[发明专利]使用自旋转移力矩磁阻装置的软件可编程逻辑

说明书

根据35 U.S.C§119主张优先权

本专利申请案主张2007年3月29日提出申请且名称为“SOFTWARE PROGRAMMABLE LOGIC USING SPIN TRANSFER TORQUE MAGNETORESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY(使用自旋转移力矩磁阻随机存 取存储器的软件可编程逻辑)”的第60/908,767号临时申请案的优先权，且所述临时 申请案让与给其受让人且由此明确地以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明实施例涉及可编程逻辑阵列(PLA)或现场可编程门阵列(FPGA)。更 特定来说，本发明实施例涉及使用自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM) 技术的PLA、FPGA或软件可编程逻辑。

背景技术

现场可编程门阵列是半导体装置，其包含称作“逻辑区块”的可编程逻辑组件及 可编程互连。可对逻辑区块进行编程以执行例如“与”及“异或”等基本逻辑门的功 能或例如解码器或简单的数学函数的较复杂的组合功能。在大多数FPGA中，逻辑区 块还包含存储器元件，其可以是简单的触发器或是较完整的存储器区块。可编程互连 的层级允许逻辑区块按系统设计者的需要互连。在制造完FPGA后，系统设计者可使 用编程来实施许多不同逻辑功能，由此使所述装置成为“现场可编程的”。

PLA类似于FPGA，其不同之处在于PLA在集成电路制作级处通过一个或两个掩 模的改变而被修改或“编程”。如在美国专利5,959,465中所描述，具有快闪EPROM 存储器元件的PLA通常由两个逻辑平面组成，即输入平面及输出平面。每一平面均接 收施加到所述逻辑平面内的晶体管的栅极端子的输入且提供输出到输出节点。到输入 平面的输入是到PLA的输入。输入平面的输出是中间节点。到输出平面的输入连接到 中间节点。输出平面的输出是PLA的输出。所述输入平面可提供“与”功能，而所述 输出平面可提供“或”功能。另一选择是，两个平面均可提供“或非”功能。所述功 能由所使用的晶体管的类型及连接性以及施加到其栅极的信号来定义。NOR-NOR配 置具有特定优点，即其是实施于CMOS逻辑中的最简单配置。“或非”级具有等于并 联连接的输入的数目的多个晶体管。添加用于容纳其它输入的其它并联晶体管不影响 所述级的运行速度。

美国专利6,876,228描述具有磁性存储元件或称作磁阻随机存取存储器(MRAM) 的存储器单元的FPGA。将连接信息写入所述磁性存储元件。将所述连接信息串行输 入到移位寄存器中并存储于其中，所述移位寄存器对应于所述磁性存储元件。当电力 连通时，存储在磁性存储元件中的连接信息由锁存元件锁存，且输出到切换电路以互 连FPGA的逻辑区块。

磁阻随机存取存储器(MRAM)是具有可与易失性存储器匹敌的响应(读取/写 入)时间的非易失性存储器技术。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术相比， MRAM使用磁性元件。如图1A及1B中所图解说明，磁性隧道结(MTJ)存储元件 105可由通过绝缘(隧道势垒)层20分离的两个磁性层10及30形成，所述磁性层中 的每一者均可保持磁场。将两个层中的一者(例如，固定层10)设定为特定极性。另 一层(例如，自由层30)的极性32自由地改变以匹配可施加的外部场的极性。自由 层30的极性32的改变将改变MTJ存储元件105的电阻。例如，当极性对准时，出现 低电阻状态(图1A)。当极性不对准时，就会出现高电阻状态(图1B)。已简化对 MTJ 105的图解说明且所属领域的技术人员将了解，如此项技术中已知，所图解说明 的每一层可包括一个或一个以上材料层。

发明内容

本发明的实例性实施例是针对用于使用自旋转移力矩磁阻技术的软件可编程逻 辑的系统、电路和方法。

本发明的实施例可包含可编程逻辑阵列，其包括：布置在阵列中的多个自旋转移 力矩磁性隧道结(MTJ)装置；及耦合到对应MTJ装置以改变每一MTJ装置的自由 层的极性的多个可编程源；其中第一组所述MTJ装置被布置成输入平面，其中第二组 所述MTJ装置被布置成输出平面，且其中所述输入平面及所述输出平面组合以基于每 一MTJ装置的自由层的相对极性形成逻辑功能。