CN102067230B - 自旋转移矩存储器非破坏性自引用读取方法 - Google Patents

自旋转移矩存储器非破坏性自引用读取方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种自旋转移矩存储装置和非破坏性自引用读取机制。一种自引用读取自旋转移矩存储单元的方法包括：施加通过磁性隧道结数据单元的第一读取电流；形成第一位线读取电压；并将第一位线读取电压存储在第一电压存储器件中。磁性隧道结数据单元具有第一阻抗状态。然后该方法包括：施加通过具有第一阻态的磁性隧道结数据单元的第二读取电流；形成第二位线读取电压；并将第二位线读取电压存储在第二电压存储器件中。第一读取电流小于第二读取电流。然后将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压比较以判断磁隧道结数据单元的第一阻抗状态是高阻状态还是低阻状态。

Description

自旋转移矩存储器非破坏性自引用读取方法
背景
普及性计算和手持/通信产业的快速发展引起对大容量非易失性固态数据存储器件的爆炸式需求。相信非易失性存储器，尤其是闪存，将在2009年之前取代DRAM以占据存储器市场的最大份额。然而，闪存具有若干缺陷，例如慢存取速度(～ms写和～50-100ns读)、有限的使用寿命(～103-104次编程循环)以及片载系统(SoC)方面的集成难度。闪存(NAND或NOR)在32nm节点及以上也面临重大的规模化(scaling)难题。
磁阻随机存取存储器(MRAM)是未来非易失性和通用存储器的另一种很有前途的候选。MRAM具有非易失性、快写/读速度(＜10ns)、几乎无限的编程寿命(＞1015次循环)和零待机功率的特征。MRAM的基础组件是磁隧道结(MTJ)。数据存储是通过在高阻态和低阻态之间切换MTJ的电阻来实现的。MRAM通过使用电流感应磁场来切换MTJ的磁化从而切换MTJ电阻。随着MTJ尺寸缩小，切换磁场振幅增加，且切换变化变得更严重。因此，所引发的高功耗限制了传统MRAM的规模化。
最近，基于自旋极化电流感应磁化切换的新型写入机制被引入到MRAM设计中。这种被称为自旋矩转移RAM(STRAM)的新型MRAM设计使用流过MTJ的(双向)电流以实现电阻切换。因此，STRAM的切换机构是局部约束的，并且相信STRAM具有比传统MRAM更好的规模化特性。
然而，在STRAM进入生产阶段前必须克服许多产量限制因素。一种挑战是大的MTJ电阻变化，这以指数方式关联于其中的氧化物阻挡层的厚度。例如，将氧化物阻挡层厚度从14埃增加至14.1埃将使MTJ电阻改变8％。这种大的MTJ电阻变化会在MTJ读操作中产生问题。
简要概述
本公开涉及自旋转移矩随机存取存储器自引用非破坏性读取操作以及执行该操作的装置。具体地，本公开涉及克服MTJ电阻大量变化的自旋转移矩随机存取存储器自引用非破坏性读取操作。
一种自引用读取自旋转移矩存储单元的示例性方法包括：施加通过磁隧道结数据单元的第一读取电流；形成第一位线读取电压；并将第一位线读取电压存储在第一电压存储器件中。磁隧道结数据单元具有第一阻态。然后方法包括：施加通过具有第一阻态的磁隧道结数据单元的第二读取电流；形成第二位线读取电压；并将第二位线读取电压存储在第二电压存储器件中。第一读取电流小于第二读取电流。然后将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压比较以判断磁隧道结数据单元的第一阻态是高阻态还是低阻态。
另一种自引用读取自旋转移矩存储单元的示例性方法包括：施加通过磁隧道结数据单元的第一读取电流；形成第一位线读取电压；并将第一位线读取电压存储在第一电容器中。磁隧道结数据单元具有第一阻态。然后该方法包括：施加通过具有第一阻态的磁隧道结数据单元的第二读取电流；形成第二位线读取电压；并将第二位线读取电压存储在第二电容器和第三电容器中。第一读取电流小于第二读取电流，并且第二电容器和第三电容器是电气串联的。然后将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压作比较。如果第一位线读取电压基本等于或小于存储的第二位线读取电压，则第一阻态确定为低阻态。然而，如果第一位线读取电压不基本等于或大于存储的第二位线读取电压，则第一阻态被确定为高阻态。
一示例性自旋转移矩存储器装置包括磁隧道结数据单元，该磁隧道结数据单元具有由氧化物阻挡层分隔的铁磁体自由层和铁磁体基准层。磁隧道结数据单元电气耦合在位线和源极线之间。磁隧道结数据单元配置成通过使极化写入电流流过磁隧道结数据单元而在高阻态和低阻态之间切换。可调电流驱动器电耦合于位线。可调电流驱动器配置成提供通过磁隧道结数据单元的第一读取电流和第二读取电流。第一电压存储器件电耦合于位线并配置成存储由第一读取电流形成的第一位线电压。第二电压存储器件电耦合于位线并配置成存储由第二读取电流形成的第二位线电压，且第三电压存储器件电耦合于位线并配置成存储由第二读取电流形成的第二位线电压。第二电压存储器件和第三电压存储器件电气串联。差分检出放大器电耦合于第一电压存储器件并还电耦合于第二电压存储器件和第三电压存储器件之间的中间节点。差分检出放大器配置成将第一位线电压与第二位线电压比较。
附图说明
考虑下面与附图相结合的本公开的各种实施例的详细描述，可以更加全面地理解本发明：
图1是处于低阻态的示例性自旋转移矩MTJ存储单元的横截面示意图；
图2是处于高阻态的另一自旋转移矩MTJ存储单元的横截面示意图；
图3是自旋转移矩MTJ存储单元的静态R-V(电阻-电压)曲线图；
图4是自旋转移矩MTJ存储单元的示意性电路图；
图5是示例性自旋转移矩MTJ存储装置的示意性电路图；
图6是MTJ高阻态和低阻态的I-R(电流-电阻)曲线图；
图7是图5的示例性可调电流驱动器的示意性电路图；
图8是图5的示例性差分检出放大器的示意性电路图；
图9是图5的示例性自旋转移矩MTJ存储装置的时序图；以及
图10是示例性自引用读取方法的流程图。
各附图不一定按比例绘制。附图中使用的相同附图标记表示相同组件。然而要理解，指代给定附图中组件的附图标记的使用不对其它附图中用相同附图标记标示的组件构成限制。
具体实施方式
在以下说明书中，参照形成说明书的一部分并以示例方式示出若干特定实施例的一组附图。要理解，可设想出其它实施例并能不脱离本公开的范围或精神地作出这些实施例。因此，下面的详细说明不应理解为限定的含义。本文提供的定义是为了便于本文频繁使用的某些术语的理解并且不旨在限定本公开的范围。
除非另有指定，否则在说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、量和物理特征的全部数值应当理解为在任何情形下可由术语“大约”作出修正。因此，除非明示相反情形，否则前面说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，这些近似值能根据由本领域内技术人员尝试利用本文披露的教义获得的要求特性而改变。
通过端点对数值范围的描述包括包容在该范围内的全部数值(例如1-5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任一范围。
如说明书以及所附权利要求书中所使用地，单数形式的“一”、“一个”以及“该”涵盖具有复数对象的实施例，除非内容明确地指出相反情形。如说明书和所附权利要求书中使用的，术语“或”基本用于包括“和/或”的语境中，除非内容明确地指出相反情形。
本公开涉及自旋转移矩存储装置和自引用非破坏性读取机制。具体地说，本公开涉及非破坏性自引用读取方法，该方法判断自旋转移矩存储单元是具有高阻态还是低阻态数据状态而不干扰自旋转移矩存储单元的最初数据阻态。本文描述的装置和方法确保能够确定自旋转移矩存储单元的值，不管存储器阵列中的自旋转移矩存储单元的电阻变化如何。将第一读取电流和第二读取电流下的自旋转移矩存储单元的读取电压顺续存储并作比较以检测自旋转移矩存储单元的阻态或数据状态。保持最初阻态省去了在“破坏性自引用”读取方法中需要的“标准值写入”和“回写”步骤。破坏性自引用读取方法在将标准值写入自旋转移矩存储单元时擦去存储在自旋转移矩存储单元中的最初值。这些破坏性自引用读取方法引入非易失性存储器的可靠性问题，因为如果芯片电源在回写操作完成前被切断则最初存储的数据值可能丢失。因此，所披露的读取方法缩短了读取操作延时并提高了非易失性数据的可靠性。尽管本公开并非局限于此，然而本公开各个方面的理解可通过下面提供的示例阐述而获得。
图1是低阻态下的示例性自旋转移矩MTJ存储单元10的横截面示意图，而图2是高阻态下的另一自旋转移矩MTJ存储单元10的横截面示意图。磁隧道结(MTJ)存储单元10包括铁磁体自由层12和铁磁体基准(即限定)层14.铁磁体自由层12和铁磁体基准层14由氧化物阻挡层13或隧道阻挡层分隔。第一电极15与铁磁体自由层12电接触，而第二电极16与铁磁体基准层14电接触。铁磁体层12、14可由例如铁、钴、镍的任何有用铁磁(FM)合金制成，并且绝缘阻挡层13可由例如氧化物材料(例如Al2O3或MgO)的电绝缘材料制成。也可使用其它合适材料。
电极15、16将铁磁体层12、14电连接于提供通过铁磁体层12、14的读/写电流的控制电路。自旋转移矩MTJ存储单元10两端的电阻由铁磁体层12、14的磁化矢量的相对方向或磁化方向确定。铁磁体基准层14的磁化方向被限定在预定方向而铁磁体自由层12的磁化方向在自旋矩影响下是自由旋转的。铁磁体基准层14的限定可通过例如与例如PtMn、IrMn及其它反铁磁有序材料交换偏置的使用来实现。
图1示出低阻态下的自旋转移矩MTJ存储单元10，其中铁磁体自由层12的磁化方向与铁磁体基准层14的磁化方向平行并处于与铁磁体基准层14的磁化方向相同的方向。这被称为低阻态或“0”数据状态。图2示出高阻态下的自旋转移矩MTJ存储单元10，其中铁磁体自由层12的磁化方向与铁磁体基准层14的磁化方向反平行并处于与铁磁体基准层14的磁化方向相反的方向。这被称为高阻态或“1”数据状态。
当流过MTJ存储单元10的磁性层的电流变为自旋极化并将自旋矩施加到MTJ10的自由层12上时，通过自旋转移切换阻态并因此切换MTJ存储单元10的数据状态。当将足够的自旋矩施加于自由层12时，自由层12的磁化方向可在两相反方向上切换并因此MTJ10可在平行状态(即低阻态或“0”数据状态)和反平行状态(例如高阻态或“1”数据状态)之间切换，这取决于电流的方向。
示例性自旋转移矩MTJ存储单元10可用来构造包含多个MTJ存储单元的存储器件，其中通过改变自由磁性层12相对于限定磁性层14的相对磁化状态来将数据位存储在自旋转移矩MTJ存储单元中。可通过测量随自由层相对于限定的磁性层的磁化方向改变的单元电阻而读出存储的数据位。为使自旋转移矩MTJ存储单元10具有非易失性随机存取存储器的特征，自由层对于随机波动表现出热稳定性，因此自由层的方向仅当受到控制而作出这种改变时才会改变。该热稳定性可使用不同方法通过磁各向异性而获得，例如改变位尺寸、形状和晶体各向异性。可通过要么借助交换要么借助磁场磁耦合到其它磁性层来获得额外的各向异性。通常来说，各向异性使得软轴和硬轴形成在薄磁性层中。硬轴和软轴是通过沿该方向完全旋转(饱和)磁化方向所需的通常以磁场形式出现的外部能量的量级来定义的，其中硬轴需要较高的饱和磁场。
图3是自旋转移矩MTJ存储单元的静态R-V扫描曲线图。当将正电压施加在图1或图2的第二电极16上时，MTJ10进入图3的正施加电压区并从高阻态(图2)切换至低阻态(图1)。当将正电压施加在图1或图2的第一电极15上时，MTJ10进入图3的负施加电压区。MTJ的电阻从低阻态(图1)切换至高阻态(图2)。
令RH和RRL分别表示高和低MTJ电阻。我们将隧道磁阻率(TMR)定义为TMR＝(RH-RL)/RL。这里RH，RL和TMR也是通过检出电流或电压确定的，如图3所示。一般来说，大的TMR使区别MTJ的两种阻态更为容易。
图4是自旋转移矩MTJ存储单元MTJ的示意图。自旋转移矩MTJ存储单元MTJ串联地电连接于例如NMOS晶体管的晶体管。自旋转移矩MTJ存储单元MTJ的相反侧电连接于位线BL。晶体管电耦合于源极线SL和字线WL。MTJ通常建模为电路示意图中的可变电阻器，如图4所示。
一些自旋转移矩MTJ存储单元MTJ使用依赖标准基准电压以读取MTJ电阻值的检出机制。然而，这种检出机制要求存储阵列中的所有MTJ在低阻态下的最大位线电压低于高阻态下的最小位线电压，当MTJ电阻变化很大时这可能不为真。
图5是示例性自旋转移矩MTJ存储装置的示意性电路图。装置包括磁隧道结数据单元MTJ，该磁隧道结数据单元MTJ包括如前所述由氧化物阻挡层分隔的铁磁体自由层和铁磁基准层。磁隧道结数据单元电耦合在位线BL和源极线SL之间。磁隧道结数据单元MTJ配置成通过使极化写入电流流过磁隧道结数据单元MTJ而在高阻态和低阻态之间切换。单元晶体管允许读/写电流流过磁隧道结数据单元MTJ。单元晶体管的栅极触点电耦合于字线WL以允许选择特定单元晶体管和关联的磁隧道结数据单元MTJ。
可调电流驱动器(图7示出示例性示意图)电耦合于位线，可调电流驱动器配置成提供通过磁隧道结数据元MTJ的第一读取电流IR1和第二读取电流IR2。第一电压存储器件C1电耦合于位线BL并配置成存储由第一读取电流IR1形成的第一位线电压VBL1。第二电压存储器件C2电耦合于位线BL并配置成存储由第二读取电流IR2形成的第二位线电压VBL2。在许多实施例中，第二电压存储器件C2是电耦合于位线BL的第二电压存储器件C21和电耦合于位线BL的第三电压存储器件C22，而第二电压存储器件C21和第三电压存储器件C22电气串联，如图5所示。在许多实施例中，第一电压存储器件C1、第二电压存储器件C21和第三电压存储器件C22是电容器。有用的电容器包括例如NMOS/PMOS电容器、MIM电容器和垂直自然电容器及其它。
差分检出放大器(图8示出示例性示意图)电耦合于第一电压存储器件C1并且电耦合于第二电压存储器件C21和第三电压存储器件C22之间的中间节点。差分检出放大器配置成将第一位线电压VBL1与第二位线电压VBL2比较。第一开关晶体管STL1电连接于位线BL和第一电压存储器件C1。第二开关晶体管STL2电连接于位线BL和第二电压存储器件C21和第三电压存储器件C22。在许多实施例中，电压存储器件是电容器。在许多实施例中，第二电压存储器件C21和第三电压存储器件C22是彼此具有大致相同的电容值的电容器。
第一读取电流IR1被施加并引起相应的BL电压VBL1，该BL电压VBL1被存储在C1中。根据MTJ的阻态，VBL1可以是VBL，L1或者是VBL，H1，它们是在IR1下MTJ低阻态或高阻态下的BL电压。大于IR1的第二读取电流IR2被施加并引起BL电压VBL2，该电压VBL2被存储在C21和C22中。
通过用差分检出放大器比较VBL1和VBL2，可读出MTJ的数据阻态。例如，如果第一位线读取电压VBL1没有基本等于或大于或明显大于第二位线读取电压VBL2，则第一阻态被确定为高阻态。因此，如果第一位线读取电压VBL1基本等于或小于第二位线读取电压VBL2，则第一阻态确定为低阻态。
在许多实施例中，如果存储的第一位线读取电压VBL1比存储的第二位线读取电压VBL2大出10％或25％或50％或100％，则第一阻态被确定为高阻态。否则，阻态被确定为低阻态。
图6是MTJ高阻态和低阻态的I-R曲线图。基准点RL1和RL2分别在第一读取电流IR1和第二读取电流IR2下指向MTJ的低阻值(数据状态“0”)。基准点RH1和RH2分别在第一读取电流IR1和第二读取电流IR2下指向MTJ的高阻值(数据状态“1”)。值ΔRLMAX指从零至最大允许读取电流IRMAXMTJ低阻值的变化。值ΔRHMAX指从零至最大允许读取电流IRMAXMTJ高阻值的变化。
如图6所示，磁隧道数据单元MTJ在低阻态下的电阻对读取电流/电压的变化非常不灵敏。另一方面，当读取电流/电压增大时，磁隧道结数据单元MTJ在高阻态下的电阻快速下降。从第一读取电流IR1至第二读取电流IR2，高阻值状态的变化表示为ΔRH。从第一读取电流IR1至第二读取电流IR2，低阻值状态的变化表示为ΔRL。如图所示，ΔRL明显小于ΔRH。已知ΔRL显著小于ΔRH提供比较磁隧道结数据单元MTJ两端的电压或电阻的手段以确定它是处于高阻态还是低阻态。
在许多实施例中，将IR2选择为IRMAX。第一读取电流IR1小于第二读取电流。在许多实施例中，第一读取电流IR1是第二读取电流IR2的40％-60％。在许多实施例中，第一读取电流IR1是第二读取电流IR2的40％-50％。
图7是示例性可调电流驱动器的示意电路图。图8是示例性差分检出放大器的示意电路图。图9是图5的示例性自旋转移矩MTJ存储装置的时序图。
在图9中，水平轴是时间轴。在第一次读取时，解码器、第一读取电流(IR1)和第一开关晶体管(STL1)全部被激活并且将差分检出放大器输出(SA_OUT)指示为存储在第一电压存储器件中的电压的结果。第一次读取、解码器、第一读取电流(IR1)、第一开关晶体管(STL1)在第二次读取之前全部被禁用。在第二次读取时，第二次读取、解码器、第二读取电流(IR2)和第二开关晶体管(STL2)全部被激活并且将差分检出放大器输出(SA_OUT)指示为存储在第二电压存储器件中的电压的结果。第二次读取、解码器、第二读取电流(IR2)、第二开关晶体管(STL2)随后在差分检出放大器激活SA启用前被全部禁用，以便如前所述将第一位线电压与第二位线电压作比较。
图10是示例性自引用读取方法的流程图。该方法包括施加通过磁隧道结数据单元的第一读取电流并形成第一位线读取电压，在框图M1该磁隧道结数据单元具有第一阻态而在框图M2将第一位线读取电压存储在第一电压存储器件中。施加通过第一阻态磁隧道结数据单元的第二读取电流以形成第二位线读取电压，其中在框图M3第一读取电流小于第二读取电流而在框图M4将第二位线读取电压存储在第二电压存储器件和第三电压存储器件中。然后在框图M5将第一位线读取电压与第二位线读取电压比较以判断磁隧道结数据单元的第一阻态是高阻态还是低阻态。
比较框图C1将第一位线读取电压(VBL1)与第二位线读取电压(VBL2)作比较。如果第一位线读取电压(VBL1)大于第二位线读取电压(VBL2)，则在框图D1磁隧道结数据单元的第一阻态是高阻态。如果第一位线读取电压(VBL1)不大于第二位线读取电压(VBL2)，则在框图D2磁隧道结数据单元的第一阻态是低阻态。
比较步骤包括将第一位线读取电压与第二位线读取电压作比较并且如果第一位线读取电压大于或显著大于第二位线读取电压，则将第一阻态确定为高阻态。因此，如果第一位线读取电压基本等于或小于第二位线读取电压，则将第一阻态确定为低阻态。
由此，对自旋转移矩存储器自引用非破坏性读取方法的实施例进行了公开。上述的实现和其他实现落入如下权利要求的范围内。本领域内技术人员将理解，本公开可通过这里公开以外的其它实施例来实现。所披露的实施例以阐述而非限定为目的给出，并且本发明仅限于下面的权利要求书。

Claims (16)

1.一种非破坏性自引用读取自旋转移矩存储单元的方法，包括：
施加通过磁隧道结数据单元的第一读取电流并形成第一位线读取电压，所述磁隧道结数据单元具有第一阻态；
将所述第一位线读取电压存储在第一电压存储器件中；
施加通过具有第一阻态的所述磁隧道结数据单元的第二读取电流并形成第二位线读取电压，所述第一读取电流小于第二读取电流；
将所述第二位线读取电压存储在第二电压存储器件中；以及
将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压比较以判断所述磁隧道结数据单元的第一阻态是高阻态还是低阻态，其中如果存储的第一位线读取电压基本等于或小于存储的第二位线读取电压，则将所述第一阻态确定为低阻态，并且其中如果存储的第一位线读取电压大于或不基本等于存储的第二位线读取电压，则将所述第一阻态确定为高阻态，并且其中如果存储的第一位线读取电压比存储的第二位线读取电压高出10％，则将所述第一阻态确定为高阻态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述存储步骤包括将第二位线读取电压存储在第二电压存储器件和第三电压存储器件中，所述第二电压存储器件和第三电压存储器件电气串联。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较步骤包括将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压作比较，且如果存储的第一位线读取电压比存储的第二位线读取电压高出25％，则将所述第一阻态确定为高阻态。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一读取电流为所述第二读取电流的40％－60％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二读取电流形成第二位线读取电压，所述第二位线读取电压是所述磁隧道结数据单元的低阻态电压值和高阻态电压值的平均值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二读取电流是最大读取电流。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二电压存储器件具有第二电容值而所述第三电压存储器件具有第三电容值，并且所述第二电容值等于第三电容值。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述比较步骤包括将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压作比较并且所述存储的第二位线读取电压是在所述第二电压存储器件和所述第三电压存储器件之间电气连接的中间节点处检出的。
9.一种自引用读取自旋转移矩存储单元的方法，包括：
施加通过磁隧道结数据单元的第一读取电流并形成第一位线读取电压，所述磁隧道结数据单元具有第一阻态；
将所述第一位线读取电压存储在第一电容器中；
施加通过具有第一阻态的所述磁隧道结数据单元的第二读取电流并形成第二位线读取电压，所述第一读取电流小于所述第二读取电流；
将所述第二位线读取电压存储在第二电容器和第三电容器中，所述第二电容器和所述第三电容器电气串联；以及
将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压作比较，如果所述第一位线读取电压基本等于或小于存储的第二位线读取电压，则将所述第一阻态确定为低阻态，如果所述第一位线读取电压大于或不基本等于存储的第二位线读取电压，则将所述第一阻态确定为高阻态，并且其中如果存储的第一位线读取电压比存储的第二位线读取电压高出10％，则将所述第一阻态确定为高阻态。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述比较步骤包括将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压作比较，且如果存储的第一位线读取电压比存储的第二位线读取电压高出25％，则将所述第一阻态确定为高阻态。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二电容器具有第二电容值而所述第三电容器具有第三电容值，并且所述第二电容值等于所述第三电容值。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述比较步骤包括将存储的第一位线读取电压与存储的第二位线读取电压作比较并且所述存储的第二位线读取电压是在所述第二电容器和所述第三电容器之间电气连接的中间节点处检出的。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二读取电流是最大读取电流而所述第一读取电流是所述第二读取电流的40％－60％。
14.一种自旋转移矩存储装置，包括：
磁隧道结数据单元，所述磁隧道结数据单元具有由氧化物阻挡层分隔的铁磁体自由层和铁磁体基准层，所述磁隧道结数据单元电气连接在位线和源线之间，所述磁隧道结数据单元配置成通过使极化的写电流流过所述磁隧道结数据单元而在高阻态和低阻态之间切换；
电耦合于所述位线的可调电流驱动器，所述可调电流驱动器配置成提供通过所述磁隧道结数据单元的第一读取电流和第二读取电流；
第一电压存储器件，所述第一电压存储器件电耦合于位线并配置成存储由所述第一读取电流形成的第一位线电压；
第二电压存储器件，所述第二电压存储器件电耦合于位线并配置成存储由所述第二读取电流形成的第二位线电压；
第三电压存储器件，所述第三电压存储器件电耦合于所述位线并配置成存储由所述第二读取电流形成的第二位线电压，所述第二电压存储器件和所述第三电压存储器件电气串联；以及
差分检出放大器，所述差分检出放大器电耦合于所述第一电压存储器件并电耦合于在所述第二电压存储器件和所述第三电压存储器件之间的中间节点，所述差分检出放大器配置成将所述第一位线电压与所述第二位线电压作比较，
其中如果所述第一位线读取电压基本等于或小于所述第二位线读取电压，则将所述磁隧道结数据单元的阻态确定为低阻态，并且其中如果所述第一位线读取电压大于或不基本等于所述第二位线读取电压，则将所述磁隧道结数据单元的阻态确定为高阻态，并且其中如果所述第一位线读取电压比所述第二位线读取电压高出10％，则将所述磁隧道结数据单元的阻态确定为高阻态。
15.如权利要求14所述的自旋转移矩存储装置，其特征在于，所述第二电压存储器件具有第二电容值而所述第三电压存储器件具有第三电容值，并且所述第二电容值等于第三电容值。
16.如权利要求14所述的自旋转移矩存储装置，其特征在于，所述第一电压存储器件是电容器，所述第二电压存储器件是电容器，而所述第三电压存储器件是电容器。
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