[发明专利]一种磁随机存储系统及其读取操作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体，集成电路芯片设计技术领域，更具体地，涉及一种磁随机存储系统及其读取操作方法。

背景技术

自旋转移力矩磁阻式随机存储器(Spin Torque Transfer Magnetic Random Access Memory，STT-MRAM)是一项跨学科的复杂系统开发的综合工程，学科跨度大，工程复杂性高，它概括了物理，材料学科，电子工程和半导体科学，以及磁性学科等多门学科领域。

磁随机存储器是由特殊的磁性材料制成极小尺寸的磁元体，并将磁元体集成到半导体工艺中制成磁随机存储芯片，第一代磁随机存储器(MRAM)是在多个磁元体组成，每个磁元体附近有两根导线，在写操作时，电流通过导线产生两个磁场，该磁元体在磁场作用下改变磁体中磁极方向，通过导线的较大的电流可以有两个相反的方向，使得磁体中呈现两个不同磁极方向，从而达到两种不同的磁阻值状态：低磁阻状态为“0”，高磁阻状态为“1”；由于磁场会对临近的磁元体产生作用，使得这些磁元体状态不稳定，随着半导体工艺提高每个存储单元的尺寸越来越小，基于这些磁元体的存储单元更加不稳定。

自旋转移力矩磁阻式随机存储器(STT-MRAM)同样基于磁元体，但它们的此材料与结构与第一代不同，第二代磁存储器(STT-MRAM)依靠自旋动量转移写入信息，它完全不同于传统的第一代存储器(MRAM)，它是将一个更小的电流直接流过这个磁元体(MTJ)使其改变状态，电流通过MTJ的方向不同是其呈现“0”和“1”状态，由于没有磁场的干扰，磁元体状态更加稳定，每个存储单元的尺寸可以越来越小。同时也简化的电路设计和减小功耗，写入每个数据位所需的功耗比MRAM低一个数量级。

与闪存(Flash Memory)相比，STT-MRAM的写入/读取性能更佳，因为它的写入数据时不要求高电压，耗电量低，写入/读取时间极短，同时保持闪存所具有的非挥发特性，既能够在关掉电源后仍可以保持锁存储内容的完整性，此外，由于改变磁化方向的次数没有限制，因此写入次数也为无限次。

STT-MRAM拥有静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)的高速读取写入能力和动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)的高集成度，而且可以无限次地重复擦写。STT-MRAM无需动态刷新，能够在非激活状态下关闭，可以大幅降低系统功耗。STT-MRAM具有高速存取功能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种磁随机存储系统及其读取操作方法，其目的在于产生用于STT-MRAM存储系统中差分信号放大器所需的参考信号以及读操作控制电路和方法来减少功耗。