一种2T2R型MRAM存储器的故障建模及测试方法与流程

本发明涉及存储器，特别涉及一种2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法。

背景技术：

1、mram是一种既具有存储器特性，又具有电阻特性的非线性器件。它能有很多的应用，比如数字电路、模拟电路、神经网络、存算一体等，而它最重要的应用领域还是在存储器领域。在一个2t2r mram存储器中，通过两个mtj单元的电阻值的组合，来代表0和1。当一个存储单元两端的电压值翻转时，mram器件的内部磁场的方向发生改变从而改变存储单元的状态。mram内建磁场的改变不会损伤器件的结构，因此mram存储器将是最有前景的新型飞易失存储器。

2、简单mram存储器结构就是使用一个mram单元(1r)的存储器结构。该种结构存储两端直接与位线和字线相连，能够实现很高的集成度，但也存在非常明显的缺点：被选中的单元的漏电电流特别大，不仅容易导致写入失败，而且可能使未选中的单元被写入了相应的数据，从而造成功耗变得极高。通常减少漏电电流可以用一个开关管来控制，一种方法是使用二极管作为开关管，但是由于二极管的单向导电性，使得mram单元也只能被写入一种状态；另一种方法是使用晶体管作为开关管，每一个存储单元都由一个mtj和一个晶体管组成(1t1r)，这样不仅能消除漏电电流，还能对mtj写入两种不同状态的值。由于mtj的两个状态的阻值差距并不算太大，第二种方法会导致读数据的时候灵敏放大器可能不好区分两个状态的值，因而导致读出错误。上述所提缺陷可以通过两个1t1r单元组成一个单元(2t2r)的方式来消除该类错误。具体操作使两个mtj单元处在不同的阻值状态，相当于现在的0状态和1状态的阻值之差达到了之前1t1r时阻值之差的两倍，因此灵敏放大器能更好的分辨0状态和1状态，不会因为二者的阻值之差太小而导致读出错误。

3、由于mram存储器的稳定性及其具有很长的寿命，在未来mram存储器一定会有极高的市场价值。2t2r结构的mram存储器能用来减少灵敏放大器的压力，使读出的数据更加准确；但是基于电气缺陷也存在一些2t2r mram存储器的故障模型，比如电阻桥接故障、晶体管短路及晶体管开路故障。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法，以解决mram存储器中存在的逻辑故障及功能故障，使读出的数据更加准确。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法，包括mram磁存储器电路；所述mram磁存储器电路为多个(2×2)2t2r mram阵列组成的逻辑模块，所述(2×2)2t2rmram阵列是由2t2r mram存储子单元组成的2×2的存储阵列；

3、建模方法包括：分析2t2r mram的电学故障，将其抽象为逻辑故障，并用故障原语分别表示为：晶体管短路故障、晶体管开路故障、桥接故障；

4、测试方法包括：基于故障模型提出march-2t2r算法，对于所述2t2r型mram存储器的故障的覆盖率为100％。

5、在一种实施方式中，所述march-2t2r算法为：

6、↑↓(w0)；↑(r0,w0,w1,w1,w0,w1,r1)；↑(r1,w1,w0,w0,r0)；↓(r0,w1,r1)；

7、m0m1 m2 m3

8、↓(r1,w0,r0)；↑↓(wa)；↑↓(ra,w5)；↑↓(r5)；

9、m4m5 m6 m7

10、由于故障会出现在一个地址的数据之间，因此加入了w5和wa的字内检测。

11、在一种实施方式中，所述2t2r mram存储子单元是由两个1t1r单元组成一个新的2t2r单元；其中所述1t1r单元是由一个mtj和一个晶体管组成。

12、在一种实施方式中，所述晶体管断路故障中，断路的那一个mtj的值就等效于高阻，假设x0点所连的晶体管断路了：

13、a.当整个2t2r mram存储子单元写入“1”时，两个mtj的值分别为正常的高阻和低阻状态，正常写入；

14、b.当整个2t2r mram存储子单元写入“0”时，两个mtj的值都表现为高阻态，并且断路的mtj的阻值表现为比高阻更高的阻值，使得读出的值为“1”；

15、用故障原语表示其为：<w0/1/->，当为x1点所连的晶体管断路时，则情况刚好相反，故障原语表现为<w1/0/->；其中x0点和x1点分别是mos管与mtj两者连接线上的点。

16、本发明提供的一种2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法，通过对2t2r mram存储器阵列注入晶体管的短路故障、晶体管的开路故障及桥接故障的故障模型分析，并提出对2t2r阵列的故障可实现100％覆盖率的算法，解决了mram存储器中存在的逻辑故障及功能故障，使读出的数据更加准确。

技术特征：

1.一种2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法，其特征在于，2t2r型mram存储器包括mram磁存储器电路；所述mram磁存储器电路为多个(2×2)2t2r mram阵列组成的逻辑模块，所述(2×2)2t2rmram阵列是由2t2r mram存储子单元组成的2×2的存储阵列；

2.如权利要求1所述的2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法，其特征在于，所述march-2t2r算法为：

3.如权利要求1所述的2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法，其特征在于，所述2t2r mram存储子单元是由两个1t1r单元组成一个新的2t2r单元；其中所述1t1r单元是由一个mtj和一个晶体管组成。

4.如权利要求3所述的2t2r型mram存储器的故障建模及测试方法，其特征在于，所述晶体管断路故障中，断路的那一个mtj的值就等效于高阻，假设x0点所连的晶体管断路：

技术总结本发明公开一种2T2R型MRAM存储器的故障建模及测试方法，属于存储器领域。所述2T2R型MRAM存储器包括MRAM磁存储器电路；所述MRAM磁存储器电路为多个(2×2)2T2R MRAM阵列组成的逻辑模块，所述(2×2)2T2R MRAM阵列是由2T2R MRAM存储子单元组成的2×2的存储阵列；建模方法包括：分析2T2R MRAM的电学故障，将其抽象为逻辑故障，并用故障原语分别表示为：晶体管短路故障、晶体管开路故障、桥接故障；测试方法包括：基于故障模型提出March‑2T2R算法，对于所述2T2R型MRAM存储器的故障的覆盖率为100％。本发明解决了MRAM存储器中存在的逻辑故障及功能故障，使读出的数据更加准确。技术研发人员：吴宵,赵桂林,杨霄垒,孙杰杰受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/29