(A) macro-model and sensing circuit for MRAM based on 1T/1MTJ structure

Abstract

MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)은 비휘발성, 저 전력, 작은 cell size, 낮은 supply voltage 등의 장점으로 인해, 현재 많이 쓰이고 있는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), Flash Memory 등의 단점을 보완할 수 있는 것으로 평가받고 있으며, 상용화를 위한 연구가 진행 중에 있다. MRAM에서는 storage element로 magnetic 물질을 사용하며, data switching시 hysteretic 특성을 보이므로, simulation시 이러한 특성을 나타낼 수 있는 macro-model이 필요하다. 본 논문에서는 MRAM simulation시 MTJ(Magnetic Tunneling Junction)의 hysteretic 특성을 보여줄 수 있는 HSPICE macro-model을 제안하고, 이 macro-model을 clamped current sense amplifier와 current source bit line clamped sense amplifier에 연결하여 simulation한 결과를 보였다. MTJ는 그 양단에 일정 전압 이상이 걸리게 되면 특성이 변해서 storage element로서의 기능을 할 수 없는데, clamped current sense amplifier와 current source bit line clamped sense amplifier는 입력단자와 출력단자가 별도로 되어있어 bit line의 전압이 그대로 유지되기 때문에, MTJ의 sensing에 적합하다.;MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory) has several advantages over other memories such as DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), and Flash memory. The MRAM architectures based on GMR and MTJ cell are studied widely. GMR(Giant Magnetoresistance) and MTJ(Magnetic Tunneling Junction) cell have hysteretic characteristic, so the macro-model showing this hysteresis is needed in MRAM simulation. This paper presents a macro-model and sensing circuit for MTJ. The macro-model is realized by a four terminal sub circuit, which emulates hysteretic nature of MTJ over a wide range of sense and digit line currents. The clamped current sense amplifier and current source bit line clamped sense amplifier have relatively small size, and maintain low voltage on bit line, so suitable for the sensing of MTJ.