。
[0018]圖3說明具有等于特定電壓值的轉變電壓Vt的MRAM電路的概率分布的曲線圖。
[0019]圖4說明已初始化到第一邏輯狀態(tài)“O”的MRAM單元的陣列。
[0020]圖5說明在已施加編程信號電壓Vps之后的MRAM單元的陣列。[0021 ] 圖6說明使用基于MRAM的PUF的示范性詢問-響應系統(tǒng)。
[0022]圖7說明已初始化到第一邏輯狀態(tài)“I”的MRAM單元的陣列。
[0023 ]圖8說明在已施加編程信號電壓Vps之后的MRAM單元的陣列。
[0024]圖9說明用于實施基于MRAM的PUF的方法的流程圖。
[0025]圖10說明用于包含基于MRAM的HJF的電子裝置的硬件實施方案的示范性示意框圖。
[0026]圖11說明包含基于MRAM的PUF的電子裝置的處理電路的示意框圖。
【具體實施方式】
[0027]在以下描述中，給出具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的各種方面的徹底理解。然而，所屬領域的技術人員應理解，可以在不具有這些具體細節(jié)的情況下實踐所述方面。舉例來說，可以框圖展示電路以便避免以不必要的細節(jié)混淆所述方面。在其它情況下，可不詳細展示眾所周知的電路、結構及技術以免混淆本發(fā)明的方面。
[0028]本文中使用詞“示范性”意指“充當實例、例子或說明”。本文中描述為“示范性”的任何實施方案或方面未必應解釋為比本發(fā)明的其它方面優(yōu)選或有利。同樣，術語“方面”不要求本發(fā)明的所有方面包含所論述的特征、優(yōu)點或操作模式。
[0029]概述
[0030]本文中描述實施基于MRAM電路單元陣列的PUF的方法及設備。具體來說，MRAM陣列中的個別MRAM電路單元的唯一且隨機轉變電壓用作實施及執(zhí)行PUF的基礎。由基于MRAM的PUF產生的響應可用于唯一地識別具有基于MRAM的PUF的電子裝置(例如，集成電路)?；蛘撸蒔UF產生的響應可用作密碼安全算法的安全加密密鑰。
[0031 ] 示范性基于MRAM的PUF及用于實施所述基于MRAM的PUF的方法
[0032]如上所述，為了編程特定MRAM單元(S卩，改變位值)，施加到特定MRAM單元的編程信號電壓必須超過所述單元的轉變電壓VT。特別地，即使MRAM單元的陣列已制造成相同，所述陣列中的每個MRAM單元的轉變電壓Vt也將不完全相同。在MRAM電路單元的制造工藝期間的隨機變化(例如，變化的半導體裝置尺寸、摻雜濃度、不規(guī)則性等)致使單元的轉變電壓Vt甚至僅略微地改變。舉例來說，MRAM電路單元的陣列可包含具有可低至0.302伏特的轉變電壓Vt的一個MRAM電路單元，而相同陣列中的另一MRAM電路單元可具有高至0.509伏特的轉變電壓Vt。陣列內的剩余多個單元將具有處于此范圍內的轉變電壓Vt。此外，任何一個特定MRAM電路單元的特定轉變電壓Vt實際上不可預測并且由于這些隨機制造變化實質上是隨機的。如本文所描述，MRAM電路單元的陣列的隨機轉變電壓Vt可用作用于實施PUF的基礎。
[0033]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面的具有等于特定電壓值的轉變電壓Vt的MRAM電路單元的概率分布的曲線圖300。電壓電平標記VK在本文中還稱為“第一電壓”)表示小于陣列內的所有MRAM單元的轉變電壓Vt的電壓電平。因此，很大可能性(例如，大于99.99%)是陣列中的所有MRAM單元將可能具有大于V1的轉變電壓VT，并且因此將等于或小于電壓％的編程信號電壓施加到陣列的MRAM單元將導致MRAM單元不會轉變邏輯狀態(tài)。相比之下，電壓電平標記V2(在本文中還稱為“第二電壓”)表示大于陣列內的所有MRAM單元的轉變電壓Vt的電壓電平。因此，很大可能性(例如，大于99.99%)是將等于或大于電壓電平V2的編程信號電壓施加到陣列內的任何MRAM單元將可能致使MRAM單元轉變其邏輯狀態(tài)(例如，從“I”轉變到“O”或從“O”轉變到“I”)。電壓電平標記V3(下文稱為“第三電壓”)表示其中陣列內的約一半MRAM單元具有等于或小于電壓電平V3的轉變電壓Vt的電壓電平。根據(jù)一個實例，電壓WJ、于陣列中的MRAM單元中的任一者的擊穿電壓，所述擊穿電壓是MRAM單元的隧穿絕緣體層擊穿時所處的電壓。
[0034]作為一個實例，曲線圖300展示表示MRAM單元陣列內的第一MRAM單元的轉變電壓的轉變電壓Vn。在這種情況下，轉變電壓Vn小于電壓V3，但大于陣列的最小轉變電壓V1。因此，施加等于或大于電壓Vn的編程信號電壓Vps將致使第一 MRAM單元轉變其邏輯狀態(tài)。
[0035]作為另一實例，曲線圖300展示表示MRAM單元陣列內的第二MRAM單元的轉變電壓的轉變電壓VT2。在這種情況下，轉變電壓Vt2大于電壓V3，但小于陣列的最大轉變電壓V2。因此，施加等于或大于電壓Vt2的編程信號電壓Vps將致使第二 MRAM單元轉變其邏輯狀態(tài)。
[0036]可觀察到，將具有電壓Vn的編程信號施加到第二MRAM單元不會致使第二 MRAM單元轉變邏輯狀態(tài)，因為電壓Vn小于第二MRAM單元的所需轉變電壓VT2。相比之下，將具有電壓Vt2的編程信號施加到第一 MRAM單元將致使第一 MRAM單元轉變邏輯狀態(tài)，因為電壓Vt2大于其所需編程電壓Vti。
[0037]特別地，將小于％的編程信號電壓Vps施加到陣列內的MRAM單元并不確保所述特定MRAM單元會改變狀態(tài)，因為理論上所述MRAM單元可具有超過所施加的編程信號電壓的轉變電壓Vt。因此，將大于化但小于％的編程信號電壓Vps施加到陣列中的所有MRAM單元將隨機地致使一些MRAM單元轉變邏輯狀態(tài)及致使其它MRAM單元不轉變邏輯狀態(tài)。
[0038]圖4及5說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面的MRAM單元402的陣列400。具體來說，圖4說明其中陣列400已進行初始化，使得陣列400中的所有MRAM單元402都被置于第一邏輯狀態(tài)(例如，“O”邏輯狀態(tài))的情況。圖5說明在編程信號電壓Vps已施加到陣列400中的所有MRAM單元之后的相同陣列400，其中電壓Vps大于V1電壓值，但小于圖3中所展示的V2電壓值。舉例來說，所施加的Vps可等于V3電壓值。
[0039]因此，陣列400中的部分單元402而不是所有單元402將邏輯狀態(tài)從“O”轉變到“I”。由于個別MRAM單元402的特定轉變電壓Vt值實質上是隨機的，因此不可預測哪些特定MRAM單元402將改變邏輯狀態(tài)。陣列的MRAM單元402的所得邏輯狀態(tài)值表示對用于所施加的編程信號電壓Vps的特定MRAM單元陣列唯一的隨機結果。舉例來說，即使將相同編程信號電壓Vps施加到被制造成與圖4中所描繪的陣列400相同的另一MRAM單元陣列，另一MRAM單元陣列的所得邏輯狀態(tài)值也將不同，因為陣列中的每個MRAM單元具有陣列之間不同的隨機且唯一的轉變電壓Vt。因此，當具有單元地址位置X的MRAM電路單元在特定編程信號電壓Vps處轉變邏輯狀態(tài)時，在另一相同(即，制造成相同的)MRAM單元陣列上具有相同單元地址位置的另一MRAM電路單元可具有不同轉變電壓Vt且由此不在相同編程信號電壓Vps處轉變邏輯狀態(tài)。
[0040]圖6說明根據(jù)一個方面的使用基于MRAM的PUF的示范性詢問-響應系統(tǒng)。可在基于MRAM的PUF處接收到包含MRAM單元地址信息的詢問。也就是說，詢問可指定將讀取哪些MRAM單元地址位置。在所說明的實例中，詢問602指定將讀取的MRAM陣列400的所述地址位置{(2,3),(3,1),(1,1),(1,2)} JRAM陣列400已供應有將一些小區(qū)的邏輯狀態(tài)從初始化的第一邏輯狀態(tài)(例如，“O”)轉變到第二邏輯狀態(tài)(例如，“I”)的編程信號電壓Vps(其中VKVpKV2) ο響應于604詢問，讀取/檢索MRAM單元地址位置的邏輯狀態(tài)。從MRAM單元402讀取的所得邏輯狀態(tài)是對所發(fā)布的詢問602的響應604。所得邏輯狀態(tài)是唯一的，因為給定相同詢問(即，相同MRAM單元地址位置讀取請求)，其它MRAM單元陣列即使嘗試制造成相同的也將由于不可控制的制造變化而在其邏輯狀態(tài)響應方面不同。
[0041 ] 作為一個實例，響應604可用作唯一地識別容納MRAM單元陣列400的電子裝置及/或集成電路的加密密鑰。作為另一實例，響應604可用作密碼安全算法中的隨機唯一密鑰，例如，公共-私有密鑰加密算法中的私有密鑰。
[0042]圖7及8說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面的MRAM單元702的陣列700。具體來說，圖7說明其中陣列700已進行初始化，使得陣列700中的所有MRAM單元702都被置于第一邏輯狀態(tài)(例如，“I”邏輯狀態(tài))的情況。圖8說明在編程信號電壓Vps已施加到陣列700中的所有MRAM單元之后的相同陣列700，其中電壓Vps大于V1電壓值，但小于圖3中所展示的V2電壓值。舉例來說，所施加的Vps可等于V3電壓值。
[0043]因此，陣列700中的部分單元702而不是所有單元702將邏輯狀態(tài)從“I”轉變到“O”。由于個別MRAM單元702的特定轉變電壓Vt值實質上是隨機的，因此不可預測哪些特定MRAM單元702將改變邏輯狀態(tài)。陣列的MRAM單元702的所得邏輯狀態(tài)值表示對用于所施加的編程信號電壓Vps的特定MRAM單元陣列唯一的隨機結果。
[0044]圖9說明根據(jù)一個方面的用于實施基于MRAM的PUF的方法的流程圖900。首先，將MRAM單元的陣列初始化到第一邏輯狀態(tài)，其中MRAM單元中的每一者具有大于第一電壓％且小于第二電壓￥2的隨機轉變電壓Vt 902。轉變電壓Vt表示致使MRAM單元從第一邏輯狀態(tài)轉變到第二邏輯狀態(tài)的電壓電平。接下來，將編程信號電壓Vps施加到陣列中的MRAM單元中的每一者以致使陣列中的MRAM單元的至少一部分隨機地將狀態(tài)從第一邏輯狀態(tài)改變到第二邏輯狀態(tài)，并且其中編程信號電壓Vps大于第一電壓V1且小于第二電壓％ 904。隨后，將詢問發(fā)送到MRAM單元陣列，所述詢問讀取陣列中的選定MRAM單元的邏輯狀態(tài)906。接下來，從MRAM單元陣列中獲得對所述詢問的響應，所述響應包含陣列中的選定MRAM單元