CN101354908B - 栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法 - Google Patents
栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101354908B CN101354908B CN2007101232862A CN200710123286A CN101354908B CN 101354908 B CN101354908 B CN 101354908B CN 2007101232862 A CN2007101232862 A CN 2007101232862A CN 200710123286 A CN200710123286 A CN 200710123286A CN 101354908 B CN101354908 B CN 101354908B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- time
- magnetic
- transistor
- data
- wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 153
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 17
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 10
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000007430 reference method Methods 0.000 description 2
- 229910017107 AlOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1653—Address circuits or decoders
- G11C11/1655—Bit-line or column circuits
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1653—Address circuits or decoders
- G11C11/1657—Word-line or row circuits
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1659—Cell access
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1693—Timing circuits or methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法，用以写入数据至一栓扣式磁性存储器，包括有：一第一晶体管、与第一晶体管串联的一第二晶体管、与第一晶体管电性连接的一传输闸、一比较电路、一储存电容与一逻辑电路；该比较电路的两输入端分别与第一晶体管电性连接；该储存电容的一端与第一晶体管电性连接，另一端与电源端或接地端连接；该逻辑电路的一端与比较电路的输出端电性连接，另一端输入写入数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法，特别是一种在写入过程中以自我参考方式读取磁性存储器数据的写入控制电路。
背景技术
磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)属于非挥发性存储器，其通过电阻特性储存记录信息，具有非挥发性、高密集度、高读写速度、抗辐射等多种优点。磁性随机存取存储器的主要存储单元为制作在写入位线及写入字符线之间的磁性存储元件，其为多层磁性金属材料的堆栈结构，又称为磁性穿遂结(MTJ)元件，其结构是由软铁磁材料层(Soft MagneticLayer)、隧道势垒层(Tunnel Barrier layer)、硬铁磁材料层(Hard Magnetic Layer)与非磁性导电层(Nonmagnetic conductor)所堆栈组成。
栓扣式(Toggle)磁性穿隧结元件，具有宽广的操作区间及高热稳定性的优点，因此非常适合于嵌入式系统的应用。
MTJ元件是由相邻于隧道势垒层的两层铁磁材料的磁矩组态呈平行或反平行排列，以决定存储“1”或“0”的状态。写入数据是由到写入位线(WriteBit Line，WBL)及写入字符线(Write Word Line，WWL)的交集选择，通过流通在写入位线及写入字符线的电流所产生的磁场来改变存储层磁性材料的磁化方向，使得其电阻值改变以达到写入数据的目的。
栓扣式磁性穿隧结元件的典型的实施例如图1所示，其包括反铁磁层10、形成在反铁磁层10上的固定层20、形成在固定层20上的隧道势垒层30、形成在隧道势垒层30上的自由层40。固定层20与自由层40皆为合成式反铁磁(Synthetic Anti-Ferromagnetic)的组态。自由层40上形成有上电极51，反铁磁层10下形成有下电极52。上电极51与下电极52用以与金属导线连接形成读取数据的路径。在上电极51上方与下电极52下方分别是写入位线WBL及写入字符线WWL，如图2所示，使得通过写入电流时可产生磁场。上电极51还与读出位线RBL连接。
反铁磁层10由反铁磁材料所制成，举例来说，可选用PtMn或IrMn材料。形成在反铁磁层10上的固定层20可为一层以上的铁磁层堆栈。如图1所示即为三层结构的合成式反铁磁固定层，其结构为铁磁材料、非磁性金属以及铁磁材料依序堆栈而成，并使两铁磁层的磁矩方向为反平行排列，举例来说，可用CoFe/Ru/CoFe或CoFeB/Ru/CoFeB。形成在固定层20上的隧道势垒层30的材料，举例来说，可选用AlOx或MgO。形成在隧道势垒层30上的自由层40可为一层以上的铁磁材料堆栈，铁磁层材料可选用NiFe、CoFe、CoFeB。如图1所示即为三层结构的合成式反铁磁自由层，其结构为铁磁材料、非磁性金属以及铁磁材料依序堆栈而成，并使两铁磁层的磁矩方向为反平行排列，举例来说，可选用CoFe/Ru/CoFe、NiFe/Ru/NiFe或CoFeB/Ru/CoFeB。
在图1中，固定层20包括三层结构，其具有由铁磁材料形成的磁性层21、23与由非磁性金属形成的中间层22。此外，自由层40也包括三层结构，其具有由铁磁材料形成的磁性层41、43及由非磁性金属形成的中间层42。自由层40中的磁性层41、43各自具有磁矩61、62，其通过中间层42的耦合保持反平行排列。固定层20中的磁性层21、23也保持反平行排列。自由层40的磁性层41、43的磁矩方向，在施加磁场的情况下可自由旋转。固定层20的磁性层21、23的磁化方向不会随施加磁场而转动，其作用为参考层。
写入数据时，一般所使用的方法为在两条电流线：写入位线WBL及写入字符线WWL的感应磁场所交集选择到的存储单元，通过改变自由层40的磁化方向，来更改其电阻值。在读取存储数据时，需提供电流流入选择到的磁性存储单元，读取其电阻值以决定数据的数字值。
由于自由层40的磁性层41、43之间的反平行耦合作用，使得栓扣式磁性穿隧结元件的写入操作区与时序导引的写入方式为如图3A与图3B所示，称之为先进先出模式，即先导通的电流先截止，例如，在图3A中，写入字符线电流IW先导通，之后写入位线电流IB才被导通，而写入字符线电流IW先被截止后，写入位线电流IB才被截止。在图3B中则相反。栓扣式(Toggle)磁性穿遂结(MTJ)元件的写入操作区71、73则如图所示。当写入字符线电流IW先被导通时，其磁性层41、43的磁矩61、磁矩62以顺时针方向72旋转，当写入位线电流IB先被导通时，其磁性层41、43的磁矩61、磁矩62以逆时针方向74旋转。
由于栓扣式(Toggle)磁性存储器的时序导引写入方式，使得自由层磁矩的翻转行为是单向循环，因而在每次时序导引写入前都必需先读取储存的数据与写入数据比对，然后决定是否进行后续的数据写入，这种写入前先读取(Read-Before-Write，RBW)的程序会使得写入操作的速度受到限制。
为了改善写入操作的速度，现有技术中存在一种自我参考的读取方式。自我参考方式是以存储单元本身为参考单元，首先记录初始态的电压或电流值，然后将存储单元写成记录数据“0”或数据“1”，比较记录的初始态与写入后的电压或电流的变化来判断初始态储存的数据。然而，由于读取之后原来储存的数据可能已经被改变，所以还需要再将被改变的数据还原写入。从G.Jeonget.al.在IEEE J.Solid-State Circuits 38(11)，1906(2003)发表的“A 0.24-um2.0-V 1T1MTJ 16-kb nonvolatile magnetoresistance RAM with self-referencesensing scheme”以及N.Sakimura et.al.在ISSCC Dig.278(2003)发表的“A512Kb Cross-Point Cell MRAM”的文献可以得知，以自我参考方式读取数据的电路操作速度都很慢，数据采集时间(data access time)约在us等级。
发明内容
本发明的目的在于，公开一种磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法，以加快栓扣式磁性存储器的数据写入速度。
为了实现上述目的，本发明公开了一种磁性存储器的数据写入控制电路，用于写入数据至一栓扣式磁性存储器，该磁性存储器位于一第一导线与一第二导线的交集处之间，该磁性存储器具有一磁性穿隧结元件，该磁性穿隧结元件至少包括有一自由层、一隧道势垒层与一固定层，其中，数据的记录是通过相邻于隧道势垒层的两层铁磁层的磁矩以反平行或平行排列来表示。该写入控制电路包括有：一第一晶体管；一第二晶体管，与第一晶体管串联；一传输闸，与第一晶体管电性连接；一比较电路，其具有两输入端，分别与第一晶体管电性连接；一储存电容，一端与第一晶体管电性连接；一逻辑电路，一端与比较电路的输出端电性连接，另一端输入写入数据。
其中，在一初始时间传输闸响应一激活信号而开启，使一比较电路的两输入端的电压相等化，并将初始态电压储存至一储存电容；在一第一时间使第一导线的一第一电流导通，在一第二时间使第二导线的一第二电流导通，然后，比较电路输出两输入端电压的比较结果，逻辑电路将比较电路的输出端电压与一待写入数据比对以输出一写入控制信号；响应该控制信号，以在一第三时间截止第一导线的第一电流或截止第二导线的第二电流；在一第四时间截止第二导线的第二电流或截止第一导线的第一电流。
本发明还公开了一种磁性存储器的数据写入控制方法，用于写入数据至一栓扣式磁性存储器，该磁性存储器位于一第一导线与一第二导线的交会处之间，该磁性存储器具有一磁性穿隧结元件，该磁性穿隧结元件至少包括有一合成式反铁磁自由层、一隧道势垒层与一合成式反铁磁固定层，通过相邻于隧道势垒层的两层铁磁层的磁矩组态呈现反平行或平行排列所表现出电阻值高低，以表示所记录的数据，并在一初始时间呈现一初始组态，该数据写入控制方法在一第一时间导通该第一导线的一第一电流；在一第二时间接通穿过该第二导线的一第二电流；比较一第一电压与一第二电压，并输出一比较结果；将该比较结果与一待写入数据进行一逻辑运算以输出一控制信号；响应该控制信号，以在一第三时间截止该第一导线的该第一电流或截止该第二导线的该第二电流；及在一第四时间截止该第二导线的该第二电流或截止该第一导线的该第一电流。
本发明中公开了一种应用自我参考方式的数据写入控制电路及数据写入方法，应用于读写分离架构的栓扣式磁性存储器，将写入前的读出数据操作并入写入操作内成为写入中读取(Read-Within-Write，RWW)程序，使得写入操作的速度加快，避免了由于参考位的参考阻态设定失败或工艺均匀度造成的阻值漂移等问题而造成的数据读取错误。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为栓扣式磁性随机存取存储器的结构示意图；
图2为栓扣式磁性随机存取存储器的结构示意图；
图3A-图3B为栓扣式磁性随机存取存储器的操作区与写入时序示意图；
图4为栓扣式磁性穿隧结元件的自由层磁矩在正确写入导引时序的操作示意；
图5为栓扣式磁性穿隧结元件的自由层磁矩在错误写入导引时序的操作示意；
图6为本发明的栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路的实施例；
图7为本发明的栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路的另一实施例；
图8为本发明的栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路的仿真结果。
其中，附图标记：
10-反铁磁层
20-固定层
21-磁性层
22-中间层
23-磁性层
30-隧道势垒层
40-自由层
41-磁性层
42-中间层
43-磁性层
51-上电极
52-下电极
61-磁矩
62-磁矩
63-磁矩
64-磁矩
71-写入操作区
72-顺时针方向
73-写入操作区
74-逆时针方向
81-磁场
82-磁场
100-存储单元
101-MTJ元件
102-第一开关
103-第二开关
200-控制电路
201-第一晶体管
202-第二晶体管
203-传输闸
204-比较电路
205-逻辑电路
CSA-储存电容
VDD-电源
WBL-写入位线
WWL-写入字符线
RBL-读出位线
ENRBL-位线致能信号
ENRWL-字符线致能信号
EQ-激活信号
WT-控制信号
VO-输出信号
具体实施方式
以下实施例进一步详细说明本发明的观点，但并非用以限制本发明的范畴。
首先，说明磁性随机存取存储器的写入导引时序，以便辅助说明以下的实施例的主要技术特征。请参考图4，其说明了栓扣式(Toggle)磁性穿隧结(MTJ)元件的时序写入模式。
在时间T0时，磁矩61与磁矩62分别对齐栓扣式磁性穿隧结的易轴(easyaxis)方向，其相对于正X轴方向的角度分别为45度与225度。
在时间T1时，写入字符电流接通，其产生正Y轴方向的磁场81，并使磁矩61与磁矩62开始翻转。自由层40的磁性层41与43之间的反平行交换耦合(anti-parallel exchange coupling)将使磁矩61与磁矩62朝磁场方向偏转一小角度。使得磁矩61与磁矩62的合成磁矩(图中未示出)对准磁场81的方向，并以顺时针方向旋转。
在时间T2，写入位电流导通，产生在正X轴方向的磁场82，正Y轴方向的磁场81与正X轴方向磁场82，将使合成磁矩进一步以顺时针方向旋转，直到大致对齐异向性(anisotropy)易轴(easy axis)的方向，易轴方向相对于正X轴方向的角度为45。
在时间T3，写入字符电流截止，使得在时间T3只有正X轴方向的磁场82，因此合成磁矩会对准磁场82的方向。在此阶段，磁矩61与磁矩62的偏转已通过异向性难轴(hard axis)。
在时间T4，写入位电流截止，因为磁性层41与磁性层43之间的反平行交换耦合，使得磁矩61与磁矩62的方向与异向性易轴(easy axis)对齐，并呈现反平行排列以达到能量的最低态。以磁矩61为例，在时间T4时，磁矩61的方向对齐异向性易轴，角度为45度，与磁矩61在时间T0时的初始角度为225度相差180度，这也就表示磁矩61的状态已经被翻转。若在时间T0时，将磁矩61与磁矩62的状态定义为“1”，则在时间T4时，磁矩61与磁矩62的状态定义为“0”。
以上的说明为顺时钟旋转，也可使写入字符电流与写入位电流反向导通，使得磁矩61与磁矩62以逆时钟方向旋转，以转换存储的状态。
在以上时间T0至时间T4的时间序列中，其写入字符电流先被导通，接着写入位电流被导通，然后写入字符电流先被截止，最后写入位电流被截止，因而这一时间模式可称为先进先出模式。
请参考图5，其说明了栓扣式(Toggle)磁性穿隧结(MTJ)元件的另一种写入导引时序。
图5中，时间T0至时间T2的时序与图4所示相同，不再重复说明。在时间T3时，写入字符电流继续导通，写入位电流被截止，使得在时间T3只有正Y轴方向磁场81，磁矩61与磁矩62以逆时针方向旋转再次通过异向性难轴，回复到时间T1时的偏转角度。在时间T4，写入字符电流被截断，由于磁性层41与磁性层43之间的反平行交换耦合，使得磁矩61与磁矩62的方向又回复到初始方向。
在图4的写入导引时序中，自由层的磁矩可以从一稳态方向翻转至另一稳态方向，代表数据写入成功，而在图5的写入导引时序中，自由层的磁矩只会暂时翻转到中间态方向，然后在时间T3自动回复到时间T1时的方向，代表写入失败。由图中可以发现，在时间T2时，无论是图4还是图5中的波形，自由层的磁矩都会翻转到中间态方向。因此可以利用自由层的磁矩方向在初始态的电阻与翻转到中间态方向的电阻变化做为磁性穿隧结(MTJ)元件储存的数据判定，也就是自我参考的读取方式。在读写分离架构下，写入位线(WBL)与读出位线(RBL)是独立分开的，所以写入的同时也能够读取磁性穿隧结(MTJ)元件的电阻值。
请参考图6，此为本发明的磁性存储器的数据写入控制电路，其在写入过程中以自我参考方式读取栓扣式磁性存储器数据，用以写入数据至一栓扣式磁性存储器。
此处所指的磁性存储器位于一第一导线与一第二导线的交会处之间，例如写入位线WBL及写入字符线WWL。磁性存储器具有一磁性穿隧结元件，该磁性穿隧结元件至少包括有一合成式反铁磁自由层、一隧道势垒层与一合成式反铁磁固定层，通过相邻于隧道势垒层的两层铁磁层的磁矩组态呈现反平行或平行排列所表现出电阻值高低，以表示所记录的数据，并在一初始时间呈现一初始组态。
如图所示，写入控制电路200用以控制数据写入存储单元100。存储单元100包括有一MTJ元件101、第一开关102以及第二开关103。在读写分离架构下，MTJ元件101可以是摆动式(Wiggle)MTJ元件或栓扣式(Toggle)MTJ元件。
存储单元100的选择是由第一开关102以及第二开关103来决定。在一实施例中，第一开关102以及第二开关103为一nMOS。在图中所示的实施例中，第一开关102的栅极接收一位线致能信号ENRBL，第二开关103的栅极接收一字符线致能信号ENRWL。
控制电路200包括有第一晶体管201、第二晶体管202、传输闸203、比较电路204、储存电容CSA、以及一逻辑电路205。
第一晶体管201为一pMOS，第二晶体管202为一nMOS，第一晶体管201与第二晶体管202相互串联。第一晶体管201的栅极与漏极分别与比较电路204电性连接，传输闸203的两端也分别与第一晶体管201的栅极与漏极电性连接。储存电容CSA的一端与第一晶体管201的栅极电性连接，另一端电性连接至电源VDD。比较电路204的输出端则与逻辑电路205电性连接，输入端分别与第一晶体管201的栅极与第一晶体管201的漏极连接。
图7为本发明的磁性存储器的数据读取电路的另一实施例，其与前述实施例的不同之处在于储存电容CSA的连接方式。在本实施例中，储存电容CSA的一端与第一晶体管201的栅极电性连接，另一端电性连接至接地端。
在接收到位线致能信号ENRBL与字符线致能信号ENRWL后，在一初始时间，激活信号EQ进行电压准位平衡的操作，此时传输闸203响应激活信号而开启，以将初始态电压存到储存电容CSA。
在时间T1时，关闭激活信号EQ以将传输闸203关闭，此时储存电容CSA已储存有初始态电压，并维持第一晶体管201的偏压。并在时间T1时，使第一导线的第一电流导通，在第二时间使第二导线的第二电流导通。
在时间T2时，比较电路204比较节点V2与节点V1的电压输出为逻辑“0”或“1”。
逻辑电路205将一待写入数据与比较电路输出VO进行逻辑运算，以输出时间T3时的控制信号WT。当MTJ元件101是摆动式(Wiggle)元件时，逻辑电路205将写入数据Data与比较电路的输出信号VO进行异或(XOR)运算，当MTJ元件101是栓扣式(Toggle)元件时，逻辑电路205将写入数据Data与比较器的输出信号VO进行异或非(XNOR)运算。
最后，响应控制信号WT，以在一第三时间截止该第一导线的该第一电流或截止该第二导线的该第二电流；并在一第四时间截止该第二导线的该第二电流或截止该第一导线的该第一电流。
图8为本发明的磁性存储器的数据写入控制电路的仿真结果。其以台湾第96123875号专利申请案中所公开的仿真电路以及台湾集成电路制造股份有限公司的0.15um CMOS模型进行连续两次写入数据”1”的HSPICE仿真，仿真包含摆动式(Wiggle)与栓扣式(Toggle)两种组态的MTJ元件。在写入过程中的数据读取时间约14ns，因为这段时间可以合并在写入过程中，所以写入中读取的过程可以加快写入动作的速度。
本发明公开了一种应用自我参考方式的数据写入控制电路及数据写入方法，应用于读写分离架构的栓扣式磁性存储器的数据写入，将写入前的数据读出操作并入写入操作内，成为写入中读取程序，使得写入操作的速度加快。由于读出数据采用了自我参考方式，因而工艺因素度造成的电阻值及磁阻比均匀度问题都可以避免，有利于电路稳定度的提升。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路，用以写入数据至一栓扣式磁性存储器，该磁性存储器位于一第一导线与一第二导线的交会处之间，该磁性存储器具有一磁性穿隧结元件，该磁性穿隧结元件至少包括有一合成式反铁磁自由层、一隧道势垒层与一合成式反铁磁固定层，通过相邻于隧道势垒层的两层铁磁层的磁矩组态呈现反平行或平行排列所表现出电阻值高低，以表示所记录的数据，并在一初始时间呈现一初始组态，其特征在于，该数据写入控制电路包括有：
一第一晶体管，第一晶体管的栅极与漏极分别与比较电路电性连接；
一第二晶体管，与该第一晶体管串联；
一传输闸，传输闸的两端分别与第一晶体管的栅极与漏极电性连接；
一比较电路，其具有两输入端，比较电路的输出端与逻辑电路电性连接，输入端分别与第一晶体管的栅极与第一晶体管的漏极连接；
一储存电容，储存电容的一端与第一晶体管的栅极电性连接，另一端电性连接至电源VDD或者电性连接至接地端；
一逻辑电路，与该比较电路的输出端电性连接；
其中，在一初始时间该传输闸响应一激活信号而开启，以将一初始态电压储存至该储存电容；
在一第一时间该传输闸关闭并导通该第一导线的一第一电流；
在一第二时间接通穿过该第二导线的一第二电流，该比较电路输出两输入端的电压的比较结果，并使该逻辑电路响应该比较电路的输出结果与一待写入数据以输出一控制信号；
响应该控制信号，以在一第三时间截止该第一导线的该第一电流或截止该第二导线的该第二电流；
在一第四时间截止该第二导线的该第二电流或截止该第一导线的该第一电流；
上述的第一时间至第四时间的时序为依次序排列。
2.如权利要求1所述的数据写入控制电路，其特征在于，该比较电路为一比较器，该第一晶体管的栅极连接至该比较器的一输入端，该第一晶体管的漏极连接至该比较器的另一输入端。
3.如权利要求1所述的数据写入控制电路，其特征在于，该逻辑电路为一异或非组合逻辑。
4.一种栓扣式磁性存储器的数据写入控制方法，用以写入数据至一栓扣式磁性存储器，该磁性存储器位于一第一导线与一第二导线的交会处之间，该磁性存储器具有一磁性穿隧结元件，该磁性穿隧结元件至少包括有一合成式反铁磁自由层、一隧道势垒层与一合成式反铁磁固定层，通过相邻于隧道势垒层的两层铁磁层的磁矩组态呈现反平行或平行排列所表现出电阻值高低，以表示所记录的数据，并在一初始时间呈现一初始组态，其特征在于，该数据写入控制方法包括以下步骤：
在一第一时间导通该第一导线的一第一电流；
在一第二时间接通穿过该第二导线的一第二电流；
比较一第一电压与一第二电压，并输出一比较结果；
将该比较结果与一待写入数据进行一逻辑运算以输出一控制信号；
响应该控制信号，以在一第三时间截止该第一导线的该第一电流或截止该第二导线的该第二电流；
在一第四时间截止该第二导线的该第二电流或截止该第一导线的该第一电流；
上述的第一时间至第四时间的时序为依次序排列。
5.如权利要求4所述的数据写入控制方法，其特征在于，还包括在一初始时间使该比较电路的两输入端的电压相等化，并储存一初始态电压。
6.如权利要求4所述的数据写入控制方法，其特征在于，该逻辑运算为一异或非运算。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2007101232862A CN101354908B (zh) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | 栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2007101232862A CN101354908B (zh) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | 栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101354908A CN101354908A (zh) | 2009-01-28 |
| CN101354908B true CN101354908B (zh) | 2011-01-19 |
Family
ID=40307679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2007101232862A Expired - Fee Related CN101354908B (zh) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | 栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101354908B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6351409B1 (en) * | 2001-01-04 | 2002-02-26 | Motorola, Inc. | MRAM write apparatus and method |
| CN1515010A (zh) * | 2001-02-16 | 2004-07-21 | �����ɷ� | 磁阻性存储器胞元的写入方法及可由此方法写入的磁阻性存储器 |
| CN1864229A (zh) * | 2003-10-10 | 2006-11-15 | 原子能委员会 | 磁隧道结器件以及用于所述器件的写/读方法 |
| CN1953096A (zh) * | 2005-10-19 | 2007-04-25 | 株式会社瑞萨科技 | 抑制数据读出时的误写入的非易失存储装置 |
-
2007
- 2007-07-23 CN CN2007101232862A patent/CN101354908B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6351409B1 (en) * | 2001-01-04 | 2002-02-26 | Motorola, Inc. | MRAM write apparatus and method |
| CN1515010A (zh) * | 2001-02-16 | 2004-07-21 | �����ɷ� | 磁阻性存储器胞元的写入方法及可由此方法写入的磁阻性存储器 |
| CN1864229A (zh) * | 2003-10-10 | 2006-11-15 | 原子能委员会 | 磁隧道结器件以及用于所述器件的写/读方法 |
| CN1953096A (zh) * | 2005-10-19 | 2007-04-25 | 株式会社瑞萨科技 | 抑制数据读出时的误写入的非易失存储装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101354908A (zh) | 2009-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9972373B2 (en) | Self-referenced read with offset current in a memory | |
| US7286429B1 (en) | High speed sensing amplifier for an MRAM cell | |
| US7539047B2 (en) | MRAM cell with multiple storage elements | |
| US7835210B2 (en) | Magnetic random access memory and data read method of the same | |
| CN100466093C (zh) | 具有双隧道结的磁电阻存储器件 | |
| US7457149B2 (en) | Methods and apparatus for thermally assisted programming of a magnetic memory device | |
| US7382664B2 (en) | Simultaneous reading from and writing to different memory cells | |
| JPWO2010095589A1 (ja) | 磁気抵抗効果素子、及び磁気ランダムアクセスメモリ | |
| WO2013075102A1 (en) | Hybrid read scheme for spin torque mram | |
| US9524767B2 (en) | Bitcell wth magnetic switching elements | |
| US7646635B2 (en) | Data reading circuit of toggle magnetic memory | |
| TW201110119A (en) | Memory and write control method | |
| US7313043B2 (en) | Magnetic Memory Array | |
| JP2005526351A (ja) | 読み出し信号が最大で且つ電磁妨害を低減するｍｒａｍセルおよびアレイ構造 | |
| CN110544499B (zh) | 静态随机存取存储器结构 | |
| WO2007067832A2 (en) | Mram with a write driver and method therefor | |
| US7102920B2 (en) | Soft-reference three conductor magnetic memory storage device | |
| US7203088B2 (en) | Magnetoresistive random access memory and driving method thereof | |
| US7554836B2 (en) | Data write in control circuit for toggle magnetic random access memory | |
| JP2007087524A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置 | |
| TWI415124B (zh) | 磁性隨機存取記憶體 | |
| CN101354908B (zh) | 栓扣式磁性存储器的数据写入控制电路及数据写入方法 | |
| US20200027491A1 (en) | Memory cell, methods of forming and operating the same | |
| CN101383185B (zh) | 磁性随机存取存储器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110119 Termination date: 20160723 |