一种用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁随机存储器技术领域，尤其涉及自旋转力矩磁随机存储器(STT-MRAM:Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory)技术领域，具体涉及一种用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路。
【背景技术】
[0002]存储器是电子系统中用于记忆的部件，被用于存储计算机程序和各种数据。随机存储器数据能够进行数据的写入和读取。自旋转移力矩磁随机存储器具备低功耗、低操作电压、高密度、高速度、读写操作次数理论不受限制的优点，有望成为真正意义上的“通用存储器”。
[0003]自旋转移力矩磁随机存储器是目前研究最广泛的新型随机存储器，其一般采用一个存储阵列和相应外围电路组成。存储阵列中具有多个存储单元，如图1所示，每个存储单元包括一个磁隧道结(MTJ:Magnetic Tunnel Junct1n) Ml I和一个字线选择晶体管M12。其中磁隧道结Mll包括磁矩方向可变的自由层M111、磁矩方向固定的参考层M113以及设置在自由层Ml 11和参考层Ml 13之间的绝缘层Ml 12，字线选择晶体管的一端与参考层Ml 13相连接，自由层Mlll和参考层M113相对磁矩方向平行或反平行，磁隧道结的隧穿磁阻对应为低电阻(Rp)或高电阻(Rap)，则可分别代表二进制数据“O”或“I”。
[0004]存储器的外围电路主要包括灵敏放大器、译码器、读写控制电路等。自旋转力矩磁随机存储器通过行列选择可以简单方便的操作每个存储单元。自旋转移力矩磁随机存储器通常采用电流写入方式。如图2所示，自旋转移力矩磁随机存储器的写入驱动电路包括写入控制逻辑电路M21、写入驱动电路M22、读写隔离开关M23和列选择开关M24。根据输入数据Input和写使能信号W-enable，产生流过磁隧道结的电流Iwite,改变磁隧道结的相对磁化方向。根据输入数据的不同，写入后自由层和参考层的相对磁化方向不同。
[0005]参见图3，自旋转力矩磁随机存储器在读工作模式下，预充电式灵敏放大器M320首先把存储位单元位线BL-s和参考位单元位线BL-r充电至相同的电位，因为存储位单元M311的磁隧道结和参考位单元M312的磁隧道结的电阻不同，所以产生不同的读取电流I?ad和Iref，利用电流型灵敏放大器M320，比较Iraad和I ref后输出信号OlltpUt，进而判读磁隧道结所存储的数据是O还是I。但为避免影响自旋转力矩磁随机存储器的存储状态，一般读取电流小，因此位线上读取电流为小摆幅信号，即高低电流差值很小，I…电流差值也很小，故要求读取的存储单元信息一定要经过高灵敏度的放大器，经放大后才能输出。当存储位单元MTJ结的相对磁化方向为平行时，MTJ结表现为低电阻，与同为平行态低电阻的参考位单元MTJ结相比，因面积大，电阻小，所以IraadMref，通过电流型灵敏放大器Μ320的比较和放大，输出Output为数字电平O。当存储用MTJ结的相对磁化方向为反平行时，MTJ结表现为高电阻，与平行态参考用MTJ结相比，电阻大，所以Iraad〈I?f，通过电流型灵敏放大器M320的比较和放大，输出Output为数字电平I。
[0006]在图3中，由列选信号Columns控制的读取列选开关M333、M334设置在灵敏放大器M320和位单元M312、M312之间，读取列选开关M335、M336设置在位单元M312、M312和地线GND之间，造成灵敏放大器的输入端和地线GND之间的开关器件过多，相应的支路电阻较大，读取电流降低，读取电流的降低一方面降低了灵敏放大器M320的读取速度，另一方面增大了灵敏放大器M320两输入端的不匹配性，使读出的错误率增加。由上可见，由于读取电流降低的影响，降低了电路的读取可靠性。作为自旋磁随机存储器读取的核心电路，传统的读取电路结构无法满足越来越高的可靠性要求。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路，该用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路能够增大读取电流，进而克服传统读取电路结构读取电流小所造成的匹配性差的缺陷，具有高可靠性。
[0008]本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路，其与写入驱动电路相连接且连接于存储位单元两端，包括读取列选开关、灵敏放大器、读使能开关、读写隔离开关，其特征在于:所述读写隔离开关连接于写入驱动电路和存储位单元之间；
[0009]所述读使能开关包括第一读使能开关和第二读使能开关，所述第一读使能开关连接于所述灵敏放大器的输入端和存储位单元之间，所述第二读使能开关连接于所述地线和存储位单元之间；
[0010]所述读取列选开关连接于所述灵敏放大器的输出端。
[0011]优选地，所述读写隔离开关包括第一读写隔离开关、第二读写隔离开关和第三读写隔离开关；
[0012]所述读取列选开关、第一读使能开关、第二读使能开关、第二读写隔离开关和第三读写隔离开关均为MOSFET管；
[0013]所述第一读写隔离开关为一与门，所述第一读写隔离开关的一个输入端连接写入列选信号线，所述第一读写隔离开关的另一个输入端连接写使能信号线，所述第一读写隔离开关的输出端连接使能信号线；
[0014]所述第二读写隔离开关的漏极连接写入驱动电路，所述第二读写隔离开关的源极连接存储位单元，所述第二读写隔离开关的栅极连接使能信号线；
[0015]所述第三读写隔离开关的漏极连接写入驱动电路，所述第三读写隔离开关的源极连接存储位单元，所述第三读写隔离开关的栅极连接使能信号线；
[0016]所述第一读使能开关的源极连接存储位单元，所述第一读使能开关的漏极连接灵敏放大器的输入端，所述第一读使能开关的栅极连接读使能信号线；
[0017]所述第二读使能开关的源极接地线，所述第二读使能开关的漏极连接存储位单元，所述第二读使能开关的栅极连接读使能信号线；
[0018]所述读取列选开关的源极连接灵敏放大器的输出端，所述读取列选开关的漏极连接数据输出线，所述读取列选开关的第三端连接读取列选信号线。
[0019]所述存储位单元包括一磁隧道结以及与所述磁隧道结的参考层相连接的字线选择晶体管；
[0020]所述第二读写隔离开关的源极与所述存储位单元中磁隧道结的自由层相连接，所述第三读写隔离开关的源极与所述存储位单元中字线选择晶体管相连接；
[0021]所述第一读使能开关的源极与存储位单元中磁隧道结的自由层相连接，所述第二读使能开关的漏极与存储位单元中字线选择晶体管相连接。
[0022]与现有技术相比，本发明的优点在于:相较于传统读取电路将读使能开关、读写隔离开关、读取列选开关都连接在在灵敏放大器的输入端和地线之间的读取支路上，该用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路中，将读取列选开关连接在灵敏放大器的输出端，即减少了灵敏放大器读取支路上的开关器件，则灵敏放大器输入端与地线之间的等效电阻相应减小，灵敏放大器的读取电流提高，从而提高了灵敏放大器两输入端的匹配性，提高了自旋转移力矩磁随机存储器的读取可靠性。
【附图说明】
[0023]图1为现有技术中自旋转力矩磁随机存储器位单元的示意图。
[0024]图2为现有技术中自旋转力矩磁随机存储器位单元的写入电路图。
[0025]图3为现有技术中自旋转力矩磁随机存储器位单元的读取短路图。
[0026]图4为本发明实施例的电路图。
[0027]图5为本发明实施例中自旋转力矩磁随机存储器多位单元的读取电路图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0029]如图4所示，本实施例中的用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路，与写入驱动电路M22相连接且连接于存储位单元M440两端。
[0030]该用于提高自旋磁随机存储器读取可靠性的电路包括读取列选开关M410、灵敏放大器M420、读使能开关、读写隔离开关。其中存储位单元M440包括一磁隧道结以及与所述磁隧道结的参考层相连接的字线选择晶体管，磁隧道结则采用现有技术中的磁隧道结，该磁隧道结同样包括自由层、参考层和绝缘层。
[0031]本实施例中，读写隔离开关包括第一读写隔离开关M451、第二读写隔离开关M452和第三读写隔离开关M453。
[0032]读取列选开关M410、第一读使能开关M431、第二读使能开关M432、第二读写隔离开关M452和第三读写隔离开关M453均采用MOSFET管；
[0033]第一读写隔离开关M451为一与门，第一读写隔离开关M451的一个输入端连接写入列选信号线，第一读写隔离开关M451的另一个输入端连接写使能信号线，第一读写隔离开关M451的输出端连接使能信号线。
[0034]第二读写隔离开关M452的漏极连接写入驱动电路M22，第二读写隔离开关M452的源极连接存储位单元M440中磁隧道结的自由层，第二读写隔离开关M452的栅极连接使能信号线。
[0035]第三读写隔离开关M453的漏极连接写入驱动电路M22，第三读写隔离开关M453的源极连接存储位单元M440中字线选择晶体管，第三读写隔离开关M453的栅极连接使能信号线。
[0036]读使能开关包括第一读使能开关M431和第二读使能开关M432。
[0037]第一读使能开关M431的源极连接存储位单元M440中磁隧道结的自由层，第一读使能开关M431的漏极连接灵敏放大器M420的输入端，第一读使能开关M431的栅极连接读使能信号线。
[0038]第二读使能开关M432的源极接地线GND，第二读使能开关M432的漏极