CN106128497A - 一种带有读出电路的一次性可编程器件及数据读取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有读出电路的一次性可编程器件及数据读取方法，主要包括两个MOS开关管，一个MTJ和两个个固定电位和上拉电阻，利用一次性可编程器件中磁性隧道结中的电流单向流动特性，改用较大的电压串联上拉电阻直接读出的结构，相比传统的敏感放大器读出方式，本发明占用面积更小，读出速度快，设计简单，不仅降低了设计复杂度和潜在的设计风险，也节省了读出功耗和制造成本。

Description

一种带有读出电路的一次性可编程器件及数据读取方法
技术领域
本发明涉及集成电路设计和制造领域，尤其涉及一种带有读出电路的一次性可编程器件及数据读取方法。
背景技术
OTP(one time programmable,一次可编程器件)是常见的一种NVM(非易失性存储器)，一次性编程在编程过程中不可逆转，只允许写一次。STT-MRAM是一种非易失的存储器，它的存储结构采用MTJ磁性隧道结，中间的称为势垒层，上下为自由层和参考层。
针对MTJ(磁性隧道结)的一次性编程通常采用加高压的方式击穿势垒层，击穿后的势垒层表现为低阻抗(约100欧姆左右)。未被击穿的MTJ经过初始化保持平行态或者非平行态。读出电路通过读取被击穿的MTJ和未被击穿的MTJ来区分0和1，从而达到利用和读取一次性可编程数据的目的。由于过大的电流容易将磁性隧道结的状态翻转(平行态转为反平行态或者反平行态转为平行态)，所以通常都采用敏感放大器对磁性隧道结的小信号进行比较后在放大读出。敏感放大器的设计复杂，读出速度慢，影响了芯片的整体性能，而且也非常消耗芯片的功耗。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种带有读出电路的一次性可编程器件，主要包括包括读出电路、MOS开关管、磁性隧道结，占用面积小，设计简单，易于实现，读出速度快。
本发明另一目的在于提供一种带有读出电路的一次性可编程器件的数据读取方法，本方法利用一次性可编程器件中磁性隧道结中的电流单向流动特性，改用较大的电压串联上拉电阻读出的结构直接读取数据，节省了读出功耗。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种带有读出电路的一次性可编程器件，包括：读出电路、MOS开关管I、磁性隧道结、字线、位线、电位发生装置I；MOS开关管I分别与磁性隧道结、字线、电位发生装置I连接；磁性隧道结通过位线与读出电路连接。
作为优选，所述的读出电路包括MOS开关管II、上拉电阻、电位发生装置II、使能信号线；MOS开关管II的源极与上拉电阻连接；MOS开关管II的漏极与位线相连；MOS开关管II的栅极接使能信号线；上拉电阻的另一端与电位发生装置II连接。
作为优选，所述的电位发生装置II产生的电位为固定的大于零电位的电位。
作为优选，所述磁性隧道结包括自由层、势垒层、参考层；势垒层夹在自由层与参考层之间。
作为优选，所述磁性隧道结的自由层与MOS开关管I漏极连接；参考层与位线相连。
作为优选，所述MOS开关管I的栅极与字线相连；MOS开关管I的源极与电位发生装置I相连。
作为优选，所述电位发生装置I产生的电位为固定的接地电位。
作为优选，所述磁性隧道结的两头还带有顶层金属层与底层金属层，自由层连接到顶层金属层后与MOS开关管I的漏极连接；参考层连接到底层金属层后与位线相连。
作为优选，所述自由层连接到底层金属层后与MOS开关管I的漏极连接；参考层连接到顶层金属层后与位线相连。
一种带有读出电路的一次性可编程器件的数据读取方法，对MOS开关管I的源极施加接地电位，对上拉电阻施加大于零电位的电位，在字线上施加普通编程电压，在使能信号线上施加电压，保持字线和使能信号线电压不变直至将一次性可编程器件内的数据读出。
本发明的有益效果在于：利用一次可编程器件中磁性隧道结中的电流单向流动特性，改用上拉电阻的读出结构，占用面积更小，读出速度快，设计简单，不仅降低了设计复杂度和潜在的设计风险，也节省了读出功耗和制造成本，便于设计、生产和操作。
附图说明
图1是本发明的基本结构示意图；
图2是本发明的部分结构示意图；
图3是本发明数据读取方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例：如图1所示，一种带有读出电路的一次性可编程器件，由读出电路、MOS开关管I、磁性隧道结、字线、位线、电位发生装置I组成；MOS开关管I分别与磁性隧道结、字线、电位发生装置I连接；磁性隧道结通过位线与读出电路连接。
磁性隧道结包括自由层、势垒层、参考层；势垒层夹在自由层与参考层之间，如图2所示。磁性隧道结的自由层与MOS开关管I的漏极连接；磁性隧道结的参考层与位线相连。MOS开关管I的栅极与字线相连；MOS开关管I的源极与电位发生装置I相连。所述电位发生装置I产生的电位为固定的接地电位。
读出电路包括MOS开关管II、上拉电阻、电位发生装置II、使能信号线；MOS开关管II的源极与上拉电阻连接；MOS开关管II的漏极与位线相连；MOS开关管II的栅极接使能信号线；上拉电阻的另一端与电位发生装置II连接。所述的电位发生装置II产生的电位为固定的大于零电位的电位。
磁性隧道结的两头还包括有顶层金属层与底层金属层，自由层连接到顶层金属层后与MOS开关管I的漏极连接；参考层连接到底层金属层后与位线相连。另外，连接关系也可以是自由层连接到底层金属层后与MOS开关管I的漏极连接；参考层连接到顶层金属层后与位线相连。
本发明的具体原理是被击穿的磁性隧道结和已经初始化的磁性隧道结阻抗存在很大差别，而本发明中的一次性可编程器件结构中的磁性隧道结只能允许电流单向流动，与上拉电路产生的电流方向一致，较大的电流不会使磁性隧道结的状态产生翻转，上拉的固定电位只要不超过磁性隧道结的击穿电压即可，被打穿的磁性隧道结因为电阻非常小，读出电压基本为零，而未被打穿的磁性隧道结保持初始化的状态，读出电压由上拉电阻决定。
如图3所示，一种带有读出电路的一次性可编程器件的数据读取方法，对MOS开关管I的源极施加接地电位，对上拉电阻施加大于零电位的电位，在字线上施加普通编程电压，在使能信号线上施加电压，保持字线和使能信号线电压不变直至将一次性可编程器件内的数据读出。
将本发明的一次性编程器件的读出电路集成到手机、电脑、嵌入式芯片、汽车电子芯片，独立式存储器、手持设备、射频标签中。
本发明的读出电路相对于传统的放大器读出电路，该电路利用MTJ的单向电流特点，直接利用上拉电阻读出数据，降低了设计复杂度，加快了数据读出的速度，减少了不必要的设计，结构简单，便于设计、生产和操作。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于包括：读出电路、MOS开关管I、磁性隧道结、字线、位线、电位发生装置I；MOS开关管I分别与磁性隧道结、字线、电位发生装置I连接；磁性隧道结通过位线与读出电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述的读出电路包括MOS开关管II、上拉电阻、电位发生装置II、使能信号线；MOS开关管II的源极与上拉电阻连接；MOS开关管II的漏极与位线相连；MOS开关管II的栅极接使能信号线；上拉电阻的另一端与电位发生装置II连接。
3.根据权利要求2所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述的电位发生装置II产生的电位为固定的大于零电位的电位。
4.根据权利要求1所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述磁性隧道结包括自由层、势垒层、参考层；势垒层夹在自由层与参考层之间。
5.根据权利要求4所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述磁性隧道结的自由层与MOS开关管I漏极连接；参考层与位线相连。
6.根据权利要求1所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述MOS开关管I的栅极与字线相连；MOS开关管I的源极与电位发生装置I相连。
7.根据权利要求1所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述电位发生装置I产生的电位为固定的接地电位。
8.根据权利要求5所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述磁性隧道结的两头还带有顶层金属层与底层金属层，自由层连接到顶层金属层后与MOS开关管I的漏极连接；参考层连接到底层金属层后与位线相连。
9.根据权利要求8所述的一种带有读出电路的一次性可编程器件，其特征在于：所述自由层连接到底层金属层后与MOS开关管I的漏极连接；参考层连接到顶层金属层后与位线相连。
10.一种带有读出电路的一次性可编程器件的数据读取方法，其特征在于：对MOS开关管I的源极施加接地电位，对上拉电阻施加大于零电位的电位，在字线上施加普通编程电压，在使能信号线上施加电压，保持字线和使能信号线电压不变直至将一次性可编程器件内的数据读出。
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