S0端，漏極接多邊選擇電路MUX的S1端，柵極連接至所述邏輯控制電路的SE開關(guān)信號(hào)端。

可選的，所述磁性隧道結(jié)M01和M02為參考單元，存儲(chǔ)1Bit的信息；所述磁性隧道結(jié)M03為數(shù)據(jù)單元，存儲(chǔ)1Bit的信息。

可選的，所述NMOS管N0、NMOS管N1和NMOS管N2的柵極均連接字線WL，源極均連接到源線SL，進(jìn)行讀取的時(shí)候源線SL連接到地GND。

本發(fā)明還提供了一種基于3T-3MTJ存儲(chǔ)單元的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀取方法，包括：