Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента



Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента
Управление уровнем сигнала транзистора словарной шины для считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента

 


Владельцы патента RU 2419894:

КВЭЛКОММ ИНКОРПОРЕЙТЕД (US)

Изобретение относится к оперативной памяти. Техническим результатом является управление уровнем сигнала транзистора WL для операций считывания и записи. Раскрыты системы, схемы и способы управления напряжением словарной шины в транзисторе словарной шины в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM). Первое напряжение может подаваться на транзистор словарной шины для операций записи. Второе напряжение, которое меньше первого напряжения, может подаваться на транзистор словарной шины во время операций считывания. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки №60/893217, озаглавленная «WORD LINE TRANSISTOR STRENGTH CONTROL FOR READ AND WRITE IN SPIN TRANSFER TORQUE MAGNETORESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY», поданной 6 марта 2007 года, права на которую переуступлены правопреемнику настоящего изобретения и содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления изобретения относятся к оперативной памяти (RAM). В частности, варианты осуществления изобретения относятся к управлению напряжением транзистора словарной шины в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM).

Уровень техники

Оперативная память (RAM) является повсеместно распространенной компонентой современных цифровых архитектур. RAM может представлять собой автономные устройства либо может быть интегрирована или встроена в устройства, использующие RAM, такие как микропроцессоры, микроконтроллеры, прикладные специализированные интегральные схемы (ASIC), однокристальные системы и другие подобные устройства, как очевидно специалистам в данной области техники. RAM может быть энергозависимой или энергонезависимой. Энергозависимая RAM теряет хранящуюся в ней информацию при потере питания. Энергонезависимая RAM может поддерживать содержимое памяти даже в тех случаях, когда она отключена от питания. Хотя энергонезависимая RAM имеет преимущества, связанные с возможностью поддержания ее содержимого без подвода питания, обычная энергонезависимая RAM имеет более продолжительное время считывания/записи, чем энергозависимая RAM.

Магниторезистивная оперативная память (MRAM) основана на технологии энергонезависимой памяти, которая имеет время отклика (запись/считывание), сравнимое с энергозависимой памятью. В отличие от стандартных RAM технологий, где данные хранятся в виде электрических зарядов или токов, в MRAM используются магнитные элементы. Как показано на фигурах 1А и 1В, элемент 100 памяти с магнитным туннельным переходом (MTJ) может быть сформирован из двух магнитных слоев 110 и 130, каждый из которых может удерживать магнитное поле и которые разделены изолирующим (туннельным барьером) слоем 120. В одном из двух слоев (например, фиксированный слой 110) установлена определенная полярность. Полярность 132 другого слоя (например, свободного слоя 130) может свободно изменяться в соответствии с прилагаемым внешним полем. Изменение полярности 132 свободного слоя 130 приводит к изменению сопротивления элемента 100 памяти с MTJ.

Например, когда обе полярности совпадают (Фиг.1А), имеет место состояние с низким сопротивлением. Когда полярности не совпадают (Фиг.1В), имеет место состояние с высоким сопротивлением. Иллюстрация MTJ 100 упрощена, причем специалистам в данной области техники должно быть ясно, что каждый показанный слой может содержать один или несколько слоев материалов, как известно из разработок в данной области техники.

Обратимся к Фиг.2А, где показана ячейка 200 памяти традиционной MRAM для операции считывания. Ячейка 200 включает в себя транзистор 210, разрядную шину 220, цифровую шину 230 и словарную шину 240. Считывание ячейки 200 может быть выполнено путем измерения электрического сопротивления MTJ 100. Например, конкретный MTJ 100 может быть выбран путем активизации соответствующего транзистора 210, который может переключить ток из разрядной шины 220 через MTJ 100. Благодаря туннельному магниторезистивному эффекту электрическое сопротивление MTJ 100 изменяется в зависимости от ориентации полярностей в двух магнитных слоях (например, 110, 130), как обсуждалось выше. Сопротивление внутри любого конкретного MTJ 100 можно определить на основе тока, зависящего от полярности свободного слоя. Обычно если фиксированный слой 110 и свободный слой 130 имеют одинаковую полярность, то сопротивление низкое и считывается «0». Если фиксированный слой 110 и свободный слой 130 имеют противоположные полярности, то сопротивление будет высоким и считывается «1».

Обратимся к Фиг.2В, где показана ячейка 200 памяти традиционной MRAM для операции записи. Операция записи в MRAM является магнитной операцией. Соответственно, во время операции записи транзистор 210 выключен. Ток проходит через разрядную шину 220 и цифровую шину 230 для установки магнитных полей 250 и 260, которые могут воздействовать на полярность свободного слоя MTJ 100, а значит, на логическое состояние ячейки 200. Соответственно, данные могут быть записаны в элемент 100 c MTJ и храниться в нем.

Память MRAM имеет ряд полезных характеристик, которые делают ее кандидатом для универсальной памяти, к числу которых относится высокая скорость, высокая плотность (то есть маленький размер одноразрядной ячейки), низкое энергопотребление и отсутствие ухудшения характеристик во времени. Однако для памяти MRAM существуют проблемы, связанные с масштабируемостью. В частности, при уменьшении размера одноразрядных ячеек магнитные поля, используемые для переключения состояния памяти, возрастают. Соответственно, повышается плотность тока и энергопотребление для обеспечения более сильных магнитных полей, что ограничивает возможности пропорционального уменьшения размеров MRAM.

В отличие от традиционной MRAM в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM) используются электроны, которые становятся спин-поляризованными при прохождении через тонкую пленку (спин-фильтр). STT-MRAM также известна как оперативная память с передачей спинового вращательного момента (STT-RAM), оперативная память с переключением намагничивания и с передачей спинового вращательного момента (Spin-RAM) и оперативная память с передачей спинового момента (SMT-RAM). Во время операции записи спин-поляризованные электроны создают вращательный момент в свободном слое, что может привести к переключению полярности свободного слоя. Операция считывания аналогична операции считывания в традиционной MRAM в том смысле, что для определения сопротивления/логического состояния элемента памяти с MTJ используется ток, как обсуждалось выше. Как показано на Фиг.3А, одноразрядная ячейка 300 памяти STT-MRAM включает в себя MTJ 305, транзистор 310, разрядную шину 320 и словарную шину 330. Транзистор 310 включается как при операции считывания, так и при операции записи, позволяя току проткать через MTJ 305, так что может выполняться считывание или запись логического состояния.

На Фиг.3В представлена более подробная схема ячейки 301 памяти STT-MRAM для дальнейшего обсуждения операций записи/считывания. Кроме того, к ранее обсужденным элементам, таким как MTJ 305, транзистор 310, разрядная шина 320 и словарная шина 330, здесь показаны истоковая шина 340, усилитель 350 считывания, схемы 360 считывания/записи и источник 370 опорного сигнала разрядной шины. Как обсуждалось выше, операция считывания в памяти STT-MRAM является электрической операцией. Схема 360 считывания/записи создает напряжение записи между разрядной шиной 320 и истоковой шиной 340. В зависимости от полярности напряжения между разрядной шиной 320 и истоковой шиной 340 может изменяться полярность свободного слоя MTJ 305, и в ячейку 301 может быть записано соответствующее логическое состояние. Аналогичным образом, во время операции считывания создается ток считывания, который протекает между разрядной шиной 320 и истоковой шиной 340 через MTJ 305. Когда разрешено протекание тока через транзистор 310, сопротивление (логическое состояние) элемента 30 с MTJ можно определить на основе разности напряжений между разрядной шиной 320 и истоковой шиной 340, которая сравнивается с опорным сигналом 370, а затем усиливается усилителем 350 считывания. Специалистам в данной области техники известны принцип действия и конструкция ячейки 301 памяти. Дополнительные подробности можно найти, например, в работе M.Hosomi и др. “A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching: Spin-RAM”, Proceedings of IEDM Conference (2005), содержание которой целиком включено в данный документ по ссылке.

Операция электрической записи в STT-MRAM снимает проблему масштабирования, возникающую в MRAM в связи с операцией магнитного считывания. Кроме того, для памяти STT-MRAM получается более простое схемное решение. Однако, поскольку как операция считывания, так и операция записи выполняются в результате прохождения тока через MTJ 305, существует вероятность того, что при операциях считывания произойдет искажение данных, сохраненных в MTJ 305. Например, если величина тока считывания близка или превосходит пороговое значение тока записи, то тогда существует значительная вероятность того, что операция считывания может нарушить логическое состояние MTJ 305I, что скажется на работоспособности памяти.

Раскрытие изобретения

Иллюстративные варианты осуществления изобретения относятся к системам, схемам и способам управления напряжением словарной шины, прикладываемым к транзисторам словарной шины в STT-MRAM.

Соответственно, один вариант осуществления изобретения может включать в себя магниторезистивную оперативную память с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM), содержащую одноразрядную ячейку с магнитным туннельным переходом (MTJ) и транзистором словарной шины, причем одноразрядная ячейка соединена с разрядной шиной и истоковой шиной; и схема запуска словарной шины, связанная с затвором транзистора словарной шины, причем схема запуска словарной шины сконфигурирована для обеспечения первого напряжения для операции записи и второго напряжения во время операции считывания, и причем первое напряжение выше второго напряжения.

Другой вариант осуществления изобретения может включать в себя способ операций считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM), включающий в себя этапы, на которых прикладывают первое напряжение к транзистору словарной шины одноразрядной ячейки во время операции записи и прикладывают второе напряжение к транзистору словарной шины во время операции считывания, причем первое напряжение выше второго напряжения.

Краткое описание чертежей

Сопроводительные чертежи представлены для облегчения описания вариантов изобретения и приведены исключительно для иллюстрирования вариантов изобретения, а не как его ограничение.

Фигуры 1А и 1В - иллюстрации элемента памяти с магнитным туннельным переходом (MTJ);

фигуры 2А и 2В - иллюстрации ячейки магниторезистивной оперативной памяти (MRAM) во время операций считывания и записи соответственно;

фигуры 3А и 3В - иллюстрации ячеек магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM);

фигуры 4А и 4В - иллюстрации схемной конфигурации в памяти STT-MRAM во время операций считывания и записи соответственно;

Фиг.5 - иллюстрация схемной конфигурации для схемы запуска записи для STT-MRAM;

Фиг.6 - график, иллюстрирующий напряжение словарной шины для операций считывания и записи в STT-MRAM;

Фиг.7 - блок-схема схемы запуска словарной шины, включая логический блок выбора для выбора первого и второго напряжений для словарной шины;

Фиг.8 - иллюстрация схемной конфигурации для схемы запуска словарной шины для STT-MRAM.

Осуществление изобретения

Аспекты вариантов изобретения раскрыты в последующем описании и соответствующих чертежах, относящихся к конкретным вариантам изобретения. Могут быть предложены альтернативные варианты, не выходящие за рамки объема изобретения. Кроме того, хорошо известные элементы изобретения подробно не описываются или опускаются, с тем чтобы не затемнять существенные детали вариантов изобретения.

Термин «иллюстративный» используется здесь для обозначения «служащий в качестве примера, варианта или иллюстрации». Любой вариант, описанный здесь как «иллюстративный», не обязательно трактовать как предпочтительный или имеющий преимущества перед другими вариантами. Аналогичным образом, термин «варианты осуществления изобретения» не требует, чтобы все варианты осуществления изобретения включали в себя обсуждаемый признак, преимущество или режим работы.

Как обсуждалось в разделе «Уровень техники», в памяти STT-MRAM используется малый ток записи для каждой ячейки, что является преимуществом этого типа памяти по сравнению с памятью MRAM. Однако ток считывания ячейки может достигать или превосходить пороговое значение тока записи, что может сделать операцию записи недействительной. Для снижения вероятности появления недействительной записи в вариантах изобретения используют разные уровни напряжения словарной шины (WL) для считывания и записи. В известных стандартных разработках для считывания и записи применяется одинаковое напряжение WL. При данном токе считывания вероятность недействительной записи возрастает с увеличением ширины импульса. Поэтому в обычной схеме используется короткий импульс для считывания и длинный импульс для записи. На практике это приводит к несовпадению времени циклов считывания и записи, и часто без всякой необходимости получается, что длительность цикла записи оказывается больше, чем длительность цикла считывания. В противоположность этому в вариантах настоящего изобретения обеспечивается управление уровнем сигнала транзистора WL для операций считывания и записи. Если уровень напряжения шины WL во время цикла записи выше уровня считывания, то можно получить больший ток записи. Специалистам в данной области техники очевидно, что имеется множество путей для практической реализации вариантов настоящего изобретения. Например, для повышенного уровня напряжения шины WL можно использовать напряжение подкачки. В альтернативном варианте можно использовать доступный источник питания с более высоким напряжением, чем базовый источник питания памяти.

На Фиг.4А показана схемная конфигурация 400 в STT-MRAM во время операции считывания. Схема включает в себя одноразрядную ячейку 401, включающую MTJ 405 и транзистор 410 словарной шины, подсоединенный между разрядной шиной (BL) 420 и истоковой шиной (SL) 440. Кроме того, как обсуждалось выше, транзистор 410 словарной шины соединен со словарной шиной 430. К разрядной шине 420 подсоединен изолирующий элемент 450 считывания для изоляции усилителя 470 считывания во время операции записи. Для выбора одной из разрядных шин во время операции считывания, а также для обеспечения изоляции усилителя считывания может быть использован элемент 450 (например, мультиплексор считывания). Как очевидно специалистам в данной области техники, изолирующий элемент 450 считывания может представлять собой любое устройство или комбинацию устройств, которые могут подсоединять усилитель 470 считывания к разрядной шине 420 во время операций считывания и может изолировать усилитель 470 считывания во время операций записи. Например, изолирующий элемент 450 может представлять собой передаточный вентиль, соединенный последовательно с входом усилителя 470 считывания. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что можно использовать другие устройства и/или комбинации устройств, такие как мультиплексоры и т.п. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что показанная здесь схемная конфигурация предложена просто для облегчения описания аспектов вариантов изобретения и не предполагает, что эти варианты сводятся к показанным элементам и/или конфигурациям.

Вновь обратимся к Фиг.4А, где изолирующий элемент 450 может получать сигнал разрешения считывания (rd_en) для согласования с операцией считывания. Усилитель 470 считывания соединен с разрядной шиной 420 и источником 472 опорного сигнала. Усилитель 470 считывания может быть использован для определения состояния одноразрядной ячейки 401 путем усиления разности напряжений между разрядной шиной 420 и источником 472 опорного напряжения на входе усилителя 470 считывания во время операции считывания. Во время операции считывания транзистор 470 открыт и через MTJ 405 протекает ток считывания (i_rd). Изолирующий элемент 450 считывания открывается, и создается напряжение, пропорциональное сопротивлению MTJ 405, которое обнаруживается усилителем 470 считывания. Как обсуждалось выше, это сопротивление изменяется в зависимости от логического состояния MTJ 405. Соответственно, могут быть считаны данные, сохраненные в одноразрядной ячейке 401.

Схема 432 запуска словарной шины подсоединена к словарной шине 430 и транзистору 410 словарной шины. Схема 432 запуска словарной шины может избирательно изменять напряжение, прикладываемое к транзистору 410, для операций считывания и записи. Во время операций считывания схема 432 запуска словарной шины подает на словарную шину 430 и транзистор 410 второе напряжение (WL_rd), которое может быть, например, равно базовому напряжению Vdd. Обратимся к Фиг.4В, где во время операций записи схема 432 запуска словарной шины подает на словарную шину 430 и транзистор 410 первое напряжение (WL_wr), которое является более высоким напряжением (например, Vpp), чем второе напряжение (например, Vdd). В качестве примера показано, что схема 432 запуска словарной шины имеет два напряжения питания: более низкое напряжение Vdd (например, базовое напряжение) и более высокое напряжение Vpp (например, напряжение накачки). Напряжение Vdd может иметь такой же уровень, как напряжение, подаваемое в остальную часть схемы памяти (например, 1,2 В). В некоторых вариантах осуществления напряжение Vpp, например, может быть на 40-100% больше, чем напряжение Vdd. Однако варианты осуществления изобретения не ограничиваются этим диапазоном, и напряжение Vpp может быть существенно выше, если повышенное напряжение не приводит к отказу или понижает надежность транзистора 410 словарной шины или других схемных элементов. Напряжение Vpp может подаваться от интегрального источника питания, например, от интегральной схемы управления питанием или от иных внешних источников питания. В альтернативном варианте напряжение Vpp может создаваться из Vdd, например, с использованием схемы подкачки, известной в данной области техники.

Схема 500 запуска записи и изолирующие элементы 502 и 504 записи подсоединены между разрядной шиной 420 и истоковой шиной 440 для разрешения выбора разрядной шины и записи данных в одноразрядную ячейку 401. Как обсуждалось выше и как показано на Фиг.4В, в памяти STT RAM ток, проходящий через MTJ 405, может изменить полярность свободного слоя, что, в свою очередь, приводит к изменению сопротивления MTJ 405. Затем это изменение сопротивления может быть обнаружено в виде изменения логического состояния одноразрядной ячейки 401. Например, первый ток записи (i_wr0) может протекать в первом направлении для записи логического состояния «0». Второй ток записи (i_wr1) может протекать во втором направлении, противоположном первому направлению, для записи логического состояния «1». Изолирующие элементы 502 и 504 записи могут представлять собой любое устройство или комбинации устройств, которые могут избирательно подсоединять и отсоединять схему 500 запуска записи. Например, изолирующие элементы 502 и 504 записи могут представлять собой передаточный вентиль, соединенный последовательно со схемой запуска 500 записи. Кроме того, изолирующие элементы записи могут получать сигнал разрешения записи (wr_en) для согласования подсоединения схемы 500 запуска записи во время операции записи. Однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, что изолирующие элементы 502 и 504 могут представлять собой другие устройства и/или комбинации устройств, такие как мультиплексоры и т.п., которые могут быть использованы для обеспечения тех же функциональных возможностей. Обратимся к Фиг.5, где показана схемная конфигурация для схемы 500 запуска словарной шины. Схема 500 запуска словарной шины может включать в себя множество инверторов 510, 520 и 530, сконфигурированных для дифференцированного возбуждения разрядной шины (BL) и истоковой шины (SL) на основе полученных входных данных, подлежащих записи в одноразрядную ячейку.

На Фиг.6 представлен график 600, иллюстрирующий напряжение словарной шины, прикладываемое к транзистору словарной шины для операций записи и считывания при различных значениях Vdd. Как показано на этой фигуре, напряжение 610 (WL_rd) считывания словарной шины может быть равно напряжению Vdd. Однако напряжение (WL_wr) 620 записи словарной шины больше, чем WL_rd, на величину V_delta разности напряжений. Для увеличения запаса порогового значения записи по сравнению со считыванием можно использовать более высокое напряжение записи. Соответственно, значение V_delta пропорционально этому увеличенному запасу, так что увеличение V_delta приводит к увеличению указанного запаса и уменьшению вероятности того, что операция считывания приведет к недействительной записи. Как обсуждалось выше, напряжение WL_wr можно создать, используя напряжение подкачки, напряжение внутреннего источника питания (например, во встроенных приложениях) или напряжение внешнего источника питания, превышающее базовое напряжение. Соответственно, график 600 приведен только в иллюстративных целях и не предполагает ограничение вариантов изобретения. Например, напряжение (WL_wr) записи может иметь фиксированное значение, так что V_delta будет убывать при возрастании Vdd. В альтернативном варианте напряжение (WL_wr) записи может быть кратно напряжению Vdd (например, N*Vdd, где N - фиксированное действительное число), а V_delta будет возрастающей функцией при возрастании Vdd. Однако независимо от стратегии создания V_delta, коль скоро W_wr больше, чем WL_rd, можно обеспечить уменьшение вероятности того, что операция считывания приведет к появлению недействительной записи.

Как обсуждалось выше в отношении Фиг.4, схема 432 запуска словарной шины сконфигурирована для избирательного питания словарной шины напряжениями разного уровня для операций записи и считывания. Схема 432 запуска словарной шины может включать в себя логический блок для выбора второго (более низкого) уровня напряжения для операций считывания и первого (более высокого) уровня напряжения для операций записи. Например, в конфигурации с двойным питанием схема 432 запуска словарной шины может включать в себя переключающий элемент для выбора первого и второго напряжений. Переключающий элемент может включать в себя транзисторы, передаточные вентили, мультиплексоры или любое другое устройство, которое может выбирать первое и второе напряжения, как должно быть очевидно специалистам в данной области техники. При использовании одного питания в схему 432 запуска словарной шины может быть включена схема подкачки, которая избирательно включается для операций записи. Соответственно, специалистам в данной области техники очевидно, что для схемы 432 запуска словарной шины можно использовать множество конфигураций и что варианты осуществления изобретения не ограничиваются представленными и обсужденными здесь примерами.

Обратимся, например, к Фиг.7, где показана блок-схема схемы 432 запуска словарной шины (WL). Схема 432 запуска словарной шины может включать в себя логический блок 710 выбора, сконфигурированный для выбора первого напряжения (например, Vpp) для операций записи и второго напряжения (Vdd) для операций считывания. Как здесь показано, логический блок 710 выбора включает в себя управляемые переключающие устройства 720 и 730 для выбора первого и второго напряжений в ответ на сигнал (wr_en) разрешения записи и сигнал (rd_en) разрешения считывания соответственно. Как здесь обсуждалось, очевидно, что переключающие устройства не обязательно должны представлять собой конкретное устройство или конфигурацию, коль скоро обеспечены функциональные возможности, предоставляющие более высокое напряжение во время операции записи. Кроме того, при использовании схемы подкачки она может быть включена в состав схемы 432 запуска словарной шины и избирательно включаться и выключаться. Соответственно, приведенные здесь конфигурации являются лишь иллюстрацией, а не ограничением вариантов изобретения.

На Фиг.8 показана схема 432 запуска словарной шины (WL) согласно другому варианту изобретения. Первое напряжение (например, Vpp) подается для операций записи на цепь 810 схемы запуска транзистором 804, который активизируется в ответ на сигнал (wr_en) разрешения записи, буферизированный инвертором 802. Второе напряжение (Vdd) для операций считывания подается цепью 810 схемы запуска транзистором 806, который активизируется в ответ на сигнал (rd_en) разрешения считывания, буферизированный инвертором 808. Схема 810 запуска включает в себя транзисторы 812 и 814, подсоединенные к словарной шине (WL). Схема 810 запуска также избирательно включается сигналом (WL_en) включения словарной шины. Соответственно, при активизации сигнала разрешения записи (в этом случае это сигнал логического состояния высокого уровня) включается транзистор 804 и на схему 810 запуска подается первое напряжение (например, Vpp). После активизации сигнала включения словарной шины (в этом случае это сигнал логического состояния низкого уровня) для операций записи цепь 810 схемы запуска включается и подает напряжение Vpp (напряжение WL_wr) на словарную шину. Аналогичным образом, после активизации сигнала (rd_en) разрешения считывания (в этом случае это сигнал логического состояния высокого уровня) включается транзистор 806 и на схему 810 запуска подается второе напряжение (например, Vdd). После активизации сигнала включения словарной шины (в этом случае это сигнал логического состояния низкого уровня) для операции считывания включается цепь 810 схемы запуска, которая подает на словарную шину напряжение Vdd (напряжение WL_rd).

В свете вышеописанного очевидно, что варианты настоящего изобретения могут также включать в себя способы для выполнения описанных здесь функций, последовательности действий и/или алгоритмов. Например, один вариант осуществления изобретения может включать в себя способ для операций считывания и записи в устройстве магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM), включая приложение первого напряжения к транзистору словарной шины одноразрядной ячейки во время операции записи и приложение второго напряжения к транзистору словарной шины во время операции считывания, где первое напряжение выше второго напряжения. Способ может дополнительно включать в себя создание первого напряжения путем подкачки общего источника напряжения, где общий источник напряжения используют для второго напряжения. В альтернативном варианте, как обсуждалось выше, первое напряжение и второе напряжение могут подаваться каждое от отдельных источников питания. Способы согласно вариантам изобретения могут дополнительно включать в себя выбор первого напряжения в ответ на сигнал разрешения записи и выбор второго напряжения в ответ на сигнал разрешения считывания. Кроме того, способ могут включать в себя подачу первого напряжения на словарную шину в ответ на сигнал включения словарной шины во время операции записи и второго напряжения на словарную шину в ответ на сигнал включения словарной шины во время операции считывания. Соответственно, должно быть ясно, что в способы по вариантам изобретения могут быть дополнительно включены любые из описанных здесь альтернативных функциональных возможностей.

Хотя в приведенном выше описании показаны иллюстративные варианты осуществления изобретения, следует заметить, что в них могут быть внесены различные изменения и модификации, не выходящие за рамки объема вариантов изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения. Например, конкретные логические сигналы, относящиеся к транзисторам/схемам, подлежащим активизации, могут быть изменены соответствующим образом для обеспечения раскрытых здесь функциональных возможностей при замене транзисторов/схем переключения на соответствующие комплементарные устройства (например, взаимозаменяемые р-канальные и n-канальные МОП-устройства). Аналогичным образом, функции, шаги и/или действия в способах согласно описанным здесь вариантам изобретения не обязательно должны выполняться в определенном порядке. Кроме того, хотя элементы изобретения могут быть описаны или заявлены в единственном числе, предполагается возможность множественного числа, если ограничение на сингулярность не установлено явным образом.

1. Магниторезистивная оперативная память с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM), содержащая:
одноразрядную ячейку, имеющую магнитный туннельный переход (MTJ) и транзистор словарной шины, причем одноразрядная ячейка соединена с разрядной шиной и истоковой шиной; и
схему запуска словарной шины, соединенную с затвором транзистора словарной шины, причем схема запуска словарной шины сконфигурирована для обеспечения первого напряжения для операции записи и второго напряжения во время операции считывания и причем первое напряжение больше второго напряжения.

2. STT-MRAM по п.1, дополнительно содержащая:
изолирующий элемент для считывания, размещенный между одноразрядной ячейкой и усилителем считывания, причем изолирующий элемент сконфигурирован для избирательной изоляции резистивного элемента от разрядной шины во время операции записи.

3. STT-MRAM по п.2, в которой изолирующий элемент для считывания представляет собой, по меньшей мере, одно из переключателя, передаточного вентиля или мультиплексора.

4. STT-MRAM по п.1, дополнительно содержащая:
схему запуска записи, сконфигурированную для подачи электрического сигнала на одноразрядную ячейку для запоминания логического состояния в одноразрядной ячейке; и
по меньшей мере один изолирующий элемент для записи, соединенный последовательно со схемой запуска записи между разрядной шиной и истоковой шиной, причем изолирующий элемент для записи сконфигурирован для изоляции схемы запуска записи во время операции считывания.

5. STT-MRAM по п.4, в которой схема запуска записи содержит:
первый и второй инверторы, подсоединенные последовательно между входом данных и разрядной шиной; и
третий инвертор, подсоединенный последовательно между входом данных и истоковой шиной.

6. STT-MRAM по п.1, в которой схема запуска словарной шины дополнительно содержит:
логический блок выбора, сконфигурированный для выбора первого напряжения для операций записи и второго напряжения для операций считывания.

7. STT-MRAM по п.6, в которой логический блок выбора содержит:
первое переключающее устройство, подсоединенное к первому напряжению; и
второе переключающее устройство, подсоединенное ко второму напряжению.

8. STT-MRAM по п.6, в которой логический блок выбора содержит:
первый транзистор выбора, подсоединенный к первому напряжению и сконфигурированный для включения в ответ на сигнал разрешения записи;
второй транзистор выбора, подсоединенный ко второму напряжению и сконфигурированный для включения в ответ на сигнал разрешения считывания; и
цепь схемы запуска, подсоединенная к первому и второму транзисторам выбора и сконфигурированная для вывода первого напряжения на словарную шину в ответ на сигнал включения словарной шины во время операции записи и вывода второго напряжения на словарную шину в ответ на сигнал включения словарной шины во время операции считывания.

9. STT-MRAM по п.1, в которой первое напряжение и второе напряжение обеспечивают от общего источника питания.

10. STT-MRAM по п.9, дополнительно содержащая:
схему подкачки напряжения, сконфигурированную для создания первого напряжения из общего источника питания.

11. STT-MRAM по п.1, в которой первое напряжение и второе напряжение обеспечивают от отдельных источников питания.

12. STT-MRAM по п.1, в которой первое напряжение примерно на 40-100% больше второго напряжения.

13. Способ операций считывания и записи в магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента (STT-MRAM), содержащий этапы, на которых:
подают первое напряжение на затвор транзистора словарной шины одноразрядной ячейки во время операции записи и
подают второе напряжения на транзистор словарной шины во время операции считывания, причем первое напряжение больше второго напряжения.

14. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап, на котором:
создают первое напряжение путем подкачки общего источника напряжения, причем для второго напряжения используют общий источник напряжения.

15. Способ по п.13, в котором первое напряжение и второе напряжение обеспечивают от отдельных источников питания.

16. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап, на котором:
изолируют усилитель считывания от одноразрядной ячейки во время операции записи.

17. Способ по п.16, в котором изолирующий элемент, используемый для изоляции усилителя считывания, представляет собой одно из переключателя, передаточного вентиля или мультиплексора.

18. Способ по п.13, в котором одноразрядная ячейка содержит:
магнитный туннельный переход (MTJ) и при этом транзистор словарной шины последовательно соединен с MTJ.

19. Способ по п.13, дополнительно содержащий этапы, на которых:
выбирают первое напряжение в ответ на сигнал разрешения записи и выбирают второе напряжение в ответ на сигнал разрешения считывания.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий этап, на котором:
подают первое напряжение на словарную шину в ответ на сигнал включения словарной шины во время операции записи и второе напряжение на словарную шину в ответ на сигнал включения словарной шины во время операции считывания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к магнитным материалам, в частности к использованию осевой симметрии для задания магнитных свойств материалам.

Изобретение относится к магнитным материалам, а именно, к использованию осевой симметрии для задания магнитных свойств материалов. .

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах. .

Изобретение относится к вычислительной те>&^нике. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обработки СВЧ-радиосигналов различного назначения. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении устройств записи и воспроизведения высокочастотных сигналов. .

Изобретение относится к разработке памяти в области магниторезистивной оперативной памяти с передачей спинового вращательного момента

Изобретение относится к устройству памяти, включающему в себя структуру магнитного туннельного перехода (МТП)

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к вычислительной техники, а именно к ячейкам магнитного туннельного перехода

Изобретение относится к битовым ячейкам магниторезистивной оперативной памяти с переносом спинового момента (STT-MRAM)

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к схемам матриц ячеек памяти MRAM (Magnetic Random Access Memory) с передачей спинового значения. Технический результат заключается в увеличении плотности размещения отдельных транзисторных структур технологии МОП и запоминающих ячеек матрицы, а также повышении стойкости к нестационарным переходным процессам от воздействия ионизирующих излучений. Устройство матричного типа содержит множество устройств на магнитных туннельных переходах («MTJ») с передачей спинового вращения, организованных в матрицу запоминающих ячеек; устройство организации записи/чтения информации для конкретного устройства «MTJ», соединенное с соответствующими устройствами «MTJ» для изменения полярности намагниченности свободного слоя каждого устройства «MTJ», блок усилителя чтения данных на выходе матрицы запоминающих ячеек, выполненный с возможностью обнаруживать уровень сигнала и формировать двоичный выходной сигнал на основе сравнения уровня сигнала в разряде матрицы запоминающих ячеек в компараторе. При формировании топологии устройство «MTJ» выполнено в виде эллипса с осью легкого намагничивания, направленной по его большой оси. 11 з.п. ф-лы, 37 ил., 11 табл.
Наверх