本發(fā)明大體上涉及磁性隨機存取存儲器(mram)，且更具體來說，涉及利用具有多個晶體管和磁性隧道結(jié)(mtj)元件的單元的mrams。

背景技術(shù)：

一種新興的存儲器是利用磁性隧道結(jié)(mtj)的自旋轉(zhuǎn)移力矩mram(stt-mram。stt-mram存儲器被視為與快閃存儲器和其它非易失性存儲器競爭。然而，從商業(yè)角度實際地說，這些存儲器必須具有與當(dāng)前存儲器技術(shù)相當(dāng)?shù)拇鎯ζ髅芏?、可進行擴展以供后人使用、在低電壓下操作、具有低電力消耗，并且具有競爭性讀取/寫入速度。

通過將電流傳遞穿過mtj元件，使其處于低電阻狀態(tài)或高電阻狀態(tài)來實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)。通過感測這兩個狀態(tài)之間的mtj元件中的電阻差，實現(xiàn)對存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)的讀取。通常，存儲單元的存儲狀態(tài)可通過比較所述單元狀態(tài)與參考單元的狀態(tài)來確定。然而，高狀態(tài)和低狀態(tài)之間的電阻差可能極小，這需要具有高靈敏度的感測放大器。因此，需要一種對改進的讀取操作具有增加了的靈敏度的感測方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種存儲器裝置，包括：第一存儲單元，其包括第一晶體管、第二晶體管和電阻式存儲元件，其中在讀取操作期間，感測電流被引導(dǎo)穿過所述第二晶體管，并且所述第一晶體管用于感測在所述電阻式存儲元件的第一端處的反饋電壓，并且在寫入操作期間，電流被引導(dǎo)穿過所述第一和第二晶體管。

可選地，存儲器裝置，另外包括：感測放大器；第二存儲單元，其包括第一晶體管、第二晶體管和電阻式存儲元件；字線，其耦合到所述第一和第二存儲單元的所述第一和第二晶體管的控制柵極；以及源線，其耦合到所述第一和第二存儲單元中的所述電阻式存儲元件的第二端，其中所述第二存儲單元的所述第一晶體管由所述感測放大器使用以在所述讀取操作期間感測在所述第一存儲單元中的所述電阻式存儲元件的所述第二端處的反饋電壓。

可選地，在所述讀取操作期間，在所述第二存儲單元的所述第一晶體管的第一電流電極處的電壓與在所述第一存儲單元的所述電阻式存儲元件的所述第二端處的電壓大致相同。

可選地，在讀取操作期間，所述第一存儲單元的所述第一晶體管的第一電流電極經(jīng)耦合以為第三存儲單元提供反饋。

可選地，所述第一存儲單元緊鄰地耦合到所述第二存儲單元。

可選地，在所述讀取操作期間，所述第二存儲單元的所述第二晶體管的第一電流電極經(jīng)耦合以浮動，或耦合到源電壓；所述第二存儲單元的所述第一和第二晶體管的第二電流電極耦合到所述第二存儲單元的所述電阻式存儲元件的所述第一端。

可選地，在所述讀取操作期間，所述第一存儲單元的所述第二晶體管的第一電流電極耦合到感測電壓；所述第一存儲單元的所述第一和第二晶體管的第二電流電極耦合到所述第一存儲單元的所述電阻式存儲元件的所述第一端。

可選地，所述第一和第二存儲單元的所述電阻式存儲元件包括磁性隧道結(jié)。

可選地，在所述讀取操作期間，在所述第一存儲單元中的所述電阻式存儲元件的所述第二端處的所述反饋電壓用于調(diào)整提供到所述第一存儲單元的電流。

可選地，存儲器裝置另外包括：在所述感測放大器中的第一電容器，所述電容器耦合到在所述第一存儲單元的所述電阻式存儲元件的所述第一端處的所述反饋電壓，其中所述第一電容器為在所述第一存儲單元的所述電阻式存儲元件的所述第一端處的所述反饋電壓提供高阻抗路徑。

可選地，存儲器裝置另外包括：在所述感測放大器中的放大器，其中所述第一電容器包括在所述讀取操作期間耦合到所述放大器的第一輸入端的第一端和耦合到所述反饋電壓的第二端。

可選地，存儲器裝置，另外包括：在所述感測放大器中的第二電容器，所述第二電容器包括在所述讀取操作期間耦合到所述放大器的第二輸入端的第一端和耦合到在所述第一存儲單元中的所述電阻式存儲元件的所述第二端處的反饋電壓的第二端。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種操作存儲器裝置的方法，包括：提供穿過第一存儲單元的第一晶體管的感測電流；感測在所述第一存儲單元中的第二晶體管的第一電流電極處的第一反饋電壓，其中所述第一反饋電壓在電阻式存儲元件的第一端處，并且所述第一存儲單元的所述第二晶體管的所述第一電流電極耦合到感測放大器的輸入端；感測在第二存儲單元的第一晶體管的第一電流電極處的第二反饋電壓，其中所述第二反饋電壓在所述電阻式存儲元件的第二端處，并且所述第二存儲單元的所述第一晶體管的所述第一電流電極耦合到所述感測放大器的另一輸入端；基于所述第一和第二反饋電壓，調(diào)整穿過所述第一存儲單元的所述感測電流。

可選地，在讀取操作期間調(diào)整所述感測電流。

可選地，該方法另外包括：將源線電壓施加到所述第一存儲單元的所述電阻式存儲元件的所述第二端，并且施加到所述第二存儲單元的電阻式存儲元件的第二端。

可選地，該方法另外包括：在寫入操作期間：將寫入電壓施加到所述第一存儲單元中的所述第一和第二晶體管的所述第一電流電極，以及啟用耦合到所述第一存儲單元的字線。

可選地，通過以下操作調(diào)整所述感測電流：在校準(zhǔn)階段期間，將第一電容器預(yù)充電到參考電壓；以及在感測階段期間，將所述第一電容器的第一端耦合到所述第一存儲單元中的所述第二晶體管的所述第一電流電極，其中所述第一電容器的第二端耦合到放大器的第一輸入端。

可選地，該方法另外包括：在校準(zhǔn)階段期間，將第二電容器預(yù)充電到供電電壓；以及在感測階段期間，將所述第二電容器的第一端耦合到所述第二存儲單元中的所述第一晶體管的所述第一電流電極，其中所述第二電容器的第二端耦合到所述放大器的第二輸入端。

可選地，所述第一電阻式存儲元件是非易失性可編程電阻器。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種集成電路裝置，包括：存儲器裝置，其包括：第一存儲單元，其具有第一晶體管、第二晶體管和非易失性可編程電阻器；位線，其在讀取操作期間耦合到所述第一晶體管的第一電流電極；感測放大器，其包括在所述讀取操作期間耦合到所述第二晶體管的第一電流電極的輸入端；寫入電壓，其在寫入操作期間耦合到所述第一和第二晶體管的所述第一電流電極；所述第一和第二晶體管的第二電流電極，其耦合到所述非易失性可編程電阻器的第一端；源線，其耦合到所述非易失性可編程電阻器的第二端；字線，其耦合到所述第一和第二晶體管的控制電極。

附圖說明

本發(fā)明通過舉例說明，并且不受附圖限制，附圖中相似標(biāo)號指示類似元件。為簡單和清晰性起見，示出了圖式中的元件，并且所述元件不一定按比例繪制。

圖1以部分框圖形式和部分示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的stt-mram。

圖2以示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖1的stt-mram在讀取操作期間的選定位單元和相鄰位單元。

圖3以示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖1的stt-mram在寫入操作期間的選定位單元和相鄰位單元。

圖4和5以布局形式示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的stt-mram陣列的部分。

圖6以部分框圖和部分示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的感測放大器的一部分。

圖7以示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在校準(zhǔn)階段期間的圖6的感測放大器。

圖8以示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在感測階段期間的圖6的感測放大器。

具體實施方式

由于stt-mram的高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)之間的電阻差相對較小，希望改進對橫跨選定存儲單元中的mtj元件的電壓降的感測。這種電壓降可通過感測在選定存儲單元中的mtj元件的第一端和第二端中的每一個處的電壓來確定。在一個實施例中，選定存儲單元和相鄰(和未選)存儲單元中的反饋電壓用于感測橫跨mtj元件的電壓降。這些反饋電壓通過使用開爾文抽頭(kelvintap)來提供，并允許精確地確定在mtj元件的兩端處的電壓，而不依賴于任何寄生效應(yīng)。選定存儲單元中的單獨路徑用于提供感測電流。以此方式，可實現(xiàn)改進了的讀取操作。并且，反饋路徑和感測路徑可并行用于寫入操作，這可允許存儲單元尺寸減小。

圖1以部分框圖形式和部分示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的mram10。mram10包括存儲器陣列12、行解碼器16和列電路14。存儲器陣列12包括多個位單元(也被稱作存儲單元)，每一位單元耦合到反饋線(fb)、位線(bl)、字線(wl)和源線(sl)。每一位單元包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管耦合到反饋線并耦合到mtj元件的第一端，所述第二晶體管耦合到位線和mtj元件的第一端。第一和第二晶體管的控制電極耦合到字線，mtj元件的第二端耦合到源線。mtj元件可實施為可變電阻器。

圖1示出了存儲器陣列12的n+1個位線、n+1個反饋線、第一字線wl1和第一源線sl1。在一個實施例中，陣列12的反饋線(例如，fb1、fb2、fbn和fbn+1)和陣列12的位線(例如，bl1、bl2、bln、bln+1)中的每一個耦合到列電路和感測放大器14，并且陣列12的每一字線(例如，wl1)和源線(例如，sl1)耦合到行解碼器16。應(yīng)注意，陣列12可包括任何數(shù)目的位單元，其中每一位單元包括耦合到mtj元件的至少兩個晶體管。因此，陣列12可包括任何數(shù)目的位線和反饋線，以及任何數(shù)目的字線和源線。地址和控制信號提供到行解碼器16、列電路和感測放大器14中的每一個，以選擇一個或多個位單元，并且指示正在執(zhí)行讀取存取還是寫入存取。耦合到陣列12的位線的列電路提供輸出數(shù)據(jù)dout以用于讀取存取，并且接收輸入數(shù)據(jù)din以用于寫入存取。

圖2以示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的陣列12在讀取操作期間的選定位單元20和相鄰位單元22。在選定位單元20的讀取操作期間，感測橫跨mtj元件的電壓降以確定存儲在位單元中的邏輯狀態(tài)。選定位單元20包括n型晶體管24、26和mtj元件28。晶體管24的第一電流電極耦合到第一反饋線fb1，晶體管24的第二電流電極耦合到電路節(jié)點vr1。晶體管26的第一電流電極耦合到第一位線bl1，晶體管26的第二電流電極耦合到電路節(jié)點vr1。晶體管24和26的控制電極耦合到第一字線wl1。mtj元件28的第一端耦合到電路節(jié)點vr1，mtj元件28的第二端耦合到電路節(jié)點vs1。相鄰位單元22包括n型晶體管30、32和mtj元件34。晶體管30的第一電流電極耦合到第二反饋線fb2，晶體管30的第二電流電極耦合到電路節(jié)點vr2。晶體管32的第一電流電極耦合到第二位線bl2，晶體管32的第二電流電極耦合到電路節(jié)點vr2。晶體管30和32的控制電極耦合到wl1。mtj元件34的第一端耦合到電路節(jié)點vr2，mtj元件34的第二端耦合到電路節(jié)點vs2。電路節(jié)點vs1和vs2耦合到第一源線sl1。在所說明的實施例中，相鄰位單元22緊鄰選定位單元20。可替換的是，它可能不是緊鄰的。

在操作中，在讀取操作期間，選定位單元20由讀取地址選定。mtj元件28為高電阻狀態(tài)(hrs)對應(yīng)于第一邏輯狀態(tài)，mtj元件28處于低電阻狀態(tài)(lrs)對應(yīng)于第二邏輯狀態(tài)。感測橫跨mtj元件28的電壓降以確定選定位單元20的邏輯狀態(tài)。為了確定橫跨mtj元件28的電壓降，感測在節(jié)點vr1和vr2處的電壓。因此，在讀取操作期間，晶體管24用作開爾文抽頭，以測量在vr1處的電壓(其可被稱為第一反饋電壓)，因為fb1處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。在讀取操作期間，在相鄰位單元22中，fb2處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，并且晶體管30用作開爾文抽頭，以測量實際施加到vr2的電壓。由于未選定位單元22用于讀取操作，所以bl2也處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，并且沒有電流流動穿過mtj元件34。因此，電壓vs2等于vr2。并且，由于源線sl1的電阻在相鄰位之間極小，所以vs1基本上等于vs2。通過將晶體管30用作相鄰位單元22中的開爾文抽頭，還可精確地確定在vs1處的電壓(也被稱作第二反饋電壓)。以此方式，在使用開爾文抽頭的情況下，在vr1和vs1處的電壓都可由感測放大器精確地感測。選定位單元20中的晶體管26用于提供穿過mtj28的感測電流。在讀取操作期間，晶體管26的第一電流電極耦合到感測電壓。因此，選定位單元20的兩個分支用于讀取操作。第一分支包括晶體管26，其用于提供穿過mtj28的電流，并且第二分支包括晶體管24，其用于感測在整個mtj28中的電壓降。

在一個實施例中，在啟用wl1之前，全部未選定位單元的反饋線和位線被預(yù)充電到vss。這避免了在位單元中mtj的干擾。源線sl1被設(shè)置成vss。并且，在一個實施例中，沿著一行的n個位中的每一個共享局部源線。這些局部源線可平行于位線或垂直于位線而延行。可替換的是，未選定位單元的位線是浮動的。

在圖2中所示出的配置的情況下，列電路和感測放大器14中的感測放大器使用晶體管24來感測節(jié)點vr1處(在mtj元件28的第一端處)的反饋電壓，并使用相鄰位單元22中的晶體管30來感測節(jié)點vs1處(在mtj元件18的第二端處)的反饋電壓。例如，節(jié)點vr1和vr2中的每一個可耦合到列電路和感測放大器14中的感測放大器的輸入端，以使得感測放大器可感測vr1和vr2處的電壓(其中，vs1＝vr2)。以此方式，至少一個相鄰位單元用于為選定位單元提供反饋電壓。類似地，位單元20在未被選定時可為另一相鄰位單元提供反饋電壓。

圖3以示意圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的陣列12在寫入操作期間的選定位單元20和相鄰位單元22。在選定位單元20的寫入操作期間，在第一方向上提供穿過mtj元件28的電流以寫入第一邏輯狀態(tài)，并在與第一方向相對的第二方向上提供電流以寫入第二邏輯狀態(tài)。第一邏輯狀態(tài)(例如，0)可對應(yīng)于低電阻狀態(tài)(lrs)，第二邏輯狀態(tài)(例如，1)可對應(yīng)于高電阻狀態(tài)(hrs)，或反之亦然。

在第一邏輯狀態(tài)是0且對應(yīng)于lrs，并且第二邏輯狀態(tài)是1且對應(yīng)于hrs的情況下，可通過將fb1和bl1設(shè)置成高電壓(vhi)、將sl1設(shè)置成0v，并將選擇電壓施加到wl1，來將0寫入到選定位單元20。以此方式，提供往下穿過mtj元件28的電流，使得mtj元件28處于lrs。當(dāng)寫入0時，相鄰位單元22中的fb2和bl2可被設(shè)置成0v。這將vr2保持在0v，并因此將vs2和vs1保持在0v，以輔助編程選定位單元20?？赏ㄟ^將fb1和bl1設(shè)置成0v，并將sl1設(shè)置成vhi，來將1寫入到選定位單元20。以此方式，提供向上穿過mtj元件28的電流，使得mtj元件28處于hrs。當(dāng)寫入1時，相鄰位單元22中的fb2和bl2可被設(shè)置成vhi，以輔助編程選定位單元20。施加到晶體管24和26的第一電流電極以供寫入操作的電壓(例如，vhi或0v)可被稱為寫入電壓。在一個實施例中，應(yīng)注意，在啟用字線之前，對反饋線、位線和源線加偏壓。

對于寫入操作，在選定位單元20中，并行啟用晶體管24和26二者以提供穿過mtj元件28的電流。因此，有可能將晶體管24和26設(shè)置成較小大小，因為每一晶體管只必須提供最多一半寫入電流。這允許節(jié)約位單元面積。

圖4和5以布局形式示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的mram陣列的部分。在圖4的陣列100中，晶體管130和132對應(yīng)于選定位單元，晶體管134和136對應(yīng)于相鄰的未選定位單元。在選定位單元中，mtj元件122耦合到晶體管130和132，其中晶體管130和132共享擴散區(qū)108。晶體管130對應(yīng)于反饋路徑中的晶體管，例如晶體管24，晶體管132對應(yīng)于感測路徑中的晶體管，例如晶體管26。觸點109提供到晶體管130的第一電流電極的接觸，所述晶體管130的第一電流電極對應(yīng)于反饋線，觸點114提供到晶體管132的第一電流電極的接觸，所述晶體管132的第一電流電極對應(yīng)于位線，并且觸點112提供到晶體管130和132的第二電流電極與mtj元件122的第一端的接觸。在相鄰的未選定位單元中，mtj元件124耦合到晶體管134和136，其中晶體管134和136共享擴散區(qū)110。晶體管134對應(yīng)于反饋路徑中的晶體管，例如晶體管30，晶體管136對應(yīng)于感測路徑中的晶體管，例如晶體管32。觸點116提供到晶體管134的第一電流電極的接觸，所述晶體管134的第一電流電極對應(yīng)于反饋線，觸點120提供到晶體管136的第一電流電極的接觸，所述晶體管136的第一電流電極對應(yīng)于位線，并且觸點118提供到晶體管134和136的第二電流電極與mtj124的第一端的接觸。mtj元件122和124的第二端耦合到sl1。應(yīng)注意，柵電極102和104對應(yīng)于共同字線，例如wl1。因此，圖4示出了用于布置陣列12的位單元的垂直配置。

圖5示出了用于布置陣列12的位單元的水平配置。在圖5的陣列200中，晶體管244和246對應(yīng)于選定位單元，晶體管248和250對應(yīng)于相鄰的未選定位單元。在選定位單元中，mtj元件240耦合到晶體管244和246，其中晶體管244使用有源區(qū)域208，并且晶體管246使用有源區(qū)域210。晶體管244對應(yīng)于反饋路徑中的晶體管，例如晶體管24，晶體管246對應(yīng)于感測路徑中的晶體管，例如晶體管26。觸點218提供到晶體管244的第一電流電極的接觸，所述晶體管244的第一電流電極對應(yīng)于反饋線，觸點220提供到晶體管244的第二電流電極和mtj元件240的第一端的接觸，觸點224提供到晶體管246的第一電流電極的接觸，并且觸點226提供到晶體管246的第二電極和mtj元件240的第一端的接觸。在相鄰的未選定位單元中，mtj元件242耦合到晶體管248和250，其中晶體管248使用有源區(qū)域212，并且晶體管250使用有源區(qū)域214。晶體管248對應(yīng)于反饋路徑中的晶體管，例如晶體管30，晶體管250對應(yīng)于感測路徑中的晶體管，例如晶體管32。觸點230提供到晶體管248的第一電流電極的接觸，所述晶體管248的第一電流電極對應(yīng)于反饋線，觸點232提供到晶體管248的第二電流電極和mtj元件242的第一端的接觸，觸點236提供到晶體管250的第一電流電極的接觸，并且觸點238提供到晶體管250的第二電極和mtj元件242的第一端的觸點。mtj元件240和242的第二端耦合到sl1。柵極電極204對應(yīng)于字線，例如wl1。

圖6以部分框圖和部分示意圖形式示出了耦合到陣列12的位單元(例如位單元22和20)并耦合到參考單元302和304的感測放大器300的一部分，其中感測放大器300可在列電路和感測放大器14內(nèi)。參考單元304具有與位單元20相同的示意圖形式，并且參考單元302具有與位單元22相同的示意圖形式。在位單元20和22中示出了對應(yīng)于mtj元件28和34的可變電阻器。mtj元件28和34通過潛在電阻路徑耦合到vss(第一供電電壓)。參考單元304和302中的電阻器可按需要根據(jù)mtj元件或其它電阻器構(gòu)建，以提供合適的參考電阻。感測放大器300還包括反饋放大器(fba)306和310。參考單元304包括：電阻器，其具有耦合到vdd(第二電源電壓)的第一端；以及平行的兩個p型晶體管305、307，其具有耦合到電阻器的第二端的第一電流電極，其中晶體管305的第二電流電極經(jīng)耦合以向fba306提供p側(cè)源線反饋信號(psfb)。參考單元302包括：電阻器，其具有耦合到vdd的第一端；以及平行的兩個p型晶體管301、303，其具有耦合到電阻器的第二端的第一電流電極，其中晶體管301的第二電流電極經(jīng)耦合以向fba306提供p側(cè)數(shù)據(jù)反饋信號(pdfb)。兩個晶體管303、305、301和307的控制電極耦合到反向字線(wl1巴)。參考單元302和304的電阻器的第一端通過潛在電阻路徑耦合到vdd。

感測放大器300包括p型晶體管308，其具有耦合到晶體管303的第二電流電極的第一電流電極。fba306經(jīng)耦合以向晶體管308的控制電極提供p側(cè)調(diào)節(jié)偏壓(rp)。fba306還從晶體管301的第二電流電極接收p側(cè)數(shù)據(jù)反饋信號(pdfb)。感測放大器300還包括n型晶體管312，其具有耦合到晶體管308的第二電流電極的第一電流電極和耦合到晶體管26的第一電流電極的第二電流電極。fba310經(jīng)耦合以向晶體管312的控制電極提供n側(cè)調(diào)節(jié)偏壓(rn)。fba310從晶體管30的第一電流電極接收n側(cè)源線反饋信號(nsfb)，并從晶體管24的第一電流電極接收n側(cè)數(shù)據(jù)反饋信號(ndfb)。fba306接收p參考信號(pref)，fba310接收n參考信號(nref)。晶體管308的第二電流電極和晶體管312的第一電流電極提供反向數(shù)據(jù)輸出。晶體管308和312可被稱為調(diào)節(jié)晶體管。在讀取期間，fba310、晶體管312和位單元20在經(jīng)調(diào)節(jié)的反饋回路中操作，以使得rn經(jīng)調(diào)整以將在mtj元件28的第一端處的偏壓vrn1調(diào)節(jié)到偏壓(nref+nsfb)。同樣地，在讀取期間，fba306、晶體管308和參考單元302在經(jīng)調(diào)節(jié)的反饋回路中操作，以使得rp經(jīng)調(diào)整以將在晶體管303的第一電流電極處的偏壓vrp1調(diào)節(jié)到偏壓(pref+psfb-vdd)。

將參看圖7和8進一步詳細地描述感測放大器300的操作。fba306包括開關(guān)328、330、332、350、360和326、電容器322和324，以及差分放大器320。fba310包括開關(guān)342、346、344、348、362和340、電容器338和336，以及差分放大器334。開關(guān)350的第一端耦合到電壓供應(yīng)器或參考pref，其被設(shè)置成大致vdd-nref。開關(guān)350的第二端耦合到開關(guān)328的第一端和電容器322的第一端。開關(guān)328的第二端耦合到晶體管301的第二電流電極。電容器322的第二端耦合到放大器320的反相輸入。開關(guān)330的第一端耦合到vdd，開關(guān)330的第二端耦合到開關(guān)332的第一端和電容器324的第一端。開關(guān)332的第二端耦合到晶體管305的第一電流電極。電容器324的第二端耦合到放大器320的非反相輸入。放大器320的反相輸入耦合到開關(guān)326的第一端。放大器320的非反相輸入耦合到開關(guān)360的第一端，并且開關(guān)360的第二端耦合到供電電壓或參考vcm，其是差分放大器320和334的共模電壓。放大器320的輸出端耦合到開關(guān)326的第二端和晶體管308的控制電極。

在fba310中，開關(guān)344的第一端耦合到電壓供應(yīng)器，例如vss。開關(guān)344的第二端耦合到開關(guān)342的第一端和電容器336的第一端。開關(guān)342的第二端耦合到晶體管30的第一電流電極。電容器336的第二端耦合到差分放大器334的非反相輸入。開關(guān)346的第一端耦合到電壓供應(yīng)器或參考nref，其可(例如)處于50到100mv范圍內(nèi)，開關(guān)346的第二端耦合到開關(guān)348的第一端和電容器338的第一端。開關(guān)348的第二端耦合到晶體管24的第一電流電極。電容器338的第二端耦合到差分放大器334的反相輸入。差分放大器334的反相輸入耦合到開關(guān)340的第一端。差分放大器334的非反相輸入耦合到開關(guān)362的第一端，開關(guān)362的第二端耦合到供電電壓或參考vcm。放大器334的輸出端耦合到開關(guān)340的第二端和晶體管312的控制電極。

感測放大器300在兩個階段中操作：校準(zhǔn)階段和感測階段。圖7示出了在校準(zhǔn)階段期間的感測放大器300，其中開關(guān)350、330、326、340、344、360、362和346閉合。開關(guān)328、332、342和348斷開。并且，晶體管308和312之間的開關(guān)352斷開。在校準(zhǔn)階段期間，可(例如)為vdd-nref的pref施加到電容器322的第一端，其中電容器322的第二端連接到通過開關(guān)326接合的差分放大器320的反相輸入和輸出。在校準(zhǔn)階段期間，vdd施加到電容器324的第一端。因此，在校準(zhǔn)階段期間，電容器322被預(yù)充電到第一參考電壓，并且電容器324被預(yù)充電到vdd。差分放大器320被置于其單位增益點處。fba306從晶體管301和305解耦。nref施加到電容器338的第一端，并且電容器338的第二端連接到通過開關(guān)340接合的差分放大器334的反相輸入和輸出。vss施加到電容器336的第一端。因此，在校準(zhǔn)階段期間，電容器338被預(yù)充電到第二參考電壓，電容器336被預(yù)充電到vss。差分放大器334被置于其單元增益點處。fba310從晶體管30和24解耦。晶體管308和312接通，并且晶體管305、307、301、303、30、32、24和26保持閉合。

對于感測階段，如圖8中所示，在校準(zhǔn)階段之后，開關(guān)328、332、352、342和348閉合，而開關(guān)350、330、326、340、344、360、362和346現(xiàn)在斷開。以此方式，電容器336的第一端耦合到晶體管30的第一電流電極，電容器338的第一端耦合到晶體管24的第一電流電極，其是在mtj元件28的第一端處的反饋電壓。電容器338為在mtj元件28的第一端處的反饋電壓提供高阻抗路徑。因此，晶體管24為此反饋電壓提供開爾文抽頭。電容器336為在晶體管30的第二電流電極處的反饋電壓(其對應(yīng)于在mtj元件34的第一端處的反饋電壓)提供高阻抗路徑。并且，在感測階段期間，開關(guān)340斷開，并且差分放大器334分別在其反相和非反相輸入處耦合到電容器338和336的第二端。在感測階段期間，電容器322的第一端耦合到晶體管301的第二電流電極，并且電容器324的第一端耦合到相鄰單元304中的晶體管305的第二電流電極。電容器322為在晶體管301的第一電流電極處的反饋電壓(其對應(yīng)于在單元302中的電阻器的第二端處的反饋電壓)提供高阻抗路徑。電容器324為在晶體管305的第一電流電極處的反饋電壓(其對應(yīng)于在單元304中的電阻器的第二端處的反饋電壓)提供高阻抗路徑。開關(guān)326斷開，并且差分放大器320的反相與非反相輸入分別耦合到電容器322與324的第二端。

在感測階段期間，在mtj元件28的第一端處的反饋電壓由在電容器338的第一端處的感測放大器300的第一輸入端感測，在mtj元件28的第二端處的反饋電壓(其基本上等于在晶體管30的第一電流電極處的電壓，如上文所論述)由在電容器336的第一端處的感測放大器300的第二輸入端感測。在感測階段期間，由于電容器336和338的第一端上的偏壓的改變和它們相應(yīng)的校準(zhǔn)偏壓之間的差，差分放大器334用以調(diào)整rn。因此，通過將mtj元件28的第一端上的電壓維持在nref+nsfb的方式，差分放大器將調(diào)整rn以對(ndfb-nref)+(nsfb)做出反應(yīng)。因此，通過調(diào)整穿過晶體管312和26的電流，感測放大器嘗試將mtj元件28的第一和第二端之間的電壓差維持在大致等于nref的值。同樣地，由于電容器322和324的第一端上的偏壓的改變和它們相應(yīng)的校準(zhǔn)偏壓之間的差，差分放大器320用以調(diào)整rp。因此，通過將單元302中的電阻器的第一端上的電壓維持在pref+psfb-vdd的方式，放大器320將調(diào)整rp以對(pdfb-pref)+(psfb-vdd)做出反應(yīng)。因此，如果通過調(diào)整穿過晶體管308和303的電流將pref設(shè)置成vdd-nref，那么感測放大器嘗試將單元302中的mtj元件的第一和第二端之間的電壓差維持在大致等于nref的值。通過影響晶體管308和312的控制電極上的電壓，在電容器336、338、324和322的第一端處的反饋電壓調(diào)整穿過晶體管26和303的感測電流。在一些實施例中，可能不需要同時調(diào)整rp和rn二者以改變nsfb或psfb。例如，如果在單元302中的mtj元件的第一端處的偏壓在感測期間一直基本上等于vdd，那么可獲得精確的感測，無需在感測期間將psfb耦合到差分放大器320，而是替代地在感測期間僅僅將nsfb耦合到差分放大器334。

晶體管308和312之間的節(jié)點，例如在閉合的開關(guān)352處，提供存儲單元20的輸出。如圖6中所示，輸出可經(jīng)由反相器提供作為數(shù)據(jù)。取決于mtj元件28是處于hrs還是處于lrs，存儲單元20的輸出將是一個邏輯狀態(tài)或另一邏輯狀態(tài)。晶體管308和312操作以基于在晶體管308的控制電極處的rp和在晶體管312的控制電極處的rn，執(zhí)行比較。

到現(xiàn)在為止，應(yīng)了解，當(dāng)感測橫跨電阻式存儲元件(例如，mtj元件)的電壓時，選定存儲單元和相鄰的未選定存儲單元中的反饋電壓可如何提供改進了的精確度。通過使用開爾文抽頭以提供高阻抗，可更加精確地確定在mtj元件的第一和第二端處的電壓，而不依賴于任何寄生效應(yīng)。應(yīng)注意，選定存儲單元內(nèi)的單獨感測路徑用于提供穿過mtj元件的感測電流。通過使用反饋路徑以提供反饋電壓和感測路徑，可實現(xiàn)改進了的讀取操作。并且，反饋路徑和感測路徑可并行用于寫入操作，這可允許存儲單元尺寸減小。

盡管本文中的論述集中在利用mtj元件的stt-mram存儲器上，但應(yīng)了解，相同的單元操作、單元布局和感測方法可應(yīng)用于任何電阻存儲單元，其中在讀取操作期間的額外容限是有益的。這可包括電阻式ram(rram)、相變存儲器(pcm)等等。

由于實施本發(fā)明的設(shè)備大部分由本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的電子組件和電路組成，因此為了理解和了解本發(fā)明的基本概念并且為了不混淆或偏離本發(fā)明的教示，將不會以比上文所說明的認為必要的任何更大程度闡述電路細節(jié)。

雖然本發(fā)明已相對于特定導(dǎo)電類型或電勢的極性進行描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員會了解到，可顛倒導(dǎo)電類型或電勢的極性。

此外，在說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“正面”、“背面”、“頂部”、“底部”、“在……上”、“在……下”等等(如果存在的話)用于描述性目的且未必用于描述永久性的相對位置。應(yīng)理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)情況下可互換，使得本文中所描述的本發(fā)明的實施例(例如)能夠以不是本文中所說明或以其它方式描述的那些定向的其它定向進行操作。

在適當(dāng)時，以上實施例中的一些可使用多種不同信息處理系統(tǒng)實施。例如，盡管圖1和其論述描述示例性信息處理架構(gòu)，但呈現(xiàn)這種示例性架構(gòu)僅為了在論述本發(fā)明的各種方面時提供有用的參考。當(dāng)然，出于論述的目的，所述架構(gòu)的描述已被簡化，并且其只是可根據(jù)本發(fā)明使用的合適架構(gòu)的許多不同類型中的一種。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認識到，邏輯塊之間的邊界僅為說明性的，且替代實施例可合并邏輯塊或電路元件，或在各種邏輯塊或電路元件上強加功能性的替代分解。因此，應(yīng)理解，在本文中描繪的架構(gòu)僅為示例性的，并且實際上，可以實施實現(xiàn)相同功能性的許多其它架構(gòu)。

并且，例如，在一個實施例中，所示出的系統(tǒng)10的元件是位于單個集成電路上或相同裝置內(nèi)的電路?？商鎿Q的是，系統(tǒng)10可包括任何數(shù)目的單獨集成電路或彼此互連的單獨裝置。

此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，上述操作的功能性之間的邊界僅為說明性的。多個操作的功能性可以組合成單一操作，和/或單一操作的功能可分布在另外的操作中。此外，替代實施例可包括特定操作的多個實例，并且操作的次序可以在不同其它實施例中進行更改。

雖然本文中參考具體實施例描述了本發(fā)明，但是在不脫離如所附權(quán)利要求書闡述的本發(fā)明的范疇的情況下可以進行各種修改和改變。例如，根據(jù)不同配置，源線可平行或垂直于位線進行布設(shè)。因此，說明書和圖式應(yīng)被視為示意性而非限制性意義，并且預(yù)期所有這些修改都包括在本發(fā)明范疇內(nèi)。并不意圖將本文中相對于具體實施例描述的任何優(yōu)勢、優(yōu)點或針對問題的解決方案理解為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵、必需或必不可少的特征或元件。

如本文中所使用，術(shù)語“耦合”并不意圖局限于直接耦合或機械耦合。

此外，如本文中所使用，術(shù)語“一”被定義為一個或一個以上。并且，權(quán)利要求書中例如“至少一個”和“一個或多個”等介紹性短語的使用不應(yīng)解釋為暗示由不定冠詞“一”引入的另一權(quán)利要求要素將包含此引入的權(quán)利要求要素的任何特定權(quán)利要求限制為僅包含一個此要素的發(fā)明，甚至是在同一權(quán)利要求包括介紹性短語“一個或多個”或“至少一個”和例如“一”等不定冠詞時。對于定冠詞的使用也是如此。

除非另有陳述，否則例如“第一”和“第二”等術(shù)語用于任意地區(qū)別此類術(shù)語所描述的元件。因此，這些術(shù)語未必意圖指示此類元件在時間上的優(yōu)先級或其它優(yōu)先級。

以下為本發(fā)明的各種實施例。

在一個實施例中，存儲器裝置包括第一存儲單元，所述第一存儲單元包括第一晶體管、第二晶體管和電阻式存儲元件，其中在讀取操作期間，感測電流被引導(dǎo)穿過第二晶體管，并且第一晶體管用于感測在電阻式存儲元件的第一端處的反饋電壓，以及在寫入操作期間，電流被引導(dǎo)穿過第一和第二晶體管。在一個方面，存儲器裝置另外包括感測放大器；第二存儲單元，其包括第一晶體管、第二晶體管和電阻式存儲元件；字線，其耦合到第一和第二存儲單元的第一和第二晶體管的控制柵極；以及源線，其耦合到第一和第二存儲單元中的電阻式存儲元件的第二端，其中第二存儲單元的第一晶體管由感測放大器使用以在讀取操作期間，感測在第一存儲單元中的電阻式存儲元件的第二端處的反饋電壓。在其它方面，在讀取操作期間，在第二存儲單元的第一晶體管的第一電流電極處的電壓與在第一存儲單元的電阻式存儲元件的第二端處的電壓大致相同。在另一其它方面中，在讀取操作期間，第一存儲單元的第一晶體管的第一電流電極經(jīng)耦合以為第三存儲單元提供反饋。在上述實施例的另一方面，第一存儲單元緊鄰地耦合到第二存儲單元。在其它方面，在讀取操作期間，第二存儲單元的第二晶體管的第一電流電極經(jīng)耦合以浮動，或耦合到源電壓；第二存儲單元的第一和第二晶體管的第二電流電極耦合到第二存儲單元的電阻式存儲元件的第一端。在另一方面，在讀取操作期間，第一存儲單元的第二晶體管的第一電流電極耦合到感測電壓；第一存儲單元的第一和第二晶體管的第二電流電極耦合到第一存儲單元的電阻式存儲元件的第一端。在另一方面，第一和第二存儲單元的電阻式存儲元件包括磁性隧道結(jié)。在另一方面，在讀取操作期間，在第一存儲單元中的電阻式存儲元件的第二端處的反饋電壓用于調(diào)整提供到第一存儲單元的電流。在另一方面，存儲器裝置另外包括在感測放大器中的第一電容器，所述電容器耦合到在第一存儲單元的電阻式存儲元件的第一端處的反饋電壓，其中第一電容器為在第一存儲單元的電阻式存儲元件的第一端處的反饋電壓提供高阻抗路徑。在另一方面，存儲器裝置另外包括在感測放大器中的放大器，其中第一電容器包括在讀取操作期間耦合到放大器的第一輸入端的第一端和耦合到反饋電壓的第二端。在另一其它方面中，存儲器裝置另外包括在感測放大器中的第二電容器，第二電容器包括在讀取操作期間耦合到放大器的第二輸入端的第一端和耦合到在第一存儲單元中的電阻式存儲元件的第二端處的反饋電壓的第二端。

在另一實施例中，操作存儲器裝置的方法包括：提供穿過第一存儲單元的第一晶體管的感測電流；感測在第一存儲單元中的第二晶體管的第一電流電極處的第一反饋電壓，其中第一反饋電壓在電阻式存儲元件的第一端處，并且第一存儲單元的第二晶體管的第一電流電極耦合到感測放大器的輸入端；感測在第二存儲單元的第一晶體管的第一電流電極處的第二反饋電壓，其中第二反饋電壓在電阻式存儲元件的第二端處，并且第二存儲單元的第一晶體管的第一電流電極耦合到感測放大器的另一輸入端；基于第一和第二反饋電壓，調(diào)整穿過第一存儲單元的感測電流。在另一實施例的一個方面中，在讀取操作期間調(diào)整感測電流。在另一方面，所述方法另外包括將源線電壓施加到第一存儲單元的電阻式存儲元件的第二端，并施加到第二存儲單元的電阻式存儲元件的第二端。在另一方面，所述方法另外包括，在寫入操作期間：將寫入電壓施加到第一存儲單元中的第一和第二晶體管的第一電流電極，以及啟用耦合到第一存儲單元的字線。在另一方面，通過以下操作調(diào)整感測電流：在校準(zhǔn)階段期間，將第一電容器預(yù)充電到參考電壓；以及在感測階段期間，將第一電容器的第一端耦合到第一存儲單元中的第二晶體管的第一電流電極，其中第一電容器的第二端耦合到放大器的第一輸入端。在其它方面，所述方法另外包括：在校準(zhǔn)階段期間，將第二電容器預(yù)充電到供電電壓；以及在感測階段期間，將第二電容器的第一端耦合到第二存儲單元中的第一晶體管的第一電流電極，其中第二電容器的第二端耦合到放大器的第二輸入端。在另一方面，第一電阻式存儲元件是非易失性可編程電阻器。

在另一實施例中，集成電路裝置包括存儲器裝置，所述存儲器裝置包括：第一存儲單元，其具有第一晶體管、第二晶體管和非易失性可編程電阻器；位線，其在讀取操作期間耦合到第一晶體管的第一電流電極；感測放大器，其包括在讀取操作期間耦合到第二晶體管的第一電流電極的輸入端；寫入電壓，其在寫入操作期間耦合到第一和第二晶體管的第一電流電極；第一和第二晶體管的第二電流電極，其耦合到非易失性可編程電阻器的第一端；源線，其耦合到非易失性可編程電阻器的第二端；字線，其耦合到第一和第二晶體管的控制電極。