DE102012111094B4 - MRAM mit Strom-gestützten Selbstreferenz-Lesevorgängen - Google Patents

MRAM mit Strom-gestützten Selbstreferenz-Lesevorgängen Download PDF

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Abstract

Selbstreferenz-Leseschaltkreis um einen anfänglich unbekannten Wert, der in einer MRAM-Bitzelle (20) gespeichert ist, zu ermitteln, wobei die Bitzelle ein Magnetisches-Tunnelkontakt-Element (22) mit – einer fixierten Schicht, die eine dauerhafte Referenzrichtung des magnetischen Feldes herstellt, und – einer freien Schicht mit einer veränderbaren magnetischen Feldkomponente, die wahlweise parallel zu der Referenzrichtung in einem niedrigen Widerstandszustand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements und antiparallel zu der Referenzrichtung in einem hohen Widerstandszustand des genannten Elements ausrichtbar ist, aufweist, wobei der Selbstreferenz-Leseschaltkreis folgendes umfasst: eine Strom-Bias-Quelle und eine Verknüpfungsschaltung, die verbunden sind, um einen Lesestrom-Bias an das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) anzulegen, wodurch Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen hergestellt werden, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben; ein Speicherelement (46), das für den Leseschaltkreis empfindlich ist, das betrieben werden kann, um einen Wert zu speichern, der den unbekannten Widerstandszustand wiedergibt; einen Schreib-Schaltkreis, der betrieben werden kann, um dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element einen der Widerstandszustände einzuprägen, nachdem das Speicherelement betrieben wurde, um den genannten Wert zu speichern; wobei die Verknüpfungsschaltung aufeinander folgend das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) mit der Strom-Bias-Quelle verbindet, um die Bedingungen herzustellen, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben, und daraufhin Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen herzustellen, die den eingeprägten Widerstandszustand der Widerstandszustände wiedergeben; und gekennzeichnet ist durch: einen ersten Transkonduktor-Schaltkreis (62), der auf das Speicherelement (46) reagiert, um einen Strom (IC1) zu erzeugen, der den unbekannten Zustand wiedergibt; einen zweiten Transkonduktor-Schaltkreis (64), der auf das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) reagiert, um einen Strom (IC2) zu erzeugen, der den eingeprägten Widerstandszustand wiedergibt; ...

Description

  • HINTERGRUND
  • Diese Offenlegung betrifft Integrierte-MRAM-Schaltkreisspeicher, in denen verschiedene Logikwerte durch Zustände von hohem oder niedrigem elektrischen Widerstand in einem oder mehreren magnetoresistiven Speicherelementen, die in Bitzellen enthalten sind, wiedergegeben werden. Um die Logikwerte, die in einer Zelle, wie sie hier offengelegt ist, gespeichert sind, auszulesen, wird zuerst ein Strompegel erzeugt, der den gegenwärtigen Logikzustand der Zelle wiedergibt. Ein niedriger Widerstandszustand wird dann der Zelle eingeprägt, und ein Selbstreferenz-Strom-Vergleichsschaltkreis ermittelt, ob der Widerstandszustand vor dem Einprägen des niedrigen Widerstandszustands hoch war oder unverändert.
  • Ein Spin-Transfer-Drehmoment-magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher (Spin-Transfer Torque Magnetoresistive Random Access Memory, STT MRAM) speichert Datenwerte in Magnetischen-Tunnelkontakt-Elementen. Ein magnetischer Tunnelkontakt oder „MTJ” (Magnetic Tunnel Junction) weist übereinander liegende magnetische Schichten auf, die von einem nichtmagnetischen leitenden Film getrennt sind. Die magnetischen Schichten weisen magnetische Felder auf, die eine von zwei Ausrichtungen annehmen, wobei die in Serie geschalteten elektrischen Widerstände durch die übereinander liegenden Schichten und den Film deutlich unterschiedlich sind. Die magnetischen Felder der übereinander liegenden Schichten können in einem niedrigen Widerstandszustand in der gleichen Richtung ausgerichtet sein (parallel zu einander) oder in einem hohen Widerstandszustand direkt entgegengesetzt sein (antiparallel).
  • Während der Lesevorgänge wird der Widerstand einer Zelle gemessen und auf irgendeine Weise mit einem Schwellenwert verglichen, der zwischen dem Zustand hohen Widerstands und niedrigen Widerstands unterscheidet. Es kann beispielsweise eine Spannung erzeugt werden, indem ein Lesestrom mit einer bekannten Amplitude durch das MTJ-Element geleitet wird. Die Spannung am MTJ-Element muss in einem Schwellenwert-Vergleichsschaltkreis oder ähnlichem mit einer Referenzspannung verglichen werden, um zwischen hohen und niedrigen Widerstandszuständen zu unterscheiden. Es ist auch möglich, eine bekannte Spannung anzulegen und den sich ergebenden Strom mit einem Stromschwellenwert zu vergleichen. Ob als Spannung oder Stromstärke geben die relativ höheren und niedrigeren Widerstandszustände des MTJ-Elements logische „Null”- oder „Eins”-Binärwerte einer Bitzelle wieder.
  • Eine Änderung des Logikwerts einer Bitzelle, die ein MTJ-Element aufweist, wird erreicht, indem die Ausrichtung des magnetischen Feldes der freien Schicht verglichen mit der Ausrichtung der fixierten Schicht geändert wird. Eine Spin-Transfer-Drehmoment-(STT)-Zelle ist dadurch vorteilhaft, dass die Ausrichtung des magnetischen Feldes in der freien Schicht einfach dadurch geändert werden kann, dass ein geeigneter Schreibstrom durch das Magnetische-Tunnelkontakt-(MTJ)-Element geleitet wird. Das Lesen des Wertes eines Bits, das heißt das Ermitteln seines Widerstandszustands, umfasst auch das Durchleiten eines Stromes durch das MTJ-Element. Der Lesestrom-Bias-Pegel wird durch eine niedrigere Stromamplitude gebildet als die Schreibstromamplitude, um die Gefahr zu verringern, den Logikwert, der in der Bitzelle gespeichert ist, zu ändern oder zu „stören”. Ein Lese-Störungsfehler kann in Situationen auftreten, wo eine bestimmte Kombination von Widerstandszustand und Lesestrom-Bias auftritt. Die Lesestrompolarität und auch die Lesestromamplitude machen einen Unterschied, weil das Ändern eines MTJ-Elements von seinem hohen Widerstandszustand zu seinem niedrigen Widerstandszustand eine Schreibstrompolarität erfordert, die der Polarität entgegengesetzt ist, die benötigt wird, wenn von einem niedrigen Widerstandszustand in einen hohen Widerstandszustand geschrieben wird.
  • Für Schreibvorgänge kann ein hoher Widerstandszustand (mit antiparallelen magnetischen Feldern) oder ein niedriger Widerstandszustand (mit parallelen magnetischen Feldern) dem MTJ eingeprägt werden. Die jeweiligen Zustände werden mittels Schreibströmen einer ausreichenden Amplitude und bei einer von zwei entgegengesetzten Schreibstrompolaritäten eingeprägt. In jedem der Zustände bleibt der MTJ stabil ohne ein Anlegen von elektrischer Leistung.
  • Eine Bitzelle, die als ein Speicherelement für Logikwerte arbeitet, weist mindestens einen MTJ auf und kann mehr als einen MTJ aufweisen. Ein MTJ weist zwei magnetische Platten oder Schichten auf, die durch eine dünne nichtmagnetische isolierende Schicht getrennt sind, die beispielsweise aus Magnesiumoxid (MgO) besteht. Eine der zwei magnetischen Platten weist ein dauerhaft ausgerichtetes magnetisches Feld auf und dient als Referenzschicht (die so genannte fixierte Schicht). Die andere magnetische Platte ist in Bezug auf die Ausrichtung seines magnetischen Feldes veränderbar (die freie Schicht). Wenn die Ausrichtung des magnetischen Feldes der freien Schicht parallel zu der Ausrichtung des Feldes der fixierten Schicht ist, ist der MTJ-Widerstand relativ niedriger (RL), und wenn die Ausrichtung des Feldes der freien Schicht entgegengesetzt (antiparallel) zu der der fixierten Schicht ist, ist der MTJ-Widerstand relativ höher (RH). Der Widerstand kann beispielsweise im Bereich von Hunderten von Ohm liegen. Die Differenz im Widerstand zwischen dem RL- und RH-Zustand kann bedeutend sein, z. B. eine Differenz im Widerstand von 100%. Die absoluten Widerstandswerte in den hohen und niedrigen Widerstandszuständen (besonders der RH-Wert) und das Verhältnis von Widerständen RL/RH oder RH/RL kann in der Population von MTJ-Elementen aufgrund von Abweichungen der Abmessungen der magnetischen Platten und der nichtmagnetischen isolierenden Schicht abweichen. Solche Abweichungen kommen zwischen integrierten Schaltkreisspeichern und auch zwischen Zellen auf demselben integrierten Schaltkreisspeicher vor. Diese Abweichungen, insbesondere wenn sie zu vorgegebenen Abweichungen, wie etwa den Unterschieden im Widerstand von unterschiedlichen Leiterbahnen, Rauschen und ähnlichem, hinzugefügt werden, erzeugen Unsicherheiten im Ausmaß, in dem der Zustand des Widerstands eines MTJ-Elements (RL oder RH) auf eine unkomplizierte Weise unterschieden werden kann, wie etwa durch einen direkten Vergleich mit einem Referenzwert.
  • Es ergibt sich eine Herausforderung, wie am besten zwischen den höheren und niedrigeren Widerstandszuständen unterschieden werden kann, setzt man voraus, dass der integrierte Schaltkreisspeicher viele Tausende von MTJ-Elementen mit eigenen hohen und niedrigen Widerstandswerten, die nach einer statistischen Population von hohen und niedrigen Widerstandswerten verteilt sind, umfasst. Das Problem liegt darin, welcher Wert als Referenz während des Schwellenwertvergleichs verwendet werden soll. Fertigungsabweichungen erzeugen Abweichungen der hohen und/oder niedrigen Widerstände in der Population von Speicherelementen in einem vorgegebenen Speicherchip und auch unter den Speicherchips. Unterschiede in den Pegeln hohen Widerstands und niedrigen Widerstands von MTJ-Elementen auf einem Chip können Bemühungen, zwischen dem hohen und niedrigen Widerstandszustand eines bestimmten MTJ-Elements zu unterscheiden, kompliziert und manchmal unmöglich machen.
  • Eine feste Referenz kann für den Schwellenwertvergleich verwendet werden. Obwohl der veränderbare Aspekt des MTJ-Elements der Widerstand ist, kann in Anbetracht von Ohm's Gesetz die Basis für einen Vergleich von Widerständen einen Parameter wie Spannungspegel oder Stromamplitude umfassen. Alternativ kann ein anderer Parameter, der sich als Reaktion auf einen Widerstand, eine Spannung oder Stromstärke ändert, wie etwa eine zeitbezogene Variable, die mit dem Laden oder Entladen durch einen Widerstand verbunden ist, verwendet werden. In jedem Fall sollte für verlässliche Ergebnisse eines Vergleichs der Referenzwert, der als der Schwellenwert verwendet wird, um zwischen Logikwerten (und Widerstandszuständen) zu unterscheiden, auf einen mittleren Punkt fallen, der einen ausreichenden Abstand von den hohen und niedrigen Werten des zugehörigen Parameters des MTJ, der in seinem jeweiligen hohen und niedrigen Widerstandszuständen gelesen wird, aufweist. Wenn der Schwellenwert sich in der Nähe des hohen oder niedrigen Parameterwertes befindet, ist es in manchen Szenarien denkbar, dass der Vergleich das richtige Ergebnis nicht liefern kann, nämlich zwischen den parallelen und antiparallelen Ausrichtungszuständen des Feldes des MTJ-Elements zu unterscheiden. Eine Bitzelle in dem Speicher könnte unfähig werden, einen der beiden MTJ-Zustände auszulesen, wenn der Schwellenwert zufällig höher ist als der hohe Parameterwert oder niedriger ist als der niedrige Parameterwert dieser Bitzelle.
  • Die statistische Verteilung von hohen Widerstandswerten RH und niedrigen Widerstandswerten RL kann so ausfallen, dass es einen klaren Unterschied in dem mittleren oder durchschnittlichen hohen Widerstand und dem mittleren oder durchschnittlichen niedrigen Widerstand gibt. Es können jedoch Falle von Ausreißern in der Population auftreten, die hohe Widerstände RH für manche MTJ-Elemente aufweisen, die in der Tat niedriger als die niedrigen Widerstände RL von manchen anderen MTJ-Elementen ausfallen. In diesem Fall ist es nicht möglich, einen festen Vergleichsschwellenwert, wie etwa auf der Hälfte zwischen den hohen und niedrigen Mittelwerten oder Durchschnitten, auszuwählen, der wirksam ist, um zwischen den hohen und niedrigen Widerstandszuständen aller MTJ-Elemente in einem Array oder auf einem Chipschaltkreis zu unterscheiden. In einer solchen Vorrichtung werden, wenn ein direkter Vergleich und ein fester Schwellenwert verwendet wird, manche der MTJ-Elemente als defekt erkannt, weil Bitwerte, die in die Bitzellen, die die MTJ-Elemente enthalten, geschrieben werden, nicht wieder richtig ausgelesen werden können.
  • Obwohl ein Array oder Chipschaltkreis MTJ-Elemente mit RH- und RL-Verteilungen aufweist, die am Rand überlappen können, weisen MTJ-Elemente, die ein relativ hohes oder relativ niedriges RH in der Verteilung der RH-Werte aufweisen, üblicherweise auch ein relativ hohes oder niedriges RL in der RL-Verteilung auf. Die RH- und RL-Pegel folgen einander. Weder das Verhältnis von TMR = (RH – RL)/RL noch das Verhältnis RH/RL sind im Allgemeinen konstant. Im Allgemeinen liegt der TMR zwischen Eins und Zwei, aber es gibt Abweichungen. Die RH-Pegel weisen üblicherweise eine breitere Verteilung auf als die RL-Pegel, vielleicht weil der RH-Pegel empfindlicher auf Abweichungen der Dicke der leitenden Schicht zwischen den magnetischen Schichten beispielsweise durch geringe Fertigungsabweichungen reagiert. Es gibt Bemühungen, diese und andere Abweichungen zu bekämpfen in der Hoffnung, die Zuverlässigkeit eines Vergleichsschaltkreises zum Unterscheiden der RH- und RL-Pegel der MTJ-Elemente zu verbessern, das heißt einen Weg vorzusehen, auf dem eine große Mehrheit der MTJ-Elemente zuverlässig lesbar sind, wenn sie sich in ihrem RH- und RL-Zustand befinden. Aber es treten Schwierigkeiten auf aufgrund der Abweichungen von RH und RL in der Population und der Tatsache, dass die statistischen Verteilungen der Widerstände RH und RL einander überlappen.
  • Techniken können das Bereitstellen mehrerer MTJ-Elemente in jeder Bitzelle, wie etwa angrenzende MTJ-Elemente in einem Array, umfassen, wobei die beiden MTJ-Elemente immer in entgegengesetzten Widerstandszuständen gehalten werden (in welchem Falle die Reihenfolge RH-RL oder RL-RH einen Logikwert darstellen kann); und das Vergleichen von ihnen mit einander oder mit einem Durchschnitt ihrer Widerstände umfassen, um einen Logikwert der Bitzelle zu ermitteln. Eine andere Technik kann es umfassen, den Durchschnitt mehrerer RH- und/oder RL-Werte von MTJ-Elementen beispielsweise in einer örtlichen Nachbarschaft zu bilden und den oder die Durchschnitt(e) irgendwie zu verwenden, um zu einem Vergleichsschwellenwert zu gelangen, der sich ändern kann, wenn verschiedene MTJ-Elemente in einem Array gelesen werden, oder der von einem MRAM-Chipschaltkreis zum nächsten abweichen kann.
  • Obwohl RH- und RL-Widerstandswerte abweichen können und ihre Verteilungen überlappen können, ist für ein gegebenes MTJ-Element der Widerstand RH dieses vorgegebenen Elements zuverlässig größer als der Widerstand RL desselben Elements. Dieses charakteristische Merkmal von MTJ-Elementen legt es nahe, dass es möglich sein kann, eine Selbstreferenz bereitzustellen, die einen Vergleichsschwellenwert festlegt, der zwischen dem RH- und RL-Widerstand des MTJ-Elements liegt, das gelesen wird. Wenn der vorliegende Widerstandswert eines MTJ-Elements mit einem Schwellenwert verglichen wird, der gleich dem Durchschnitt des RH- und RL-Widerstands desselben Elements ist, sollte ein zuverlässiger Lesevorgang möglich sein, solange dieses MTJ-Element einen minimalen Unterschied zwischen RH und RL aufweist. Um jedoch diese Technik anzuwenden, ist es notwendig, den Durchschnitt von RH und RL für alle der MTJ-Elemente in dem Array zu wissen oder leicht zu ermitteln, damit er als individueller Schwellenwertvergleichswert verwendet wird, wenn die jeweiligen Elemente adressiert und gelesen werden.
  • Eine mögliche Selbstreferenz-Lesetechnik könnte es umfassen, einen Parameterwert, der mit dem Widerstandspegel eines MTJ-Elements in einer Bitzelle verknüpft ist, zu ermitteln und zu speichern, um ein Maß des unbekannten gegenwärtigen Zustands des MTJ-Elements zu speichern. Dann könnte man in einem Lesevorgang, nachdem ein bekannter Zustand dem MTJ-Element eingeprägt wurde, zu ermitteln versuchen, ob und wie der Widerstand sich geändert hat (nach oben oder unten oder gar nicht), und eine Entscheidung treffen, ob der ursprüngliche Zustand vor dem Lesevorgang RH oder RL war. Nach dem Vorgang kann es nötig sein, den jetzt ermittelten anfänglichen Zustand wieder in das MTJ-Element zu schreiben (wenn die Speicher- und Änderungsschritte das MTJ-Element nicht in seinem gleichen anfänglichen Zustand gelassen haben), so dass das Lesen des Inhalts des Speichers nicht die gespeicherten Werte verändert.
  • Es ist im Allgemeinen notwendig, beide Zustände dem MTJ-Element zu aufeinander folgenden Zeiten einzuprägen, um sowohl RH als auch RL für dieses MTJ-Element zu ermitteln, um zu einem Durchschnitt zu gelangen, der als Schwellenwertvergleichswert verwendet werden kann, der zu einer Entscheidung führt, ob der unbekannte anfängliche Zustand RH oder RL war. Anderenfalls könnte man irrtümlicherweise schlussfolgern, dass der RH- oder RL-Zustand des MTJ-Elements sich geändert hätte, wenn es in Wirklichkeit zwei aufeinander folgende Messungen in dem selben Zustand von RH oder RL gab, aber die Messungen um einen kleinen Betrag voneinander abweichen, der kleiner als der Unterschied zwischen RH und RL dieses MTJ-Elements war.
  • Ein solcher Selbstreferenz-Vorgang erfordert einen oder mehrere Abtast-Halte-Verstärker, einen oder mehrere Vergleicher, Steuergates und Register. Der Schaltkreis könnte beispielsweise unter der Steuerung eines Phasenzählers arbeiten, um in den notwendigen Schritten voranzuschreiten. Die Schritte oder Phasen umfassen es, den MTJ mit einem Lesestrom vorzuspannen, eine Spannung, die den unbekannten anfänglichen Zustand wiedergibt, zu lesen und zu speichern, zwei weitere Abfolgen von Schreibströmen einzuprägen, die beide den MTJ-Zustand, abhängig von seinem anfänglichen Zustand, ändern können, in jedem der Fälle eine Spannung zu speichern, die den RH- und den RL-Zustand wiedergibt, einen Durchschnitt der höheren und niedrigeren Spannungen, die die RH- und RL-Widerstandswerte wiedergeben, zu bilden, um eine Referenz zum Vergleich bereitzustellen, die Spannung, die den unbekannten anfänglichen Wert wiedergibt, mit der Referenz zu vergleichen, um zu ermitteln, ob der anfängliche Zustand RH oder RL war, und den anfänglichen Zustand wieder zu schreiben, wenn der endgültige Zustand des MTJ nicht der gleiche ist wie der anfängliche Zustand.
  • Der gegenwärtige Wert eines MTJ-Elements (RH oder RL) ist beliebig und unbekannt. Wenn es wenigstens bekannt ist, ob der Wert sich geändert hat, wäre es möglich, nur den vorhergehenden Wert zu speichern und zu ermitteln, ob der gegenwärtige Wert höher oder niedriger ist. Wenn aber die Daten oder Logikwerte, die aus dem MTJ-Element gelesen und in es geschrieben werden, beliebig sind, kann man auf diesem Wege nichts über den früheren und gegenwärtigen Wert wissen.
  • Bei Schreibvorgängen wird der RH- oder RL-Zustand einem MTJ-Element eingeprägt, indem ein Schreibstrom von einer benötigten Polarität, der über einer minimalen Amplitude liegt, angelegt wird. Ströme entgegengesetzter Polarität prägen jeweils die entgegengesetzten RH- und RL-Zustande ein. In einer beispielhaften Selbstreferenz-Technik (siehe das US 7 876 604 B2 – Zheng) wird ein Lesestrom-Bias an ein MTJ-Element angelegt, dessen RH- oder RL-Zustand zuerst unbekannt ist. Der Lesestrom weist dieselbe Polarität auf wie ein Schreibstrom und würde den MTJ entweder in den RH- oder den RL-Zustand bringen, wenn die Amplitude ausreichend hoch wäre. Aber die Amplitude wird anfangs bei einer vorgegebenen Strompolarität unterhalb der minimalen Amplitude gehalten, die als notwendig angesehen wird, um eine Änderung des Zustands zu erzwingen. Nachdem der Wert eines Parameters, der mit dem Widerstand verknüpft ist (z. B. Spannung bei einem vorgegebenen Strom-Bias-Pegel), gemessen wurde, wird die Strom-Bias-Amplitude über das Minimum erhöht, das nötig ist, um entweder den RH- oder den RL-Zustand in das MTJ-Element zu schreiben oder ihm einzuprägen. Wenn das MTJ-Element anfänglich in dem gleichen Zustand war, der eingeprägt wird, kehrt der Parameter, der mit dem Widerstand verknüpft ist, zu seinem gemessenen Wert zurück, wenn zu der niedrigeren Lesestromamplitude zurückgekehrt wird. Wenn das MTJ-Element nicht in dem eingeprägten Zustand war, ist der Parameter, der mit dem Widerstand verknüpft ist, höher oder niedriger als sein gemessener Wert, wenn zu der niedrigeren Lesestromamplitude zurückgekehrt wird. Man kann dann schlussfolgern, ob der ursprüngliche Zustand RH oder RL war. Wenn notwendig wird der anfängliche Zustand dem MTJ-Element wieder eingeprägt.
  • Ein Beispiel für ein System und ein Verfahren zum Lesen einer Speicherzelle ist in der DE 10 2004 011 418 A1 angegeben. Um die Speicherzelle auszulesen, werden Spannungswerte, die jeweils zu unterschiedlichen Zeiten von der Speicherzelle abgegriffen wurden, mit den Eingängen eines Differenzverstärkers gekoppelt. Der Differenzverstärker erzeugt eine Differenzausgangsspannung, die durch einen Signalverstärker zu einer Logikausgangsspannung verstärkt wird. Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Bewerten des Informationsgehalts einer Speicherzelle ist in der DE 19947118 C1 angegeben. Die Schaltungsanordnung umfasst zwei Schaltungszweige, die jeweils mit der Speicherzelle und einem Bewerter verbunden sind. Jeder Schaltungszweig umfasst einen Schalter und eine Kapazität. Um eine Bewertung der Information der Speicherzelle vorzunehmen, vergleicht der Bewerter die Spannungen der beiden Schaltungszweige.
  • Was benötigt wird, ist eine Art, zuverlässig zwischen den RH- und RL-Zuständen von Bitzellen und MTJ-Elementen in Bitzellen zu unterscheiden, wenn es Bereiche unterschiedlicher RH- und RL-Widerstände für die MTJ-Elemente in einem Array von Tausenden von Elementen gibt und die Bereiche überlappen können, so dass der RH von manchen MTJ-Elementen niedriger ist als der RL von manchen anderen MTJ-Elementen, und wobei weiter berücksichtigt wird, dass der anfängliche Widerstandszustand und/oder Bitzellen-Logikwert beliebig und unbekannt ist, was bedeutet, dass jede gegebene Zelle sich in einem hohen oder niedrigen Widerstandszustand befinden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenlegung, ein wirksames STT-MRAM-Leseverfahren und -vorrichtung bereitzustellen, das sich einer Selbstreferenz-Technik, die im Wesentlichen auf einem Strom basiert, bedient, als eine wirksame Technik, um Schwierigkeiten zu vermeiden, die sonst einer Population von Magnetischen-Tunnelkontakt-(MTJ)-Elementen innewohnen.
  • Jedes logische Bit kann durch den hohen oder niedrigen Widerstandszustand eines einzelnen Magnetischen-Tunnelkontakt-(MTJ)-Elements wiedergegeben bzw. repräsentiert werden. In einem anderen Beispiel kann ein Logikwert durch entgegengesetzte hohe und niedrige Widerstandszustände von zwei gepaarten magnetischen Tunnelkontakten, die betrieben werden, um komplementäre Widerstandszustände anzunehmen, wiedergegeben werden und Widerstände aufweisen, die miteinander verglichen werden können. Wenn sich einer in einem hohen Widerstandszustand befindet, befindet sich der andere in einem niedrigen Widerstandszustand, und wenn ein neuer Logikwert in die Zelle geschrieben wird, werden beide Kontakte in ihre entgegengesetzten Zustände geändert.
  • Ein Array von magnetoresistiven Speicher-Bitzellen, das veränderbare hohe und niedrige Widerstandszustände in einem oder mehreren Magnetischen-Tunnelkontakt-Elementen verwendet, um Logikwerte zu speichern, wird angeordnet, um eine verbesserte Fähigkeit bereitzustellen, die hohen und niedrigen Widerstandszustände zu unterscheiden, indem Selbstreferenz-Techniken verwendet werden. Die Population von MTJ-Elementen kann Verteilungen von RH-Widerständen und RL-Widerständen aufweisen, die tatsächlich überlappen, d. h. die RH-Widerstände von manchen Elementen der Population können kleiner sein als die RL-Widerstände von anderen Elementen. Für jedes gegebene MTJ-Element gilt jedoch RH > RL, was durch die offengelegte Techniken ausgenutzt wird.
  • Eine Selbstreferenz-Technik erfordert eine Abfolge von Vorgängen oder Schritten, um den unbekannten anfänglichen Zustand mit einem oder mehreren nachfolgenden Zuständen zu vergleichen, die eingeprägt werden und daher bekannt sind. Es wird ein Parameterwert mit einem Maß entwickelt, das sich mit dem in Serie geschalteten Widerstand eines MTJ-Elements ändert, dessen Widerstandszustand gelesen werden soll, wenn es sich in einem unbekannten Widerstandszustand RL oder RH aufgrund der parallelen oder antiparallelen Ausrichtung der magnetischen Felder in der freien und der fixierten Schicht des Magnetischen-Tunnelkontakt-(MTJ)-Elements befindet. Dieser Parameter und gemessene Wert werden ermittelt oder kurz gespeichert und geben den unbekannten anfänglichen Zustand eines MTJ-Elements, das gelesen werden soll, wieder.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungen wird der Parameter durch einen Stromwert gebildet oder wird er in dem Schaltkreis verarbeitet, um einen Stromwert bereitzustellen. In einem nachfolgenden Schritt wird dem MTJ-Element ein bekannter Widerstandszustand eingeprägt. Der entsprechende Wert des Parameters in dem eingeprägten Zustand wird verbunden, um mit dem Parameter und Wert, der den anfänglichen Zustand wiedergibt, verglichen zu werden. In beispielhaften Ausführungen wird der eingeprägte Zustand durch den niedrigen RL-Widerstandszustand gebildet, der erhalten wird, indem eine parallele magnetische Feldausrichtung der fixierten und freien magnetischen Schicht eingeprägt wird, der üblicherweise eine schmale Verteilung aufweist. Der Parameter, der den eingeprägten RL-Zustand wiedergibt, umfasst einen Strom und wird mit entgegengesetzten Polaritäten mit dem Strom, der den unbekannten Zustand wiedergibt, aufsummiert. Die aufsummierten Ströme stellen einen direkten Vergleich dar, der wiedergibt, ob der anfängliche Widerstandszustand des MTJ-Elements ein höherer Widerstand war als der eingeprägte niedrige RL-Widerstandszustand oder nicht.
  • Gemäß bestimmten Ausführungen wird die Stromvergleichs-Summieranordnung so vorgespannt, dass der Vergleich nicht völlig direkt ist. Der Vergleich erfordert eine minimale Differenz in der Stromstärke, um zu schlussfolgern, dass der anfängliche Zustand ein hoher Widerstandszustand war. Die Differenz im Widerstand vor und nachdem der Zustand RL eingeprägt wird muss die minimale Differenz überschreiten, bevor der Vergleichsschaltkreis schlussfolgert, dass der anfängliche Widerstandszustand der hohe Widerstandszustand RH war. In Ausführungen, in denen die mittleren RL- und RH-Widerstände etwa 100 und 250 Ω betragen, verhindert eine minimale Differenz von etwa 50 Ω beispielsweise wirksam, dass eine vernachlässigbare Differenz in der Stromstärke zwischen zwei aufeinander folgenden Auslesungen in dem selben RL-Zustand (z. B. in dem Fall eines anfänglichen Widerstands RL und eines eingeprägten Widerstands eines vernachlässigbar kleineren RL) irrtümlicherweise als ein Anzeichen davon interpretiert wird, dass der anfängliche Widerstandszustand RH war. Zugleich ist die Verwendung von RH- und RL-Pegeln als Selbstreferenz-Vergleichswerten sehr wirksam.
  • Zusätzliche Ziele und Aspekte dieser Offenlegung werden aus der nachfolgenden Behandlung beispielhafter Ausführungen deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG
  • In den Abbildungen sind bestimmte beispielhafte Ausführungen gezeigt, die Aspekte des offengelegten Gegenstands darstellen sollen. Die Entwicklungen des Gegenstands sind nicht auf die als Beispiele dargestellten Ausführungen beschränkt und man beziehe sich auf die Ansprüche, um den Schutzumfang des Gegenstands zu beurteilen. In den Abbildungen ist
  • eine schematische Darstellung, die einen Selbstreferenz-Leseschaltkreis zeigt, um den Widerstandszustand eines Magnetischen-Tunnelkontakt-(MTJ)-Elements in einem magnetoresistiven Direktzugriffsspeicher (MRAM) zu ermitteln.
  • ist eine schematische Darstellung, die MTJ-Elemente in unterschiedlichen Widerstandszuständen zeigt und das Einprägen von Widerstandszuständen durch das Anlegen eines Schreibstrom-Bias einer vorgegebenen Polarität zeigt.
  • ist ein Graph, der die hohen und niedrigen Widerstandswerte von MTJ-Elementen von Bitzellen entlang einer Bitleitung für zwei unterschiedliche MRAM-Chipschaltkreise zeigt. Der Graph zeigt einen Abstand (Offset) zwischen den beiden Chips, jedoch RH- und RL-Werte, die einander gewöhnlich folgen.
  • ist ein Graph des Verhältnisses RH/RL von Bitzellen wie in , der zeigt, dass das Verhältnis außer für Abweichungen zwischen den Bitzellen in einem Ausmaß, das mit der Verteilung von RH-Werten vergleichbar ist, relativ konstant ist.
  • ist ein Histogramm, das die Verteilung von RL- und RH-Widerständen auf einem beispielhaften Chip zeigt, wobei die gestrichelte Linie eine Verteilung von möglichen Schwellenwert-Vergleichswiderständen zeigt, die verwendet werden können, wenn ein Schaltkreis angeordnet bzw. ausgelegt werden kann, einen Durchschnitt des RL- und des RH-Widerstands eines vorgegebenen MTJ als die Referenz zu verwenden, um zu unterscheiden, ob der MTJ sich in einem hohen Widerstandszustand (RH, antiparallele Feldausrichtungen) oder einem niedrigen Widerstandszustand (RL, parallele Feldausrichtungen) befindet.
  • , als Stand der Technik bezeichnet, zeigt eine Vergleichstechnik, bei der Widerstand eines MTJ-Elements mit dem Widerstand einer Referenzzelle verglichen wird.
  • ist eine schematische Darstellung einer Ausführung eines Selbstreferenz-Vergleichsschaltkreises, der konfiguriert ist, um Strompegel in einem MTJ-Element, in einem gegenwärtig unbekannten Widerstandszustand und nachdem ein bekannter Widerstandszustand eingeprägt wurde, zu vergleichen.
  • ist eine schematische Darstellung, die eine Quelle von zwei Referenzströmen zeigt, die als ein Stromvergleicher arbeitet, und symmetrisch (balanced) oder unsymmetrisch (unbalanced) gemäß einer Stromausgabe des Schaltkreises von ist. Die Referenzstromquelle weist eine Vorspannung (Bias) oder einen Abstand (Offset) auf, der die Empfindlichkeit des Vergleichers auf eine Differenz zwischen Strompegeln, bevor und nachdem der bekannte Widerstandszustand eingeprägt wurde, bestimmt. Die Differenz muss die Vorspannung (Bias) oder den Abstand (Offset) überschreiten, bevor der Vergleicher Signale aussendet, dass der eingeprägte Widerstandszustand unterschiedlich (niedriger) als der unbekannte Widerstandszustand vor dem Einprägen des bekannten Widerstandszustandes ist.
  • ist ein Zeitdiagramm, das Taktungs-Phasenimpulse zeigt um zwischen Ablaufschritten voranzuschreiten, wobei die untere Spur Ausgänge bei logischem Null oder Eins vergleicht, die von unterschiedlichen gegenwärtig unbekannten Widerstandszuständen des MTJ-Elements herrühren.
  • ist ein Flussdiagramm, das die Ablaufschritte der Konfigurationen von – beschreibt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • ist eine schematische Darstellung, die einen Selbstreferenz-Leseschaltkreis zeigt, um den Widerstandszustand eines Magnetischen-Tunnelkontakt-(MTJ)-Elements in einem magnetoresistiven Direktzugriffsspeicher (MRAM) zu ermitteln. Eine Speicher-Bitzelle 20, die magnetoresistive Techniken verwendet, wie sie hier vorgesehen sind, verwendet mindestens ein Magnetisches-Tunnelkontakt-(MTJ)-Element 22 für jede der Bitzellen und kann wahlweise mehr als ein MTJ-Element 22 verwenden. In dem gezeigten Beispiel weist die Bitzelle 20 ein MTJ-Element 22 und einen Schalttransistor 23 auf, der das MTJ-Element mit einer Stromquelle verbindet, wenn die Bitzelle 20 ausgewählt wird. Eine Bitzelle 20 in einem Speicherarray, der üblicherweise Tausende von Bitzellen in einer Struktur von Reihen (Wörtern) und Spalten (Bits) aufweist, wird ausgewählt, indem Wortleitungs- und Bitleitungs-Signale aktiviert werden, während auch geeignete Vorspannungs(bzw. Bias)-Bedingungen angelegt werden, um Lese- oder Schreibvorgänge auszulösen.
  • In der wird das MTJ-Element als ein variabler Widerstand gezeigt. Mit Bezug insbesondere auf weist jedes MTJ-Element 22 ein Paar von übereinander liegenden magnetischen Schichten auf, die durch eine nichtmagnetische leitende Schicht getrennt sind. Eine der magnetischen Schichten, genannt die „fixierte Schicht”, weist, wie gezeigt, ein dauerhaftes magnetisches Feld auf, das in einer vorgegebenen Richtung ausgerichtet ist (angezeigt durch einen Pfeil mit einer Spitze). Die andere magnetische Schicht (die „freie Schicht”) weist eine veränderbare magnetische Feldausrichtung auf (angezeigt durch einen Pfeil mit zwei entgegengesetzten Spitzen).
  • Der elektrische Widerstand der übereinander liegenden Schichten (d. h. der in Serie geschaltete Widerstand durch die fixierte, leitende und freie Schicht) weicht ab, wenn die magnetischen Felder der freien und der fixierten Schicht aneinander ausgerichtet sind (parallel) verglichen damit, wenn die magnetischen Felder der freien und der fixierten Schicht entgegengesetzt sind (antiparallel). In einer Konfiguration mit einem MTJ-Element 22 pro Bitzelle wird der Logikwert der Bitzelle dadurch wiedergegeben, ob das MTJ-Element 22 sich in einem Zustand von paralleler oder antiparalleler Feldausrichtung befindet. Das MTJ-Element 22 befindet sich in einem niedrigen Widerstandszustand RL, wenn die magnetischen Feldausrichtungen parallel sind, oder in einem hohen Widerstandszustand RH, wenn die magnetischen Feldausrichtungen der zwei Schichten antiparallel sind. Der Logikwert der Bitzelle wird ausgelesen, indem gemessen wird, ob der elektrische Widerstand der in Serie verbundenen fixierten Schicht, leitenden Schicht und freien Schicht sich in dem Zustand niedrigen Widerstands RL oder hohen Widerstands RH befindet. In andern Konfigurationen (nicht gezeigt), wie etwa eine redundante Konfiguration, in der Bitzellen zwei oder mehrere MTJ-Elemente und Anordnungen aufweisen, um sie in entgegengesetzten Zustanden zu halten, wird der Logikpegel durch RL-RH oder RH-RL-Zustände der zwei MTJ-Elemente in einer Bitzelle wiedergegeben. Jedes der beiden oder beide MTJ-Elemente können dahingehend gemessen werden, ob er (sie) sich in dem RL- oder RH-Zustand befindet (befinden), um den Logikwert in einer solchen Konfiguration auszulesen.
  • Ein Lesevorgang kann ausgeführt werden, indem eine bekannte Stromamplitude durch ein MTJ-Element 22 geleitet wird und eine hohe oder niedrige Potentialdifferenz gemessen wird, was jeweils einen hohen oder niedrigen Widerstandszustand anzeigt. Oder ein Lesevorgang kann ausgeführt werden, indem eine bekannte Spannungsamplitude angelegt wird, und gemessen wird, ob der Strom, der durch das MTJ-Element geleitet wird, eine hohe oder niedrige Amplitude aufweist, was jeweils einen niedrigen oder hohen Widerstandszustand anzeigt.
  • Für Schreibvorgänge kann die Ausrichtung des magnetischen Feldes der freien Schicht in eine parallele oder antiparallele Ausrichtung mit der fixierten Schicht gebracht werden. Eine Technik besteht darin, ein externes magnetisches Feld anzulegen, um das Feld in der freien Schicht auszurichten. Eine andere Technik, die als Spin-Transfer-Drehmoment bekannt ist, umfasst das Durchleiten einer ausreichend großen Amplitude von Strom durch das MTJ-Element 22 bei einer von zwei entgegengesetzten Strompolaritäten, um die freie Schicht in eine von zwei entgegengesetzten Ausrichtungen zu bringen. In bewegt eine positive Strompolarität in der oberen linken Ecke die Elektronen durch die fixierte Schicht zu der freien Schicht. In der fixierten Schicht richten sich die Spins der Elektronen nach der lokalen Feldausrichtung in der fixierten Schicht aus, und wenn die Stromamplitude ausreichend groß ist, wird die Ausrichtung der fixierten Schicht auf die freie Schicht übertragen, was dazu führt, dass die Ausrichtungen der zwei Schichten parallel werden, wie in der oberen rechten Ecke der gezeigt ist, was dem Zustand niedrigen Widerstands RL entspricht. Ein negativer Strom ausreichender Amplitude, der in der unteren linken Ecke von gezeigt ist, trägt Elektronen mit einer zufälligen Spinausrichtung durch die freie Schicht, was jede bestehende Ausrichtung entfernt. Das Feld der angrenzenden fixierten Schicht, die im Grunde einen Permanentmagneten umfasst, induziert eine antiparallele Ausrichtung der freien Schicht, was der Zustand hohen Widerstands RH ist.
  • Eine Art, zu ermitteln, ob ein MTJ-Element 22 sich in seinem hohen oder niedrigen Widerstandszustand befindet, liegt darin, entweder eine bekannte Stromstärke oder eine bekannte Spannung anzulegen, daraufhin den anderen Wert, Spannung oder Stromstärke, zu messen (die sich mit dem Widerstand des MTJ-Elements gemäß Ohm's Gesetz V = IR ändern) und durch Vergleichstechniken zu entscheiden, ob die sich ergebende Spannung durch das Element höher oder niedriger als ein Schwellenwert ist, von dem erwartet wird, dass er irgendwo zwischen dem hohen und dem niedrigen Widerstandszustand liegt, beispielsweise auf der Hälfte zwischen dem erwarteten Wert in dem hohen und niedrigen Widerstandszustand. Mit Bezug auf die – gibt es Probleme mit dieser Technik, weil die RH- und RL-Widerstände der MTJ-Elemente 22 auf einem Chip stark abweichen. In der fallen die RL- und RH-Widerstände von zwei Chips in getrennte Bereiche, weichen mit der Bitzellenadresse zunehmend ab (beispielsweise aufgrund von Änderungen der Leitungslänge) und sind durch eine größere Abweichung von RH als von RL gekennzeichnet. In der ähnelt sich das Verhältnis RL/RH für die beiden Chips, weist aber eine Verteilung auf, die der Verteilung der RH-Werte gleicht.
  • ist ein Histogramm, das eine beispielhafte Verteilung von RL- und RH-Werten in einer Population von MTJ-Elementen 22 zeigt, die mit den Graphen des Widerstands in vereinbar ist. Es treten zwei getrennte Spitzen für die Populationen von RH und RL auf, wobei die Verteilung von RH breiter als die von RL ist. Es stellt ein Problem dar, dass die Populationen von RH und RL überlappen. Es gibt manche Werte von RL, die höher als manche Werte von RH sind und umgekehrt.
  • (als Stand der Technik bezeichnet) zeigt ein Beispiel eines einfachen Vergleichsschaltkreises. Für eine vorgegebene Bitleitung BL wird ein Referenz-Widerstandsschaltkreis, der eine Referenzzelle 35 aufweist, die einen Widerstand zum Vergleich darstellt, parallel mit der Bitzelle 20, die das MTJ-Element 22 umfasst, geschaltet und die parallelen Zweige werden von einer gemeinsamen Spannungs-/Stromquelle durch NMOS-Strom-Lastenausgleichstransistoren 32 gespeist. Wenn die Bitzelle 20 durch Bitleitungs- und Wortleitungs-Signale BL, WL ausgewählt wird und die Stromquelle SL einen Strom-Bias bereitstellt, weist die Ausgangsspannung Vout einen unterschiedlichen Pegel auf, abhängig davon, ob Iref oder Icell eine höhere oder niedrigere Amplitude aufweist, was anzeigt, dass der Widerstand des MTJ-Elements sich in einem RL- oder RH-Widerstandszustand befindet.
  • Wenn man versucht, einen bestimmten Referenzwiderstand als einen Schwellenwert-Vergleichswert für die Referenzzelle auszuwählen, werden manche der MTJ-Elemente nicht korrekt lesbar sein, weil ihr niedriger Widerstand RL höher ist als der Schwellenwert oder ihr hoher Widerstand RH niedriger als der Schwellenwert ist. Man kann nicht sicher oder zuverlässig eine Vergleichsreferenz herstellen, die größer als der niedrige Widerstand und kleiner als der hohe Widerstand von allen zu lesenden Elementen ist. Auf der anderen Seite zeigt die , dass obwohl die RH- und RL-Widerstandspopulationen in einem Chip überlappen, der hohe Widerstand RH eines vorgegebenen MTJ-Elements 22 zuverlässig höher als der niedrige Widerstand RL desselben MTJ-Elements ist. Was erforderlich ist und gemäß dieser Offenlegung vorgesehen ist, ist eine wirksame und zuverlässige Art, den niedrigen und den hohen Widerstand RL und RH des MTJ-Elements 22 einer adressierten Bitzelle 20 zu vergleichen.
  • Anstatt den Widerstand von Elementen mit einem festen Schwellenwert zu vergleichen, um wie in einen logischen Zustand zu ermitteln, ist es ein Aspekt dieser Offenlegung, Schaltkreise und Techniken bereitzustellen, durch die die Widerstände von Magnetischen-Tunnelkontakt-Elementen 22 mit sich selbst verglichen werden. Dies kann erreicht werden, indem ein Maß gespeichert wird, das mit dem Widerstand eines einen unbekannten Zustand aufweisenden MTJ-Elements 22 verknüpft ist, daraufhin ein bekannter Zustand eingeprägt wird und ermittelt wird, ob der Widerstand in dem bekannten Zustand höher oder niedriger als der Widerstand in dem unbekannten Zustand ist.
  • Obwohl der Parameter von hauptsächlichem Interesse der in Serie geschaltete Widerstand des MTJ-Elements 22 ist, sollte es deutlich sein, dass es verschiedene Arten gibt, Unterschiede im Widerstand mittels Spannungen oder Stromstärken wiederzugeben. Beispielsweise erzeugt eine bekannte Spannung, die an ein MTJ-Element angelegt wird, einen veränderlichen Strom, wenn der Widerstand sich ändert (RL oder RH). Ein bekannter Strom-Bias erzeugt ebenso Änderungen der Spannung in dem MTJ, wenn der Widerstand sich ändert. Eine indirekte Variable kann auch zur Anwendung kommen, um Unterschiede im Widerstand wiederzugeben. Wenn ein MTJ-Element 22 in Serie mit einem anderen Element zwischen einer Stromquellenleitung und einer Spannungsquelle verbunden ist, bilden das MTJ-Element und das andere Element einen Spannungsteiler und die Spannung an dem anderen Element wird ebenso durch Unterschiede in dem Widerstand des MTJ-Elements beeinflusst.
  • In einer Ausführung, die im Allgemeinen in und im Detail in den – gezeigt ist, wird ein Maß des unbekannten Zustands, das gespeichert wird, durch einen Spannungspegel gebildet, der den unbekannten niedrigen oder hohen Widerstandszustand RL oder RH wiedergibt. Der bekannte Zustand, der eingeprägt wird, kann vorteilhaft der niedrige Widerstandszustand RL sein, der, wie in gezeigt ist, relativ stabil in den Bitzellen eines vorgegebenen Chips ist. Der gespeicherte Spannungspegel wird als ein Steuer- oder Regelparameter für eine veränderbare Stromquelle verwendet, die einen Strom bereitstellt, der den unbekannten Zustand wiedergibt. Der Strom, der den unbekannten Zustand wiedergibt, wird an einem Summierknoten mit dem Strom, der dem gleichen MTJ-Element 22 in dem bekannten Zustand bereitgestellt wird, verglichen bzw. ausbalanciert, wobei Ströme positiver und negativer Polarität verwendet werden, um den bekannten und den unbekannten Widerstand des MTJ-Elements 22 wiederzugeben, bevor und nachdem dieses in den bekannten Widerstandszustand, vorzugsweise den niedrigen Widerstandszustand RL, geschaltet wurde.
  • Mit Bezug auf ist ein Kondensator 46 zwischen der Stromquelle VS und einem I-V-Wandler 42 in Serie mit dem MTJ-Element 22 vorgesehen. Der I-V-Wandler stellt eine Spannungsdifferenz für einen Strom bereit. (In einem Beispiel kann das Element 42 durch einen Transistor gebildet werden, der in einem Bereich von proportionaler Leitung betrieben wird.) Die Vorrichtung arbeitet mit einer Serie von Vorgängen, die auf dem Öffnen und Schließen von zwei Schaltern 52, 54 beruhen, die nacheinander ein Maß des unbekannten Widerstands in einem Betriebszustand des MTJ-Elements 22 ermitteln und speichern; und, nachdem ein niedriger Widerstandszustand in das MTJ-Element 22 geschrieben wurde, einen ähnlichen Betriebszustand für das MTJ-Element in dem niedrigen Widerstandszustand herstellen. Während er sich in seinem unbekannten bzw. niedrigen Widerstandszustand befindet, werden Ströme I_C1 bzw. I_C2 als indirekte Gegenparts des Widerstands des MTJ-Elements 22 in dem unbekannten bzw. dem niedrigen Widerstandszustand erzeugt. Die Ströme I_C1 und I_C2 werden dann verglichen, insbesondere indem ihre Amplituden mit entgegengesetzter Polarität addiert werden (d. h. der eine wird von dem anderen abgezogen). Dies erzeugt einen zusammengesetzten Stromstärkewert ΔI, dessen Amplitude bestimmt, ob der Widerstand des MTJ-Elements 22 in dem unbekannten Zustand größer war oder nicht.
  • Vorteilhafterweise wird der Pegel des Ausgangsstroms ΔI (also I_C1 minus I_C2) einem Schwellenwertvergleich durch den Stromvergleicher 66 unterzogen, der mit einer Empfindlichkeit oder einer minimalen Schwellenwertdifferenz konfiguriert ist. Die Aufgabe des Stromvergleichers 66 liegt darin, eine minimale Stromdifferenz ΔI als eine Vorbelastung bzw. Bias zu erzeugen, die überschritten werden muss, um einen zutreffenden Ausgang Vout bereitzustellen, wenn der vorhergehende Zustand RH, der höhere Widerstandszustand, war. Die Vorbelastung ΔI ist eine Differenz, um die die Ströme I_C1 und I_C2 sich unterscheiden müssen, bevor der Ausgang aktiviert wird, um anzuzeigen, dass der unbekannte Zustand der hohe Widerstandszustand war. Wenn die gegenwärtigen Ströme I_C1 und I_C2 innerhalb einer Referenztoleranz, die durch den Eingang Iref zu dem Stromvergleicher 66 bestimmt wird, fast gleich sind, war der unbekannte Zustand ein niedriger Widerstandszustand. Der Stromvergleicher verhindert es, dass eine kleine Differenz zwischen I_C1 und I_C2, die durch Messfehler erzeugt wurde, als ein Unterschied des Widerstandszustands angesehen wird.
  • Die Vorrichtung arbeitet in Zuständen oder Phasen, die von einem Schritt zum nächsten mittels eines Phasenzählers, um in jede der Phasen des Betriebs zu schalten (in nicht gezeigt), fortschreiten können. In einer ersten Phase in einer Abfolge für einen Lesevorgang wird der Schalter SW1 geschlossen und Strom von der Quelle wird durch das MTJ-Element 22, das über den Transistor 23 durch die Wortleitungs- und Quellen-(Bitleitungs)-Signale WL und SL adressiert wird, geleitet. Der Kondensator 46, der mit dem Transkonduktorelement 62 verbunden ist, wird mit einer Spannung geladen, die den unbekannten Zustand des MTJ-Elements 22, das gelesen wird, wiedergibt. Während dieser Phase wird der unbekannte Pegel auch durch einen Strompegel I_C1 wiedergegeben, hergestellt, mit einem Summierknoten 70 verbunden und daraufhin unter der Steuerung einer Spannung am Kondensator 46 aufrechterhalten.
  • In einer nächsten Phase wird der Schalter SW1 geöffnet und ein Schreibstrom-Bias mit einer Amplitude, die ausreicht, um das MTJ-Element 22 in einen niedrigen Widerstandszustand zu zwingen, wird an das MTJ-Element 22 angelegt (d. h. eine magnetische Feldausrichtung wird der freien Schicht, parallel zu der fixierten Schicht, eingeprägt). Dies ist ein Strom, der in der freien Schicht positiver ist, um spin-polarisierte Elektronen von der fixierten Schicht in die freie Schicht zu leiten und eine Feldausrichtung in die freie Schicht einzuprägen, die parallel zu der Ausrichtung der fixierten Schicht ist. Es ist auch möglich, einen niedrigen Widerstandszustand einzuprägen, indem eine parallele Feldausrichtung der freien Schicht durch andere Techniken als Spin-Transfer-Drehmoment-Techniken, die mit Bezug auf erwähnt wurden, einzuprägen, beispielsweise indem ein Feld elektromagnetisch an die freie Schicht angelegt wird.
  • In einer weiteren Phase wird der Schalter SW2 geschlossen und das MTJ-Element 22 wird wieder gelesen, von dem nun bekannt ist, dass es sich in dem niedrigen Widerstandszustand befindet. Ein Strom I_C2 wird durch den Transkonduktor 64 erzeugt. Der Strom ΔI, also I_C1 minus I_C2, wird mit dem Stromvergleicher 66 verbunden. Vorausgesetzt, dass der Strom ΔI einen minimalen Schwellenwert Iref überschreitet, der eine Messtoleranz oder einen Messfehler bestimmt, wird der Ausgang Vout auf Wahr geschaltet. Dies zeigt an, dass der MTJ sich anfangs in dem hohen Widerstandszustand befand. Nachdem der Ausgang in ein Register oder ähnliches (nicht gezeigt) geschoben wurde, kann der anfängliche Widerstandszustand wieder zurück in das MTJ-Element 22 mittels eines Schreibstrom-Bias der richtigen Polarität, wie er in gezeigt ist, und zumindest einer minimalen Amplitude geschrieben werden. Wenn der Ausgang Vout nicht angeschaltet wurde, war der unbekannte anfängliche Zustand der niedrige Widerstandszustand, und nachdem der Ausgang in das Register geschoben wurde ist kein weiterer Vorgang nötig.
  • Ein Maß des Widerstands in einem unbekannten Zustand wird gespeichert und zum Vergleich verwendet, bevor und nachdem die Bitzelle in einem Lesevorgang geschaltet wurde. Ein funktionales schematisches Diagramm ist in gezeigt. Ausführungen werden offenbart, in denen der Widerstand desselben Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements (MTJ) gemessen wird, bevor und nachdem ein niedriger Widerstandszustand eingeprägt wird und die beiden Widerstände werden verglichen. Vor dem Lesevorgang ist der Widerstandszustand des MTJ unbekannt. Wenn ein beliebiger Wert in ein MTJ-Element geschrieben wird, kann sein Widerstand zunehmen oder abnehmen oder gleich bleiben.
  • Die und stellen spezielle Ausführungen dar, die Transkonduktor-Schaltkreise detailliert beschreiben, die verwendet werden können. In den offengelegten Ausführungen arbeiten die Transkonduktor-Schaltkreise als spannungsgesteuerte Stromquellen. Ein Maß für den Widerstand eines MTJ-Elements 22 in seinem unbekannten Zustand wird gespeichert, beispielsweise indem ein Kondensator 46 auf eine Spannung geladen wird, die von dem MTJ-Element 22 erzeugt wird oder mit der Spannung oder der Stromstärke an dem MTJ-Element 22 verknüpft ist, wenn ein Lesestrom-Bias in dem unbekannten Widerstandszustand angelegt wird. Dann wird das MTJ-Element in seinen niedrigen Widerstandszustand geschrieben (was eine Veränderung beinhaltet oder auch nicht). Ein Lesestrom-Bias wird nochmals angelegt, um eine andere Spannung zu erzeugen, die auf ähnliche Weise den Betrieb des MTJ-Elements wiedergibt, von dem bekannt ist, dass es sich in einem niedrigen Widerstandszustand befindet.
  • In der werden die gleichen Bezugszahlen verwendet, um bestimmte Elemente wie ihre Gegenparts in zu bezeichnen. Ein Vergleichsschaltkreis, der einen Stromsummierer bei Knoten 70 und einen Abstand (Offset) verwendet, der eine minimale Toleranzdifferenz bereitstellt (in diesem Fall ist der Toleranzschwellenwert Iref2 – Iref1), bestimmt, ob der Widerstand des Elements nach dem Schreibvorgang verringert wurde oder gleich geblieben ist. Dies ermittelt den Logikzustand des Elements. Es wird verlangt, dass die Differenz im Widerstand eine minimale Schwellenwertdifferenz überschreitet, die zumindest etwas großer als die Messtoleranz ist. Aufeinanderfolgende Auslesungen mit einer Differenz, die nur auf die Messtoleranz zurückgeführt ist, wird nicht als ein Unterschied im logischen Zustand angesehen.
  • In der wird der I-V-Wandler (42 in der ) durch einen PMOS-Transistor 65 wiedergegeben, der als ein Widerstand wirkt, bis der Schalter SW1 geschlossen wird, wodurch der C1-Kondensator 46 geladen wird und bewirkt wird, dass vom PMOS-Transistor 67 durch den NMOS-Transistor 69 zur Erde Strom mit einer Amplitude geleitet wird, die von der Spannung am C1-Kondensator 46 bestimmt wird. Wenn der MTJ-Widerstand relativ niedrig war, ist die Spannung am C1-Kondensator 46 relativ größer, die Spannung am Gate des PMOS-Transistors 67 ist niedriger und mehr Strom wird durch den PMOS-Transistor 67 und den NMOS-Transistor 69 geleitet. Somit leiten die Transistoren 67, 69 mit dem Strom I_C1 eine Amplitude, die ein Maß für den Strom durch das MTJ-Element 22 in dem unbekannten Zustand ist. Der Transkonduktor 64 an dem NMOS-Ausgangstransistor 71, der mit dem Knoten 70 verbunden ist, leitet vom Knoten 70 eine Stromamplitude weg, die das Strommaß I_C1 widerspiegelt, vorausgesetzt dass Strom von dem anderen Transkonduktor 62, der einen PMOS-Transistor 73 umfasst, der Strom in den Knoten 70 speist, zur Verfügung steht. Der Ausgangsstrom ΔI ist die Amplitude, um die I_C2 den Strom I_C1 übersteigt.
  • In der ist der Ausgangs-Stromvergleicher, der dem Element 66 in entspricht, auch ein Summierknoten 80, der einen Stromeingang Iref2 und einen Stromausgang Iref2 aufweist. Die Amplitude von Strom Iref1 wird etwas höher gehalten als die von Strom Iref2, so dass der Ausgang ΔI von Knoten 70 mindestens etwas größer als Iref2 – Iref1 ist, damit der Ausgang Vout wahr (positiv) wird. Vorzugsweise wird die Differenz zwischen Iref2 und Iref1 so gestaltet, dass sie einen ausreichenden Toleranzfehler wiedergibt, so dass aufeinander folgende Lesungen des Widerstandszustands des MTJ-Elements 22 keinen positiven Ausgang von Vout erzeugen können, wenn der Zustand des MTJ-Elements 22 sich nicht wirklich geändert hat. Die Stromtoleranz, die durch die Differenz zwischen Iref1 und Iref2 bestimmt wird, wird vorteilhafterweise auf einen Strom gesetzt, der einer Differenz im Widerstand entspricht, die nur wenig kleiner ist als die kleinste Differenz zwischen RH und RL unter allen Elementen der MTJ-Population im schlechtesten Fall. Für die Differenz von RH- und RL-Werten in kann eine Toleranz von etwa 50 bis 100 Ω gewählt werden, weil es Beispiele gibt, bei denen die Differenz von RH und RL für eine vorgegebene Bitzelle weniger als etwa 150 Ω beträgt.
  • Die zeigt einen beispielhaften Stromerzeuger, um zwei Ströme Iref1 und Iref2 bereitzustellen, wobei Iref1 > Iref2, vorausgesetzt dass Strom bei Knoten 80 verfügbar ist. Dieser Schaltkreis umfasst Paare von in Serie geschalteten PMOS- und NMOS-Transistoren 83 und 84 oder 85 und 86, die einander bis auf einen Abstandswiderstand R_offset gleichen. Die Vorspannungskonfiguration (bzw. Bias-Konfiguration) ist derart, dass Iref1 > Iref2, wenn Strom insbesondere von dem Strom ΔI vom Knoten 70 vorhanden ist, wie oben erläutert ist.
  • Die zeigt im Allgemeinen einen Phasenzahler 102, der die Schalter 52, 54 (SW1 und SW2) im Ablauf steuert. Der Phasenzahler 102 kann einen binären Zähler und eine Gruppe von Gates (nicht gezeigt) umfassen, der synchron aber bei einer höheren Taktfrequenz als ein Systemtaktgeber läuft, der Speicher-Lese- und Schreibvorgänge steuert.
  • Die stellt die Zeitsteuerung von beispielhaften Phaseneingängen dar, die die Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens der Schalter 52, 54 und des Lesens des Ausgangs von Vout steuert. Ein Schreib-Intervallsignal wird mit zwei Pulsen gezeigt, der zweite zum Schreiben eines niedrigen Widerstandszustands in das MTJ-Element 22. Die Phase 1 schließt und öffnet den Schalter SW1; die Phase 2 schließt den Schalter SW2; und die Phase 3 löst das Lesen des Ausgangs von Vout aus. Zwei Zyklen sind in gezeigt, was zu unterschiedlichen Ausgangswerten führt, die Daten- oder Logikwerte Null und Eins darstellen.
  • In Übereinstimmung mit der vorangegangenen Beschreibung ist ein Selbstreferenz-Leseschaltkreis vorgesehen, um einen anfänglich unbekannten Wert zu ermitteln, der in einer MRAM-Bitzelle 20 gespeichert ist. Die Bitzelle weist mindestens ein Magnetisches-Tunnelkontakt-(MTJ)-Element 22 mit einer fixierten Schicht auf, die eine dauerhafte Referenzrichtung des magnetischen Feldes herstellt, und einer freien Schicht mit einer veränderbaren magnetischen Feldkomponente, die wahlweise parallel zu der Referenzrichtung in einem niedrigen Widerstandszustand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements ausrichtbar ist und antiparallel zu der Referenzrichtung in einem hohen Widerstandszustand des MTJ-Elements ausrichtbar ist. Eine Strom-Bias-Quelle und ein Schaltkreis (VS, Transistor 65, adressierender Transistor 23 in ) werden verbunden, um einen Lesestrom-Bias an das Magnetische-Tunnelkontakt-Element 22 anzulegen, wodurch eine Stromamplitude IMTJ und eine Potentialdifferenz VMTJ erzeugt werden, während sich das MTJ-Element 22 in seinem unbekannten Widerstandszustand befindet. Dieser Zustand wird durch die Stromamplitude IMTJ und/oder eine Potentialdifferenz VMTJ wiedergegeben.
  • Während eines Lesevorgangs reagiert ein Speicherelement, wie etwa der Kondensator C1 in , auf ein Lesesignal, um einen Wert, der den unbekannten Widerstandszustand wiedergibt, wie etwa die Spannung am Transistor 65 in , die im Wesentlichen gleich der Speisespannung VS minus der Potentialdifferenz VMTJ an dem MTJ-Element 22 ist, zu verbinden und zu speichern. Dieser gespeicherte Wert wird verwendet, um einen Strom zu erzeugen, der mit einem Strom verglichen wird, der während eines weiteren Lesevorgangs erzeugt wird, nachdem das MTJ-Element 22 in den bekannten Widerstandszustand, wie etwa den niedrigen Widerstandszustand RL in der beschriebenen Ausführung, geschrieben wurde. Somit ist ein Schreib-Schaltkreis konfiguriert, um einen der Widerstandszustände, wie etwa den niedrigen Widerstandszustand RL, dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element einzuprägen, nachdem der Speicherschaltkreis gearbeitet hat, um den genannten Wert zu speichern. Die Verknüpfungsschaltungen SW1, SW2 verbinden nacheinander das Magnetische-Tunnelkontakt-Element mit der Strom-Bias-Quelle, um die Bedingungen zu erzeugen, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben, und daraufhin Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen zu erzeugen, die den eingeprägten der Widerstandszustände, wie etwa den RL-Zustand, wiedergeben. Der gespeicherte Wert ΔV1 und ein damit verknüpfter Wert VMTJ in dem niedrigen Widerstandszustand werden mit jeweiligen Stromquellen verbunden, die Transkonduktor-Stromsteuerungen 64 (Transistoren 67, 69, 71) und 62 (Transistor 73) darstellen.
  • Ein Strom-Summierknoten 70 erzeugt eine Summe ΔI, die einen Strompegel I_C1 wiedergibt, der in Abhängigkeit vom Widerstand des MTJ-Elements 22 in entweder dem unbekannten oder dem eingeprägten Zustand addiert wird mit einem Strompegel I_C2, der am Knoten 70 in Abhängigkeit vom Widerstand des MTJ-Elements 22 in dem jeweils anderen des unbekannten Zustands und des eingeprägten Zustands subtrahiert wird. Ein Ausgangsschaltkreis, wie etwa der Stromvergleicher 66, reagiert auf die Summe und ermittelt, ob der unbekannte Zustand und der eingeprägte Zustand die gleichen oder unterschiedlich waren, und zwar beim Signal Vout.
  • Der Widerstandszustand, der dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element durch den Schreibschaltkreis eingeprägt wird, wird vorteilhafterweise durch den niedrigen Widerstandszustand RL gebildet, aber Ausführungen sind möglich, in denen der hohe Widerstandszustand eingeprägt wird. Der niedrige Widerstandszustand wird als Grundlage des Vergleichs vorgezogen, weil er üblicherweise stabiler als der hohe Widerstandszustand ist.
  • In den dargestellten Ausführungen reagieren zwei Transkonduktor-Schaltkreise 62, 64 jeweils auf das Speicherelement C1, um einen Strom, der den unbekannten Zustand wiedergibt, zu erzeugen, und direkt auf das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (MTJ) 22, um einen Strom zu erzeugen, der den eingeprägten Widerstandszustand wiedergibt. Die Transkonduktoren 62, 64 stellen jeweils Ströme entgegengesetzter Polarität I_C2 und I_C1 in und aus dem Strom-Summierknoten 70 bereit.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Differenz im Widerstand, die in dem unbekannten Widerstandszustand und dem eingeprägten Widerstandszustand ermittelt wird, eine minimale Differenz aufweist, um falsches Ermitteln einer Veränderung des Zustands zu verhindern, wenn die gemessene Differenz positiv aber klein ist (z. B. wenn der unbekannte Zustand der niedrige Widerstandszustand war, aber es sich gezeigt hat, dass die gespeicherte Messung einen etwas kleineren Widerstand als den eingeprägten Widerstandszustand RL gezeigt hat). Zu diesem Zweck kann der Ausgangsschaltkreis einen Strom-Schwellenwertvergleicher 66 vorsehen, der einen wahren Ausgang bereitstellt, wenn Strom von dem Summierknoten einen minimalen Strom Iref überschreitet.
  • In einer Ausführung werden zwei Stromquellen entgegengesetzter Polarität Iref1 und Iref2 mit dem Strom-Schwellenwertvergleicher 66, 80 zusammen mit dem Strom ΔI von dem Summierknoten 70 verbunden. Der Stromschwellenwert des Vergleichers, also die minimale Differenz, die benötigt wird, um zu folgern, dass der unbekannte Zustand RH war, wird zumindest teilweise durch eine Differenz in der Amplitude der Stromquellen entgegengesetzter Polarität (Iref2 minus Iref1) bestimmt.
  • In den nicht-einschränkenden Beispielen der und umfasst das Speicherelement, das ein Maß des unbekannten anfänglichen Widerstandszustands des MTJ-Elements speichert, einen Kondensator C1, der auf eine Spannung geladen wird, die mit einer Differenz zwischen einer Speisespannung VS und einer Potentialdifferenz VMTJ an dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element in dem unbekannten Widerstandszustand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements 22 verknüpft ist. Dies ist geeignet, wenn die Stromquellen spannungsgesteuerte Stromquellen sind, wie etwa die offengelegten Transkonduktoren 62, 64.
  • Der Betrieb des Schaltkreises erfordert unterschiedliche Phasen. Beginnend mit einem Zustand oder einer Phase, in der eine Lesestrom-Bias-Quelle mit dem MTJ-Element 22 verbunden wird, wird ein Schalter SW1 in der nächsten Phase betrieben, um ein Maß des unbekannten Zustands in das Speicherelement zu laden (wie etwa das Laden des C1-Kondensators 46 auf die Spannung ΔV1). Der Schalter wird geöffnet und das gespeicherte Maß wird bereitgestellt, um ein Stromquelle 64 arbeiten zu lassen, die den Widerstand des MTJ-Elements in dem unbekannten Zustand wiedergibt. In einer weiteren Phase wird ein Schreibstrom-Bias an das MTJ-Element 22 bei einer Polarität und bei der Amplitude, die nötig sind, um einen niedrigen Widerstandszustand RL dem MTJ-Element 22 einzuprägen, angelegt. Daraufhin wird ein Schalter betrieben, um einen Lesestrom-Bias mit dem MTJ-Element 22 zu verbinden, und ein Maß des bekannten Zustands, das wahlweise das gleiche Maß sein kann, das für den unbekannten Zustand gespeichert wurde, kann ausgelesen werden, um eine zweite Stromquelle 62 zu steuern. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Vergleich möglich. Wenn das Ergebnis anzeigt, dass der unbekannte Widerstandszustand RH war, kann ein weiterer Schreibvorgang diesen Zustand wieder in das MTJ-Element 22 schreiben. Diese Vorgänge tretend aufeinander folgend ein, beispielsweise unter der Steuerung eines Phasenzählers 102, der vorgesehen ist, um die Verknüpfungsschaltung zu steuern, um das Magnetische-Tunnelkontakt-Element mit der Strom-Bias-Quelle zu verbinden, um die Bedingungen herzustellen, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben, und daraufhin Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen herzustellen, die den eingeprägten der Widerstandszustände wiedergeben.
  • Der Gegenstand der Offenlegung kann als ein Verfahren wie auch als eine Vorrichtung angesehen werden. Die zeigt unter Verwendung eines Flussdiagramm-Formats die benötigten Schritte. Das Verfahren dient zum Auslesen eines unbekannten Logikzustands einer MRAM-Bitzelle 20, die mindestens ein Magnetisches-Tunnelkontakt-Element 22 mit einer fixierten Schicht aufweist, die eine dauerhafte Referenzrichtung des magnetischen Feldes begründet, und eine freie Schicht aufweist mit einer veränderbaren magnetischen Feldkomponente, die wahlweise parallel zu der Referenzrichtung in einem niedrigen Widerstandszustand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements und antiparallel zu der Referenzrichtung in einem hohen Widerstandszustand dieses Elements ausrichtbar ist. Das Magnetische-Tunnelkontakt-Element 22 wird mit einer Strom-Bias-Quelle VS verbunden, um eine vorbestimmte Amplitude entweder einer Spannung oder eines Stroms bereitzustellen. Dies stellt eine Stromamplitude in dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element (MTJ) 22 und/oder eine Potentialdifferenz an dem MTJ 22 her, der einen Widerstand des MTJ 22 in einem unbekannten des niedrigen und des hohen Widerstandszustands RH und RL wiedergibt. Ein Maß von entweder der Stromamplitude oder der Potentialdifferenz wird in einer Speichervorrichtung gespeichert. Daraufhin wird ein bekannter Widerstandszustand, wie etwa RL, dem MTJ 22 in einem Schreibvorgang eingeprägt, d. h. indem ein Schreibstrom einer ausreichenden Amplitude und einer geeigneten Polarität angelegt wird, um die Ausrichtung des magnetischen Feldes der freien Schicht parallel zu der Ausrichtung der fixierten Schicht zu bringen. Zwei Messsignale I_C1 und I_C2 werden erzeugt, die jeweils mit dem Widerstand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements in dem unbekannten Zustand und dem eingeprägten bekannten Widerstandszustand verknüpft sind. Diese Signale werden verglichen. Im Falle von Stromsignalen können positive und negative Messsignale an einem Summierknoten addiert werden. Spannungssignale können mit invertierenden und nicht-invertierenden Eingängen eines Verstärkers verbunden werden. Die Signale können verwendet werden, um den Zustand eines Latches festzusetzen. In jedem Fall wird ein Logikwert erzeugt und kann als ein Ausgang gesendet werden. Vorzugsweise muss die Differenz so groß sein, dass sich die unbekannte Zustandsmessung von der bekannten Zustandsmessung durch ein Ausmaß unterscheidet, das größer ist als eine vorbestimmte Messtoleranz, so dass aufeinander folgende Auslesungen des gleichen Widerstandszustands (z. B. ein unbekannter und ein eingeprägter Zustand, die beide aus RL bestehen) nicht ungewollt einen Ausgang erzeugen, der anzeigt, dass der unbekannte Zustand abweichend war.
  • Der Widerstandszustand, der dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element eingeprägt wird, ist vorteilhaft ein niedriger Widerstandszustand. Die beiden Messsignale können Stromsignale umfassen, die durch Transkonduktor-Schaltkreise erzeugt werden, die Ausgänge aufweisen, die mit einem Strom-Summierknoten verbunden sind. Die Transkonduktor-Schaltkreise können auf die Potentialdifferenz an dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element 22 reagieren, d. h. als spannungsgesteuerte Stromquellen arbeiten. Die Potentialdifferenz an dem Magnetischen-Tunnelkontakt kann direkt von dem MTJ in entweder dem unbekannten oder dem eingeprägten Zustand abgeleitet werden, und ein Maß der Potentialdifferenz in dem anderen des unbekannten und des eingeprägten Zustands kann gespeichert werden. Die Potentialdifferenz in einem oder beiden Zuständen kann durch die Potentialdifferenz an dem MTJ-Element 22 oder der Potentialdifferenz an einem anderen Element (z. B. dem Transistor 65), das sich in einer Weise ändert, die mit dem Widerstand des MTJ-Elements 22 verknüpft ist, gebildet werden.
  • In den nicht-einschränkenden Beispielen, die beschrieben wurden, um diese Konzepte darzulegen, umfasste der Speicherschritt das Laden eines Kondensators C1 auf eine Spannung, die erhalten wird, wenn der Strom-Bias an den magnetischen Tunnelkontakt in dem unbekannten Zustand angelegt wird.
  • In einem Fall, in dem ermittelt wurde, dass der unbekannte Zustand des MTJ-Elements 22 nicht der gleiche war, wie der Zustand, wie etwa RL, der während des Vorgangs eingeprägt wurde, kann der ursprüngliche Zustand wieder in das Magnetische-Tunnelkontakt-Element 22 geschrieben werden, nachdem der Lesevorgang beendet ist.
  • In den beispielhaften Ausführungen sind die Messsignale üblicherweise Spannungen, aber die Spannungen werden verwendet, um Stromquellen zu steuern, und die Ströme, die von diesen Quellen erzeugt werden, werden verglichen. Dies kann erreicht werden, indem positive und negative Stromquellen mit einem Summierknoten verbunden werden, und der Ausgang wird durch die positive oder negative Polarität (d. h. die Verfügbarkeit von Ausgangsstrom) von dem Summierknoten bestimmt. Es ist jedoch vorteilhaft, wie erwähnt wurde, wenn weiter festgelegt wird, dass eine Summe, die von den Stromquellen ausgegeben wird, z. B. die Ausgänge der Transkonduktor-Stromquellen entgegengesetzter Polarität, sich durch zumindest eine minimale Schwellenwertdifferenz unterscheiden, die eine ungefähre Toleranz in aufeinander folgend Messungen widerspiegelt, wobei das Magnetische-Tunnelkontakt-Element in einem gleichen Widerstandszustand bleibt. Man beachte, dass der Sinn dieses Schwellenwerts nicht darin liegt, den Widerstand eines MTJ-Elements mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Der Sinn liegt darin, sicherzustellen, dass eine ermittelte Differenz zwischen dem vorherigen und dem nachfolgenden Widerstand eines MTJ-Elements, das sich anfangs in einem unbekannten Zustand befindet, nachdem ein bekannter Zustand eingeprägt wurde, in einem Selbstreferenz-Vergleich von RL zu RH oder RH zu RL für dieses selbe MTJ-Element zumindest ausreichend ist, um mit Gewissheit zu schlussfolgern, dass der Widerstandszustand des MTJ-Elements sich wirklich geändert hat.

Claims (9)

  1. Selbstreferenz-Leseschaltkreis um einen anfänglich unbekannten Wert, der in einer MRAM-Bitzelle (20) gespeichert ist, zu ermitteln, wobei die Bitzelle ein Magnetisches-Tunnelkontakt-Element (22) mit – einer fixierten Schicht, die eine dauerhafte Referenzrichtung des magnetischen Feldes herstellt, und – einer freien Schicht mit einer veränderbaren magnetischen Feldkomponente, die wahlweise parallel zu der Referenzrichtung in einem niedrigen Widerstandszustand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements und antiparallel zu der Referenzrichtung in einem hohen Widerstandszustand des genannten Elements ausrichtbar ist, aufweist, wobei der Selbstreferenz-Leseschaltkreis folgendes umfasst: eine Strom-Bias-Quelle und eine Verknüpfungsschaltung, die verbunden sind, um einen Lesestrom-Bias an das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) anzulegen, wodurch Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen hergestellt werden, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben; ein Speicherelement (46), das für den Leseschaltkreis empfindlich ist, das betrieben werden kann, um einen Wert zu speichern, der den unbekannten Widerstandszustand wiedergibt; einen Schreib-Schaltkreis, der betrieben werden kann, um dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element einen der Widerstandszustände einzuprägen, nachdem das Speicherelement betrieben wurde, um den genannten Wert zu speichern; wobei die Verknüpfungsschaltung aufeinander folgend das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) mit der Strom-Bias-Quelle verbindet, um die Bedingungen herzustellen, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben, und daraufhin Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen herzustellen, die den eingeprägten Widerstandszustand der Widerstandszustände wiedergeben; und gekennzeichnet ist durch: einen ersten Transkonduktor-Schaltkreis (62), der auf das Speicherelement (46) reagiert, um einen Strom (IC1) zu erzeugen, der den unbekannten Zustand wiedergibt; einen zweiten Transkonduktor-Schaltkreis (64), der auf das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) reagiert, um einen Strom (IC2) zu erzeugen, der den eingeprägten Widerstandszustand wiedergibt; einen Strom-Summierknoten, der betrieben werden kann, um eine Summe aus einem ersten und einem zweiten Strompegel zu erzeugen, wobei – der erste Strompegel entweder in dem unbekannten Zustand oder in dem eingeprägten Zustand mit dem Widerstand angehoben wurde, und – der zweite Strompegel in dem anderen des unbekannten bzw. eingeprägten Zustands mit dem Widerstand verringert wurde; und einen Ausgangsschaltkreis, der auf die Summe aus dem ersten und dem zweiten Strompegel reagiert und der ermittelt, ob der unbekannte Zustand und der eingeprägte Zustand gleich oder unterschiedlich waren.
  2. Selbstreferenz-Leseschaltkreis von Anspruch 1, wobei der Widerstandszustand, der dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element (22) durch den Schreibschaltkreis eingeprägt wird, ein niedriger Widerstandszustand (RL) ist.
  3. Selbstreferenz-Leseschaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiter einen Phasenzähler umfasst, der betrieben werden kann, um die Verknüpfungsschaltung zu steuern, um aufeinander folgend das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) mit der Strom-Bias-Quelle zu verbinden, um die Bedingungen herzustellen, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben, und daraufhin Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen herzustellen, die den eingeprägten Widerstandszustand der Widerstandszustände wiedergeben.
  4. Verfahren zum Auslesen eines unbekannten Logikzustands einer MRAM-Bitzelle (20), wobei die Bitzelle (20) ein Magnetisches-Tunnelkontakt-Element (22) mit – einer fixierten Schicht, die eine dauerhafte Referenzrichtung des magnetischen Feldes herstellt, und – einer freien Schicht mit einer veränderbaren magnetischen Feldkomponente, die wahlweise parallel zu der Referenzrichtung in einem niedrigen Widerstandszustand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements und antiparallel zu der Referenzrichtung in einem hohen Widerstandszustand des genannten Elements ausrichtbar ist, aufweist, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Verbinden des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements (22) mit einer Strom-Bias-Quelle mit einer vorbestimmten Amplitude von entweder Spannung oder Stromstärke, wodurch eine Stromamplitude in dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element und eine Potentialdifferenz hergestellt werden, die einen Widerstand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements in einem unbekannten Zustand entweder des niedrigen oder des hohen Widerstandszustands wiedergeben; Speichern eines Maßes entweder der Stromamplitude oder der Potentialdifferenz in einer Speichervorrichtung (46); Einprägen eines bekannten Widerstandszustands in das Magnetische-Tunnelkontakt-Element, indem ein Schreibstrom einer ausreichenden Amplitude und geeigneter Polarität angelegt wird, um den bekannten Widerstandszustand zu erzwingen; und gekennzeichnet ist, durch Erzeugen eines Messstroms (IC1), der mit dem Widerstand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements (22) in dem unbekannten Zustand verknüpft ist, und Erzeugen eines Messstroms (IC2), der mit dem eingeprägten bekannten Widerstandszustand verknüpft ist, wobei die Ströme eine entgegengesetzte Polarität aufweisen; Summieren der genannten Messströme und Ermitteln einer Differenz; Vergleichen der genannten Messströme; Senden eines Logikwerts, der darauf beruht, dass der unbekannte Zustand gleich dem eingeprägten Zustand ist, wenn die Differenz (ΔI) geringer als eine vorbestimmte Empfindlichkeitsschwelle ist, und anderenfalls Senden eines entgegengesetzten Logikwerts.
  5. Verfahren von Anspruch 4, wobei der Widerstandszustand, der dem Magnetischen-Tunnelkontakt-Element (22) eingeprägt wird, ein niedriger Widerstandszustand (R1) ist.
  6. Verfahren von Anspruch 4 oder 5, wobei die zwei Messströme (IC1, IC2), durch Transkonduktor-Schaltkreise (62, 64) erzeugt werden, die Ausgänge aufweisen, die mit einem Strom-Summierknoten (70) verbunden sind.
  7. Verfahren von einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Messströme (IC1, IC2) durch Spannungen gebildet werden, wobei das Verfahren weiter das Betreiben von zwei Transkonduktor-Stromquellen (62, 64) entgegengesetzter Polarität umfasst, die mit einem Strom-Schwellenwertvergleicher (66) verbunden sind, und wobei das genannte Vergleichen das Ermitteln umfasst, ob eine Summe der Ausgänge der Transkonduktor-Stromquellen entgegengesetzter Polarität eine minimale Differenz überschreitet, die eine ungefähre Toleranz bei aufeinander folgenden Messungen wiedergibt, in denen das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) den gleichen Widerstandszustand hat.
  8. Verfahren von einem der Ansprüche 4 bis 7, das weiter das Schalten zwischen dem genannten Erzeugungs- und dem genannten Vergleichsschritt unter der Steuerung eines Phasenzählers umfasst.
  9. MRAM-Speicherarray, der folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Bitzellen (20) zum Speichern von logischen Zuständen, wobei jede Bitzelle mindestens ein Magnetisches-Tunnelkontakt-Element (22) mit – einer fixierten Schicht, die eine dauerhafte Referenzrichtung des magnetischen Feldes herstellt, und – einer freien Schicht mit einer veränderbaren magnetischen Feldkomponente, die wahlweise parallel zu der Referenzrichtung in einem niedrigen Widerstandszustand des Magnetischen-Tunnelkontakt-Elements und antiparallel zu der Referenzrichtung in einem hohen Widerstandszustand des genannten Elements ausrichtbar ist, aufweist; mindestens eine Strom-Bias-Quelle in einem Selbstreferenz-Leseschaltkreis, um einen unbekannten Wert, der in der Bitzelle (20) gespeichert ist, zu ermitteln; wobei eine Verknüpfungsschaltung verbunden ist, um einen Lesestrom-Bias an das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) anzulegen, wodurch Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen hergestellt werden, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben; wobei ein Speicherelement (46) auf den Leseschaltkreis reagiert und mindestens einen Kondensator umfasst, der betrieben werden kann, um eine Spannung zu speichern, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergibt; wobei ein Schreibschaltkreis betrieben werden kann, um einen niedrigen Widerstandszustand in das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) einzuprägen, nachdem der Speicherschaltkreis betrieben wurde, um die genannte Spannung zu speichern; wobei die Verknüpfungsschaltung aufeinander folgend das Magnetische-Tunnelkontakt-Element mit der Strom-Bias-Quelle verbindet, um die Bedingungen herzustellen, die den unbekannten Widerstandszustand wiedergeben, worauf sie gespeichert werden; und um daraufhin Stromamplituden- und Potentialdifferenz-Bedingungen, die den eingeprägten der Widerstandszustände wiedergeben, herzustellen und dann das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) mit der Strom-Bias-Quelle in dem niedrigen Widerstandszustand verbindet; wobei die Spannung, die durch den Kondensator (46) in dem unbekannten Widerstandszustand gespeichert wird, und eine entsprechende Spannung, die erzeugt wird, wenn das Magnetische-Tunnelkontakt-Element (22) in dem niedrigen Widerstandszustand betrieben wird, mit Transkonduktor-Schaltkreisen (62, 64) verbunden werden, die jeweils einen Strom (IC1, IC2) an einen Strom-Summierknoten (70) abgeben bzw. von diesem abziehen; und wobei der Summierknoten (70) mit einem Stromvergleicher (66) verbunden ist, der einen minimalen Differenzoffset aufweist, wobei der Stromvergleicher (66) einen Ausgang aufweist, der den Logikzustand der Bitzelle (20) wiedergibt.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9064590B2 (en) * 2012-03-02 2015-06-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Driving method of semiconductor storage device and semiconductor storage device
JP5603895B2 (ja) * 2012-03-21 2014-10-08 株式会社東芝 半導体記憶装置の駆動方法および半導体記憶装置
US9058875B2 (en) 2012-12-17 2015-06-16 Micron Technology, Inc. Resistive memory sensing
KR102179275B1 (ko) 2014-02-21 2020-11-16 삼성전자주식회사 불휘발성 메모리 장치 및 그것의 리셋 방법
US9548095B2 (en) * 2014-08-20 2017-01-17 Everspin Technologies, Inc. Redundant magnetic tunnel junctions in magnetoresistive memory
US9281041B1 (en) 2014-12-16 2016-03-08 Honeywell International Inc. Delay-based read system for a magnetoresistive random access memory (MRAM) bit
US9825218B2 (en) 2015-10-13 2017-11-21 Board Of Regents, The University Of Texas System Transistor that employs collective magnetic effects thereby providing improved energy efficiency
US9691463B1 (en) 2016-05-03 2017-06-27 International Business Machines Corporation Spin hall effect MRAM with self-reference read
US10984861B1 (en) * 2017-07-12 2021-04-20 Adesto Technologies Corporation Reference circuits and methods for resistive memories
US10510393B2 (en) 2017-09-15 2019-12-17 Samsung Electronics Co., Ltd Resistive memory device including reference cell and operating method thereof
US11250908B2 (en) * 2018-08-24 2022-02-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Segmented reference trimming for memory arrays
US10788547B2 (en) 2019-01-17 2020-09-29 Sandisk Technologies Llc Voltage-controlled interlayer exchange coupling magnetoresistive memory device and method of operating thereof
US11049538B2 (en) 2019-01-17 2021-06-29 Western Digital Technologies, Inc. Voltage-controlled interlayer exchange coupling magnetoresistive memory device and method of operating thereof
CN109859786B (zh) * 2019-01-28 2020-10-02 北京航空航天大学 一种基于自旋磁存储器的数据运算方法
CN112927736B (zh) * 2019-12-05 2023-12-29 上海磁宇信息科技有限公司 磁性随机存储器之读写电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19947118C1 (de) * 1999-09-30 2001-03-15 Infineon Technologies Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bewerten des Informationsgehalts einer Speicherzelle
DE102004011418A1 (de) * 2003-07-07 2005-02-17 Hewlett-Packard Development Co., L.P., Houston System und Verfahren zum Lesen einer Speicherzelle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4208498B2 (ja) * 2002-06-21 2009-01-14 株式会社ルネサステクノロジ 薄膜磁性体記憶装置
US7911832B2 (en) * 2003-08-19 2011-03-22 New York University High speed low power magnetic devices based on current induced spin-momentum transfer
US6901005B2 (en) 2003-08-27 2005-05-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and system reading magnetic memory
US7635993B2 (en) * 2004-05-18 2009-12-22 Nxp B.V. Digital magnetic current sensor and logic
JP3959417B2 (ja) 2004-10-29 2007-08-15 株式会社東芝 半導体メモリの読み出し回路
US8004880B2 (en) * 2007-03-06 2011-08-23 Qualcomm Incorporated Read disturb reduction circuit for spin transfer torque magnetoresistive random access memory
US8116123B2 (en) * 2008-06-27 2012-02-14 Seagate Technology Llc Spin-transfer torque memory non-destructive self-reference read method
US7813168B2 (en) 2008-10-27 2010-10-12 Seagate Technology Llc Spin-transfer torque memory self-reference read and write assist methods
US7876604B2 (en) 2008-11-05 2011-01-25 Seagate Technology Llc Stram with self-reference read scheme

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19947118C1 (de) * 1999-09-30 2001-03-15 Infineon Technologies Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bewerten des Informationsgehalts einer Speicherzelle
DE102004011418A1 (de) * 2003-07-07 2005-02-17 Hewlett-Packard Development Co., L.P., Houston System und Verfahren zum Lesen einer Speicherzelle

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Publication number Publication date
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TWI489453B (zh) 2015-06-21
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US20130201754A1 (en) 2013-08-08
KR101379091B1 (ko) 2014-03-28

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