复用磁性存储装置及其应用方法

本申请涉及半导体，尤其涉及一种复用磁性存储装置及其应用方法。

背景技术：

1、物理不可克隆函数(physical unclonable function，puf)作为安全芯片“指纹”，通过提取芯片制造过程中的随机工艺偏差，如光刻引起的特征尺度变化和随机掺杂导致的阈值电压波动等，从而生成具有随机性、唯一性和不可克隆性等特性的秘钥，适合用于提高芯片的安全等级。crp(challenge response pair)是指puf在实际应用中以激励响应对的形式存在，即给定输入激励，每个puf实例会根据其物理特征得到相应的输出。

2、目前，通常利用sot-mram实现基于工艺偏差的puf电路，根据自旋器件的随机触发特性提出了可重构的puf。基于工艺偏差的设计充分利用了每个芯片中每个器件的唯一性。此外，单一sot-mram对crp读取电路的读取裕度要求较高，需要对参考单元和读取电路进行特殊设计才能保证信号的正确读取，对安全芯片的稳定性提出了挑战。

技术实现思路

1、本申请的一个目的在于提供一种复用磁性存储装置，提高crp量且降低crp读取电路的要求。本申请的另一个目的在于提供一种复用磁性存储装置的应用方法。

2、为了达到以上目的，本申请一方面公开了一种复用磁性存储装置，包括阵列排布的多个磁性存储单元；

3、所述磁性存储单元包括自旋轨道矩层及设置在所述自旋轨道矩层上的多对互补磁隧道结，其中，每对互补磁隧道结包括存储阻态相反的两个磁隧道结；

4、进一步包括比较电路，所述比较电路用于比较两组所述互补磁隧道结的物理不可克隆函数得到响应信号，每组互补磁隧道结包括至少一个所述磁性存储单元中的至少一对互补磁隧道结。

5、可选的，进一步包括写入电路、选择电路、读取电路和随机控制电路；

6、所述写入电路用于向所述自旋轨道矩层输入自旋轨道矩电流；

7、所述选择电路用于向各所述磁隧道结的顶部输入选择电压，使输入选择电压的所述磁隧道结的阻态与所述自旋轨道矩电流对应；

8、所述随机控制电路用于选择两组所述互补磁隧道结，向所述两组所述互补磁隧道结分别输入第一读取信号得到对应的两组输出信号后输入至所述比较电路得到所述响应信号；

9、所述读取电路用于比较所述互补磁隧道结中的两个磁隧道结的阻态得到数字信号，所述数字信号表征所述互补磁隧道结存储的逻辑数字。

10、可选的，所述选择电路包括第一控制电路和与每个所述磁隧道结的顶部分别连接的多个第一开关元件；

11、所述第一控制电路用于向待写入数据的互补磁隧道结的两个磁隧道结对应的第一开关元件传输控制信号；

12、所述第一开关元件的控制端用于接收所述控制信号，第一端与施加选择电压的第一电压端连接，第二端与所述磁隧道结的顶部连接，所述第一开关元件响应于所述控制信号导通所述第一电压端与所述磁隧道结的顶部。

13、可选的，所述随机控制电路包括第二控制电路和与阵列排布的多个磁性存储单元中的每个磁隧道结的顶部分别连接的多个第二开关元件；

14、所述第二开关元件的控制端用于接收选择信号，第一端与施加选择电压的第二电压端连接，第二端与所述磁隧道结的顶部连接，所述第二开关元件响应于所述选择信号导通所述第二电压端与所述磁隧道结的顶部；

15、所述第二控制电路用于向选择的两组所述互补磁隧道结对应的所述第二开关元件传输所述选择信号，并将两组所述互补磁隧道结对应的输出信号传输至所述比较电路。

16、可选的，所述自旋轨道矩层为条形；

17、所述自旋轨道矩层包括分别设置在所述自旋轨道矩层两端的第一输入点和第二输入点以及设置在所述自旋轨道矩层中央的第三输入点，所述第一输入点、所述第二输入点和所述第三输入点用于输入所述自旋轨道矩电流；

18、所述互补磁隧道结中的两个磁隧道结分别设置在所述自旋轨道矩层上所述第三输入点的两侧。

19、可选的，所述自旋轨道矩层包括多对互补分肢，每对互补分肢包括第一肢和第二肢；

20、所述互补磁隧道结中的两个磁隧道结分别设置在第一肢和第二肢上，所述互补磁隧道结中的两个磁隧道结的易磁轴方向与所述自旋轨道矩层输入的自旋轨道矩电流形成的夹角互补。

21、可选的，所述自旋轨道矩层包括第一子自旋轨道矩层和第二子自旋轨道矩层；

22、每对所述互补磁隧道结中的两个磁隧道结分别设置于所述第一子自旋轨道矩层和所述第二子自旋轨道矩层上。

23、可选的，所述磁性存储单元包括第一磁隧道结、第二磁隧道结、第三磁隧道结和第四磁隧道结；

24、所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结为互补磁隧道结，所述第三磁隧道结和所述第四磁隧道结为互补磁隧道结。

25、本申请还公开了一种如上所述的复用磁性存储装置的应用方法，包括：

26、比较两组所述互补磁隧道结的物理不可克隆函数得到响应信号，每组互补磁隧道结包括至少一个所述磁性存储单元中的至少一对互补磁隧道结。

27、可选的，进一步包括：

28、向所述自旋轨道矩层输入自旋轨道矩电流；

29、向各所述磁隧道结的顶部输入选择电压，使输入选择电压的所述磁隧道结的阻态与所述自旋轨道矩电流对应；

30、选择两组所述互补磁隧道结，向所述两组所述互补磁隧道结分别输入第一读取信号得到对应的两组输出信号后输入至所述比较电路得到所述响应信号；

31、比较至少一对所述互补磁隧道结中的两个磁隧道结的阻态得到两个磁隧道结对应的数字信号。

32、本申请复用磁性存储装置包括阵列排布的多个磁性存储单元。其中，所述磁性存储单元包括自旋轨道矩层及设置在所述自旋轨道矩层上的多对互补磁隧道结，其中，每对互补磁隧道结包括存储阻态相反的两个磁隧道结。复用磁性存储装置进一步包括比较电路，所述比较电路用于比较两组所述互补磁隧道结的物理不可克隆函数得到响应信号，每组互补磁隧道结包括至少一个所述磁性存储单元中的至少一对互补磁隧道结。从而，本申请在自旋轨道矩层上设置多对互补磁隧道结，实现多位数据的存储，降低多位数据存储的存储装置尺寸，简化电路结构，并且本申请可从阵列排的磁性存储单元中选择一个或多个磁性存储单元，并可在每个磁性存储单元中选择一对或多对互补磁隧道结形成两组互补磁隧道结，使可产生的crp数量指数增加，形成强puf。

技术特征：

1.一种复用磁性存储装置，其特征在于，包括阵列排布的多个磁性存储单元；

2.根据权利要求1所述的复用磁性存储装置，其特征在于，进一步包括写入电路、选择电路、读取电路和随机控制电路；

3.根据权利要求2所述的复用磁性存储装置，其特征在于，所述选择电路包括第一控制电路和与每个所述磁隧道结的顶部分别连接的多个第一开关元件；

4.根据权利要求2所述的复用磁性存储装置，其特征在于，所述随机控制电路包括第二控制电路和与阵列排布的多个磁性存储单元中的每个磁隧道结的顶部分别连接的多个第二开关元件；

5.根据权利要求2所述的复用磁性存储装置，其特征在于，所述自旋轨道矩层为条形；

6.根据权利要求1所述的复用磁性存储装置，其特征在于，所述自旋轨道矩层包括多对互补分肢，每对互补分肢包括第一肢和第二肢；

7.根据权利要求1所述的复用磁性存储装置，其特征在于，所述自旋轨道矩层包括第一子自旋轨道矩层和第二子自旋轨道矩层；

8.根据权利要求1所述的复用磁性存储装置，其特征在于，所述磁性存储单元包括第一磁隧道结、第二磁隧道结、第三磁隧道结和第四磁隧道结；

9.一种如权利要求1-8任一项所述的复用磁性存储装置的应用方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的应用方法，其特征在于，进一步包括：

技术总结本申请提供了一种复用磁性存储装置及其应用方法，复用磁性存储装置包括阵列排布的多个磁性存储单元；所述磁性存储单元包括自旋轨道矩层及设置在所述自旋轨道矩层上的多对互补磁隧道结，其中，每对互补磁隧道结包括存储阻态相反的两个磁隧道结；进一步包括比较电路，所述比较电路用于比较两组所述互补磁隧道结的物理不可克隆函数得到响应信号，每组互补磁隧道结包括至少一个所述磁性存储单元中的至少一对互补磁隧道结。本申请可提高CRP量且降低CRP读取电路的要求。技术研发人员：王昭昊,王旻,侯正义,李玉龙,王碧,赵巍胜受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29