[发明专利]自旋转移力矩磁阻随机存取存储器及设计方法

权利要求书

1.一种用于设计自旋转移力矩磁阻随机存取存储器STT-MRAM的方法，其包括：

获得存取晶体管的特性曲线；

确定磁性隧道结MTJ存储元件的对应于所述存储器的第一及第二状态的状态0 电阻及状态1电阻；

确定写入电压，使得第一状态及第二状态写入操作两者的操作点与饱和区中的所 述特性曲线相交；及

确定读取电压，使得所述第一状态及第二状态读取操作两者的所述操作点与线性 区中的所述特性曲线相交。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将最大读取电流建立为小于最小写入电流。

3.如权利要求2所述的方法，其中基于所述MTJ的所述状态0电阻、所述MTJ 的所述状态1电阻、所述存取晶体管的所述特性曲线或所述读取电压中的至少一者的 工艺、电压及温度PVT变化参数来确定所述最大读取电流。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述STT-MRAM包括具有多个位单元的存储 器阵列，且对所述存储器阵列中的所述多个位单元建模所述PVT变化。

5.如权利要求2所述的方法，其中基于所述MTJ的所述状态0电阻、所述MTJ 的所述状态1电阻、所述存取晶体管的所述特性曲线或所述写入电压中的至少一者的 工艺、电压及温度PVT变化参数来确定所述最小写入电流。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述STT-MRAM包括具有多个位单元的存储 器阵列，且针对所述存储器阵列中的所述多个位单元建模所述PVT变化。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述读取电压小于所述写入电压。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述写入电压被确定为电源电压。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述STT-MRAM包括具有多个位单元的存储 器阵列，且所述方法进一步包括：

确定工艺、电压及温度PVT变化对所述存储器阵列中的所述多个位单元的影响， 每一位单元均具有带有状态0及状态1电阻的MTJ、存取晶体管、写入电压及读取电 压。

10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括：

基于所述PVT变化的所述确定的影响调节所述状态0电阻、所述状态1电阻、 所述写入电压或读取电压中的至少一者，使得所述多个位单元中的每一者均具有与所 述饱和区中的所述特性曲线相交的写入操作及与线性区中的所述特性曲线相交的读取 操作。

11.一种自旋转移力矩磁阻随机存取存储器STT-MRAM，其具有多个位单元， 每一位单元包括：

磁性隧道结MTJ存储元件，其具有对应于所述存储器的第一及第二状态的状态0 电阻及状态1电阻；

存取晶体管，其与所述MTJ串联耦合在位线与源极线之间，其中所述存取晶体 管的栅极耦合到字线；

电源电压V_DD，其在写入操作期间耦合到所述位线或源极线；及

读取电压V_R，其在读取操作期间耦合到所述位线，且

其中所述读取电压经选择使得所述存取晶体管在读取操作期间于线性区中操作 且其中所述存取晶体管在写入操作期间于饱和区中操作。

12.如权利要求11所述的STT-MRAM，其中所述源极线在所述读取操作期间耦 合到接地电位。

13.如权利要求11所述的STT-MRAM，其中所述存取晶体管的栅极-源极电压 V_GS在所述读取及写入操作期间具有基本恒定的值。

14.如权利要求13所述的STT-MRAM，其中所述电源电压在所述读取及写入操 作两者期间耦合到所述字线。