專利名稱：模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此說明的實(shí)施例總的來說涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD轉(zhuǎn)換器)粗略地分類成三種類型逐次逼近型、并行比較型、和德爾塔西格瑪(ΛΣ)型。在這些類型之中，并行比較型也被稱作閃速型(flash type)，并且能 夠利用(2n-l)個(gè)比較電壓和(2n-l)個(gè)比較器以用于將模擬信號(hào)的全尺度(full scale)劃分成2"個(gè)分段來在單個(gè)比較中獲得數(shù)字值。出于該原因，并行比較型AD轉(zhuǎn)換器以高速操作。然而，已知并行比較型具有電路尺寸大的問題。原因如下。AD轉(zhuǎn)換器包括三種基本元件用于生成比較電壓的電阻器梯(resitor ladder)、比較器群組、和編碼器。AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度根據(jù)電阻器梯的精度和比較器的分辨率而定，并且隨著電路面積增加所述精度或分辨率提高。也即，在并行比較型中，電路尺寸增加以換取轉(zhuǎn)換精度的改善。換而言之，難以利用小的電路面積實(shí)現(xiàn)高分辨率。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率，須改善電阻器梯的分壓精度。通常，電阻器梯的精度取決于半導(dǎo)體微制造技術(shù)的精度。作為避免此的一種方法，使用了這樣一種方法，其中，與電阻器梯一起形成電阻性熔絲(可變電阻器)，并在出貨之前通過激光輻照逐一地熔斷電阻性熔絲來調(diào)節(jié)電阻值。然而，隨著分辨率的增加，電路尺寸增加。因此，在上述的方法中，在電路與另一電路以SOC (芯片上系統(tǒng))的形式連接操作時(shí)，難以逐一地調(diào)節(jié)電阻值。出于該原因，AD轉(zhuǎn)換器的分辨率最終被限制到半導(dǎo)體微制造技術(shù)的精度的范圍。另外，一旦電阻性熔絲被熔斷，則在此之后不能夠調(diào)節(jié)電阻值。因此，電阻器梯的分壓精度難以改善。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例的一個(gè)目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)換精度同時(shí)抑制電路尺寸的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括電壓生成單元和多個(gè)比較器。電壓生成單元被配置來通過多個(gè)可變電阻器來對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓以生成多個(gè)比較電壓。所述多個(gè)比較器中的每一個(gè)被配置來將所述多個(gè)比較電壓中的任何一個(gè)與模擬輸入電壓進(jìn)行比較，并基于所述比較電壓和所述模擬輸入電壓之間的比較結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)。所述多個(gè)可變電阻器中的每一個(gè)包括串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件，并且所述多個(gè)可變電阻性元件中的每一個(gè)具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值。根據(jù)上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)抑制電路尺寸。


圖1是示出了并行比較型的AD轉(zhuǎn)換器的圖；圖2是示出了 AD轉(zhuǎn)換器的(I/O)特性的圖；圖3是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的AD轉(zhuǎn)換器的示意性配置示例的4是用于描述AD轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)配置的圖；圖5是示出了 MTJ元件的示例性配置的圖；圖6是示出了形式多個(gè)MTJ元件的示例的7是示出了形式多個(gè)MTJ元件的示例的8是示出了形式多個(gè)MTJ元件的示例的9是用于描述改變每一個(gè)MTJ元件的磁化狀態(tài)的方法的示例的圖；圖10是示出了可變電阻器的示例的圖；圖11是示出了控制信號(hào)和電阻值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的示例的圖；圖12是示出了可變電阻器的變型的圖；圖13是示出了 MTJ元件的1-V特性的示例的圖；圖14是示出了 GMR元件的I_V特性的示例的圖；圖15是用于描述其中采用自旋注入磁化反轉(zhuǎn)技術(shù)的情況的圖；圖16是用于描述一種特定的MTJ元件的圖；和圖17是示出了 MTJ元件的一種變型的圖。具體實(shí)施例方式下面將參考附圖詳細(xì)說明根據(jù)實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的示例(在下面的說明中稱作“AD轉(zhuǎn)換器”)。該實(shí)施例的AD轉(zhuǎn)換器是一種并行比較型(閃速型)的AD轉(zhuǎn)換器。首先，將說明圖1中的并行比較型的AD轉(zhuǎn)換器I的原理和分辨率。如圖1中所示，AD轉(zhuǎn)換器I包括電壓生成單元2、多個(gè)比較器3、和編碼器4。電壓生成單元2包括串聯(lián)連接的多個(gè)電阻器R (電阻器梯)。電壓生成單元2通過利用電阻器梯對(duì)外部施加的基準(zhǔn)電壓Vkef進(jìn)行分壓來生成多個(gè)比較電壓。電壓生成單元2所生成的所述多個(gè)比較電壓被輸入到對(duì)應(yīng)的比較器3。模擬輸入信號(hào)(輸入電壓)被共同地輸入到所述多個(gè)比較器3。比較器3中的每一個(gè)將輸入的比較電壓與模擬輸入電壓進(jìn)行比較，并基于所述比較電壓和模擬輸入電壓之間的比較的結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)到編碼器4。編碼器4輸出通過對(duì)從比較器3輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼而獲得的數(shù)字值。圖1中部分地示出了電阻器R和比較器3的數(shù)目。隨著電阻器R和比較器3的數(shù)目的增加，分辨率被改善。就AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度的改善而言，期望AD轉(zhuǎn)換器具有10位或更大的分辨率。然而，為便于說明，下面將說明具有較少位的分辨率的AD轉(zhuǎn)換器作為例子。從通過均等地劃分基準(zhǔn)電壓Vkef的范圍(在8位的情況下劃分成256而在10位的情況下劃分成1024)而獲得的值得到的整數(shù)值被讀取作為來自AD轉(zhuǎn)換器I的輸出值(轉(zhuǎn)換的數(shù)字值)。另外，‘％EF”或“土Vkef”可以施加作為基準(zhǔn)電壓。在施加“VKEF”時(shí)，在圖2中所示的臺(tái)階狀輸入/輸出(I/O)特性中，通過將“VKEF”除以2N (N表示輸出值的位數(shù))而獲得的值(即，Vkef/2N)對(duì)應(yīng)于一個(gè)臺(tái)階的高度(在施加“土Vkef”時(shí)為2Vkef/2N))。在這種情況下，臺(tái)階的數(shù)目為“2N-1”。例如，在3位的情況下，模擬輸入電壓被劃分成8 (=23)，并且臺(tái)階的數(shù)目為7，如圖2中所示。包括零電壓的電壓級(jí)別被輸出作為所述數(shù)字值。在使用最小電壓?jiǎn)挝蛔鳛長(zhǎng)SB (最低有效位)時(shí)，僅LSB具有1/2LSB的范圍。LSB原本是指二進(jìn)制數(shù)中的最低有效數(shù)位。另一方面，二進(jìn)制數(shù)的最高有效數(shù)位被稱作MSB。AD轉(zhuǎn)換器I將模擬輸入電壓與通過電阻器梯對(duì)基準(zhǔn)電壓Vkef進(jìn)行分壓而獲得的分壓電壓中的每一個(gè)進(jìn)行比較，從而獲得溫度計(jì)式碼(thermometer code)作為比較器的輸出，并且通過編碼器4將所述溫度計(jì)式碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，并輸出所述二進(jìn)制碼(數(shù)字輸出)。AD轉(zhuǎn)換器I的精度根據(jù)每一個(gè)比較器3執(zhí)行的電壓比較的精度而定。例如，在8位的情況下，從對(duì)其施加“土VKEF=±0. 5V”的電阻器梯輸出的比較電壓之間的間隔為4mV的小值。臺(tái)階狀電壓誤差的最大值需要被抑制到2mV (1/2LSB)或更小。在利用CMOS技術(shù)的情況下，電阻器梯通常利用多晶硅制造在Si襯底的場(chǎng)區(qū)(諸如LOCOS或STI的SiO2的絕緣部分)上。為了增加處理精度，可以在緊鄰電阻器梯的位置形成偽電阻器。另外，電阻器生成的焦耳熱可能影響差分非線性誤差(DNL)或積分非線性誤差(INL)。為了避免從襯底生成的熱量的影響，如果不在Si襯底的FEOL (前端制程)的層上而在層間絕緣膜上的BEOL(后端制程)的層上形成可變電阻器，則不存在問題。在存在DNL的影響時(shí)，圖2的臺(tái)階狀線(表示I/O特性的線)被水平偏移。DNL的影響的積分導(dǎo)致一種被稱作INL的形式，其中所有部分以臺(tái)階形式波動(dòng)。典型地，AD轉(zhuǎn)換器I需要被制造來實(shí)現(xiàn)高分辨率并將DNL和INL的影響抑制到1/2LSB或更小。另外，基準(zhǔn)電壓Vkef的精度或穩(wěn)定性對(duì)AD轉(zhuǎn)換器的值的可靠性具有大的影響。因此,在該實(shí)施例中，假設(shè)例如使用CMOS電路中一般用作基準(zhǔn)電壓的帶隙基準(zhǔn)電壓，并且對(duì)于基準(zhǔn)電壓Vkef確保I位或更低的誤差的高精度。如上所述的，并行比較型AD轉(zhuǎn)換器的性能根據(jù)輸入電壓的精度而定。尤其是，為了實(shí)現(xiàn)高分辨率，電阻器梯的分壓精度是重要的。就此而言，在該實(shí)施例中，電阻器梯被配置有多個(gè)可變電阻器，每一個(gè)可變電阻器具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值。下面將進(jìn)行具體說明。圖3是示出了根據(jù)該實(shí)施例的AD轉(zhuǎn)換器100的示意性配置示例的框圖。如圖3中所示，AD轉(zhuǎn)換器100包括電壓生成單元10、比較器群組20、編碼器30、以及重寫電路40。在此，將說明其中包括重寫電路40的AD轉(zhuǎn)換器100的示例，但是AD轉(zhuǎn)換器100并不限于這樣的配置。例如，AD轉(zhuǎn)換器100可以不包括重寫電路40。在這種情況下，AD轉(zhuǎn)換器100的封裝芯片可以包括要與電壓生成單元10、比較器群組20、編碼器30、以及重寫電路40連接的端子。這允許即使在AD轉(zhuǎn)換器100被制造之后，AD轉(zhuǎn)換器也可以通過所述端子與重寫電路40連接，并且可以靈活地執(zhí)行電阻調(diào)節(jié)(將在稍后說明)。圖4是用于說明AD轉(zhuǎn)換器100的詳細(xì)配置的圖。在圖4中，未示出重寫電路40。如圖4中所示，電壓生成單元10包括串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻器Rv。電壓生成單元10利用多個(gè)可變電阻器Rv對(duì)外部施加的基準(zhǔn)電壓Vkef進(jìn)行分壓，從而生成多個(gè)比較電壓。所述可變電阻器Rv中的每一個(gè)包括串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件rj?？勺冸娮栊栽j中的每一個(gè)具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值。細(xì)節(jié)將在稍后說明。圖3中所示的比較器群組20包括多個(gè)比較器21。電壓生成單元10所生成的多個(gè)比較電壓被輸入到相應(yīng)的比較器21。模擬輸入信號(hào)(輸入電壓)被共同地輸入到所述比較器21。比較器21中的每一個(gè)將輸入的比較電壓與所述模擬輸入電壓進(jìn)行比較，并基于比較結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)到編碼器30。編碼器30輸出通過對(duì)從比較器21輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼而獲得的數(shù)字值。驅(qū)動(dòng)電壓Vdd被供應(yīng)到比較器21和編碼器30。接著，將說明可變電阻器Rv中包括的可變電阻性元件rj。例如，在該實(shí)施例中，可變電阻性元件rj包括磁致電阻元件。磁致電阻元件通過膜形成工藝和微制造工藝制造。具有相同的薄膜類型的磁致電阻元件薄層電阻率幾乎相同。在此，作為磁致電阻元件一個(gè)例子描述磁隧道結(jié)(下面稱作“MTJ”)元件。在下文中，將可變電阻性元件rj稱作“MTJ元件 r j ”。 如圖5中所示，MTJ元件r j具有磁性膜11、隧道絕緣膜12和磁性膜13的三層結(jié)構(gòu)。例如，可以采用CoFeB作為磁性膜11，可以采用MgO作為隧道絕緣膜12，并且可以采用CoFeB作為磁性膜13。在圖5的示例中，處于下側(cè)的磁性膜11是其中磁化方向可變的磁化自由層。作為反鐵磁材料的IrMn沉積在處于上側(cè)的磁性膜13上，形成其中磁化方向不可變的磁化固定層。當(dāng)磁化自由層(磁性膜11)的磁化方向與磁化固定層(磁性膜13)的磁化方向相同時(shí)(在磁化平行的情況下)，MTJ元件rj的電阻變?yōu)榈碗娮柚担鐖D5中所示。然而，在磁化自由層的磁化方向與磁化固定層的磁化方向相反時(shí)(在磁化反平行的情況下)，MTJ元件rj的電阻變?yōu)楦唠娮柚?，如圖5中所示。如上所述的，MTJ元件rj的電阻值根據(jù)MTJ元件rj的磁化狀態(tài)改變?yōu)閮煞N類型的電阻值(高電阻值和低電阻值)中的任何一個(gè)。磁化平行時(shí)的電阻值(低電阻值)與磁化反平行時(shí)的電阻值之比被稱作磁電阻比(下面，稱作“MR比”)并由下式(I)定義MR比=(高電阻值-低電阻值)/ (低電阻值)(I)例如，在隨著磁化平行變?yōu)榇呕雌叫?，電阻值已?jīng)改變兩倍(也即，高電阻值是低電阻值的兩倍大)時(shí)，MR比變成100% (“I”)。例如，在電阻值已經(jīng)改變十倍時(shí)，MR比變成900% (“9”)。在MTJ元件的情況下，可以容易地制造在室溫下具有100%的MR比的元件。設(shè)置磁性膜11、隧道絕緣膜12和磁性膜13中的每一個(gè)的膜厚以獲得期望的MR比。例如，在CoFeB (磁性膜11和13)的膜厚被設(shè)置為約3nm并且MgO (隧道絕緣膜12)的膜厚被設(shè)置為約Inm時(shí)，獲得約IOQmm2的薄層電阻RA和約100%的MR比。這些值根據(jù)膜形成條件以及后續(xù)的加熱處理而變，并因此制造商需要預(yù)先設(shè)置條件。然而，MTJ具有這樣的特征，即，一旦獲得，則MR比或RA的可再現(xiàn)性非常高。如圖5中所示，MTJ的電阻根據(jù)外部磁場(chǎng)而變，并且在磁化平行的情況下以及在磁化反平行的情況下，電阻值明顯地具有二元狀態(tài)。磁性膜的材料并不限于CoFeB，并且可以包括包含F(xiàn)e或Co等合金。為了獲得期望的MR比,可以使用高自旋極化材料,諸如Heusler合金或氧化物磁性材料。隧道絕緣膜并不限于MgO，并且可以使用諸如AlOx的隧道絕緣膜，只要獲得期望的MR比即可。用于磁化固定的反鐵磁膜的類型并不限于IrMn，并且自由層和固定層可以被顛倒?？梢圆捎靡阎腗RAM或HDD讀取頭等中形成的MTJ的配置。
在以上述的方式?jīng)Q定每一個(gè)膜的膜厚并執(zhí)行膜形成之后，執(zhí)行用于確定面積大小的微制造處理，從而形成串聯(lián)連接的MTJ元件rj。在圖6的示例中，形成了三種具有不同尺寸的MTJ元件rj A1、A2和A3。所述MTJ元件rj中的每一個(gè)是通過單個(gè)成膜而沉積的。圖7是示出了在處理之后的膜的從頂部觀看的視圖。在該示例中，A2的面積是Al的兩倍大，并且A3的面積是Al的四倍大。在Al的面積是I時(shí)，A2的面積是2,并且A3的面積是4。替代地，如圖8中所示，可以利用al作為單位面積來利用al的數(shù)目定義面積。例如，a2是2個(gè)al，而a3是4個(gè)al。在這種情況下，MTJ元件rj并不必然需要彼此緊鄰直至極限，并且可以被布置為彼此保持不對(duì)處理產(chǎn)生影響的距離。以這樣的方式，可以抑制工藝變化的影響或MTJ元件r j邊緣部分的工藝損傷的影響。MTJ元件r j通過在形成所述MTJ元件rj之前和之后的互連形成工藝串聯(lián)連接(見圖6)。以這樣的方式，形成串聯(lián)連接的且具有不同面積的多個(gè)MTJ元件rj。接著，將說明調(diào)節(jié)可變電阻器Rv的電阻值的方法。圖3中所示的重寫電路40根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置每一個(gè)可變電阻器Rv的電阻值。在該實(shí)施例中，在由于流過相應(yīng)信號(hào)線的電流而生成的磁場(chǎng)施加到被包括在可變電阻器Rv中的MTJ元件rj時(shí)，MTJ元件rj的磁化狀態(tài)改變(電阻值改變)。重寫電路40通過根據(jù)輸入的外部信號(hào)控制流過信號(hào)線的電流來可變地設(shè)置MTJ元件rj的電阻值。下面將進(jìn)行更加具體的說明。如圖9中所示，在該實(shí)施例中，與在行方向平行延伸的多個(gè)字線101和在列方向平行延伸的多個(gè)位線102的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)地形成多個(gè)MTJ元件rj。在圖9的示例中，串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻器Rv中的每一個(gè)包括串聯(lián)連接的7個(gè)MTJ元件rj。重寫電路40通過根據(jù)外部信號(hào)控制流過字線101和位線102的電流(控制電流的方向或值)來改變與字線101和位線102對(duì)應(yīng)的MTJ元件rj的磁化狀態(tài)。在此示例中，在由于電流流過相應(yīng)的字線101和相應(yīng)的位線102的電流而生成的磁場(chǎng)(從字線101和位線102向外部泄露的磁場(chǎng))被施加到MTJ元件r j時(shí)，MTJ元件r j的磁化狀態(tài)改變。在圖9的示例中，多個(gè)MTJ元件rj被以矩陣形式布置，但本發(fā)明并不限于此。例如，可以與一個(gè)字線101和多個(gè)位線102的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)地形成多個(gè)MTJ元件rj。替代地，例如，可以與一個(gè)位線102和多個(gè)字線101的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)地形成多個(gè)MTJ元件rj。換而言之，如果每一 MTJ元件rj可以被布置為接近于與該MTJ元件rj對(duì)應(yīng)的字線101和位線102，并且在由于流過與該MTJ元件rj對(duì)應(yīng)的字線101和位線102的電流而生成的磁場(chǎng)被施加到該MTJ元件rj時(shí)可以可變地控制該MTJ元件rj的磁化狀態(tài)，就足以。在圖9的示例中，預(yù)先對(duì)每一 MTJ元件rj外部地施加復(fù)位磁場(chǎng)，從而將每一 MTJ元件rj設(shè)置(復(fù)位)到磁化平行狀態(tài)。對(duì)于由輸入的外部信號(hào)指定“磁化反平行”(其將稍后說明)的MTJ元件r j，重寫電路40執(zhí)行控制使得預(yù)定的電流流到與所考慮的MTJ元件r j對(duì)應(yīng)的字線101和位線102中的每一個(gè)。例如，在圖9中，在“磁化反平行”被指定作為與從頂部起第二行中的字線101 [2]和從右側(cè)起第三列中的位線102 [3]的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的MTJ元件rj[2，3]的磁化狀態(tài)時(shí)，重寫電路40執(zhí)行控制使得預(yù)定的電流流到第二行的字線101 [2]和第三列的位線102[3]中的每一個(gè)，如圖9中所示。此時(shí)，由于流過第二行的字線101[2]和第三列的位線102 [3]的電流而生成的磁場(chǎng)(合成磁場(chǎng))被施加到MTJ元件rj [2,3]，因此該MTJ元件r j [2，3]的磁化狀態(tài)從磁化平行變?yōu)榇呕雌叫?。上述的?shí)施例是一個(gè)示例，并且可以使用任意的方法來將MTJ元件rj的磁化狀態(tài)改變?yōu)榇呕叫袪顟B(tài)或磁化反平行狀態(tài)。例如，重寫電路40可以通過單獨(dú)地控制流過字線101和位線102的電流而不應(yīng)用來自外部的復(fù)位磁場(chǎng)來將每一MTJ元件rj的磁化狀態(tài)復(fù)位(單獨(dú)地復(fù)位)到磁化平行狀態(tài)。輸入到重寫電路40的外部信號(hào)包括以一對(duì)一的方式與所述多個(gè)可變電阻器Rv對(duì)應(yīng)的多個(gè)控制信號(hào)。每一控制信號(hào)由多個(gè)位表示，所述多個(gè)位以一對(duì)一的方式與相應(yīng)的可變電阻器Rv中包括的所述多個(gè)MTJ元件rj對(duì)應(yīng)。根據(jù)與所考慮的MTJ元件rj對(duì)應(yīng)的位將每一 MTJ元件rj設(shè)置為兩種類型的電阻值中(高電阻值和低電阻值)的任何一個(gè)。現(xiàn)在將說明如圖10中所示的一個(gè)可變電阻器Rv包括串聯(lián)連接的三個(gè)MTJ元件rjl至rj3的示例。在圖10的示例中，假設(shè)MTJ元件rjl的大小(形成該MTJ元件的膜的面積值)為Al，MTJ元件rj2的大小為A2，而MTJ元件rj3的大小為A3。由于電阻值與面積值成反比，因此在MTJ元件rjl和rj2具有相同的磁化狀態(tài)時(shí)，MTJ元件rjl的電阻值為MTJ元件rj2的電阻值的兩倍大。另外，MTJ元件rjl的電阻值為MTJ元件rj3的電阻值的四倍大。與圖10中所示的可變電阻器Rv對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)由3位表示，從最低有效位起的第三位(最高有效位)對(duì)應(yīng)于具有最大電阻值的MTJ元件rjl。另外，從最低有效位起的第二位對(duì)應(yīng)于具有第二大電阻值的MTJ元件rj2。另外，從最低有效位起的第一比特對(duì)應(yīng)于具有最小電阻值的MTJ元件rj3。根據(jù)與圖10的可變電阻器Rv對(duì)應(yīng)的3位的控制信號(hào)，重寫電路40可變地設(shè)置可變電阻器Rv的電阻值。在圖10的示例中，在與MTJ元件rj對(duì)應(yīng)的位為“I”時(shí)，由于“磁化反平行”被指定作為的MTJ元件r j的磁化狀態(tài)，因此重寫電路40控制流過字線101和位線102的電流以使得MTJ元件rj的磁化狀態(tài)改變?yōu)榇呕雌叫?。結(jié)果，MTJ元件rj的電阻值被設(shè)置為高電阻值。在與MTJ元件rj對(duì)應(yīng)的位為“O”時(shí)，由于“磁化平行”被指定作為MTJ元件rj的磁化狀態(tài)，因此重寫電路40控制流過字線101和位線102的電流以使得MTJ元件rj的磁化狀態(tài)改變?yōu)榇呕叫小＝Y(jié)果，MTJ元件rj的電阻值被設(shè)置為低電阻值。然而，本實(shí)施例并不限于此示例。例如，在與MTJ元件rj對(duì)應(yīng)的位為“I”時(shí)，可以將“磁化平行”指定作為MTJ元件r j的磁化狀態(tài)，而在與該MTJ元件r j對(duì)應(yīng)的位為“O”時(shí)，可以將“磁化反平行”指定為該MTJ元件r j的磁化狀態(tài)。換而言之，如果根據(jù)與MTJ元件r j對(duì)應(yīng)的位將每一 MTJ元件r j設(shè)置為兩種類型的電阻值(高電阻值和低電阻值)中的任何一個(gè)，那么就是可以的。 圖10的可變電阻器Rv的電阻值由下式(2)表示電阻值=RpXΣ (1+MR 比 Xaj) X2n(2)在公式(2)中，Rp表示在磁化平行的情況下的薄層電阻。另外，aj表示與從最低有效位起第j位(在該示例中，I < j < 3)對(duì)應(yīng)的MTJ元件rj的磁化狀態(tài)。在磁化平行的情況下aj被設(shè)置為“0”，但在磁化反平行的情況下被設(shè)置為“I”。N(在該示例中，O彡N彡2)表示位的位置(權(quán)重)。例如，假設(shè)Rp為每單位面積I Ω，MR比為100%，并且與圖10的可變電阻器Rv對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)為“101”。在這種情況下，重寫電路40控制流過字線101和位線102的電流，使得MTJ元件rjl的磁化狀態(tài)變成“磁化反平行”，MTJ元件rj2的磁化狀態(tài)變成“磁化平行”，而MTJ元件rj3的磁化狀態(tài)變成“磁化反平行”。圖10的可變電阻器Rv的電阻值變成 12 Ω (=IX {(1+100%X 1) X22+(1+100%X0) X 21+(1+100%X I) X20})。
如上所述的，圖10的可變電阻器的電阻值根據(jù)3位的控制信號(hào)可變地設(shè)置。圖11是示出了 3位的控制信號(hào)和可變電阻器Rv的電阻值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。在該示例中，通過調(diào)節(jié)3位的控制信號(hào)，可以以步進(jìn)的方式調(diào)節(jié)可變電阻器Rv的電阻值。如上所述的，在該實(shí)施例中，AD轉(zhuǎn)換器100的電阻器梯包括多個(gè)可變電阻器Rv，每一可變電阻器Rv具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值。因此，即使在AD轉(zhuǎn)換器被制造之后也可以調(diào)節(jié)電阻值。另外，每一可變電阻器Rv包括串聯(lián)連接的多個(gè)MTJ元件rj，并且每一 MTJ元件rj具有根據(jù)外部信號(hào)(控制信號(hào))可變地設(shè)置的電阻值。因此，可以以步進(jìn)的方式調(diào)節(jié)每一可變電阻器Rv的電阻值。因此，由于可以改善電阻器梯的分壓精度而無需提供熔絲等，因此可以改善AD轉(zhuǎn)換器100的轉(zhuǎn)換精度同時(shí)抑制電路尺寸的增加。另外，在該實(shí)施例中，形成被包含在可變 電阻器Rv中的所述多個(gè)單獨(dú)的MTJ元件rj的膜在面積值上是不同的(在電阻值上是不同的))。因此，與其中形成被包含在可變電阻器Rv中的多個(gè)單獨(dú)的MTJ元件rj的膜被設(shè)置為具有相同的面積值的情況相比，存在如下的優(yōu)點(diǎn)可以以更多步進(jìn)的方式調(diào)節(jié)可變電阻器Rv的電阻值。接著，將說明多個(gè)變型例。下面描述的變型例可以任意地組合。(I)第一變型例在上述的實(shí)施例中，每一可變電阻器Rv包含串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件(例如，MTJ元件)rj，但本發(fā)明不限于此。例如，每一可變電阻器Rv可以包含由多晶硅制成的固定電阻器Rs和多個(gè)可變電阻性元件rj，其串聯(lián)連接，如圖12中所示。換而言之，如果每一可變電阻器Rv包含串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件，并且每一可變電阻性元件具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值，那么就是可以的。例如，假設(shè)為了實(shí)現(xiàn)1.1kQ作為圖12中的可變電阻器Rv的電阻值，將IkQ的多晶硅(固定電阻器Rs)與多個(gè)總電阻值被設(shè)置為I Ω的可變電阻性元件rj組合。在這種情況下，即使如果在制造之后發(fā)現(xiàn)多晶硅具有1%的工藝變化并且可變電阻器Rv具有999 Ω的電阻值，也可以通過設(shè)置外部信號(hào)使得多個(gè)可變電阻性元件rj的電阻值從I Ω改變?yōu)? Ω，來將可變電阻器Rv的總電阻值設(shè)置為1.1kQ0(2)第二變型例在上述的實(shí)施例中，已經(jīng)描述了其中可變電阻性元件rj是MTJ元件的示例，但本發(fā)明不限于此。例如，可變電阻性元件rj可以是GMR (巨磁致電阻)元件。GMR元件不同于MTJ元件之處在于使用非磁性膜代替隧道絕緣膜。換而言之，GMR元件具有磁性膜、非磁性膜和磁性膜的三層結(jié)構(gòu)。例如，可以采用Co作為磁性膜，并且可以采用Cu作為非磁性膜。磁性膜的材料并不限于Co，而且可以使用由含有Fe或Co的一般性合金或高自旋極化材料諸如Heusler合金或氧化物磁性材料制成的磁性膜。非磁性膜的材料并不限于Cu,并且可以采用例如Ag或Cr等。也即，可以采用常規(guī)的HDD讀取頭等中形成的GMR元件的配置。同時(shí)，由于隧道電流流過，因此MTJ元件具有如圖13中所示的非線性1-V特性。另一方面，GMR元件具有如圖14中所示的線性1-V特性。在上述的實(shí)施例中，由于兩個(gè)或更多個(gè)MTJ元件串聯(lián)連接，因此施加到一個(gè)MTJ元件的分壓降低，并因此減輕了非線性。然而，例如，在模擬輸入信號(hào)具有高的頻率并因此1-V特性的非線性變得有問題時(shí)，期望使用GMR元件代替MTJ元件。結(jié)果，獲得圖14的線性1-V特性。另外，由于MJT元件利用隧道電阻，因此其電阻值的絕對(duì)值以指數(shù)方式取決于隧道絕緣膜的厚度。另一方面，其中每一層由金屬膜形成的GMR元件可以容易地獲得低電阻。然而，由于GMR元件在MR比方面比MTJ元件小，因此需要利用具有高自旋極化比的磁性薄膜諸如Heusler合金來增加MR比。換而言之，用作可變電阻性元件rj的磁致電阻元件的類型是任意的。利用象MTJ元件或GMR元件那樣的其電阻值根據(jù)磁化狀態(tài)改變?yōu)閮煞N值中的任何一個(gè)的磁致電阻元件，可以實(shí)現(xiàn)用于可變地控制可變電阻器Rv的電阻值的數(shù)字控制。(3)第三變型例可變地控制MTJ元件(磁致電阻元件)的磁化狀態(tài)的方法是任意的。例如，可以使用自旋注入磁化反轉(zhuǎn)(spin-1njection magnetization reversal)技術(shù),其通過控制供應(yīng)到MTJ元件的電流的幅度或方向來改變MTJ元件的磁化狀態(tài)。在采用自旋注入磁化反轉(zhuǎn)技術(shù)時(shí),如圖15中所示地,提供用于選擇性地供應(yīng)電流到MTJ元件的選擇晶體管Ts。在該示例中，重寫電路40根據(jù)外部信號(hào)控制每一選擇晶體管Ts的導(dǎo)通/關(guān)斷，并且MTJ元件的磁化狀態(tài)(電阻值)根據(jù)通過切換到導(dǎo)通狀態(tài)的選擇晶體管Ts供應(yīng)的電流而改變。下面將進(jìn)行更加具體的說明。接著，將結(jié)合如圖16中所示的特定MTJ元件進(jìn)行說明。如圖16中所示，第一選擇晶體管Tsl、特定MTJ元件rjx、以及第二選擇晶體管Ts2串聯(lián)連接在第一電源線111和第二電源線112之間，第一電位Vl被施加到第一電源線111，第二電位V2被施加到第二電源線112。第一選擇晶體管Tsl被被布置在第一電源線111和MTJ元件rjx之間。第一選擇晶體管Tsl的柵極連接到與MTJ元件rjx對(duì)應(yīng)的字線101。第二選擇晶體管Ts2被被布置在第二電源線112和MTJ元件rjx之間。第二選擇晶體管Ts2的柵極連接到與MTJ元件rjx對(duì)應(yīng)的位線102。換而言之，選擇晶體管Ts是用于執(zhí)行是否從電源線(111和112)供應(yīng)電流到MTJ元件rjx的切換的裝置。重寫電路40 (未示出)通過控制到MTJ元件rjx的電流供應(yīng)來改變MTJ元件rjx的磁化狀態(tài)。例如，假設(shè)從第一電源線111流向第二電源線112的預(yù)定幅度的電流被供應(yīng)到MTJ元件rjx。在這種情況下，重寫電路40首先選擇與MTJ元件rjx對(duì)應(yīng)的字線101和位線102。結(jié)果，第一選擇晶體管Tsl和第二選擇晶體管Ts2轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并因此形成從第一電源線111通過MTJ元件rjx到第二電源線112的電流路徑。然后重寫電路40設(shè)置第一電位Vl和第二電位V2的值以使得預(yù)定幅度的電流可以從第一電源線111流向第二電源線112 (在這種情況下，V1>V2)。結(jié)果，從第一電源線111流向第二電源線112的預(yù)定幅度的電流被供應(yīng)到MTJ元件rjx，并因此MTJ元件rjx的磁化狀態(tài)根據(jù)該電流而改變。另外，例如，假設(shè)從第二電源線112流向第一電源線111的預(yù)定幅度的電流被供應(yīng)到MTJ元件rjx。在這種情況下，重寫電路40首先選擇與MTJ元件rjx對(duì)應(yīng)的字線101和位線102。然后重寫電路40設(shè)置第一電位Vl和第二電位V2的值以使得預(yù)定幅度的電流可以從第二電源線112流向第一電源線111 (在這種情況下，V2>V1)。結(jié)果，從第二電源線112流向第一電源線111的預(yù)定幅度的電流被供應(yīng)到MTJ元件rjx,并因此MTJ元件rjx的磁化狀態(tài)根據(jù)該電流而改變。例如，在根據(jù)外部信號(hào)將“磁化反平行”指定作為MTJ元件rjx的磁化狀態(tài)時(shí)，重寫電路40控制第一選擇晶體管Tsl和第二選擇晶體管Ts2的導(dǎo)通/關(guān)斷，并控制第一電源線111和第二電源線112的電位，以使得MTJ元件rjx的磁化狀態(tài)改變?yōu)椤按呕雌叫小?。另外，例如，在根?jù)外部信號(hào)將“磁化平行”指定作為MTJ元件rjx的磁化狀態(tài)時(shí)，重寫電路40控制第一選擇晶體管Tsl和第二選擇晶體管Ts2的導(dǎo)通/關(guān)斷，并控制第一電源線111和第二電源線112的電位，以使得MTJ元件rjx的磁化狀態(tài)改變?yōu)椤按呕叫小?。在此，作為示例已?jīng)描述了特定的MTJ元件rjx，然而可以類似地應(yīng)用其他MTJ元件rj。圖15和16的配置是示例，并且字線101和位線102的連接方法不限于此。換而言之，如果采用其中通過選擇性地供應(yīng)電流到MTJ元件rj來可變地設(shè)置MTJ元件rj的磁化狀態(tài)的配置,則這就足夠了。(4)第四變型例在MTJ元件中可以包括任意磁性膜。例如，可以使用具有垂直磁化的薄膜作為磁性膜，如圖17中所示。在這種情況下，可以采用其中Co或Fe含有Pt或Pd的垂直膜作為磁性膜，并且可以采用含有Gd或Tb等的垂直膜作為磁性膜。作為可變地控制磁化狀態(tài)的方法，可以采用如圖17中所示的其中通過改變流過被布置在MTJ元件附近的寫入線的電流的幅度或方向來改變MTJ元件的磁化狀態(tài)的方法。也即，通過將由于流過寫入線的電流而生成的磁場(chǎng)(從寫入互連向外部泄露的磁場(chǎng))施加到MTJ元件，可以改變MTJ元件的磁化狀態(tài)。配置不限于此，例如，可以通過上述的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)技術(shù)來改變MTJ元件的磁化狀態(tài)。(5)第五變型例在上述的實(shí)施例中，形成被包括在可變電阻器Rv中的多個(gè)單獨(dú)的MTJ元件rj的膜在面積值方面是不同的(在電阻值方面是不同的)。然而，本發(fā)明不限于此，并且形成被包括在可變電阻器Rv中的多個(gè)單獨(dú)的MTJ元件rj的膜可以被設(shè)置為具有相同的面積值。然而，在如上述實(shí)施例中那樣，采用其中形成被包括在可變電阻器Rv中的多個(gè)單獨(dú)的MTJ元件rj的膜在面積值方面不同的配置時(shí)，與其中形成多個(gè)單獨(dú)的MTJ元件rj的膜被設(shè)置為具有相同的面積值的配置相比，可以以更多步進(jìn)的方式調(diào)節(jié)可變電阻器Rv的電阻值。(6)第六變型例在上述的實(shí)施例中，已經(jīng)描述了其中使用作為磁致電阻元件的MTJ元件作為被包括在可變電阻器Rv中的可變電阻性元件rj的示例。然而，本發(fā)明并不限于此，并且被采用作為可變電阻性元件rj的元件的類型是任意的。換而言之，如果所述多個(gè)可變電阻器Rv中的每一包括串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件rj，并且每一所述可變電阻性元件rj具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值，那么就是可以的。并且，如果構(gòu)成輸入到重寫電路40的外部信號(hào)的多個(gè)控制信號(hào)中的每一個(gè)通過多個(gè)位表示，所述多個(gè)位以一對(duì)一的方式與被包含在相應(yīng)的可變電阻器Rv中的多個(gè)可變電阻性元件rj對(duì)應(yīng)，并且根據(jù)與可變電阻性元件rj對(duì)應(yīng)的位將每一個(gè)可變電阻性元件rj設(shè)置為兩種類型中的電阻值中的任意一個(gè)，那么就是可以的。另外，每一個(gè)可變電阻性元件Rv中包含的可變電阻性元件rj的數(shù)目是任意的，并且可以根據(jù)期望制造的AD轉(zhuǎn)換器100的分辨率而定。根據(jù)至少一個(gè)上述實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括電壓生成單元和多個(gè)比較器。電壓生成單元被配置來利用多個(gè)可變電阻器對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓，以生成多個(gè)比較電壓。所述多個(gè)比較器中的每一個(gè)被配置來將所述多個(gè)比較電壓中的任意一個(gè)與模擬輸入電壓進(jìn)行比較，并基于比較結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)。所述多個(gè)可變電阻器中的每一個(gè)包括串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件，并且所述多個(gè)可變電阻性元件中的每一個(gè)具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值。因此，可以實(shí)現(xiàn)高的轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)抑制電路尺寸。盡管已經(jīng)描述了某些特定實(shí)施例，但是這些實(shí)施例僅作為示例呈現(xiàn)，并且并不意圖限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，在此描述的新穎的實(shí)施例可以以各種其它形式實(shí)施；此外，在這里所描述的實(shí)施例的形式中可以進(jìn)行各種省略、替換和改變而不偏離本發(fā)明的精神。所附權(quán)利要求及其等同物意圖覆蓋將落在本發(fā)明范圍和精神內(nèi)的這些形式或變型。
權(quán)利要求
1.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括 電壓生成單元，被配置來通過多個(gè)可變電阻器來對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓，以生成多個(gè)比較電壓；以及 多個(gè)比較器，所述多個(gè)比較器中的每一個(gè)被配置來將所述多個(gè)比較電壓中的任意一個(gè)與模擬輸入電壓進(jìn)行比較，并基于該比較電壓和所述模擬輸入電壓之間的比較結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)， 其中，所述多個(gè)可變電阻器中的每一個(gè)包括串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件，并且所述多個(gè)可變電阻性元件中的每一個(gè)具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 其中所述外部信號(hào)包括多個(gè)控制信號(hào)，所述多個(gè)控制信號(hào)以一對(duì)一的方式與所述多個(gè)可變電阻器對(duì)應(yīng)， 所述控制信號(hào)中的每一個(gè)由多個(gè)位表示，所述多個(gè)位以一對(duì)一的方式與相應(yīng)的可變電阻器中所包括所述多個(gè)可變電阻性元件對(duì)應(yīng)，以及 所述多個(gè)可變電阻性元件中的每一個(gè)被根據(jù)與相應(yīng)的可變電阻性元件對(duì)應(yīng)的位設(shè)置為兩種類型的電阻值中的任意一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 其中形成被包括在所述可變電阻器中的所述多個(gè)可變電阻性元件的膜在面積值方面是不同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 其中所述可變電阻性元件是磁致電阻元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 其中所述磁致電阻元件是磁隧道結(jié)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 其中所述磁致電阻元件是巨磁致電阻元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，還包括 重寫電路，被配置來根據(jù)所述外部信號(hào)可變地設(shè)置所述磁致電阻元件的電阻值， 其中在通過流過相應(yīng)信號(hào)線的電流生成的磁場(chǎng)被施加到所述磁致電阻元件時(shí),磁致電阻元件的磁化狀態(tài)改變，使得該磁致電阻元件的電阻值改變，以及所述重寫電路根據(jù)所述外部信號(hào)控制流過該信號(hào)線的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，還包括 重寫電路，被配置來根據(jù)所述外部信號(hào)可變地設(shè)置所述磁致電阻元件的電阻值；以及 選擇晶體管，被配置來執(zhí)行是否將電流從電源線供應(yīng)到所述磁致電阻元件的切換， 其中，利用通過被切換到導(dǎo)通狀態(tài)的所述選擇晶體管供應(yīng)的電流改變所述磁致電阻元件的磁化狀態(tài)，使得所述磁致電阻元件的電阻值改變，以及 所述重寫電路根據(jù)所述外部信號(hào)控制所述選擇晶體管的導(dǎo)通/關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括電壓生成單元以及多個(gè)比較器。電壓生成單元被配置來利用多個(gè)可變電阻器對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓，以生成多個(gè)比較電壓。所述多個(gè)比較器中的每一個(gè)被配置來將所述多個(gè)比較電壓中的任意一個(gè)與模擬輸入電壓進(jìn)行比較，以及基于比較電壓和模擬輸入電壓之間的比較結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)。所述多個(gè)可變電阻器中的每一個(gè)包括串聯(lián)連接的多個(gè)可變電阻性元件，并且所述多個(gè)可變電阻性元件中的每一個(gè)具有根據(jù)外部信號(hào)可變地設(shè)置的電阻值。
文檔編號(hào)H03M1/12GK103023500SQ20121022417
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者丸亀孝生, 棚本哲史, 木下敦寬, 井口智明, 鈴木正道, 齊藤好昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝