CN107919375B - 可变电阻装置、物理性不可复制功能电路与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种可变电阻装置、物理性不可复制功能电路与控制方法。物理性不可复制功能电路的控制方法可应用于物理性不可复制功能电路与磁阻式可变电阻装置。方法包括将多个磁阻式可变电阻电路的磁穿隧接面元件初始化至一电阻状态后，施加一第一能量至磁穿隧接面元件，以及判断具有一预定电阻状态的上述磁穿隧接面元件的一汉明权重是否在一预定数值范围内。

Description

可变电阻装置、物理性不可复制功能电路与控制方法
技术领域
本发明是有关于物理性不可复制功能电路，特别是有关于使用磁穿隧接面元件的物理性不可复制功能电路。
背景技术
物理性不可复制功能(Physically Unclonable Function,PUF)可使用于数据加密，通过元件的本质特性来提供出色的随机性。在PUF的应用中，磁阻式随机存取记忆体(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)元件具有本质的双向电阻特性、快速与非挥发特性、随机变化的磁异向性、操作参数的分布特性，使得MRAM元件可适用于PUF的应用。
随着科技的进步，各种电子装置(包含随身与固定式装置)皆可透过网际网络与云端储存来分享与交换信息。在此情况下，数据安全俨然成为一项必须重视的课题。因此，需要一种PUF电路与控制方法，使PUF功能可实现于数据的编码与加密应用中。
发明内容
本发明实施例提供一种物理性不可复制功能电路。物理性不可复制功能电路包括控制装置与第一磁阻式可变电阻电路阵列。控制装置包括能量产生电路与控制器。第一磁阻式可变电阻电路阵列耦接控制装置，且第一磁阻式可变电阻电路阵列包括多个磁阻式可变电阻电路。每一个磁阻式可变电阻电路包括磁穿隧接面元件。控制装置将磁穿隧接面元件初始化至一电阻状态后，控制装置提供第一能量至磁穿隧接面元件，且控制装置判断具有预定电阻状态的磁穿隧接面元件的汉明权重是否在预定数值范围内。
本发明实施例提供一种磁阻式可变电阻装置，包括物理性不可复制功能电路以及第二磁阻式可变电阻电路阵列。物理性不可复制功能电路包括控制装置与第一磁阻式可变电阻电路阵列。控制装置包括能量产生电路与控制器。第一磁阻式可变电阻电路阵列耦接控制装置，且第一磁阻式可变电阻电路阵列包括多个磁阻式可变电阻电路。每一个磁阻式可变电阻电路包括磁穿隧接面元件。控制装置将磁穿隧接面元件初始化至一电阻状态后，控制装置提供第一能量至磁穿隧接面元件，且控制装置判断具有预定电阻状态的磁穿隧接面元件的汉明权重是否在预定数值范围内。第二磁阻式可变电阻电路阵列包括第一磁阻式可变电阻电路阵列以及磁阻式随机存取记忆体单元阵列。
本发明实施例提供一种物理性不可复制功能电路的控制方法。方法包括：将多个磁阻式可变电阻电路的磁穿隧接面元件初始化至一电阻状态后，施加第一能量至磁穿隧接面元件；以及判断具有预定电阻状态的磁穿隧接面元件的汉明权重是否在预定数值范围内。
本发明实施例提供关于物理性不可复制功能的电路与控制方法，使物理性不可复制功能可实现于数据的编码与加密应用中。
附图说明
图1是依据本发明实施例的物理性不可复制功能电路的示意图；
图2A、图2B是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻电路的示意图；
图2C、图2D是依据本发明实施例的磁穿隧接面元件的固定层的示意图；
图3A、图3B是依据本发明实施例的磁穿隧接面元件的示意图；
图4A、图4B是依据本发明实施例的磁穿隧接面元件的示意图；
图5A、图5B是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻电路阵列与外加磁场的操作示意图；
图6A-图6D是依据本发明实施例的对于磁穿隧接面元件，外加磁场的时间与汉明权重的关系图；
图7是依据本发明实施例的施加于磁穿隧接面元件的电压与翻转磁场的关系图；
图8A-图8C是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻电路阵列与外加磁场的操作示意图；
图9A、图9B是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻装置的示意图；
图10是依据本发明实施例的物理性不可复制功能电路的控制方法的流程图。
具体实施方式
为让本发明实施例的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
图1是依据本发明实施例的物理性不可复制功能电路100的示意图。物理性不可复制功能电路100包括控制装置CD与磁阻式可变电阻电路阵列MCX。控制装置CD包括能量产生电路E与控制器C。磁阻式可变电阻电路阵列MCX包括多个磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn，其中m与n为整数。每一个磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn分别包括一个磁穿隧接面(magnetictunnel junction(MTJ))元件(亦即图1所示的磁穿隧接面元件M11-Mmn)。
在一些实施例中，磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn各自的电路结构可与磁阻式随机存取记忆体单元(Magnetoresistive Random Access Memory cell，MRAM cell)相同，如图2A、图2B所示。
图2A是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻电路MC11的示意图。在此实施例中，磁阻式可变电阻电路MC11包括磁穿隧接面元件M11与晶体管M1。磁穿隧接面元件M11包括自由层FL1、阻障层B1、固定层PL1。磁穿隧接面元件M11的一端连接晶体管M1，而磁穿隧接面元件M11的另一端(亦即端点T1)耦接控制器C。晶体管M1的一端连接磁穿隧接面元件M11，而晶体管M1的端点T2、T3分别耦接控制器C。
在一些实施例中，图2A的磁穿隧接面元件M11可透过自由层FL1连接晶体管M1，且磁穿隧接面元件M11可透过固定层PL1耦接控制器C。在一些实施例中，自由层FL1的材料为铁磁性金属，而阻障层B1的材料为绝缘体。
在另一实施例中，磁阻式可变电阻电路MC11的电路结构如图2B所示。在此实施例中，磁阻式可变电阻电路MC11包括磁穿隧接面元件M11与晶体管M2、M3，且磁阻式可变电阻电路MC11的电路结构与自旋轨道记忆体单元(spin orbit torque(SOT)MRAM cell)相同。磁穿隧接面元件M11包括自由层FL2、阻障层B2、固定层PL2、金属MT。金属MT的一端连接晶体管M3，且金属MT的另一端(亦即端点TO)耦接控制器C。晶体管M2的一端连接磁穿隧接面元件M11，而晶体管M2的端点TB、CB分别耦接控制器C。晶体管M3的一端连接金属MT，而晶体管M3的端点TA、CA分别耦接控制器C。
在一些实施例中，磁阻式可变电阻电路阵列MCX的磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn具有相同的电路结构。在一些实施例中，自由层FL2的材料为铁磁性金属、阻障层B2的材料为绝缘体、金属MT的材料为非铁磁性金属。
在一些实施例中，图2A、图2B的固定层PL1、固定层PL2的结构如图2C或图2D所示。图2C、图2D所示的固定层包括结构层FM1、L1、FM2。如图2C、图2D所示，结构层FM1的磁矩方向与结构层FM2的磁矩方向相反。在一些实施例中，结构层FM1、FM2的材料为铁磁性金属，而结构层L1的材料为钌(Ru)。
图3A是依据本发明实施例的磁穿隧接面元件M11的示意图，其中磁穿隧接面元件M11为水平自旋。在此实施例中，磁穿隧接面元件M11的自由层FL1的磁矩方向与固定层PL1的磁矩方向相反，因此图3A的磁穿隧接面元件M11具有高电阻状态。在一些实施例中，若沿着磁穿隧接面元件M11的易磁化轴(easy axis)方向d1施加与自由层FL1的磁矩方向相反的磁场H1，则在磁场H1的磁场强度或维持时间足够的情况下，自由层FL1的磁矩方向会被磁场H1反转而与固定层PL1的磁矩方向相同，进而使磁穿隧接面元件M11具有低电阻状态。在一些实施例中，将自由层FL1的磁矩方向转向的磁场可称为翻转磁场。
在一些实施例中，亦可施加电压VM1于磁穿隧接面元件M11的两端(如图3A所示)。不同的电压VM1可使磁场(例如磁场H1)以不同的磁场强度或不同的维持时间使自由层FL1的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可施加电压VM1于磁穿隧接面元件M11的两端(如图3A所示)以及施加某一方向的磁场于磁穿隧接面元件M11使自由层FL1的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可透过与自由层FL1的磁矩方向相反的磁场(或一磁场与施加于磁穿隧接面元件M11两端的电压)，将水平自旋的磁穿隧接面元件M11由低电阻状态转换为高电阻状态。
图3B是依据本发明实施例的磁穿隧接面元件M11的示意图，其中磁穿隧接面元件M11为垂直自旋。在此实施例中，磁穿隧接面元件M11的自由层FL1的磁矩方向与固定层PL1的磁矩方向相同，因此图3A的磁穿隧接面元件M11具有低电阻状态。在此情况下，若沿着磁穿隧接面元件M11的易磁化轴方向d2施加与自由层FL1的磁矩方向相反的磁场H2，则在磁场H2的磁场强度或维持时间足够的情况下，自由层FL1的磁矩方向会被磁场H1反转而与固定层PL1的磁矩方向相反，进而使磁穿隧接面元件M11具有高电阻状态。
在一些实施例中，可施加电压VM2于磁穿隧接面元件M11的两端(如图3B所示)。不同的电压VM2可使磁场H2以不同的磁场强度或不同的维持时间使自由层FL1的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可施加电压VM2于磁穿隧接面元件M11的两端(如图3B所示)以及施加某一方向的磁场于磁穿隧接面元件M11使自由层FL1的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，亦可透过与自由层FL1的磁矩方向相反的磁场(或一磁场与施加于磁穿隧接面元件M11两端的电压)，将垂直自旋的磁穿隧接面元件M11由高电阻状态转换为低电阻状态。
图4A是依据本发明实施例的磁穿隧接面元件M11的示意图，其中磁穿隧接面元件M11为水平自旋。在此实施例中，磁穿隧接面元件M11的自由层FL2的磁矩方向与固定层PL2的磁矩方向相同，因此图4A的磁穿隧接面元件M11具有低电阻状态。在此情况下，沿着磁穿隧接面元件M11的易磁化轴方向d3施加与自由层FL2的磁矩方向相反的磁场H3，可使自由层FL2的磁矩方向反转而与固定层PL2的磁矩方向相反，进而使磁穿隧接面元件M11具有高电阻状态。
在一些实施例中，可施加电压VM3于磁穿隧接面元件M11的两端(如图4A所示)。不同的电压VM3可使磁场H3以不同的磁场强度或不同的维持时间使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可施加电压VM3于磁穿隧接面元件M11的两端(如图4A所示)以及施加某一方向的磁场于磁穿隧接面元件M11使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，亦可透过与自由层FL2的磁矩方向相反的磁场(或一磁场与施加于磁穿隧接面元件M11两端的电压)，将水平自旋的磁穿隧接面元件M11由高电阻状态转换为低电阻状态。
在一些实施例中，可透过在金属MT流通的电流I1使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可透过电流I1与一磁场使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可透过电流I1与电压VM3使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可透过电流I1、一磁场与电压VM3使自由层FL2的磁矩方向发生反转。
图4B是依据本发明实施例的磁穿隧接面元件M11的示意图，其中磁穿隧接面元件M11为垂直自旋。在此实施例中，磁穿隧接面元件M11的自由层FL2的磁矩方向与固定层PL2的磁矩方向相反，因此图4B的磁穿隧接面元件M11具有高电阻状态。在此情况下，沿着磁穿隧接面元件M11的易磁化轴方向d4施加与自由层FL2的磁矩方向相反的磁场H4，可使自由层FL2的磁矩方向反转而与固定层PL2的磁矩方向相同，进而使磁穿隧接面元件M11具有低电阻状态。
在一些实施例中，可施加电压VM4于磁穿隧接面元件M11的两端(如图4B所示)。不同的电压VM4可使磁场H4以不同的磁场强度或不同的维持时间使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可施加电压VM4于磁穿隧接面元件M11的两端(如图4B所示)以及施加某一方向的磁场于磁穿隧接面元件M11使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，亦可透过与自由层FL2的磁矩方向相反的磁场(或一磁场与施加于磁穿隧接面元件M11两端的电压)，将垂直自旋的磁穿隧接面元件M11由低电阻状态转换为高电阻状态。
在一些实施例中，可透过在金属MT流通的电流I2使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可透过电流I2与一磁场使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可透过电流I2与电压VM4使自由层FL2的磁矩方向发生反转。在一些实施例中，可透过电流I2、一磁场与电压VM4使自由层FL2的磁矩方向发生反转。
基于图3A、图3B、图4A、图4B所述的内容，控制装置CD可透过能量产生电路E施加磁场、电流的至少一者(或磁场、电流、电压的至少二者)至磁阻式可变电阻电路阵列MCX的磁穿隧接面元件M11-Mmn，借以改变磁穿隧接面元件M11-Mmn各自的电阻状态。在一些实施例中，能量产生电路E可包括电压源、电流源、电磁铁或可流通电流的导线。
在一些实施例中，控制器C控制磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn的开关元件(例如晶体管M1或晶体管M2-M3)以启动磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn。继之，控制装置CD透过能量产生电路E提供的能量(例如包括磁场、电流或电压的能量)将磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn初始化至一种电阻状态(例如高电阻状态或低电阻状态)。
基于磁穿隧接面元件M11-Mmn的随机变化的磁异向性与操作参数的分布特性(例如因制程飘移使磁穿隧接面元件M11-Mmn各自的自由层的磁矩具有不同的反转条件)，在上述初始化操作完成后，当控制装置CD将能量产生电路E所产生的第一能量(例如包括磁场、电流或电压的能量)提供至磁阻式可变电阻电路MC11-MCmn的磁穿隧接面元件M11-Mmn时，磁穿隧接面元件M11-Mmn各自的电阻状态会随机地改变(或未改变)且较不受温度影响，进而达成物理性不可复制功能。
图5A是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻电路阵列MCX与磁场H5的操作示意图。在此实施例中，物理性不可复制功能电路100的m与n等于4。为求简洁明了的目的，图5A的磁穿隧接面元件M11-M44的箭头表示自由层的磁矩方向。
在此实施例中，控制装置CD已将磁穿隧接面元件M11-M44初始化至相同的电阻装态。换句话说，控制装置CD已将磁穿隧接面元件M11-M44的各自的自由层的磁矩方向极化至相同的方向。
如图5A所示，控制装置CD将能量产生电路E所产生的第一能量(亦即磁场H5)提供至磁穿隧接面元件M11-M44，其中图5A所示的磁场H5的方向是用以说明的目的，并不对本发明实施例产生限制。在一些实施例中，磁场H5是沿着与磁穿隧接面元件M11-M44的易磁化轴平行的方向(或沿着与磁穿隧接面元件M11-M44的至少一者的易磁化轴平行的方向)，且磁场H5的方向与磁穿隧接面元件M11-M44的自由层的磁矩方向相反。控制装置CD将磁场H5提供至磁穿隧接面元件M11-M44，借以基于磁穿隧接面元件M11-M44的随机变化的磁异向性与操作参数的分布特性，在磁阻式可变电阻电路阵列MCX产生随机化分布的电阻状态。
在一些实施例中，控制装置CD将磁场H5提供至磁穿隧接面元件M11-M44后，控制装置CD判断具有预定电阻状态(例如对应逻辑“1”的高电阻状态或对应逻辑“0”的低电阻状态)的上述磁穿隧接面元件的汉明权重(Hamming weight)是否在预定数值范围内。上述汉明权重等于“具有上述预定电阻状态的上述磁穿隧接面元件的数量”除以“磁穿隧接面元件的总数量”。举例而言，若上述预定电阻状态为高电阻状态且磁穿隧接面元件M11-M44中有8个磁穿隧接面元件为高电阻状态，则磁穿隧接面元件M11-M44的汉明权重为50％。在一些实施例中，上述预定数值范围可为40％～60％，借以确保磁阻式可变电阻电路阵列MCX的磁穿隧接面元件M11-M44的电阻状态具有随机性。
在一些实施例中，若控制装置CD判断上述汉明权重是在上述预定范围之内，则控制装置CD停止提供磁场H5至磁穿隧接面元件M11-M44。举例而言，当上述预定范围是45％～55％且控制装置CD判断上述汉明权重是50％时(如图5B所示)，控制装置CD停止提供磁场H5至磁穿隧接面元件M11-M44。
在一些实施例中，若控制装置CD判断上述汉明权重不在上述预定范围之内，则控制装置CD提供第二能量(例如磁场、电流的至少一者或磁场、电流、电压的至少二者)至磁穿隧接面元件M11-M44。在一些实施例中，上述第二能量与上述第一能量相同。在一些实施例中，上述第二能量与上述第一能量不同。在一些实施例中，若控制装置CD判断上述汉明权重不在上述预定范围之内，则控制装置CD提供不同(或相同)的能量(例如磁场、电流的至少一者或磁场、电流、电压的至少二者)至磁穿隧接面元件M11-M44，直到控制装置CD判断上述汉明权重已在上述预定范围之内。
在一些实施例中，控制装置CD在将磁场H5提供至磁穿隧接面元件M11-M44时，随即判断上述汉明权重是否在上述预定范围之内。在一些实施例中，控制装置CD在将磁场H5提供至磁穿隧接面元件M11-M44并将磁场H5维持一既定时间后，判断上述汉明权重是否在上述预定范围之内。
在一些实施例中，基于磁穿隧接面元件M11-Mmn随机变化的磁异向性与操作参数的分布特性，在经过如图5A所述的随机化操作后，不同的物理性不可复制功能电路100之间的汉明距离(Hamming distance)亦可接近50％。上述汉明距离代表不同的物理性不可复制功能电路100之间，“在相对位置的磁阻式可变电阻电路的磁穿隧接面元件中，电阻状态不同的磁穿隧接面元件的数量”除以“磁穿隧接面元件的总数量”。举例而言，若物理性不可复制功能电路100的m与n等于2，在第一个物理性不可复制功能电路100与第二个物理性不可复制功能电路100之间，若第一个物理性不可复制功能电路100的磁穿隧接面元件M11、M12、M21的电阻状态与第二个物理性不可复制功能电路100的磁穿隧接面元件M11、M12、M21的电阻状态不同，而第一、第二个物理性不可复制功能电路100各自的磁穿隧接面元件M22的电阻状态相同，则第一、第二个物理性不可复制功能电路100之间的汉明距离为75％。
在一些实施例中，磁阻式可变电阻电路MC11-MC44的结构如图2A所示，且磁穿隧接面元件M11-M44的结构如图3A或图3B所示，控制电路CD可透过能量产生电路E提供磁场或磁场与电压至磁阻式可变电阻电路阵列MCX的磁穿隧接面元件M11-M44，借以在磁阻式可变电阻电路阵列MCX产生随机化分布的电阻状态。在一些实施例中，磁阻式可变电阻电路MC11-MC44的结构如图2B所示，且磁穿隧接面元件M11-M44的结构如图4A或图4B所示，控制电路CD可透过能量产生电路E提供电流或电流、磁场、电压的至少二者至磁阻式可变电阻电路阵列MCX的磁穿隧接面元件M11-M44，借以在磁阻式可变电阻电路阵列MCX产生随机化分布的电阻状态。
图6A-图6D描绘本发明实施例的磁场的维持时间、测试次数与上述磁穿隧接面元件的汉明权重的关系图。上述磁场是施加在已初始化至一电阻状态的多个磁穿隧接面元件上，且方向平行于上述磁穿隧接面元件的易磁化轴方向(例如图5A)。由图6A-图6D可知，随着外加的上述磁场的维持时间增加，每次施加上述磁场于上述磁穿隧接面元件后，具有一预定电阻状态(例如高电阻状态)的上述磁穿隧接面元件的汉明权重具亦随之增加。
图7是依据本发明实施例的施加于磁穿隧接面元件的电压(例如VM1-VM4)与翻转磁场的关系图。如图7所示，将不同的电压施加于磁穿隧接面元件可改变翻转磁场的大小。因此在一些实施例中，当施加固定磁场大小至多个磁穿隧接面元件的情况下，电压(例如VM1-VM4)可改变上述磁穿隧接面元件的汉明权重。
本发明的部分实施例将磁场方向施加于物理性不可复制功能电路100的磁穿隧接面元件M11-Mmn的易磁化轴。相较于将磁场方向施加于磁穿隧接面元件M11-Mmn的难磁化轴(hard axis)以进行随机化的实施例，本发明在易磁化轴上施加磁场的实施例可减少在磁阻式可变电阻电路阵列MCX产生随机化分布的电阻状态所需的磁场能量。
举例而言，在一些实施例中(如图8A-图8C所示)，磁阻式可变电阻电路阵列MCX8具有第一列磁阻式可变电阻电路MC81、第二列磁阻式可变电阻电路MC82、第三列磁阻式可变电阻电路MC83、第四列磁阻式可变电阻电路MC84。第一至第四列磁阻式可变电阻电路MC81-MC84分别具有4个磁阻式可变电阻电路MC，且每一个磁阻式可变电阻电路MC包括一个磁穿隧接面元件M。为求简洁明了的目的，图8A-图8C的磁穿隧接面元件M的箭头表示自由层的磁矩方向。
在图8A中，磁阻式可变电阻电路阵列MCX8的磁穿隧接面元件M皆已被初始化至相同的电阻状态。在图8B中，能量产生电路E2(例如一电磁铁)提供大部分沿着磁穿隧接面元件M的难磁化轴方向的磁场H8。施加磁场H8的目的是将每个磁穿隧接面元件M的自由层的磁矩方向转向，使每个磁穿隧接面元件M的自由层的磁矩在磁场H8移除后可随机地恢复至易磁化轴的方向(可与初始状态同向或反向)，借此执行磁阻式可变电阻电路阵列MCX8的随机化操作。
本发明的另一些实施例是在易磁化轴上以磁场将部分磁穿隧接面元件的磁矩反转以进行随机化的操作，相较于图8B的磁场H8必须确保将每个磁穿隧接面元件M的自由层的磁矩方向转向的操作方式，本发明在易磁化轴上施加磁场的实施例可减少在磁阻式可变电阻电路阵列产生随机化分布的电阻状态所需的磁场能量。
另一方面，如第8B、8C图所示，施加沿着磁穿隧接面元件M的难磁化轴方向的磁场以进行随机化的操作，可能因磁场的方向偏移或误差，而使随机化后的磁阻式可变电阻电路阵列MCX8在特定区域具有特定电阻状态。如第8B、8C图所示，由于难磁化轴方向的磁场的方向偏移或误差，磁阻式可变电阻电路阵列MCX8在随机化(例如图8B的内容)完成后，第一列磁阻式可变电阻电路MC81容易出现自由层的磁矩方向反转，而第四列磁阻式可变电阻电路MC84容易出现自由层的磁矩方向未反转。由于图8A-图8C所示的随机化操作方式对于不同的磁阻式可变电阻电路阵列MCX8皆会造成相似的影响，因此不同的磁阻式可变电阻电路阵列MCX8在使用图8A-图8C所示的随机化操作方式后，不同的磁阻式可变电阻电路阵列MCX8彼此的汉明距离可能会偏低(因不同的磁阻式可变电阻电路阵列MCX8的第一、第四列磁阻式可变电阻电路MN81、MC84容易出现相似的电阻状态分布)。
由此可知，相较于将磁场方向施加于磁穿隧接面元件M11-Mmn的难磁化轴的实施例，本发明的部分实施例将磁场方向施加于磁穿隧接面元件M11-Mmn的易磁化轴的操作方式，可减少在磁阻式可变电阻电路阵列MCX产生随机化分布的电阻状态所需的磁场能量，并且在多个物理性不可复制功能电路100之间产生较佳的汉明距离。
在一些实施例中，可同时施加磁场H8至磁阻式可变电阻电路阵列MCX8以及施加电压至磁阻式可变电阻电路阵列MCX8的各自的磁穿隧接面元件M，使每个磁穿隧接面元件M的自由层的磁矩在磁场H8移除后可随机地恢复至易磁化轴的方向(可与初始状态同向或反向)，借此执行磁阻式可变电阻电路阵列MCX8的随机化操作。
图9A是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻装置D的示意图。磁阻式可变电阻装置D包括控制装置CD与磁阻式可变电阻电路阵列MCX2。磁阻式可变电阻电路阵列MCX2包括磁阻式可变电阻电路阵列MCX与磁阻式随机存取记忆体(MRAM)单元阵列MR。控制装置CD与磁阻式连接可变电阻电路阵列MCX且构成物理性不可复制功能电路100。
如图9A所示，物理性不可复制功能电路100的磁阻式可变电阻电路阵列MCX可与磁阻式随机存取记忆体单元阵列整合(例如使用相同的电路架构)，借此减少电路尺寸。
图9B是依据本发明实施例的磁阻式可变电阻装置D2的示意图。磁阻式可变电阻装置D2包括两个控制装置CD与磁阻式可变电阻电路阵列MCX3。磁阻式可变电阻电路阵列MCX3包括两个磁阻式可变电阻电路阵列MCX与磁阻式随机存取记忆体单元阵列MR2。两个控制装置CD分别与两个磁阻式可变电阻电路阵列MCX以构成两个物理性不可复制功能电路100。
在一些实施例中，其中一个物理性不可复制功能电路100用以产生一次性的物理性不可复制功能金钥(key)，而另一个物理性不可复制功能电路100用以在每次传输数据时产生识别码。如图9B所示，两个物理性不可复制功能电路100的磁阻式可变电阻电路阵列MCX皆可与磁阻式随机存取记忆体单元阵列MR2整合(例如使用相同的电路架构)，借此减少电路尺寸。
图10是依据本发明实施例的物理性不可复制功能电路的控制方法的流程图。在步骤101中，将多个磁阻式可变电阻电路的磁穿隧接面元件初始化至一电阻状态。在步骤102中，施加一第一能量(例如包括磁场、电流或电压的能量)至这些磁穿隧接面元件。在步骤103中，判断具有一预定电阻状态的上述磁穿隧接面元件的一汉明权重是否在一预定数值范围内。若是，方法结束于步骤105；若不是，方法进入步骤104。在步骤104中，施加一第二能量(例如包括磁场、电流或电压的能量)至这些磁穿隧接面元件。在步骤105中，停止施加该第一能量至这些磁穿隧接面元件。
在一些实施例中，上述第二能量与上述第一能量相同。在一些实施例中，上述第二能量与上述第一能量不同。
在一些实施例中，该第一能量包括维持一既定时间的一磁场。该磁场的方向与这些磁穿隧接面元件的至少一个磁穿隧接面元件的易磁化轴的方向平行。
在一些实施例中，所述多个磁阻式可变电阻电路为自旋轨道记忆体单元，且每一个上述磁穿隧接面元件各自连接一金属导线。该第一能量包括流经该金属导线的一电流。
本发明实施例虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种物理性不可复制功能电路，其特征在于，包括：
一控制装置，包括一能量产生电路与一控制器；以及
一第一磁阻式可变电阻电路阵列，耦接该控制装置，且该第一磁阻式可变电阻电路阵列包括多个磁阻式可变电阻电路，每一个所述磁阻式可变电阻电路包括一磁穿隧接面元件；
其中，该控制装置将所述磁穿隧接面元件初始化至一电阻状态后，该控制装置提供一第一能量至所述磁穿隧接面元件，且该控制装置判断具有一预定电阻状态的所述磁穿隧接面元件的一汉明权重是否在一预定数值范围内，其中该汉明权重等于具有所述预定电阻状态的所述磁穿隧接面元件的数量除以磁穿隧接面元件的总数量。
2.根据权利要求1所述的物理性不可复制功能电路，其特征在于，若该汉明权重在该预定数值范围内，则该控制装置停止提供该第一能量至所述磁穿隧接面元件。
3.根据权利要求1所述的物理性不可复制功能电路，其特征在于，若该汉明权重不在该预定数值范围内，则该控制装置提供一第二能量至所述磁穿隧接面元件。
4.根据权利要求1所述的物理性不可复制功能电路，其特征在于，该第一能量包括维持一既定时间的一磁场；
其中，该磁场的方向与所述磁穿隧接面元件的至少一个磁穿隧接面元件的易磁化轴的方向平行。
5.根据权利要求1所述的物理性不可复制功能电路，其特征在于，该第一能量包括一磁场与分别施加于所述磁穿隧接面元件的一电压。
6.根据权利要求1或5所述的物理性不可复制功能电路，其特征在于，所述多个磁阻式可变电阻电路为自旋轨道记忆体单元，且每一个所述磁穿隧接面元件各自连接一金属导线；
其中，该第一能量包括流经该金属导线的一电流。
7.根据权利要求1所述的物理性不可复制功能电路，其特征在于，所述多个磁阻式可变电阻电路为自旋轨道记忆体单元，且每一个所述磁穿隧接面元件各自连接一金属导线；
其中，该第一能量包括一磁场、分别施加于所述磁穿隧接面元件的一电压与流经该金属导线的一电流的至少其中之二。
8.一种磁阻式可变电阻装置，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的物理性不可复制功能电路；以及
一第二磁阻式可变电阻电路阵列，包括该第一磁阻式可变电阻电路阵列以及一磁阻式随机存取记忆体单元阵列。
9.一种物理性不可复制功能电路的控制方法，其特征在于，包括：
将多个磁阻式可变电阻电路的磁穿隧接面元件初始化至一电阻状态后，施加一第一能量至所述磁穿隧接面元件；以及
判断具有一预定电阻状态的所述磁穿隧接面元件的一汉明权重是否在一预定数值范围内，其中该汉明权重等于具有所述预定电阻状态的所述磁穿隧接面元件的数量除以磁穿隧接面元件的总数量。
10.根据权利要求9所述的物理性不可复制功能电路的控制方法，其特征在于，还包括：
若该汉明权重在该预定数值范围内，则停止施加该第一能量至所述磁穿隧接面元件；以及
若该汉明权重不在该预定数值范围内，则施加一第二能量至所述磁穿隧接面元件。
11.根据权利要求9所述的物理性不可复制功能电路的控制方法，其特征在于，该第一能量包括维持一既定时间的一磁场；
其中，该磁场的方向与所述磁穿隧接面元件的至少一个磁穿隧接面元件的易磁化轴的方向平行。
12.根据权利要求9所述的物理性不可复制功能电路的控制方法，其特征在于，所述多个磁阻式可变电阻电路为自旋轨道记忆体单元，且每一个所述磁穿隧接面元件各自连接一金属导线；
其中，该第一能量包括流经该金属导线的一电流。
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