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KR20250029817A - Magnetic random access memory device - Google Patents

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KR20250029817A
KR20250029817A KR1020250018747A KR20250018747A KR20250029817A KR 20250029817 A KR20250029817 A KR 20250029817A KR 1020250018747 A KR1020250018747 A KR 1020250018747A KR 20250018747 A KR20250018747 A KR 20250018747A KR 20250029817 A KR20250029817 A KR 20250029817A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
node
circuit
transistor
lead
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020250018747A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박종선
김태환
박성건
Original Assignee
삼성전자주식회사
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 고려대학교 산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020250018747A priority Critical patent/KR20250029817A/en
Publication of KR20250029817A publication Critical patent/KR20250029817A/en
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Abstract

전력 소모가 감소되고 성능이 향상된 자기 저항 메모리 장치가 제공된다. 복수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 센싱하는 리드 회로를 포함하는 자기 저항 메모리 장치로서, 리드 회로는 감지 증폭기, 제1 및 제2 트랜지스터, 제1 노드와 제2 노드 사이를 단락시키는 제1 스위치, 제1 노드와 제3 노드 사이를 단락시키는 제2 스위치, 제1 리드 전류를 수신하고, 일단이 복수의 메모리 셀 중 하나와 연결되는 제3 트랜지스터, 제2 리드 전류를 수신하고, 일단이 기준 저항과 연결되는 제4 트랜지스터, 제1 리드 전류를 수신하고, 일단이 기준 저항과 연결되는 제5 트랜지스터 및 제2 리드 전류를 수신하고, 일단이 복수의 메모리 셀 중 하나와 연결되는 제6 트랜지스터를 포함하고, 제2 노드에 형성된 제1 전압 및 제3 노드에 형성된 제2 전압을 감지 증폭기에 제공한다.A magnetoresistive memory device with reduced power consumption and improved performance is provided. A magnetoresistive memory device including a read circuit for sensing data stored in a plurality of memory cells, wherein the read circuit includes a sense amplifier, first and second transistors, a first switch for short-circuiting between a first node and a second node, a second switch for short-circuiting between the first node and a third node, a third transistor for receiving a first read current and having one end connected to one of the plurality of memory cells, a fourth transistor for receiving a second read current and having one end connected to a reference resistor, a fifth transistor for receiving the first read current and having one end connected to the reference resistor, and a sixth transistor for receiving the second read current and having one end connected to one of the plurality of memory cells, and provides a first voltage formed at the second node and a second voltage formed at the third node to the sense amplifier.

Description

자기 저항 메모리 장치{MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY DEVICE}{MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY DEVICE}

본 개시는 자기 저항 메모리 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a magnetoresistive memory device.

최근 들어 메모리 장치의 신뢰성, 고속 동작 및 낮은 소비 전력에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 요구들을 충족시키기 위하여, 임의 접근 메모리(Random Access Memory)의 일종으로, 자기 저항 메모리(Magnetic Ramdom Access Memory; MRAM)가 제안되었다. MRAM은 고속 동작 및 비휘발성 등의 특성들을 가지므로, 차세대 반도체 메모리 장치로 각광받고 있다. Recently, the demand for reliability, high-speed operation, and low power consumption of memory devices has been increasing. To meet these demands, a type of random access memory, magnetic random access memory (MRAM), has been proposed. MRAM has been attracting attention as a next-generation semiconductor memory device because it has characteristics such as high-speed operation and non-volatility.

일반적으로, MRAM은 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction; MTJ) 소자를 이용하여 데이터를 저장할 수 있다. 자기 터널 접합 소자는 두 개의 자성체와 그 사이에 개재된 절연막을 포함할 수 있다. 두 자성체의 자화 방향들에 따라 자기 터널 접합 소자의 저항 값이 달라질 수 있다. 예를 들어, 두 자성체의 자화 방향이 반평행한 경우에 자기 터널 접합 소자는 큰 저항 값을 가질 수 있으며, 두 자성체의 자화 방향이 평행한 경우에 자기 터널 접합 소자는 작은 저항 값을 가질 수 있다. MRAM은 이러한 저항 값의 차이를 이용하여 데이터를 기입하고 독출할 수 있다. In general, MRAM can store data using a magnetic tunnel junction (MTJ) element. The magnetic tunnel junction element can include two magnetic materials and an insulating film interposed therebetween. The resistance value of the magnetic tunnel junction element can vary depending on the magnetization directions of the two magnetic materials. For example, if the magnetization directions of the two magnetic materials are antiparallel, the magnetic tunnel junction element can have a large resistance value, and if the magnetization directions of the two magnetic materials are parallel, the magnetic tunnel junction element can have a small resistance value. MRAM can write and read data by utilizing the difference in the resistance value.

또한, 최근 들어 대량의 데이터를 처리하는 AI 애플리케이션이 등장하였고, AI 애플리케이션을 수행하는 AI 프로세서는 AI 애플리케이션의 특성 상 메모리 장치에 대해 리드 동작을 지배적으로 수행한다. 따라서, AI 애플리케이션 또는 이와 유사한 작업 환경에서 활용도가 높은, 연속 리드 동작 시 낮은 전력을 소모하면서도 빠른 리드 동작을 수행할 수 있는 메모리 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.In addition, AI applications that process large amounts of data have recently emerged, and AI processors that perform AI applications predominantly perform read operations on memory devices due to the nature of AI applications. Therefore, research is being conducted on memory devices that can perform fast read operations while consuming low power during continuous read operations, which are highly utilized in AI applications or similar work environments.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연속 리드 동작 시 전력 소모가 감소되고 성능이 향상된 자기 저항 메모리 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a magnetoresistive memory device with reduced power consumption and improved performance during continuous read operation.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 자기 저항 메모리 장치는, 복수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 센싱하는 리드 회로를 포함하는 자기 저항 메모리 장치로서, 리드 회로는 수신하는 전압들의 차이를 증폭하는 감지 증폭기, 일단이 전원 전압 단자에 연결되고 제1 리드 전류를 수신하는 제1 트랜지스터, 일단이 전원 전압 단자에 연결되고 제2 리드 전류를 수신하는 제2 트랜지스터, 제1 및 제2 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되는 제1 노드와 제1 트랜지스터의 타단에 연결되는 제2 노드 사이를 단락시키는 제1 스위치, 제1 노드와 제2 트랜지스터의 타단에 연결되는 제3 노드 사이를 단락시키는 제2 스위치, 제1 리드 전류를 수신하고, 일단이 복수의 메모리 셀 중 하나와 연결되는 제3 트랜지스터, 제2 리드 전류를 수신하고, 일단이 기준 저항과 연결되는 제4 트랜지스터, 제1 리드 전류를 수신하고, 일단이 기준 저항과 연결되는 제5 트랜지스터 및 제2 리드 전류를 수신하고, 일단이 복수의 메모리 셀 중 하나와 연결되는 제6 트랜지스터를 포함하고, 제2 노드에 형성된 제1 전압 및 제3 노드에 형성된 제2 전압을 감지 증폭기에 제공한다.According to some embodiments of the present disclosure for achieving the above-described problem, a magneto-resistive memory device includes a read circuit for sensing data stored in a plurality of memory cells, wherein the read circuit includes a sense amplifier for amplifying a difference between voltages received, a first transistor having one end connected to a power supply voltage terminal and receiving a first read current, a second transistor having one end connected to the power supply voltage terminal and receiving a second read current, a first switch for short-circuiting between a first node connected to gate terminals of the first and second transistors and a second node connected to the other end of the first transistor, a second switch for short-circuiting between the first node and a third node connected to the other end of the second transistor, a third transistor for receiving the first read current and having one end connected to one of the plurality of memory cells, a fourth transistor for receiving the second read current and having one end connected to a reference resistor, a fifth transistor for receiving the first read current and having one end connected to the reference resistor, and a sixth transistor for receiving the second read current and having one end connected to one of the plurality of memory cells, and a first voltage formed at the second node and a second voltage formed at the third node. Provides voltage to the sense amplifier.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

도 1은 비휘발성 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 메모리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 메모리 셀의 자화 방향에 따라 저장된 데이터를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 메모리 셀의 기준 저항 값을 설명하기 위한 분포도이다.
도 6은 메모리 셀의 데이터 리드 방법을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 리드 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시된 리드 회로의 동작에 따른 전압 디벨롭 시간을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 리드 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 10은 도 9에 도시된 리드 회로의 동작에 따른 전압 디벨롭 시간을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 리드 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 12는 도 11의 리드 회로의 제1 리드 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 13은 도 11의 리드 회로의 제2 리드 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 14는 시간에 따른 제1 전압 및 제2 전압의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 15는 도 11에 도시된 리드 회로의 동작에 따른 전압 디벨롭 시간을 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 1 is a block diagram illustrating a nonvolatile memory device.
Figure 2 is a drawing for explaining a memory cell.
FIGS. 3 and 4 are drawings for explaining data stored according to the magnetization direction of the memory cell of FIG. 2.
Figure 5 is a distribution diagram for explaining the reference resistance value of a memory cell.
Figure 6 is a circuit diagram for explaining a data read method of a memory cell.
Figure 7 is a circuit diagram explaining the lead circuit.
Figure 8 is a graph for explaining the voltage development time according to the operation of the lead circuit shown in Figure 7.
Figure 9 is a circuit diagram for explaining the lead circuit.
Fig. 10 is a graph for explaining the voltage development time according to the operation of the lead circuit shown in Fig. 9.
Figure 11 is a circuit diagram for explaining the lead circuit.
Fig. 12 is a circuit diagram for explaining the first lead operation of the lead circuit of Fig. 11.
Fig. 13 is a circuit diagram for explaining the second lead operation of the lead circuit of Fig. 11.
Figure 14 is a graph showing the magnitude of the first voltage and the second voltage over time.
Fig. 15 is a graph for explaining the voltage development time according to the operation of the lead circuit shown in Fig. 11.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들에 대해 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the technical idea of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

도 1은 비휘발성 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.Figure 1 is a block diagram illustrating a nonvolatile memory device.

도 1을 참조하면, 메모리 시스템(1)은 비휘발성 메모리 장치(100) 및 호스트(200)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(100)는 호스트(200)의 요청에 따라 데이터를 리드 또는 라이트할 수 있다.Referring to FIG. 1, a memory system (1) may include a nonvolatile memory device (100) and a host (200). The nonvolatile memory device (100) may read or write data according to a request from the host (200).

구체적으로, 비휘발성 메모리 장치(100)는 호스트(200)로부터 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADDR)를 수신할 수 있다. 커맨드(CMD)는 리드 커맨드, 라이트 커맨드 등을 포함할 수 있다. 호스트(200)가 비휘발성 메모리 장치(100)에 리드 커맨드를 전송한 경우, 비휘발성 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(110)에서 리드한 데이터(DATA)를 호스트(200)에 제공할 수 있다. Specifically, the nonvolatile memory device (100) can receive a command (CMD) and an address (ADDR) from the host (200). The command (CMD) can include a read command, a write command, etc. When the host (200) transmits a read command to the nonvolatile memory device (100), the nonvolatile memory device (100) can provide data (DATA) read from the memory cell array (110) to the host (200).

호스트(200)가 비휘발성 메모리 장치(100)에 라이트 커맨드 및 라이트할 데이터(DATA)를 전송한 경우, 비휘발성 메모리 장치(100)는 호스트(200)로부터 제공받은 데이터(DATA)를 메모리 셀 어레이(110)에 라이트할 수 있다.When the host (200) transmits a write command and data (DATA) to be written to the nonvolatile memory device (100), the nonvolatile memory device (100) can write the data (DATA) provided from the host (200) to the memory cell array (110).

비휘발성 메모리 장치(100)는, 메모리 셀 어레이(110), 어드레스 디코더 회로(120), 비트 라인 선택 회로(130), 라이트 회로(140), 리드 회로(150), 데이터 입출력 회로(160) 및 제어 로직 회로(180)를 포함할 수 있다. 물론 이와 같은 구성은 예시적인 것일 뿐이며, 구체적인 구현 목적에 따라 일부 구성 요소가 생략되거나, 새로운 구성 요소가 추가될 수도 있다.A nonvolatile memory device (100) may include a memory cell array (110), an address decoder circuit (120), a bit line selection circuit (130), a write circuit (140), a read circuit (150), a data input/output circuit (160), and a control logic circuit (180). Of course, such a configuration is only exemplary, and some components may be omitted or new components may be added depending on a specific implementation purpose.

메모리 셀 어레이(110)는 데이터를 저장하기 위한 복수의 비휘발성 메모리 셀(MC)을 포함할 수 있다. 메모리 셀(MC)은 저장된 데이터의 값에 대응하는 저항 값을 갖는 가변 저항 소자, 예컨대 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction; MTJ) 소자를 포함할 수 있다.The memory cell array (110) may include a plurality of nonvolatile memory cells (MC) for storing data. The memory cells (MC) may include variable resistance elements, such as magnetic tunnel junction (MTJ) elements, having a resistance value corresponding to the value of stored data.

몇몇의 실시예에서, 비휘발성 메모리 장치(100)는 저항성 메모리 장치, RRAM(Resistive Random Access Memory)(또는 ReRAM) 장치로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치(100)의 메모리 셀 어레이(110)는 PRAM(Phase Change Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 등과 같은 구조를 포함할 수도 있고, STT-MRAM(Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory), SOT-MRAM(Spin-Orbit Torque Magnetic Random Access Memory) 등과 같은 자기 저항 메모리(Magnetic Random Access Memory; MRAM) 구조를 포함할 수도 있다. In some embodiments, the nonvolatile memory device (100) may be referred to as a resistive memory device, a resistive random access memory (RRAM) (or ReRAM) device. For example, the memory cell array (110) of the nonvolatile memory device (100) may include a structure such as a phase change random access memory (PRAM), a ferroelectric random access memory (FRAM), or a magnetic random access memory (MRAM) structure such as a spin-transfer torque magnetic random access memory (STT-MRAM), a spin-orbit torque magnetic random access memory (SOT-MRAM), or the like.

이하에서는 비휘발성 메모리 장치(100)가 자기 저항 메모리(MRAM) 장치인 것을 예로 들어 설명할 것이나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.In the following, the nonvolatile memory device (100) will be described as an example of a magnetoresistive memory (MRAM) device, but the embodiments are not limited thereto.

메모리 셀 어레이(110)는 데이터가 기록되는 하나 이상의 메모리 셀(MC)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 메모리 셀 어레이(110)는 복수의 워드 라인(WL)과 복수의 비트 라인(BL)이 대응하는 지점에 배치된 메모리 셀(MC)을 포함할 수 있다. 이러한 메모리 셀의 보다 구체적인 설명은 후술한다.The memory cell array (110) may include one or more memory cells (MC) in which data is recorded. Specifically, the memory cell array (110) may include memory cells (MC) arranged at points where a plurality of word lines (WL) and a plurality of bit lines (BL) correspond. A more specific description of these memory cells will be described later.

몇몇 실시예에서, 메모리 셀 어레이(110)는 자세히 도시하지는 않았으나, 일정 수의 메모리 셀(MC)을 포함하는 하나 이상의 서브 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 즉, 일정 수의 메모리 셀(MC)과 메모리 셀(MC)을 컨트롤하기 위한 워드 라인(WL) 및 비트 라인(BL)이 배치된 복수의 서브 메모리 셀 어레이가 모여, 도시된 메모리 셀 어레이(110)를 구성할 수 있다.In some embodiments, the memory cell array (110) may include one or more sub-memory cell arrays, although not illustrated in detail, each of which includes a certain number of memory cells (MC). That is, a plurality of sub-memory cell arrays, each of which includes a certain number of memory cells (MC) and word lines (WL) and bit lines (BL) for controlling the memory cells (MC), may be assembled to form the illustrated memory cell array (110).

몇몇 실시예에서, 이러한 서브 메모리 셀 어레이는 호스트(200)로부터 데이터(DATA)를 리드하거나 라이트하는 단위로 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 비휘발성 메모리 장치(100)는 4개의 서브 메모리 셀 어레이 단위(예를 들어, 메모리 뱅크(memory bank) 단위)로 데이터를 라이트하거나 리드할 수 있다. 하지만, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 이는 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.In some embodiments, these sub-memory cell arrays may be used as units for reading or writing data (DATA) from the host (200). In some embodiments, the nonvolatile memory device (100) may write or read data in units of four sub-memory cell arrays (e.g., memory bank units). However, the embodiments are not limited thereto, and may be modified and implemented as needed.

어드레스 디코더 회로(120)는 어드레스(ADDR)를 입력받아 행 어드레스(raw address) 및 열 어드레스(column address)로 디코딩 할 수 있다. 어드레스 디코더 회로(120)는 행 어드레스에 따라 복수의 워드 라인(WL) 중 하나의 워드 라인(WL)을 선택할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 어드레스 디코더 회로(120)는 열 어드레스를 비트 라인 선택 회로(130)에 전달할 수 있다. 예시적으로, 어드레스 디코더 회로(120)는 행 디코더, 열 디코더, 어드레스 버퍼 등과 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다.The address decoder circuit (120) can receive an address (ADDR) and decode it into a row address (raw address) and a column address. The address decoder circuit (120) can select one word line (WL) among a plurality of word lines (WL) according to the row address. In addition, in some embodiments, the address decoder circuit (120) can transmit a column address to a bit line selection circuit (130). For example, the address decoder circuit (120) can include components such as a row decoder, a column decoder, an address buffer, etc.

비트 라인 선택 회로(130)는 비트 라인들을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 접속되고, 라이트 회로(140) 및 리드 회로(150)에 접속될 수 있다. 비트 라인 선택 회로(130)는 제어 로직 회로(180)의 제어에 응답하여 동작할 수 있다. 비트 라인 선택 회로(130)는 어드레스 디코더 회로(120)로부터 디코딩된 열 어드레스를 수신하도록 구성될 수 있다.The bit line selection circuit (130) is connected to the memory cell array (110) through bit lines, and can be connected to the write circuit (140) and the read circuit (150). The bit line selection circuit (130) can operate in response to the control of the control logic circuit (180). The bit line selection circuit (130) can be configured to receive a decoded column address from the address decoder circuit (120).

또한, 비트 라인 선택 회로(130)는 디코딩된 열 어드레스를 이용하여 비트 라인들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 라이트 동작 시, 비트 라인 선택 회로(130)는 선택된 비트 라인들(BL)을 데이터 라인들(DL)에 연결함으로써 라이트 회로(140)에 연결시킬 수 있다. 리드 동작 시, 비트 라인 선택 회로(130)는 선택된 비트 라인들을 리드 회로(150)와 연결할 수 있다.Additionally, the bit line selection circuit (130) can select bit lines using the decoded column address. For example, during a write operation, the bit line selection circuit (130) can connect the selected bit lines (BL) to the data lines (DL) and thereby connect them to the write circuit (140). During a read operation, the bit line selection circuit (130) can connect the selected bit lines to the read circuit (150).

라이트 회로(140)는 제어 로직 회로(180)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 라이트 회로(140)는 비트 라인 선택 회로(130)에 의해 선택된 비트 라인들(BL)과 어드레스 디코더 회로(120)에 의해 선택된 워드 라인(WL)에 연결된 메모리 셀(MC)을 프로그램할 수 있다. 라이트 회로(140)는 데이터 입출력 회로(160)로부터 입력되는 데이터에 따라 전류 또는 전압을 발생하여, 선택된 비트 라인들(BL)에 출력할 수 있다.The light circuit (140) can operate under the control of the control logic circuit (180). The light circuit (140) can program the memory cells (MC) connected to the bit lines (BL) selected by the bit line selection circuit (130) and the word lines (WL) selected by the address decoder circuit (120). The light circuit (140) can generate current or voltage according to data input from the data input/output circuit (160) and output it to the selected bit lines (BL).

리드 회로(150)는 제어 로직 회로(180)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 리드 회로(150)는 비트 라인 선택 회로(130)에 의해 선택된 비트 라인들(BL)과 어드레스 디코더 회로(120)에 의해 선택된 워드 라인에 연결된 메모리 셀(MC)을 감지할 수 있다.The lead circuit (150) can operate under the control of the control logic circuit (180). The lead circuit (150) can detect the bit lines (BL) selected by the bit line selection circuit (130) and the memory cells (MC) connected to the word lines selected by the address decoder circuit (120).

리드 회로(150)는 선택된 비트 라인들(BL)을 통해 흐르는 전류 또는 선택된 비트 라인들(BL)에 인가된 전압을 감지하여 메모리 셀(MC)을 리드할 수 있다. 리드 회로(150)는 리드한 데이터를 데이터 입출력 회로(160)에 출력할 수 있다.The read circuit (150) can read the memory cell (MC) by detecting the current flowing through the selected bit lines (BL) or the voltage applied to the selected bit lines (BL). The read circuit (150) can output the read data to the data input/output circuit (160).

데이터 입출력 회로(160)는 제어 로직 회로(180)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 데이터 입출력 회로(160)는 외부로부터 입력되는 데이터를 라이트 회로(140)로 전달하고, 리드 회로(150)로부터 입력되는 데이터를 외부로 출력할 수 있다.The data input/output circuit (160) can operate under the control of the control logic circuit (180). The data input/output circuit (160) can transmit data input from the outside to the light circuit (140) and output data input from the read circuit (150) to the outside.

제어 로직 회로(180)는 비휘발성 메모리 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직 회로(180)는 어드레스 디코더 회로(120), 비트 라인 선택 회로(130), 라이트 회로(140), 리드 회로(150), 데이터 입출력 회로(160) 등을 제어할 수 있다. 한편, 제어 로직 회로(180)는 외부로부터 입력되는 명령 혹은 제어 신호들에 응답하여 동작할 수 있다.The control logic circuit (180) can control the overall operation of the nonvolatile memory device (100). For example, the control logic circuit (180) can control an address decoder circuit (120), a bit line selection circuit (130), a write circuit (140), a read circuit (150), a data input/output circuit (160), etc. Meanwhile, the control logic circuit (180) can operate in response to commands or control signals input from the outside.

도 2는 메모리 셀을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4는 도 2의 메모리 셀의 자화 방향에 따라 저장된 데이터를 설명하기 위한 도면들이다.Fig. 2 is a drawing for explaining a memory cell. Figs. 3 and 4 are drawings for explaining data stored according to the magnetization direction of the memory cell of Fig. 2.

도 2를 참조하면, 메모리 셀(MC)은 자기 터널 접합(MTJ) 소자 및 셀 트랜지스터(CT)를 포함할 수 있다. 셀 트랜지스터(CT)의 게이트는 워드 라인(WL)에 접속될 수 있다. 셀 트랜지스터(CT)의 일 전극은 자기 터널 접합(MTJ) 소자를 통해 비트 라인(BL)에 연결될 수 있다. 또한, 셀 트랜지스터(CT)의 다른 전극은 소스 라인(SL)에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 2, a memory cell (MC) may include a magnetic tunnel junction (MTJ) element and a cell transistor (CT). A gate of the cell transistor (CT) may be connected to a word line (WL). One electrode of the cell transistor (CT) may be connected to a bit line (BL) through the magnetic tunnel junction (MTJ) element. Additionally, the other electrode of the cell transistor (CT) may be connected to a source line (SL).

몇몇 실시예에서, 워드 라인(WL)의 연장 방향과 소스 라인(SL)의 연장 방향은 서로 동일할 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 다른 몇몇 실시예에서, 워드 라인(WL)의 연장 방향과 비트 라인(BL)의 연장 반향은 서로 직각일 수 있으나, 역시 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.In some embodiments, the extension direction of the word line (WL) and the extension direction of the source line (SL) may be the same as each other, but the embodiments are not limited thereto. Meanwhile, in some other embodiments, the extension direction of the word line (WL) and the extension direction of the bit line (BL) may be perpendicular to each other, but the embodiments are not limited thereto.

자기 터널 접합(MTJ) 소자는 자유층(free layer, L1), 고정층(fixed layer, L3) 및 이들 사이에 위치되는 장벽층(barrier layer, L2)을 포함할 수 있다. 고정층(L3)의 자화 방향은 고정되어 있으며, 자유층(L1)의 자화 방향은 조건에 따라 고정층(L3)의 자화 방향과 같거나 역방향이 될 수 있다. 고정층(L3)의 자화 방향을 고정시켜 주기 위하여, 자기 터널 접합(MTJ) 소자는 반강자성층(anti-ferromagnetic layer)을 더 포함할 수도 있다.A magnetic tunnel junction (MTJ) device may include a free layer (L1), a fixed layer (L3), and a barrier layer (L2) positioned therebetween. The magnetization direction of the fixed layer (L3) is fixed, and the magnetization direction of the free layer (L1) may be the same as or opposite to the magnetization direction of the fixed layer (L3) depending on conditions. In order to fix the magnetization direction of the fixed layer (L3), the magnetic tunnel junction (MTJ) device may further include an anti-ferromagnetic layer.

몇몇 실시예에서, 자유층(L1)은 변화 가능한 자화 방향을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 자유층(L1)의 자화 방향은 메모리 셀(MC)의 외부 또는 내부에서 제공되는 전기적 요인 또는 자기적 요인에 의해 변경될 수 있다. 자유 층(L1)은 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하는 강자성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자유 층(L1)은 FeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO 및 Y3Fe5O12중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the free layer (L1) may include a material having a changeable magnetization direction. The magnetization direction of the free layer (L1) may be changed by an electrical or magnetic factor provided from outside or inside the memory cell (MC). The free layer (L1) may include a ferromagnetic material including at least one of cobalt (Co), iron (Fe), and nickel (Ni). For example, the free layer (L1) may include at least one selected from FeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO, and Y3Fe5O12.

한편, 장벽층(L2)은 스핀 확산 길이(spin diffusion distance) 보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 장벽층(L2)은 비자성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로 장벽층(L2)은 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 마그네슘-아연(MgZn) 및 마그네슘-붕소(MgB)의 산화물, 그리고 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)의 질화물 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, the barrier layer (L2) may have a thickness thinner than the spin diffusion distance. The barrier layer (L2) may include a non-magnetic material. For example, the barrier layer (L2) may include at least one selected from oxides of magnesium (Mg), titanium (Ti), aluminum (Al), magnesium-zinc (MgZn), and magnesium-boron (MgB), and nitrides of titanium (Ti) and vanadium (V).

한편, 고정층(L3)은 반강자성층에 의해 고정된 자화 방향을 가질 수 있다. 또한, 고정층(L3)은 강자성 물질(ferromagnetic material)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정층(L3)은 CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO 및 Y3Fe5O12중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, the fixed layer (L3) may have a magnetization direction fixed by the antiferromagnetic layer. In addition, the fixed layer (L3) may include a ferromagnetic material. For example, the fixed layer (L3) may include at least one selected from CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO, and Y3Fe5O12.

몇몇 실시예에서, 반강자성층은 반 강자성 물질(anti-ferromagnetic material)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반강자성층은 PtMn, IrMn, MnO, MnS, MnTe, MnF2, FeCl2, FeO, CoCl2, CoO, NiCl2, NiO 및 Cr에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the antiferromagnetic layer can include an anti-ferromagnetic material. For example, the antiferromagnetic layer can include at least one selected from PtMn, IrMn, MnO, MnS, MnTe, MnF2, FeCl2, FeO, CoCl2, CoO, NiCl2, NiO, and Cr.

메모리 셀(MC)에 대한 리드 동작시, 워드 라인(WL)에 하이 레벨(예를 들어, 로직 하이 레벨)의 전압이 제공될 수 있다. 이 때, 워드 라인(WL) 전압에 응답하여 셀 트랜지스터(CT)가 턴 온 될 수 있다. 또한, 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 저항 값을 측정하기 위하여 비트 라인(BL)으로부터 소스 라인(SL) 방향으로, 또는 소스 라인(SL)으로부터 비트 라인(BL) 방향으로 리드 전류(IREAD)가 제공될 수 있다. 측정되는 저항 값에 따라 자기 터널 접합(MTJ) 소자에 저장된 데이터가 판별될 수 있다.During a read operation for a memory cell (MC), a high level (e.g., a logic high level) voltage may be provided to a word line (WL). At this time, a cell transistor (CT) may be turned on in response to the word line (WL) voltage. In addition, a read current (IREAD) may be provided from a bit line (BL) toward a source line (SL), or from the source line (SL) toward the bit line (BL), in order to measure a resistance value of a magnetic tunnel junction (MTJ) element. Data stored in the magnetic tunnel junction (MTJ) element may be determined according to the measured resistance value.

한편, 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 저항 값은 자유층(L1)의 자화 방향에 따라 달라진다. 자기 터널 접합(MTJ) 소자에 리드 전류(IREAD)를 제공하면, 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 저항 값에 따른 데이터 전압이 출력된다. 리드 전류(IREAD)의 세기는 라이트 전류의 세기보다 매우 작기 때문에, 일반적으로 리드 전류(IREAD)로 인해 자유층(L1)의 자화 방향이 변화되지 않는다.Meanwhile, the resistance value of the magnetic tunnel junction (MTJ) element varies depending on the magnetization direction of the free layer (L1). When a read current (IREAD) is supplied to the magnetic tunnel junction (MTJ) element, a data voltage is output according to the resistance value of the magnetic tunnel junction (MTJ) element. Since the intensity of the read current (IREAD) is much smaller than that of the write current, the magnetization direction of the free layer (L1) generally does not change due to the read current (IREAD).

도 3을 함께 참조하면, 몇몇 실시예에서, 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 자유층(L1)의 자화 방향과 고정층(L3)의 자화 방향이 평행(Parallel; P)하게 배치될 수 있다. 이 경우, 자기 터널 접합(MTJ) 소자는 낮은 저항 값(R_P)을 가진다. 이 경우 데이터는, 예를 들어, '0'으로 판별될 수 있다.Referring to FIG. 3 together, in some embodiments, the magnetization direction of the free layer (L1) of the magnetic tunnel junction (MTJ) element and the magnetization direction of the pinned layer (L3) may be arranged to be parallel (P). In this case, the magnetic tunnel junction (MTJ) element has a low resistance value (R_P). In this case, the data may be determined as, for example, '0'.

이와 달리, 도 4를 함께 참조하면, 몇몇 실시예에서, 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 자유층(L1)의 자화 방향은 고정층(L3)의 자화 방향과 반 평행(Anti-Parallel; AP)으로 배치된다. 이 경우, 자기 터널 접합(MTJ) 소자는 높은 저항 값(R_AP)을 가진다. 이 경우 데이터는, 예를 들어, '1'로 판별될 수 있다.In contrast, referring also to FIG. 4, in some embodiments, the magnetization direction of the free layer (L1) of the magnetic tunnel junction (MTJ) element is arranged anti-parallel (AP) with respect to the magnetization direction of the pinned layer (L3). In this case, the magnetic tunnel junction (MTJ) element has a high resistance value (R_AP). In this case, the data can be determined as, for example, '1'.

한편, 도 2에서는, 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 자유층(L1)과 고정층(L3)을 수평 자기 소자로 도시하였으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 몇몇 실시예에서, 자유층(L1)과 고정층(L3)은 수직 자기 소자 형태로 제공될 수도 있다.Meanwhile, in FIG. 2, the free layer (L1) and the pinned layer (L3) of the magnetic tunnel junction (MTJ) device are illustrated as horizontal magnetic elements, but the embodiments are not limited thereto. In some other embodiments, the free layer (L1) and the pinned layer (L3) may be provided in the form of vertical magnetic elements.

도 5는 메모리 셀의 기준 저항 값을 설명하기 위한 분포도이다.Figure 5 is a distribution diagram for explaining the reference resistance value of a memory cell.

도 5는 저항 값에 따른 메모리 셀들의 분포를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 제1 저항 값(R_P)과 제2 저항 값(R_AP) 사이에서 데이터 "0"과 데이터 "1"을 판별하기 위한 기준 저항 값(R_REF)이 결정될 수 있다. 여기서 제1 저항 값(R_P)은 자기 터널 접합(MTJ) 소자에서 자유층(L1)의 자화 방향과 고정층(L3)의 자화 방향이 평행할 때 메모리 셀(MC)의 저항 값에 해당하고, 제2 저항 값(R_AP)은 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 자유층(L1)의 자화 방향이 고정층(L3)의 자화 방향과 반 평행일 때의 저항 값에 해당한다.Fig. 5 shows a distribution of memory cells according to resistance values. Referring to Fig. 5, a reference resistance value (R_REF) for distinguishing data "0" and data "1" can be determined between a first resistance value (R_P) and a second resistance value (R_AP). Here, the first resistance value (R_P) corresponds to a resistance value of a memory cell (MC) when the magnetization direction of a free layer (L1) and the magnetization direction of a fixed layer (L3) in a magnetic tunnel junction (MTJ) device are parallel, and the second resistance value (R_AP) corresponds to a resistance value when the magnetization direction of the free layer (L1) of the magnetic tunnel junction (MTJ) device is antiparallel to the magnetization direction of the fixed layer (L3).

도 6은 메모리 셀의 데이터 리드 방법을 설명하기 위한 회로도이다.Figure 6 is a circuit diagram for explaining a data read method of a memory cell.

도 6을 참조하면, 메모리 셀(MC) 내의 데이터를 읽기 위하여, 다시 말해서, 메모리 셀(MC)의 로직 상태를 센싱하기 위하여, 메모리 셀(MC)로 제1 리드 전류(Iread1)가 인가될 수 있다. 메모리 셀(MC)에 제1 리드 전류(Iread1)가 인가되어, 메모리 셀(MC)의 양단에 데이터 전압(VDATA)이 디벨롭될 수 있다. 또한, 기준 저항(Rref)으로 제1 리드 전류(Iread1)와 동일한 크기를 갖는 제2 리드 전류(Iread2)가 인가될 수 있다. 기준 저항(Rref)에 제2 리드 전류(Iread2)가 인가되어, 기준 저항(Rref) 양단에 기준 전압(VREF)이 디벨롭될 수 있다. 감지 증폭기(151)는 데이터 전압(VDATA) 및 기준 전압(VREF)을 수신하고, 데이터 전압(VDATA)과 기준 전압(VREF)을 비교하여 메모리 셀(MC)의 로직 상태를 판단할 수 있다.Referring to FIG. 6, in order to read data in the memory cell (MC), in other words, in order to sense the logic state of the memory cell (MC), a first read current (Iread1) may be applied to the memory cell (MC). By applying the first read current (Iread1) to the memory cell (MC), a data voltage (VDATA) may be developed across both ends of the memory cell (MC). In addition, a second read current (Iread2) having the same magnitude as the first read current (Iread1) may be applied to the reference resistor (Rref). By applying the second read current (Iread2) to the reference resistor (Rref), a reference voltage (VREF) may be developed across both ends of the reference resistor (Rref). The sense amplifier (151) may receive the data voltage (VDATA) and the reference voltage (VREF), and may determine the logic state of the memory cell (MC) by comparing the data voltage (VDATA) and the reference voltage (VREF).

도 7은 리드 회로를 설명하기 위한 회로도이다.Figure 7 is a circuit diagram explaining the lead circuit.

도 7을 참조하면, 리드 회로(150a)는 제1 트랜지스터(MP11), 제2 트랜지스터(MP12)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터(MP11, MP12)는 게이트 단자로 제1 신호(S1)를 수신할 수 있다. 제1 신호(S1)는 메모리 셀(MC)의 리드 동작이 개시되면, 제1 및 제2 트랜지스터(MP11, MP12)를 턴-온 하여 리드 전류(Iread1, Iread2)를 각각 메모리 셀(MC) 및 기준 저항(Rref)에 제공할 수 있다. 리드 회로(150a)는 제3 트랜지스터(MP13) 및 제4 트랜지스터(MP14)를 더 포함할 수 있다. 제4 트랜지스터(MP14)는 게이트 단자와 소스/드레인 단자가 다이오드 커넥션을 형성할 수 있다. 제4 트랜지스터(MP14)의 게이트 단자와 소스/드레인 단자가 다이오드 커넥션을 형성함으로써, 제3 및 제4 트랜지스터(MP13, MP14)는 전류 거울을 형성할 수 있다. 이로 인해, 제3 및 제4 트랜지스터(MP13, MP14)에 각각 흐르는 제1 및 제2 리드 전류(Iread1, Iread2)의 크기는 실질적으로 동일할 수 있다.Referring to FIG. 7, the read circuit (150a) may include a first transistor (MP11) and a second transistor (MP12). The first and second transistors (MP11, MP12) may receive a first signal (S1) through their gate terminals. When a read operation of the memory cell (MC) is initiated, the first signal (S1) may turn on the first and second transistors (MP11, MP12) to provide read currents (Iread1, Iread2) to the memory cell (MC) and the reference resistor (Rref), respectively. The read circuit (150a) may further include a third transistor (MP13) and a fourth transistor (MP14). The fourth transistor (MP14) may have a gate terminal and a source/drain terminal that form a diode connection. Since the gate terminal and the source/drain terminal of the fourth transistor (MP14) form a diode connection, the third and fourth transistors (MP13, MP14) can form current mirrors. As a result, the sizes of the first and second read currents (Iread1, Iread2) flowing through the third and fourth transistors (MP13, MP14), respectively, can be substantially the same.

제3 트랜지스터(MP13)는 제5 트랜지스터(MN11)와 연결될 수 있다. 제4 트랜지스터(MP14)는 제6 트랜지스터(MN12)와 연결될 수 있다. 제3 및 제5 트랜지스터(MP13, MN11) 사이에 제1 노드(N11)가 형성될 수 있다. 제3 및 제5 트랜지스터(MP13, MN11)는 제1 노드(N11)를 통해 연결될 수 있다. 제4 및 제6 트랜지스터(MP14, MN12) 사이에 제2 노드(N12)가 형성될 수 있다. 제4 및 제6 트랜지스터(MP14, MN12)는 제2 노드(N12)를 통해 연결될 수 있다. 제5 및 제6 트랜지스터(MN11, MN12)는 게이트 단자를 통해 클램프 전압(VCLAMP)을 수신할 수 있다. 클램프 전압(VCLAMP)은 리드 전류(Iread1, Iread2)의 크기를 제한하여 리드 전류가 자기 터널 접합(MTJ) 소자의 자화 방향을 변조시켜 메모리 셀에 저장된 데이터를 교란하는 것을 방지할 수 있다. The third transistor (MP13) can be connected to the fifth transistor (MN11). The fourth transistor (MP14) can be connected to the sixth transistor (MN12). A first node (N11) can be formed between the third and fifth transistors (MP13, MN11). The third and fifth transistors (MP13, MN11) can be connected through the first node (N11). A second node (N12) can be formed between the fourth and sixth transistors (MP14, MN12). The fourth and sixth transistors (MP14, MN12) can be connected through the second node (N12). The fifth and sixth transistors (MN11, MN12) can receive a clamp voltage (VCLAMP) through their gate terminals. The clamp voltage (VCLAMP) can limit the size of the read current (Iread1, Iread2) to prevent the read current from modulating the magnetization direction of the magnetic tunnel junction (MTJ) element and disturbing the data stored in the memory cell.

제5 트랜지스터(MN11)는 제7 트랜지스터(MN13)와 연결될 수 있다. 제6 트랜지스터(MN12)는 제8 트랜지스터(MN14)와 연결될 수 있다. 제7 트랜지스터(MN13)는 비트 라인(BL1)을 통해 메모리 셀(MC)과 연결될 수 있다. 제8 트랜지스터(MN14)는 비트 라인(BL2)을 통해 기준 저항(Rref)과 연결될 수 있다. 제7 및 제8 트랜지스터(NN13, MN14)는 게이트 단자를 통해 제2 신호(S2)를 수신할 수 있다. 제2 신호(S2)는 제1 신호(S1)를 반전한 신호일 수 있다. 제2 신호(S2)는 메모리 셀(MC)의 리드 동작이 개시되면, 제7 및 제8 트랜지스터(NN13, MN14)를 턴-온 하여 리드 전류(Iread1, Iread2)를 각각 메모리 셀(MC) 및 기준 저항(Rref)에 제공할 수 있다.The fifth transistor (MN11) can be connected to the seventh transistor (MN13). The sixth transistor (MN12) can be connected to the eighth transistor (MN14). The seventh transistor (MN13) can be connected to the memory cell (MC) through the bit line (BL1). The eighth transistor (MN14) can be connected to the reference resistor (Rref) through the bit line (BL2). The seventh and eighth transistors (NN13, MN14) can receive a second signal (S2) through their gate terminals. The second signal (S2) can be a signal that inverts the first signal (S1). When a read operation of the memory cell (MC) is initiated, the second signal (S2) can turn on the seventh and eighth transistors (NN13, MN14) to provide read currents (Iread1, Iread2) to the memory cell (MC) and the reference resistor (Rref), respectively.

메모리 셀(MC)에 제1 리드 전류(Iread1)가 인가되어, 제1 노드(N11)에 데이터 전압(VDATA)이 디벨롭될 수 있다. 또한, 기준 저항(Rref)으로 제2 리드 전류(Iread2)가 인가되어, 제2 노드(N12)에 기준 전압(VREF)이 디벨롭될 수 있다. 감지 증폭기(도 6의 151)는 제1 노드(N11)에 형성된 데이터 전압(VDATA)과 제2 노드(N12)에 형성된 기준 전압(VREF)을 비교할 수 있다.A first read current (Iread1) may be applied to a memory cell (MC), so that a data voltage (VDATA) may be developed at a first node (N11). In addition, a second read current (Iread2) may be applied to a reference resistor (Rref), so that a reference voltage (VREF) may be developed at a second node (N12). A sense amplifier (151 of FIG. 6) may compare the data voltage (VDATA) formed at the first node (N11) with the reference voltage (VREF) formed at the second node (N12).

도 8은 도 7에 도시된 리드 회로의 동작에 따른 전압 디벨롭 시간을 설명하기 위한 그래프이다.Figure 8 is a graph for explaining the voltage development time according to the operation of the lead circuit shown in Figure 7.

도 8의 그래프에서, X축은 시간(나노초 단위)을, Y축은 비트 에러율을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 자기 접합 터널(MTJ) 소자가 P(Parallel) 상태일 때 메모리 셀은 상대적으로 낮은 저항값을 가지며 비트 라인에 디벨롭되는 전압의 크기도 상대적으로 작을 수 있다. 자기 접합 터널(MTJ) 소자가 AP(Anti-Parallel) 상태일 때 메모리 셀은 상대적으로 높은 저항값을 가지며 비트 라인에 디벨롭되는 전압의 크기도 상대적으로 클 수 있다. 즉, 비트 라인에 전압을 디벨롭하는 데 걸리는 시간은 자기 접합 터널(MTJ) 소자가 AP 상태일 때가 P 상태일 때보다 보다 더 길 수 있다(.In the graph of Fig. 8, the X-axis represents time (in nanoseconds), and the Y-axis represents the bit error rate. Referring to Fig. 8, when the magnetic junction tunnel (MTJ) element is in the P (Parallel) state, the memory cell has a relatively low resistance value, and the magnitude of the voltage developed on the bit line can be relatively small. When the magnetic junction tunnel (MTJ) element is in the AP (Anti-Parallel) state, the memory cell has a relatively high resistance value, and the magnitude of the voltage developed on the bit line can be relatively large. That is, the time taken to develop the voltage on the bit line can be longer when the magnetic junction tunnel (MTJ) element is in the AP state than when it is in the P state ( .

메모리 셀에 저장된 데이터를 정확히 센싱하기 위해서는 비트 라인에 데이터 전압이 기준 전압과 비교할 수 있을 정도로 충분히 커질 필요가 있다. 즉 비트 라인을 디벨롭하는데 걸리는 시간은 목표 비트 에러율(10-5 BER)을 확보할 수 있을 때까지 비트 라인에 데이터 전압 또는 기준 전압이 디벨롭되는데 걸리는 시간으로 정의할 수 있다. 목표 비트 에러율(10-5 BER)을 확보하기 위해서는, 예를 들어 자기 접합 터널(MTJ) 소자가 AP 상태일 때(tdev_ap) 약 2.6ns가 걸릴 수 있고, P 상태일 때(tdev_p) 약 1.1ns가 걸릴 수 있다. 리드 동작에서 비트 라인에 전압을 디벨롭하는데 걸리는 시간은 전체 리드 동작 시간에서 큰 비중을 차지할 수 있다. 따라서 리드 동작의 성능 향상을 위해 비트 라인에 전압을 디벨롭하는데 걸리는 시간을 줄일 필요가 있다. 또한, 리드 동작에서 총 전압 디벨롭 시간은 더 오랜 시간이 걸리는 케이스인 자기 터널 접합(MTJ) 소자가 AP 상태인 케이스를 기준으로 한다. 따라서 자기 접합 터널(MTJ) 소자가 AP 상태일 때와 P 상태일 때의 전압 디벨롭 시간의 불균형을 완화할 필요가 있다.In order to accurately sense data stored in a memory cell, the data voltage on the bit line needs to be sufficiently large to be comparable to the reference voltage. In other words, the time taken to develop the bit line can be defined as the time taken for the data voltage or reference voltage on the bit line to develop until a target bit error rate (10 -5 BER) can be secured. In order to secure the target bit error rate (10 -5 BER), for example, it may take about 2.6 ns when the magnetic tunnel junction (MTJ) element is in the AP state (tdev_ap) and about 1.1 ns when it is in the P state (tdev_p). The time taken to develop the voltage on the bit line in a read operation can account for a large proportion of the total read operation time. Therefore, it is necessary to reduce the time taken to develop the voltage on the bit line in order to improve the performance of the read operation. In addition, the total voltage development time in the read operation is based on the case where the magnetic tunnel junction (MTJ) element is in the AP state, which is a case that takes a longer time. Therefore, there is a need to alleviate the imbalance in the voltage development time when the magnetic tunnel junction (MTJ) device is in the AP state and the P state.

도 9는 리드 회로를 설명하기 위한 회로도이다.Figure 9 is a circuit diagram for explaining the lead circuit.

도 9에서 도 7과 중복되는 내용의 자세한 설명은 생략하기로 한다. 도 9를 참조하면, 리드 회로(150b)는 등화(Equalizing) 스위치(SW_EQ)를 더 포함할 수 있다. 등화 스위치(SW_EQ)가 닫히면 제1 노드(N21)와 제2 노드(N22) 사이가 단락될 수 있다. 메모리 셀(MC)의 리드 동작이 개시되면, 등화 시간 동안 등화 스위치(SW_EQ)가 닫힐 수 있다. 연속적인 리드 동작이 수행되는 경우를 가정하면, 메모리 셀(MC)의 리드 동작이 개시되면 등화 스위치(SW_EQ)는 이전의 리드 동작에서 형성되어 있던 기준 전압(VREF)을 제1 노드(N21)에 제공할 수 있다. In Fig. 9, a detailed description of the overlapping content with Fig. 7 will be omitted. Referring to Fig. 9, the read circuit (150b) may further include an equalizing switch (SW_EQ). When the equalizing switch (SW_EQ) is closed, a short circuit may occur between the first node (N21) and the second node (N22). When the read operation of the memory cell (MC) is initiated, the equalizing switch (SW_EQ) may be closed during the equalizing time. Assuming that continuous read operations are performed, when the read operation of the memory cell (MC) is initiated, the equalizing switch (SW_EQ) may provide the reference voltage (VREF) formed in the previous read operation to the first node (N21).

도 10은 도 9에 도시된 리드 회로의 동작에 따른 전압 디벨롭 시간을 설명하기 위한 그래프이다.Fig. 10 is a graph for explaining the voltage development time according to the operation of the lead circuit shown in Fig. 9.

도 10의 그래프에서, X축은 시간(나노초 단위)을, Y축은 비트 에러율을 나타낸다. 도 9 및 10을 참조하면, 목표 비트 에러율(10-5 BER)을 확보하기 위해서는, 예를 들어 자기 터널 접합(MTJ) 소자가 AP 상태일 때(tdev_ap)와 P 상태일 때(tdev_p) 모두 약 1.9ns가 걸릴 수 있다. 리드 회로(150b)가 등화 스위치를 구비함으로써, 자기 터널 접합(MTJ) 소자가 AP 상태일 때와 P 상태일 때의 불균형이 완화될 수 있으나, 비트 라인에 전압을 디벨롭하는데 걸리는 총 시간에서 등화 시간(EQ Time)이 추가적으로 소요될 수 있다.In the graph of Fig. 10, the X-axis represents time (in nanoseconds), and the Y-axis represents the bit error rate. Referring to Figs. 9 and 10, in order to secure a target bit error rate (10 -5 BER), it may take about 1.9 ns both when the magnetic tunnel junction (MTJ) element is in the AP state (tdev_ap) and when it is in the P state (tdev_p), for example. Since the lead circuit (150b) has an equalizing switch, the imbalance when the magnetic tunnel junction (MTJ) element is in the AP state and the P state can be alleviated, but an equalization time (EQ Time) may be additionally required in the total time taken to develop a voltage on the bit line.

도 11은 리드 회로를 설명하기 위한 회로도이다.Figure 11 is a circuit diagram for explaining the lead circuit.

도 11을 참조하면, 리드 회로(150c)는 제1 트랜지스터(MP31), 제2 트랜지스터(MP32)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터(MP31, MP32)는 게이트 단자로 제1 신호(S1)를 수신할 수 있다. 제1 신호(S1)는 제1 또는 제2 메모리 셀(MC2)의 리드 동작이 개시되면, 제1 및 제2 트랜지스터(MP31, MP32)를 턴-온 하여 리드 전류를 제1 또는 제2 메모리 셀(MC2) 및 기준 저항(Rref)에 제공할 수 있다. 리드 회로(150c)는 제3 트랜지스터(MP33) 및 제4 트랜지스터(MP34)를 더 포함할 수 있다. 제3 및 제4 트랜지스터(MP33, MP34)는 게이트 단자가 제1 노드(N31)를 통해 연결될 수 있다.Referring to FIG. 11, the read circuit (150c) may include a first transistor (MP31) and a second transistor (MP32). The first and second transistors (MP31, MP32) may receive a first signal (S1) through their gate terminals. When a read operation of the first or second memory cell (MC2) is initiated, the first signal (S1) may turn on the first and second transistors (MP31, MP32) to provide a read current to the first or second memory cell (MC2) and the reference resistor (Rref). The read circuit (150c) may further include a third transistor (MP33) and a fourth transistor (MP34). The third and fourth transistors (MP33, MP34) may have gate terminals connected through the first node (N31).

제3 트랜지스터(MP33)는 제5 트랜지스터(MN31)와 연결될 수 있다. 제4 트랜지스터(MP34)는 제6 트랜지스터(MN32)와 연결될 수 있다. 제3 및 제5 트랜지스터(MP33, MN31) 사이에 제2 노드(N32)가 형성될 수 있다. 제3 및 제5 트랜지스터(MP33, MN31)는 제2 노드(N32)를 통해 연결될 수 있다. 제4 및 제6 트랜지스터(MP34, MN32) 사이에 제3 노드(N33)가 형성될 수 있다. 제4 및 제6 트랜지스터(MP34, MN32)는 제3 노드(N33)를 통해 연결될 수 있다. 제5 및 제6 트랜지스터(MN31, MN32)는 게이트 단자를 통해 클램프 전압(VCLAMP)을 수신할 수 있다. 클램프 전압(VCLAMP)은 리드 전류의 크기를 제한하여 리드 전류가 메모리 셀에 저장된 데이터를 교란하는 것을 방지할 수 있다.The third transistor (MP33) can be connected to the fifth transistor (MN31). The fourth transistor (MP34) can be connected to the sixth transistor (MN32). A second node (N32) can be formed between the third and fifth transistors (MP33, MN31). The third and fifth transistors (MP33, MN31) can be connected through the second node (N32). A third node (N33) can be formed between the fourth and sixth transistors (MP34, MN32). The fourth and sixth transistors (MP34, MN32) can be connected through the third node (N33). The fifth and sixth transistors (MN31, MN32) can receive a clamp voltage (VCLAMP) through their gate terminals. The clamp voltage (VCLAMP) can limit the size of a read current to prevent the read current from disturbing data stored in a memory cell.

제1 스위치(SW_L)가 제1 노드(N31)와 제2 노드(N32) 사이에 배치될 수 있다. 제2 스위치(SW_R)가 제1 노드(N31)와 제3 노드(N33) 사이에 배치될 수 있다. 제1 스위치(SW_L)는 제2 신호(S2)에 따라 토글링 될 수 있다. 제1 스위치(SW_L)가 닫히면 제1 노드(N31)와 제2 노드(N32) 사이가 단락 될 수 있다. 제2 스위치(SW_R)는 제3 신호(S3)에 따라 토글링 될 수 있다. 제2 스위치(SW_R)가 닫히면 제1 노드(N31)와 제3 노드(N33) 사이가 단락 될 수 있다. 제3 신호(S3)는 제2 신호(S2)의 반전 신호일 수 있다. 즉 제1 스위치(SW_L)가 닫히면 제2 스위치(SW_R)가 열리고, 제1 스위치(SW_L)가 열리면 제2 스위치(SW_R)는 닫힐 수 있다. 제1 스위치(SW_L)가 닫히면 제3 트랜지스터(MP33)는 게이트 단자와 소스/드레인 단자가 다이오드 커넥션을 형성할 수 있다. 제3 트랜지스터(MP33)의 게이트 단자와 소스/드레인 단자가 다이오드 커넥션을 형성함으로써, 제3 및 제4 트랜지스터(MP33, MP34)는 전류 거울을 형성할 수 있다. 이로 인해, 제3 및 제4 트랜지스터(MP33, MP34)에 흐르는 리드 전류의 크기는 동일할 수 있다. 마찬가지로, 제2 스위치(SW_R)가 닫히면 제4 트랜지스터(MP34)는 게이트 단자와 소스/드레인 단자가 다이오드 커넥션을 형성할 수 있다.A first switch (SW_L) may be arranged between a first node (N31) and a second node (N32). A second switch (SW_R) may be arranged between the first node (N31) and a third node (N33). The first switch (SW_L) may be toggled according to a second signal (S2). When the first switch (SW_L) is closed, a short circuit may be created between the first node (N31) and the second node (N32). The second switch (SW_R) may be toggled according to a third signal (S3). When the second switch (SW_R) is closed, a short circuit may be created between the first node (N31) and the third node (N33). The third signal (S3) may be an inverted signal of the second signal (S2). That is, when the first switch (SW_L) is closed, the second switch (SW_R) is opened, and when the first switch (SW_L) is opened, the second switch (SW_R) can be closed. When the first switch (SW_L) is closed, the gate terminal and the source/drain terminals of the third transistor (MP33) can form a diode connection. Since the gate terminal and the source/drain terminals of the third transistor (MP33) form a diode connection, the third and fourth transistors (MP33, MP34) can form current mirrors. Due to this, the magnitudes of the lead currents flowing in the third and fourth transistors (MP33, MP34) can be the same. Similarly, when the second switch (SW_R) is closed, the gate terminal and the source/drain terminals of the fourth transistor (MP34) can form a diode connection.

제5 트랜지스터(MN31)는 제7 트랜지스터(MN33) 및 제9 트랜지스터(MN35)와 연결될 수 있다. 제6 트랜지스터(MN32)는 제8 트랜지스터(MN34) 및 제10 트랜지스터(MN36)와 연결될 수 있다. 제7 트랜지스터(MN33)는 제1 리드 동작에서 선택된 제1 메모리 셀(MC1)과 비트 라인을 통해 연결될 수 있다. 제9 트랜지스터(MN35)는 제2 리드 동작에서 선택된 제2 메모리 셀(MC2)과 제1 비트 라인(BL1)을 통해 연결될 수 있다. 제8 및 제10 트랜지스터(MN34, MN36)는 기준 저항(Rref)과 제2 비트 라인(BL2)을 통해 연결될 수 있다. 제7 및 제8 트랜지스터(MN33, MN34)는 게이트 단자를 통해 제3 신호(S3)를 수신할 수 있다. 제9 및 제10 트랜지스터(MN35, MN36)는 게이트 단자를 통해 제2 신호(S2)를 수신할 수 있다. 앞서 설명했듯이, 제3 신호(S3)는 제2 신호(S2)의 반전 신호일 수 있다. 따라서 제7 및 제8 트랜지스터(MN33, MN34)가 턴-온되면 제9 및 제10 트랜지스터(MN35, MN36)는 턴-오프될 수 있다. 반대로, 제7 및 제8 트랜지스터(MN33, MN34)가 턴-오프되면 제9 및 제10 트랜지스터(MN35, MN36)는 턴-온될 수 있다. 여기서, 제7 및 제8 트랜지스터(MN33, MN34)가 수신하는 신호는 제2 스위치(SW_R)가 수신하는 신호(S2)와 동일한 것으로 설명하나, 발명의 실시 형태에 따라 다를 수도 있다. 이는 제9 및 제10 트랜지스터(MN35, MN36)에도 적용될 수 있다. The fifth transistor (MN31) can be connected to the seventh transistor (MN33) and the ninth transistor (MN35). The sixth transistor (MN32) can be connected to the eighth transistor (MN34) and the tenth transistor (MN36). The seventh transistor (MN33) can be connected to the first memory cell (MC1) selected in the first read operation through the bit line. The ninth transistor (MN35) can be connected to the second memory cell (MC2) selected in the second read operation through the first bit line (BL1). The eighth and tenth transistors (MN34, MN36) can be connected through the reference resistor (Rref) and the second bit line (BL2). The seventh and eighth transistors (MN33, MN34) can receive the third signal (S3) through the gate terminal. The ninth and tenth transistors (MN35, MN36) can receive the second signal (S2) through the gate terminals. As described above, the third signal (S3) may be an inverted signal of the second signal (S2). Therefore, when the seventh and eighth transistors (MN33, MN34) are turned on, the ninth and tenth transistors (MN35, MN36) may be turned off. Conversely, when the seventh and eighth transistors (MN33, MN34) are turned off, the ninth and tenth transistors (MN35, MN36) may be turned on. Here, the signal received by the seventh and eighth transistors (MN33, MN34) is described as being the same as the signal (S2) received by the second switch (SW_R), but may be different depending on the embodiment of the invention. This may also be applied to the ninth and tenth transistors (MN35, MN36).

도 12는 도 11의 리드 회로의 제1 리드 동작을 설명하기 위한 회로도이다.Fig. 12 is a circuit diagram for explaining the first lead operation of the lead circuit of Fig. 11.

도 12를 참조하면, 제1 리드 동작이 개시되면, 제2 및 제3 신호(S3)에 의해 제1 스위치(SW_L)가 열리고, 제2 스위치(SW_R)가 닫힐 수 있다. 제2 스위치(SW_R)가 닫히면 제1 노드(N31)와 제3 노드(N33) 사이가 단락될 수 있다. 또한, 제2 및 제3 신호(S2, S3)에 의해 제7 및 제8 트랜지스터(MN33, MN34)가 턴-온되고, 제9 및 제10 트랜지스터(MN35, MN36)가 턴-오프될 수 있다. 리드 회로(150c)는 제1 및 제2 비트 라인(BL1, BL2)을 통해 제1 리드 동작에서 선택된 제1 메모리 셀(MC1) 및 기준 저항(Rref)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 노드(N32)는 제5 및 제7 트랜지스터(MN31, MN33)를 통해 제1 메모리 셀(MC1)과 연결될 수 있다. 제3 노드(N33)는 제6 및 제8 트랜지스터(MN32, MN34)를 통해 기준 저항(Rref)과 연결될 수 있다. 제1 메모리 셀(MC1)에 의해 제2 노드(N32)에는 제1 전압(VL)이 형성될 수 있다. 또한, 기준 저항(Rref)에 의해 제3 노드(N33)에는 제2 전압(VR)이 형성될 수 있다. 제1 리드 동작에서, 제1 전압(VL)은 데이터 전압(VDATA)으로서 감지 증폭기에 제공되고, 제2 전압(VR)은 기준 전압(VREF)으로서 감지 증폭기에 제공될 수 있다. Referring to FIG. 12, when the first read operation is initiated, the first switch (SW_L) may be opened and the second switch (SW_R) may be closed by the second and third signals (S3). When the second switch (SW_R) is closed, a short circuit may occur between the first node (N31) and the third node (N33). In addition, the seventh and eighth transistors (MN33, MN34) may be turned on and the ninth and tenth transistors (MN35, MN36) may be turned off by the second and third signals (S2, S3). The read circuit (150c) may be connected to the first memory cell (MC1) selected in the first read operation and the reference resistor (Rref) through the first and second bit lines (BL1, BL2). Specifically, the second node (N32) may be connected to the first memory cell (MC1) through the fifth and seventh transistors (MN31, MN33). The third node (N33) may be connected to the reference resistor (Rref) through the sixth and eighth transistors (MN32, MN34). A first voltage (VL) may be formed at the second node (N32) by the first memory cell (MC1). In addition, a second voltage (VR) may be formed at the third node (N33) by the reference resistor (Rref). In the first read operation, the first voltage (VL) may be provided to the sense amplifier as a data voltage (VDATA), and the second voltage (VR) may be provided to the sense amplifier as a reference voltage (VREF).

도 13은 도 11의 리드 회로의 제2 리드 동작을 설명하기 위한 회로도이다.Fig. 13 is a circuit diagram for explaining the second lead operation of the lead circuit of Fig. 11.

제2 리드 동작은 제1 리드 동작에 선행하는 리드 동작일 수 있거나, 후속하는 리드 동작일 수도 있다. 다시 말해, 제1 리드 동작과 제2 리드 동작은 번갈아가며 수행될 수 있다. 도 13을 참조하면, 제2 리드 동작이 개시되면, 제2 및 제3 신호(S3)에 의해 제1 스위치(SW_L)가 닫히고, 제2 스위치(SW_R)가 열릴 수 있다. 제1 스위치(SW_L)가 닫혀 제1 노드(N31)와 제2 노드(N32) 사이가 단락될 수 있다. 또한, 제2 및 제3 신호(S2, S3)에 의해 제7 및 제8 트랜지스터(MN33, MN34)가 턴-오프되고, 제9 및 제10 트랜지스터(MN35, MN36)가 턴-온될 수 있다. 리드 회로(150c)는 제1 및 제2 비트 라인(BL1, BL2)을 통해 제2 리드 동작에서 선택된 제2 메모리 셀(MC2) 및 기준 저항(Rref)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 노드(N32)는 제5 및 제9 트랜지스터(MN31, MN35)를 통해 기준 저항(Rref)과 연결될 수 있다. 제3 노드(N33)는 제6 및 제10 트랜지스터(MN32, MN36)를 통해 제2 메모리 셀(MC2)과 연결될 수 있다. 제2 메모리 셀(MC2)에 의해 제3 노드(N33)에는 제2 전압(VR)이 형성될 수 있다. 또한, 기준 저항(Rref)에 의해 제2 노드(N32)에는 제1 전압(VL)이 형성될 수 있다. 제2 리드 동작에서, 제2 전압(VR)은 데이터 전압(VDATA)으로서 감지 증폭기에 제공되고, 제1 전압(VL)은 기준 전압(VREF)으로서 감지 증폭기에 제공될 수 있다.The second read operation may be a read operation preceding the first read operation, or may be a read operation subsequent to the first read operation. In other words, the first read operation and the second read operation may be performed alternately. Referring to FIG. 13, when the second read operation is initiated, the first switch (SW_L) may be closed and the second switch (SW_R) may be opened by the second and third signals (S3). The first switch (SW_L) may be closed to short-circuit the first node (N31) and the second node (N32). In addition, the seventh and eighth transistors (MN33, MN34) may be turned off and the ninth and tenth transistors (MN35, MN36) may be turned on by the second and third signals (S2, S3). The read circuit (150c) can be connected to the second memory cell (MC2) selected in the second read operation and the reference resistor (Rref) through the first and second bit lines (BL1, BL2). Specifically, the second node (N32) can be connected to the reference resistor (Rref) through the fifth and ninth transistors (MN31, MN35). The third node (N33) can be connected to the second memory cell (MC2) through the sixth and tenth transistors (MN32, MN36). A second voltage (VR) can be formed at the third node (N33) by the second memory cell (MC2). In addition, a first voltage (VL) can be formed at the second node (N32) by the reference resistor (Rref). In the second read operation, the second voltage (VR) can be provided to the sense amplifier as a data voltage (VDATA), and the first voltage (VL) can be provided to the sense amplifier as a reference voltage (VREF).

도 14는 시간에 따른 제1 전압 및 제2 전압의 크기를 나타내는 그래프이다.Figure 14 is a graph showing the magnitude of the first voltage and the second voltage over time.

도 14의 그래프에서 X축은 시간을, Y축은 전압의 크기를 나타낸다. 도 14를 참조하면, 제1 및 제3 읽기(First Read, Third Read)는 제1 리드 동작을 수행한 것이고, 제2 및 제4 읽기(Second Read, Fourth Read)는 제2 리드 동작을 수행한 것일 수 있다. 도 14에서, 제1 및 제4 읽기(First Read, Fourth Read)에서 읽기 대상이 되는 메모리 셀(구체적으로는, 자기 접합 소자(MTJ))의 로직 상태는 P(Parallel)이고, 제2 및 제3 읽기(Second Read, Third Read)에서 읽기 대상이 되는 메모리 셀의 로직 상태는 AP(Anti-Parallel)이라고 가정하자. 제1 읽기(First Read)에서, 기준 저항(Rref)에 의해 VL 값은 기준 전압 값이고, P 상태인 메모리 셀에 의해 VR 값은 기준 전압보다 낮은 전압 값일 수 있다. 제1 읽기(First Read)에 후속하는 제2 읽기(Second Read)에서, AP 상태인 메모리 셀에 의해 VL 값은 기준 전압보다 높은 전압 값이고, 기준 저항(Rref)에 의해 VR 값은 기준 전압 값일 수 있다.In the graph of Fig. 14, the X-axis represents time, and the Y-axis represents voltage magnitude. Referring to Fig. 14, the first and third reads (First Read, Third Read) may perform the first read operation, and the second and fourth reads (Second Read, Fourth Read) may perform the second read operation. In Fig. 14, it is assumed that the logic state of the memory cell (specifically, the magnetic junction device (MTJ)) that is the read target in the first and fourth reads (First Read, Fourth Read) is P (Parallel), and the logic state of the memory cell that is the read target in the second and third reads (Second Read, Third Read) is AP (Anti-Parallel). In the first read (First Read), the VL value may be a reference voltage value due to the reference resistance (Rref), and the VR value may be a voltage value lower than the reference voltage due to the memory cell in the P state. In the second read following the first read, the VL value may be a voltage value higher than the reference voltage due to the memory cell in the AP state, and the VR value may be a reference voltage value due to the reference resistor (Rref).

몇몇 실시예에 따르면, 도 11의 리드 회로(150c)에서 제2 노드(N32)와 제3 노드(N33)에 번갈아가며 기준 전압 또는 데이터 전압이 디벨롭되고, 데이터 전압을 디벨롭할 때 이전 읽기 동작에서 디벨롭된 기준 전압을 활용하기 때문에 데이터 전압을 디벨롭할 때 비트 라인을 방전시키지 않고 기준 전압부터 디벨롭할 수 있다. 따라서, 전력 소모가 감소된 자기 저항 메모리 장치가 제공될 수 있다. 또한, 데이터 전압을 디벨롭할 때 기준 전압부터 디벨롭하기 때문에 데이터 전압을 디벨롭하는데 걸리는 시간이 감소되며, 메모리 셀의 상태가 AP일 때와 P일 때의 불균형이 완화될 수 있다. 따라서, 읽기 성능이 향상된 자기 저항 메모리 장치가 제공될 수 있다.According to some embodiments, in the read circuit (150c) of FIG. 11, a reference voltage or a data voltage is developed alternately to a second node (N32) and a third node (N33), and when developing the data voltage, since the reference voltage developed in a previous read operation is utilized, the data voltage can be developed from the reference voltage without discharging a bit line when developing. Accordingly, a magnetoresistive memory device with reduced power consumption can be provided. In addition, since the data voltage is developed from the reference voltage when developing, the time taken to develop the data voltage is reduced, and the imbalance between when the state of the memory cell is AP and when it is P can be alleviated. Accordingly, a magnetoresistive memory device with improved read performance can be provided.

도 15는 도 11에 도시된 리드 회로의 동작에 따른 전압 디벨롭 시간을 설명하기 위한 그래프이다.Fig. 15 is a graph for explaining the voltage development time according to the operation of the lead circuit shown in Fig. 11.

도 15의 그래프에서, X축은 시간(나노초 단위)을, Y축은 비트 에러율을 나타낸다. 도 15을 참조하면, 목표 비트 에러율(10-5 BER)을 확보할 수 있을 때까지 비트 라인에 데이터 전압 또는 기준 전압이 디벨롭되는데 걸리는 시간은 도시된 4가지 케이스 중 가장 느린 시간(tdev_worst)에 의해 결정되며, 예를 들어 약 1.3ns 걸릴 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 리드 회로(150c)의 전압 디벨롭 시간은 도 7에 도시된 리드 회로(150a)와 도 9에 도시된 리드 회로(150b)보다 더 빠를 수 있다. 따라서, 읽기 성능이 향상된 자기 저항 메모리 장치가 제공될 수 있다.In the graph of Fig. 15, the X-axis represents time (in nanoseconds), and the Y-axis represents the bit error rate. Referring to Fig. 15, the time taken for a data voltage or a reference voltage to be developed on a bit line until a target bit error rate (10 -5 BER) can be secured is determined by the slowest time (tdev_worst) among the four cases illustrated, and may take, for example, about 1.3 ns. That is, the voltage development time of the read circuit (150c) illustrated in Fig. 11 may be faster than the read circuit (150a) illustrated in Fig. 7 and the read circuit (150b) illustrated in Fig. 9. Accordingly, a magnetoresistive memory device with improved read performance can be provided.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, the present invention is not limited to the embodiments described above, but can be manufactured in various different forms, and a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

메모리 시스템: 1 비휘발성 메모리 장치: 100
어드레스 디코더 회로: 120 비트라인 선택 회로: 130
라이트 회로: 140 리드 회로: 150
데이터 입출력 회로: 160 제어 로직 회로: 180
호스트: 200
Memory System: 1 Non-volatile memory devices: 100
Address decoder circuit: 120 Bitline select circuit: 130
Light circuit: 140 Lead circuit: 150
Data input/output circuits: 160 Control logic circuits: 180
Host: 200

Claims (10)

복수의 메모리 셀에 저장된 데이터를 센싱하는 리드 회로를 포함하는 자기 저항 메모리 장치로서,
상기 리드 회로는,
수신하는 전압들의 차이를 증폭하는 감지 증폭기;
일단이 전원 전압 단자에 연결되고 제1 리드 전류를 수신하는 제1 트랜지스터;
일단이 상기 전원 전압 단자에 연결되고 제2 리드 전류를 수신하는 제2 트랜지스터;
상기 제1 및 제2 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되는 제1 노드와 상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결되는 제2 노드 사이를 단락시키는 제1 스위치;
상기 제1 노드와 상기 제2 트랜지스터의 타단에 연결되는 제3 노드 사이를 단락시키는 제2 스위치;
상기 제1 리드 전류를 수신하고, 일단이 상기 복수의 메모리 셀 중 하나와 연결되는 제3 트랜지스터;
상기 제2 리드 전류를 수신하고, 일단이 기준 저항과 연결되는 제4 트랜지스터;
상기 제1 리드 전류를 수신하고, 일단이 상기 기준 저항과 연결되는 제5 트랜지스터; 및
상기 제2 리드 전류를 수신하고, 일단이 상기 복수의 메모리 셀 중 하나와 연결되는 제6 트랜지스터를 포함하고,
상기 제2 노드에 형성된 제1 전압 및 상기 제3 노드에 형성된 제2 전압을 상기 감지 증폭기에 제공하는, 자기 저항 메모리 장치.
A magnetoresistive memory device comprising a lead circuit for sensing data stored in a plurality of memory cells,
The above lead circuit,
A sense amplifier that amplifies the difference between the voltages it receives;
A first transistor connected to the power supply voltage terminal and receiving the first lead current;
A second transistor connected to the above power voltage terminal and receiving a second lead current;
A first switch for short-circuiting between a first node connected to the gate terminals of the first and second transistors and a second node connected to the other terminal of the first transistor;
A second switch for short-circuiting between the first node and a third node connected to the other terminal of the second transistor;
A third transistor receiving the first lead current and having one end connected to one of the plurality of memory cells;
A fourth transistor receiving the second lead current and having one end connected to a reference resistor;
A fifth transistor receiving the first lead current and having one end connected to the reference resistor; and
A sixth transistor is included, which receives the second lead current and has one end connected to one of the plurality of memory cells;
A magnetoresistive memory device providing a first voltage formed at the second node and a second voltage formed at the third node to the sense amplifier.
제1 항에 있어서,
상기 제1 스위치는 제1 신호에 따라 토글링되고, 상기 제2 스위치는 상기 제1 신호의 반전 신호인 제2 신호에 따라 토글링되는, 자기 저항 메모리 장치.
In the first paragraph,
A magnetoresistive memory device, wherein the first switch is toggled in accordance with a first signal, and the second switch is toggled in accordance with a second signal which is an inverted signal of the first signal.
제2 항에 있어서,
상기 제3 및 제4 트랜지스터는 제3 신호에 따라 턴-온되고, 상기 제5 및 제6 트랜지스터는 상기 제3 신호의 반전 신호인 제4 신호에 따라 턴-온되는, 자기 저항 메모리 장치.
In the second paragraph,
A magnetoresistive memory device, wherein the third and fourth transistors are turned on in response to a third signal, and the fifth and sixth transistors are turned on in response to a fourth signal which is an inverted signal of the third signal.
제3 항에 있어서,
상기 제3 신호는 상기 제1 신호와 동일하고, 상기 제4 신호는 상기 제2 신호와 동일한, 자기 저항 메모리 장치.
In the third paragraph,
A magnetoresistive memory device, wherein the third signal is identical to the first signal, and the fourth signal is identical to the second signal.
제1 항에 있어서,
상기 제1 리드 전류와 상기 제2 리드 전류의 크기는 동일한, 자기 저항 메모리 장치.
In the first paragraph,
A magnetoresistive memory device, wherein the magnitudes of the first lead current and the second lead current are the same.
제1 항에 있어서,
상기 리드 회로는,
상기 제1 리드 전류를 수신하고, 게이트 단자를 통해 클램프 전압을 수신하는 제7 트랜지스터; 및
상기 제2 리드 전류를 수신하고, 게이트 단자를 통해 상기 클램프 전압을 수신하는 제8 트랜지스터를 더 포함하는, 자기 저항 메모리 장치.
In the first paragraph,
The above lead circuit,
A seventh transistor receiving the first lead current and receiving a clamp voltage through a gate terminal; and
A magnetoresistive memory device further comprising an eighth transistor receiving the second lead current and receiving the clamp voltage through a gate terminal.
제1 항에 있어서,
상기 리드 회로는,
제1 리드 동작 동안 상기 제1 스위치를 열고 상기 제2 스위치를 닫아서 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 단락시키고,
상기 제1 리드 동작에 후속하는 제2 리드 동작 동안 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 열어서 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이를 단락시키는, 자기 저항 메모리 장치.
In the first paragraph,
The above lead circuit,
During the first lead operation, the first switch is opened and the second switch is closed to short-circuit between the first node and the third node,
A magnetoresistive memory device, wherein the first switch is closed and the second switch is opened during a second read operation following the first read operation to short-circuit between the first node and the second node.
제7 항에 있어서,
상기 리드 회로는, 상기 제1 리드 동작 및 상기 제2 리드 동작을 번갈아가며 반복 수행하는, 자기 저항 메모리 장치.
In Article 7,
A magnetoresistive memory device in which the above lead circuit alternately and repeatedly performs the first lead operation and the second lead operation.
제7 항에 있어서,
상기 리드 회로는,
상기 제1 리드 동작 동안 상기 제3 및 제4 트랜지스터를 턴-온시키고,
상기 제2 리드 동작 동안 상기 제5 및 제6 트랜지스터를 턴-온시키는, 자기 저항 메모리 장치.
In Article 7,
The above lead circuit,
Turning on the third and fourth transistors during the first lead operation,
A magnetoresistive memory device which turns on the fifth and sixth transistors during the second read operation.
제9 항에 있어서,
상기 리드 회로는,
상기 제1 리드 동작 동안 상기 제1 전압을 데이터 전압으로서, 상기 제2 전압을 기준 전압으로서 상기 감지 증폭기에 제공하고,
상기 제2 리드 동작 동안 상기 제1 전압을 기준 전압으로서, 상기 제2 전압을 데이터 전압으로서 상기 감지 증폭기에 제공하는, 자기 저항 메모리 장치.
In Article 9,
The above lead circuit,
During the first read operation, the first voltage is provided as a data voltage and the second voltage is provided as a reference voltage to the sense amplifier,
A magnetoresistive memory device, wherein the first voltage is provided as a reference voltage and the second voltage is provided as a data voltage to the sense amplifier during the second read operation.
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PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20250213

PG1501 Laying open of application