KR101770890B1 - 자기 저항 메모리에서 셀프 레퍼런스 조정을 이용한 스위칭 감지 방법 및 장치 - Google Patents

자기 저항 메모리에서 셀프 레퍼런스 조정을 이용한 스위칭 감지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

자기 저항 메모리에서 셀프 레퍼런스 조정을 이용한 스위칭 감지 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 메모리에서 스위칭 감지 방법은 자기 저항 메모리에서 스위칭 감지 방법에 있어서, 비교기로 입력되는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀의 데이터 전압에 기초하여 레퍼런스 전압을 생성하는 단계; 상기 비교기에서 상기 생성된 레퍼런스 전압과 상기 데이터 전압을 비교하여 비교 결과 값을 출력하는 단계; 및 상기 출력된 비교 결과 값을 버퍼를 이용하여 논리 데이터로 변환하고 상기 변환된 논리 데이터에 기초하여 상기 MTJ 셀의 스위칭을 감지하는 단계를 포함한다.

Description

자기 저항 메모리에서 셀프 레퍼런스 조정을 이용한 스위칭 감지 방법 및 장치 {SELF-REFERENCE-ADJUSTED SWITCHING DETECTING METHOD AND APPARATUS IN SPIN-TRANSFER TORQUE MAGNETIC RANDOOM ACCESS MEMORY}
본 발명은 자기 저항 메모리(Spin Transfer Torque-Magnetic Random Access Memory; STT-MRAM)에서 셀프 레퍼런스 조정(self-reference-adjusted)을 이용한 스위칭 감지 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 비교기 및 버퍼를 이용하여 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀의 상태를 모니터링함으로써, MTJ의 상태에 따라 기록 동작이 완료됨을 판단하여 기록 동작을 종료할 수 있는 기술에 관한 것이다.
자기 저항 메모리는 전자 주입에 의한 스핀 전달 토크(Spin Transfer Torque; STT) 현상을 이용하여 자화 변화층의 자화 상태를 변화시킴으로써, 변화된 자화 상태에 대응하는 서로 다른 저항값으로 디지털 값을 저장한다(예컨대, 반평형(Anti-Parallel; AP) 상태의 High 저항값으로 1 또는 평형(Parallel; P) 상태의 Low 저항값으로 0).
자기 저항 메모리는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀에 대한 쓰기 동작을 향상시키기 위하여, 충분히 넓은 펄스 폭을 가지는 쓰기 펄스를 제공하고, 제공되는 쓰기 펄스 폭 동안 쓰기 동작이 수행될 수 있다.
하지만, 쓰기 동작이 종료되더라도 펄스는 여전히 남아 있을 수 있으며, 이렇게 쓰기 펄스의 남아 있는 부분은 전력 낭비를 초래할 수 있다.
이런 문제를 해결하기 위하여, 셀프-테미네이티드 회로(self-terminated circuit)가 제공된다. STC는 감지기에 의해 MTJ 상태를 모니터링하고, 모니터링된 MTJ 상태를 로직 데이터로 변환하여 제어 회로로 전달하며, 쓰기 동작의 종료가 감지되면 쓰기 동작은 제어 회로에 의해 터미네이트된다.
종래 일 실시예 기술에 따르면, STC는 감지기로 래치 센스 증폭기(LSA)를 사용할 수 있다. LSA를 사용하는 STC는 MTJ 상태를 모니터링하기 위하여, 주기적으로 LSA를 제어해야 하는 반복적인 성능을 필요로 한다.
하지만, LSA를 사용하는 STC는 LSA의 주기가 쓰기 종료 시간과 매치되지 않을 수 있기 때문에 전력 소비는 여전히 발생할 수 있다.
전력 낭비를 더 줄이기 위한 종래 다른 일 실시예 기술에 따르면, STC는 감지기로 버퍼를 사용할 수 있다. 버퍼를 사용하는 STC는 전체 쓰기 과정에서 MTJ 상태를 모니터링할 수 있고, 데이터 전압을 로직 신호로 변환한다. 즉, MTJ 상태가 스위칭이 이루어지면, 버퍼의 로직 출력은 즉각적으로 변화된다. 즉, 감지기로 버퍼를 사용하는 STC는 스위칭이 종료된다는 것을 즉각적으로 모니터링하여 쓰기 동작을 테미네이트할 수 있기 때문에 쓰기 과정에서의 전력 낭비를 줄일 수 있다.
하지만, 제조 과정에서의 다양한 파라미터의 변화 때문에 같은 어레이에 있는 다른 MTJ는 다른 저항 값을 가질 수 있다. 예컨대, MTJ가 온도, 바이어스 전압 등에 따라 다른 수행 조건에서 수행된다면 다른 저항 값을 가질 수 있다. MTJ 저항의 분배에 따르면, 데이터 전압은 같은 분배를 보일 수 있으며, 이는 MTJ가 P 상태 또는 AP 상태와 무관하게 데이터 전압이 버퍼의 상위 임계 전압 VIH보다 항상 높거나 버퍼의 하위 임계 전압 VIL보다 항상 낮다면, 버퍼의 출력은 항상 로직 0 또는 로직 1일 수 있고, 이는 모니터링의 실패를 의미한다.
따라서, 쓰기 동작에 의해 발생될 수 있는 전력 낭비를 최소화하면서 스위칭 감지 정확성을 향상시킬 수 있는 방법의 필요성이 대두된다.
본 발명의 실시예들은, 비교기 및 버퍼를 이용하여 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀의 상태를 모니터링함으로써, MTJ의 상태에 따라 기록 동작이 완료됨을 판단하여 기록 동작을 종료하고, 이를 통해 기록 동작이 완료된 후 잔여 기록 펄스로 인한 전력 낭비를 방지할 수 있는 자기 저항 메모리에서 셀프 레퍼런스 조정을 이용한 스위칭 감지 방법 및 장치를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예들은, MTJ의 상태를 나타내는 데이터 전압에 기초하여 비교기의 기준 전압이 되는 레퍼런스 전압을 조절하고, 조절된 레퍼런스 전압과 데이터 전압을 비교한 후 버퍼를 통해 비교기의 출력을 논리 데이터로 변환하여 논리 데이터를 기초로 기록 동작을 종료함으로써, 쓰기 동작에 의해 발생될 수 있는 전력 낭비를 최소화하면서 스위칭 감지 정확성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들은, MTJ의 저항 값 변화를 고려하여 MTJ의 상태를 모니터링할 수 있고, MTJ의 상태를 모니터링 하는데 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 감지 방법은 자기 저항 메모리에서 스위칭 감지 방법에 있어서, 비교기로 입력되는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀의 데이터 전압에 기초하여 레퍼런스 전압을 생성하는 단계; 상기 비교기에서 상기 생성된 레퍼런스 전압과 상기 데이터 전압을 비교하여 비교 결과 값을 출력하는 단계; 및 상기 출력된 비교 결과 값을 버퍼를 이용하여 논리 데이터로 변환하고 상기 변환된 논리 데이터에 기초하여 상기 MTJ 셀의 스위칭을 감지하는 단계를 포함한다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 감지 방법은 상기 자기 저항 메모리를 프리 차징(pre-charging)하는 단계를 더 포함하고, 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는 상기 프리 차징 종료 후 상기 논리 데이터 값이 바뀌는 시점에 상기 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다.
상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는 상기 프리 차징 종료 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 차징시키고, 상기 논리 데이터 값이 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성할 수 있다.
상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는 상기 프리 차징 종료 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 디스차징시키고, 상기 논리 데이터 값이 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성할 수 있다.
상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는 상기 MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 상기 버퍼의 임계 전압에 근접하도록 상기 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다.
상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는 상기 MTJ 셀의 스위칭 동작이 이루어지기 전에 상기 데이터 전압에 기초하여 상기 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 감지 장치는 자기 저항 메모리에서 스위칭 감지 장치에 있어서, MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀의 데이터 전압에 기초하여 레퍼런스 전압을 생성하는 생성부; 상기 생성된 레퍼런스 전압과 상기 데이터 전압을 비교하여 비교 결과 값을 출력하는 비교부; 및 상기 출력된 비교 결과 값을 논리 데이터로 변환하는 버퍼; 및 상기 변환된 논리 데이터에 기초하여 상기 MTJ 셀의 스위칭을 감지하는 감지부를 포함한다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 감지 장치는 상기 자기 저항 메모리를 프리 차징(pre-charging)하는 제어부를 더 포함하고, 상기 생성부는 상기 프리 차징 종료 후 상기 논리 데이터 값이 바뀌는 시점에 상기 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다.
상기 생성부는 상기 프리 차징 종료 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 차징시키고, 상기 논리 데이터 값이 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성할 수 있다.
상기 생성부는 상기 프리 차징 종료 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 디스차징시키고, 상기 논리 데이터 값이 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성할 수 있다.
상기 생성부는 상기 MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 상기 버퍼의 임계 전압에 근접하도록 상기 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다.
상기 생성부는 상기 MTJ 셀의 스위칭 동작이 이루어지기 전에 상기 데이터 전압에 기초하여 상기 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 비교기 및 버퍼를 이용하여 MTJ 셀의 상태를 모니터링함으로써, MTJ의 상태에 따라 기록 동작이 완료됨을 판단하여 기록 동작을 종료하고, 이를 통해 기록 동작이 완료된 후 잔여 기록 펄스로 인한 전력 낭비를 방지할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예들에 따르면, MTJ의 상태를 나타내는 데이터 전압에 기초하여 비교기의 기준 전압이 되는 레퍼런스 전압을 조절하고, 조절된 레퍼런스 전압과 데이터 전압을 비교한 후 버퍼를 통해 비교기의 출력을 논리 데이터로 변환하여 논리 데이터를 기초로 기록 동작을 종료함으로써, 쓰기 동작에 의해 발생될 수 있는 전력 낭비를 최소화하면서 스위칭 감지 정확성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, MTJ의 저항 값 변화를 고려하여 MTJ의 상태를 모니터링할 수 있고, MTJ의 상태를 모니터링 하는데 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 감지 장치를 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 mode 1 comparator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 mode 1 Vmark generator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 도 1에서 P 상태에서 AP 상태로의 스위칭 감지를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 mode 2 comparator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 6은 도 1에 도시된 mode 2 Vmark generator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 7은 도 1에서 AP 상태에서 P 상태로의 스위칭 감지를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 실시예들은, 비교기 및 버퍼를 이용하여 MTJ 셀의 상태를 모니터링함으로써, MTJ의 상태에 따라 기록 동작이 완료됨을 판단하여 기록 동작을 종료하고, 이를 통해 기록 동작이 완료된 후 잔여 기록 펄스로 인한 전력 낭비를 방지하는 것을 그 요지로 한다.
여기서, 본 발명의 실시예들은, MTJ의 상태를 나타내는 데이터 전압에 기초하여 비교기의 기준 전압이 되는 레퍼런스 전압을 조절하고, 조절된 레퍼런스 전압과 데이터 전압을 비교한 후 버퍼를 통해 비교기의 출력을 논리 데이터로 변환하여 논리 데이터를 기초로 기록 동작을 종료함으로써, 쓰기 동작에 의해 발생될 수 있는 전력 낭비를 최소화하면서 스위칭 감지 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 감지 장치를 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 감지 장치는 MTJ 셀로의 쓰기 1을 감지하기 위한 제1 파트(100)와 MTJ 셀로의 쓰기 0을 감지하기 위한 제2 파트(200)를 포함한다.
여기서, 제1 파트(100)는 MTJ 셀의 비트 라인 전압에 기초하여 MTJ 셀의 스위칭(P상태에서 AP 상태로의 스위칭)을 감지할 수 있고, 제2 파트(200)는 MTJ 셀의 소스 라인 전압에 기초하여 MTJ 셀의 스위칭(AP 상태에서 P 상태로의 스위칭)을 감지할 수 있다.
제1 파트(100)와 제2 파트(200)의 비교기로 입력되는 레퍼런스 전압(Vmark1, Vmark2)은 MTJ 셀의 데이터 전압(Vdata1, Vdata2)에 기초하여 조절됨으로써, MTJ 셀의 스위칭 감지 정확성을 향상시키고, 쓰기 동작에서 발생될 수 있는 전력 낭비를 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 비교기의 레퍼런스 전압(Vmark1, Vmark2)은 자기 저항 메모리의 프리 차징(pre-charging)이 종료된 후 MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 비교기의 레퍼런스 전압을 조절하는 것으로, 비교기의 비교 결과 값을 논리 데이터로 변환하는 버퍼의 임계 전압에 근접하도록 조절할 수 있다.
자기 저항 메모리의 쓰기 동작에서, 쓰기 경로는 양측에 쓰기 드라이버, MTJ 셀, 컬럼 선택 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 데이터 전압 Vdata1과 Vdata2는 쓰기 1(WAP, P->AP)과 쓰기 0(WP, AP->P) 동작에 대응한다. 비교기의 출력 결과 값을 논리 데이터로 변환하기 위하여 버퍼를 사용하고, 버퍼를 사용하는 주기 스킴은 버퍼의 입력으로 데이터 전압(Vdata1과 Vdata2)을 설정하고, 버퍼의 입력인 데이터 전압은 인버터의 dc 특성을 고려하여 다음의 조건을 만족해야 한다.
Vdata>VIH, when MTJ is AP(anti-parallel) state;
Vdata<VIL, when MTJ is P(parallel) state
여기서, VIH는 비교 결과 값을 논리 데이터 1로 변환하기 위한 버퍼의 상위 임계 전압을 의미하고, VIL은 비교 결과 값을 논리 데이터 0으로 변환하기 위한 버퍼의 하위 임계 전압을 의미할 수 있다.
예를 들어, 쓰기 1 동작 (P->AP) 동안, 데이터 전압으로서 Vdata1은 버퍼에 의해 로직 데이터 Do1로 변환된다. Do1은 스위칭 종료 전 로직 데이터 0이고, 스위칭 종료 후 로직 데이터 1이다. Do1에 대응하여 스위칭 종료 전 Vdata1은 VIL 아래로 유지하고, 스위칭 종료 후 Vdata1은 VIH 위로 올라간다. 쓰기 0 동작(AP->P) 동안 Vdata2는 로직 데이터 Do2로 변환된다. Do2는 스위칭 종료 전 로직 데이터 1이고, 스위칭 종료 후 로직 데이터 0이다. Do2에 대응하여 스위칭 종료 전 Vdata2는 VIH보다 높게 유지되고, 스위칭 종료 후 Vdata2는 VIL 아래로 떨어진다.
본 발명의 실시예들은, MTJ 셀의 제조 과정에서의 다양한 파라미터의 변화, MTJ가 온도, 바이어스 전압 등의 다른 수행 조건에 의해 다른 저항 값을 가질 수 있고, 이로 인해 MTJ 셀의 P 상태 또는 AP 상태와 무관하게 데이터 전압(Vdata1, Vdata2)이 VIH보다 항상 높거나 VIL보다 항상 낮게 발생되는 경우 발생될 수 있는 스위칭 감지 실패를 방지하고, 이를 통해 스위칭 감지 정확성을 향상시킬 뿐만 아니라 쓰기 동작 시 발생되는 전력 소모를 최소화하고자 하는 것이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 감지 장치 및 방법에 대해 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 도시된 mode 1 comparator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이고, 도 3은 도 1에 도시된 mode 1 Vmark generator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이고, 도 4는 도 1에서 P 상태에서 AP 상태로의 스위칭 감지를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, MTJ 셀이 P 상태에서 AP 상태로의 스위칭을 감지하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 스위칭 감지 장치의 동작 과정에 대해 설명하면, WAP 신호, CS 신호, WL 신호를 활성화시켜 MTJ 셀의 데이터 전압인 Vdata1을 생성하고, 데이터 전압 Vdata1이 비교기(111)의 한 단자로 입력된다.
그리고, 프리 차징 신호(pre-charging signal) Pre를 턴온시키고, SAE 신호를 턴온시켜 비교기(111)를 활성화시킨다. 프리 차징 신호가 턴온되면 버퍼로 입력되는 비교기의 출력 Vin은 VDD로 설정되고, 레퍼런스 전압(Vmark1)은 Pre가 턴온되면서 커패시터(122)의 전하가 접지로 디스차징됨으로써, 접지 전압(GND)로 설정된다.
생성부(mode 1 Vmark generator)는 데이터 전압(Vdata1)에 기초하여 레퍼런스 전압(Vmark1)을 생성하기 위하여, 프리 차징 신호 Pre를 턴 오프시키고, 커런트 소스(ISAMP)를 이용하여 커패시터(122)를 차징(charging)시킨다. 구체적으로, Vin은 초기에 VIH보다 크기 때문에 버퍼를 통해 출력되는 논리 데이터(Do1)는 1이 되고, 논리 데이터 Do1이 1이 되는 구간 동안 도 3의 SAMP 신호는 하이(High)가 되어 커런트 소스(ISAMP)에 의해 커패시터(122)가 차징된다. 이 때, Vmark1가 임계 전압 이상으로 증가하면 Vin은 VIL 아래로 떨어지게 되어 Do1은 0으로 변환된다.
Do1이 0으로 변환되면 SAMP 스위치(121)를 턴 오프시킴으로써, 커패시터(122)에 차징된 전압(또는 충전 전압)을 레퍼런스 전압(Vref)으로 생성한다.
즉, 생성부(120)는 프리 차징 종료 후 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터 값이 바뀌는 시점에 레퍼런스 전압을 생성하는 것으로, 구체적으로 프리 차징 종료 후 커런트 소스에 의해 커패시터가 차징되어 차징 전압이 증가되고, 논리 데이터 값이 바뀌는 시점의 커패시터의 전압을 레퍼런스 전압으로 생성한다.
이 때, 생성부(120)는 프리 차징 종료 후 MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 버퍼의 임계 전압 예를 들어, VIH 또는 VIL에 근접하도록 레퍼런스 전압을 생성할 수 있으며, MTJ 셀의 스위칭 동작이 이루어지기 전에 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다. 생성부(120)에 의해 생성된 레퍼런스 전압은 저장될 수 있다.
초기 MTJ 셀 상태가 P라면, Vin은 그 값(Do1=0)을 유지할 것이고, 초기 MTJ 셀 상태가 AP 이고 MTJ 셀 상태가 P에서 AP 로 스위칭되면 Vdata1은 증가하여 Vin은 VIH 위로 올라가기 때문에 논리 데이터 Do1은 1로 변경된다.
또한, 스위칭 감지 장치는 도시하진 않았지만 감지부를 포함할 수 있으며, 감지부는 버퍼를 통해 출력되는 논리 데이터의 변화 여부에 기초하여 MTJ 셀의 스위칭 여부를 감지한다.
예컨대, 감지부는 도 4에 도시된 바와 같이 레퍼런스 전압이 생성된 이후 논리 데이터가 변화되는 경우 MTJ 셀이 스위칭된 것으로 감지할 수 있고, 이를 통해 기록 동작을 완료할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 mode 2 comparator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이고, 도 6은 도 1에 도시된 mode 2 Vmark generator에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이고, 도 7은 도 1에서 AP 상태에서 P 상태로의 스위칭 감지를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, MTJ 셀이 AP 상태에서 P 상태로의 스위칭을 감지하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 스위칭 감지 장치의 동작 과정에 대해 설명하면, WP 신호, CS 신호, WL 신호를 활성화시켜 MTJ 셀의 데이터 전압인 Vdata2를 생성하고, 데이터 전압 Vdata2가 비교기(211)의 한 단자로 입력된다.
그리고, 프리 차징 신호(pre-charging signal) Pre를 턴온시키고, SAE 신호를 턴온시켜 비교기(211)를 활성화시킨다. 프리 차징 신호가 턴온되면 버퍼로 입력되는 비교기의 출력 Vin은 GND로 설정되고, 레퍼런스 전압(Vmark2)는 Pre가 턴온되면서 커패시터(222)의 전하가 VDD로 차징됨으로써, VDD로 설정된다.
생성부(mode 2 Vmark generator)는 데이터 전압(Vdata2)에 기초하여 레퍼런스 전압(Vmark2)을 생성하기 위하여, 프리 차징 신호 Pre를 턴 오프시키고, 커런트 소스(ISAMP)를 이용하여 커패시터(222)를 디스차징(discharging)시킨다. 구체적으로, Vin은 초기에 VIL보다 작기 때문에 버퍼를 통해 출력되는 논리 데이터(Do2)는 0이 되고, 논리 데이터 Do2이 0이 되는 구간 동안 SAMP 스위치(221)가 턴온되어 커런트 소스(ISAMP)에 의해 커패시터(222)가 디스차징된다. 이 때, Vmark2가 임계 전압 아래로 떨어지면 Vin은 VIH 위로 올라가게 되어 Do2는 1로 변환된다.
Do2가 1로 변환되면 SAMP 스위치(221)를 턴 오프시킴으로써, 커패시터(222)의 전압을 레퍼런스 전압(Vref)으로 생성한다.
즉, 생성부(220)는 프리 차징 종료 후 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터 값이 바뀌는 시점에 레퍼런스 전압을 생성하는 것으로, 구체적으로 프리 차징 종료 후 커런트 소스에 의해 커패시터가 디스차징되어 커패시터의 전압이 떨어지고, 논리 데이터 값이 바뀌는 시점의 커패시터의 전압을 레퍼런스 전압으로 생성한다.
이 때, 생성부(220)는 프리 차징 종료 후 MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 버퍼의 임계 전압 예를 들어, VIH 또는 VIL에 근접하도록 레퍼런스 전압을 생성할 수 있으며, MTJ 셀의 스위칭 동작이 이루어지기 전에 레퍼런스 전압을 생성할 수 있다. 생성부(220)에 의해 생성된 레퍼런스 전압은 저장될 수 있다.
초기 MTJ 셀 상태가 P라면, Vin은 그 값(Do2=1)을 유지할 것이고, 초기 MTJ 셀 상태가 AP 이고 MTJ 셀 상태가 AP에서 P 로 스위칭되면 Vdata2은 떨어지게 되어 Vin은 VIL 아래로 떨어지기 때문에 논리 데이터 Do2는 0으로 변경된다.
또한, 스위칭 감지 장치는 도시하진 않았지만 감지부를 포함할 수 있으며, 감지부는 버퍼를 통해 출력되는 논리 데이터의 변화 여부에 기초하여 MTJ 셀의 스위칭 여부를 감지한다.
예컨대, 감지부는 도 7에 도시된 바와 같이 레퍼런스 전압이 생성된 이후 논리 데이터가 변화되는 경우 MTJ 셀이 스위칭된 것으로 감지할 수 있으며, 이를 통해 기록 동작을 완료할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기 저항 메모리에서 스위칭 감지 방법 및 장치는 비교기 및 버퍼를 이용하여 MTJ 셀의 상태를 모니터링함으로써, MTJ의 상태에 따라 기록 동작이 완료됨을 판단하여 기록 동작을 종료하고, 이를 통해 기록 동작이 완료된 후 잔여 기록 펄스로 인한 전력 낭비를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, MTJ의 저항 값 변화를 고려하여 MTJ의 상태를 모니터링할 수 있고, MTJ의 상태를 모니터링 하는데 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 감지기로 "비교기+버퍼" 구조를 사용할 수 있으며, 스위칭 종료 전, 비교기의 출력을 버퍼의 임계 전압 아래와 근접하게 설정하기 위하여, MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 레퍼런스 전압을 조정할 수 있다. 예컨대, 비교기의 출력이 버퍼의 임계 전압에 근접하면 레퍼런스 전압을 샘플링하고 이를 유지함으로써, 레퍼런스 전압을 조정할 수 있다.
만약 스위칭이 종료되면 데이터 전압에서의 변화는 비교기의 출력을 임계 전압 보다 높게 올리도록 드라이브할 수 있고, 버퍼 출력에서의 로직 데이터는 변화될 수 있다.
예를 들어, 쓰기 1 동작 동안, Vdata1은 버퍼에 의해 로직 데이터 D1으로 변환되고, 스위칭 종료 전 Vdata1은 그 값을 유지할 수 있다. Vmark1은 비교기의 출력을 버퍼의 임계 전압(VIL)에 근접하도록 설정하기 위하여 Vdata1에 기반하여 조정될 수 있다. 스위칭 종료 후 Vdata1은 올라갈 수 있다. Vdata1의 증가에 따라, 비교기의 출력은 버퍼의 임계 전압 이상으로 올라갈 수 있고, 따라서 버퍼의 출력은 로직 0에서 로직 1로 변화될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 버퍼 입력인 비교기의 출력 설정이 상대적으로 넓은 범위로 달라지는 데이터 전압을 따르도록, 레퍼런스 전압을 데이터 전압에 적용되도록 조정함으로써, 비교기의 출력이 버퍼의 임계 전압에 항상 근접할 수 있으며, 이는 버퍼의 초기 출력을 로직 데이터 0으로 보장할 뿐만 아니라 스위칭 후 버퍼의 출력 변화를 충분히 드라이브할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예들은, 본 발명의 동일 출원인에 의해 출원된 출원번호 제10-2014-0103406호에서 기재하고 있는 SRSA(self-reference sense amplifier)로서 사용될 수도 있으며, SRSA로 사용되는 경우 주기 SRSA에 비해 센싱 속도와 센싱 마진을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 본 발명을 SRSA에 적용함으로써, MTJ 상태를 직접 센싱하는 대신에, MTJ 스위칭 여부를 센싱하고, MTJ의 초기 상태를 평가하기 위하여 알려진 쓰기 직류 전류를 결합한다. 일 예로, 알려진 직류 전류, 쓰기 1 전류(P->AP)가 제공되고, 스위칭 동작이 쓰기 펄스 동안 종료된다면 MTJ의 초기 상태는 P 상태로 평가될 수 있고, 스위칭이 종료되지 않았다면, AP 상태로 평가될 수 있다. 이 외의 SRSA에 대한 것은 출원번호 제10-2014-0103406호에 기재된 내용을 포함할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 자기 저항 메모리에서 스위칭 감지 방법에 있어서,
    비교기로 입력되는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀의 데이터 전압에 기초하여 레퍼런스 전압을 생성하는 단계;
    상기 비교기에서 상기 생성된 레퍼런스 전압과 상기 데이터 전압을 비교하여 비교 결과 값을 출력하는 단계; 및
    상기 출력된 비교 결과 값을 버퍼를 이용하여 논리 데이터로 변환하고 상기 변환된 논리 데이터에 기초하여 상기 MTJ 셀의 스위칭을 감지하는 단계
    를 포함하는 스위칭 감지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기 저항 메모리를 프리 차징(pre-charging)하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는
    상기 프리 차징하는 단계가 종료된 후 상기 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터가 바뀌는 시점에 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 스위칭 감지 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는
    상기 프리 차징하는 단계가 종료된 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 차징시키고, 상기 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터가 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성하는 스위칭 감지 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는
    상기 프리 차징하는 단계가 종료된 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 디스차징시키고, 상기 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터가 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성하는 스위칭 감지 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는
    상기 MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 상기 버퍼의 임계 전압에 근접하도록 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 스위칭 감지 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 전압을 생성하는 단계는
    상기 MTJ 셀의 스위칭 동작이 이루어지기 전에 상기 데이터 전압에 기초하여 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 스위칭 감지 방법.
  7. 자기 저항 메모리에서 스위칭 감지 장치에 있어서,
    MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀의 데이터 전압에 기초하여 레퍼런스 전압을 생성하는 생성부;
    상기 생성된 레퍼런스 전압과 상기 데이터 전압을 비교하여 비교 결과 값을 출력하는 비교부; 및
    상기 출력된 비교 결과 값을 논리 데이터로 변환하는 버퍼; 및
    상기 변환된 논리 데이터에 기초하여 상기 MTJ 셀의 스위칭을 감지하는 감지부
    를 포함하는 스위칭 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 자기 저항 메모리를 프리 차징(pre-charging)하는 제어부
    를 더 포함하고,
    상기 생성부는
    상기 자기 저항 메모리의 프리 차징이 종료된 후 상기 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터가 바뀌는 시점에 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 스위칭 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 생성부는
    상기 자기 저항 메모리의 프리 차징이 종료된 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 차징시키고, 상기 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터가 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성하는 스위칭 감지 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 생성부는
    상기 자기 저항 메모리의 프리 차징이 종료된 후 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 커패시터를 디스차징시키고, 상기 버퍼에 의해 변환된 논리 데이터가 바뀌는 시점의 상기 커패시터의 전압을 상기 레퍼런스 전압으로 생성하는 스위칭 감지 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 생성부는
    상기 MTJ 셀의 데이터 전압에 기초하여 상기 버퍼의 임계 전압에 근접하도록 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 스위칭 감지 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 생성부는
    상기 MTJ 셀의 스위칭 동작이 이루어지기 전에 상기 데이터 전압에 기초하여 상기 레퍼런스 전압을 생성하는 스위칭 감지 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006277822A (ja) 2005-03-29 2006-10-12 Nec Corp 磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004234707A (ja) 2002-12-04 2004-08-19 Sharp Corp 半導体記憶装置及びメモリセルの書き込み並びに消去方法
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