CN114329637B 物理不可克隆函数的架构和方法 （格芯(美国)集成电路科技有限公司）

司本发明涉及物理不可克隆函数的架构和方间串联的多个并联的第一存取晶体管和一第一联的多个并联的第二存取晶体管和一第二可变换到编程状态(其中，一个电阻器已经切换到第二电阻状态并且存储位)。离散的第一和第二读现与第一和第二可变电阻器相关联的离散读取2其中，所述存储单元在初始化模式中可操作，用于从未编程状其中，在所述随机编程状态中，所述第一可变电阻器和所处于不同于所述第一电阻状态的第二电阻状态，以及所述存储单元存储具有逻辑值的位，元还分别使用所述第一读取字线和所述第二读取字线执行第一读取过程和第二读取过程，其中，所述第一可变电阻器包括第一自旋转其中，所述第一电阻状态为与高于高电阻水平的电阻相其中，所述存储单元在初始化模式中可操作，用于从未编程状态到随机编程3其中，在所述随机编程状态中，所述第一可其中，所述随机过程变量决定所述多个可变电阻器中的哪其中，所述外围电路被配置成响应于来自所述控制器的控制信号，其中，所述存储单元在所述初始化模式中的所述操作包括其中，在所述未编程状态中，所述存储单元的所述多个可其中，在所述随机编程状态中，所述第一可变电阻器和所其中，所述存储单元中的所述写入过程是由对连接到所4其中，所述外围电路还被配置成响应于来自所述控制器其中，在所述操作只读模式中的所述存储单元的所述操作包括作还包括导致分别使用连接到所述存储单元的所述第一读取字线和所述第二读取字线在其中，所述第一电阻状态为与高于高电阻水平的电阻相其中，在所述初始化模式中各存储单元的操作包括导致在程以实现所述存储单元从未编程状态到随机编程其中，在所述未编程状态中，所述存储单元的所述多个可其中，在所述随机编程状态中，所述第一可有逻辑值的位，所述逻辑值取决于任何的所述第一可变电阻器是否具有所述第二电阻状其中，在所述存储单元中执行所述写入过程的所述导致包括5其中，所述随机过程变量决定了所述多个可变电其中，所述电路还被配置成以操作只读模式操作已被编程在初始化模式中操作各存储单元，其中，在所述初始化其中，在所述初始化模式中的各存储单元的所述操作还存储单元的所述第一读取字线和所述第二读取字线在所述存储单元中执行第一读取过程其中，所述方法还包括以操作只读模式操作已被编程为其中，在所述未编程状态中，所述存储单元的所述多个可其中，在所述随机编程状态中，所述第一可变电阻器和所述逻辑值取决于所述第一可变电阻器是否处于所述第二其中，响应于所述位线和所述源线上的所述写入偏置条件的应其中，所述随机过程变量决定了所述多个可变电其中，所述第一可变电阻器包括第一自旋转6其中，所述第一电阻状态为与高于高电阻水平的电阻相其中，在所述未编程状态中，所述存储单元的所述多个可其中，在所述随机编程状态中，所述第一可其中，响应于所述位线和所述源线上的所述写入偏置条件的应其中，所述随机过程变量决定了所述多个可变电7[0002]随着物联网(IoT)对象的使用日益增多，无线通信和数据越来越容易受到各种安一存取晶体管和所述第一可变电阻器可在包含所述存储单元的列的位线和源线之间串联8储单元的行，所述第一存取晶体管的所述栅极可分别连接到公共写入字线和第一读取字和第二读取字线。所述方法实施例还可包括以初始化模式操作存储阵列中的各存储单元。所述位线和所述源线上应用写入偏置条件，并激活连接到所述存储单元的公共写入字线，[0009]图3A为示出存储单元和包括这种存储单元的阵列的电路(例如PUF)的实施例的示[0010]图3B为示出存储单元和包括这种存储单元的阵列的电路(例如，PUF)的替代实施[0011]图4A和4B分别为平行状态和反平行状态下的示例性自旋转移转矩型磁隧道结的9排列的存储单元110的阵列。阵列中的每个存储单元110包括一对n型场效应晶体管(NFET)作)期间被预充电时，所选存储单元110内的NFET111-112中的一[0046]已经开发了用于降低概率分布中心峰值的技术，特别是用于降低存储单元的频可变电阻器)，以及两个并联的第二存取晶体管和在位线和源线之间串联的第二可变电阻第一条线朝向第一方向，阵列中的单元的第二条线朝向基本上垂直于第一方向的第二方区段中的一个或多个第一可变电阻器和第二单元区段中的一个或多个第二一可变电阻器350.1(a)-(m)，在第二单元区段中包括多个并联的第二可变电阻器350.2子结处。为了便于说明，在每个存储单元310B中示出了三个并联的第一可变电阻如，双端可变电阻器可以根据施加到装置的第一和/或第二端子的写入偏置条件而在第一以是例如薄氧化物层，例如氧化镁(MgO)层、氧化铝(Al2O3)层(也称为氧化铝)或铁酸铋(BiFeO3[0057]根据施加到第一端子11和第二端子12的写入偏置条件，STT-MTJ可在两个电阻状态之间切换，这两个电阻状态包括反平行电阻(RAP)状态(也称为高电阻状态)和平行电阻[0059]本领域技术人员将认识到，PCM型可变电阻器采用具有两种不同可编程结构相的元区段中的两个并联的第一存取晶体管340.1a-b和第二单元区段中的两个并联的第二存管340.1a-b可以具有第一源极/漏极区域和第二源极/漏极区域。两个第一存取晶体管源极/漏极区域也可以电性连接，使得两个第一存取晶体管并联。两个第一存取晶体管340.1a-b的第一源极/漏极区域可以电性连接到位线321，并且两个第一存取晶体管340.1a-b的第二源极/漏极区域可以电性连接到第一可变电阻器350.1的第一端子(或者，[0065]第二单元区段中的并联的第二存取晶体管340.2a-b和第二可变电阻器350.2(或两个第二存取晶体管并联。两个第二存取晶体管340.2a-b的第一源极/漏极区域可以电性论和图4A-图4B所示，第一端子11位于自由铁磁层351处，第二端子12位于钉扎铁磁层352第二存取晶体管340.2a-b的栅极可分别连接到所述行的相同公共写入字线333和第二读取组350.1(a)-(m))和第二可变电阻器(或者，如果适用，并联的第二可变电阻器组350.2(a)-(m))可选择性地经受离散读取过程的读取偏置条件。换句话说，在每个存储单元栅极)使得第一可变电阻器和第二可变电阻器能够被驱动同时受到相同的写入偏压条件。存取晶体管并且具有由第一读取字线控制的栅极)启用仅与第一可变电阻器相关联的第一且具有由第二读取字线控制的栅极)仅启用与第二可变电阻器相关联的第[0069]为了实现这一点，控制器395可以被配置成在用于位串生成的操作只读模式中选位的随机编程状态的一次性编程(其中，存储位的0或1逻辑值是随机过程变量的函数，因接到所选存储单元的公共写入字线333(即，可以向公共写入字线333施加高正电压，例如定低电阻水平(其低于与RAP状态相关联的上述高电阻水平)的电阻。如果存储单元310B中的可变电阻器是STT-MTJ，则可以预先确定有限的写入偏置条件，使得理想情况下，第一STT-MTJ中的一个或多个或第二STT-MTJ中的一个或多个的电阻状态切换到RP状态(而不是条件，使得编程过程的结果将是:第一可变电阻器的R1小于第二可变电阻器的R2或第一可续时间，以确保在大多数(如果不是全部)根据设计制造的STTMTJ中达到RAP到RP切换的于随机过程变量而引起的Iwrite阈值变化的概率器350.2(a)-(m)的存储单元310B中，可以采用较低的电压电平和/或较短的脉冲持续时态以具有低于特定低电阻水平的电阻时，相对较大量的读取电流(Iread)将流过第一存取管全部关闭。当第二可变电阻器350.2(或，如果适用，任何并联的第二可变电阻器350.2[0081]感测电路393可被配置成在上述第一和第二读取过程期间感测源线323上的电流当存储单元中的可变电阻器的电阻高于特定的高电阻水平时的第一个预期Iread和当该可变电阻器的电阻低于特定的低电阻水平时的第二个预期Iread之间。因此，如果Iref高于电阻状态的读取偏置条件期间经受读取偏置条件的[0082]感测电路393还可以配置为将比较器360的输出从第一和第二读取过程传送到控置条件重复写入过程，并且进一步重复第一和第二读取过程以确认后续写入过程的成功。时间。偏置和/或时间的非常小的增量调整可用于尝试和捕捉由于最小工艺变化引起的电和第二可变电阻器的组合)处于切换电阻状态，可执行复位过程以将所有可变电阻器复位至其原始电阻状态，然后可使用具有较低电压电平和/或较短持续时间的不同正电压脉冲[0087]控制器395还可以配置成以操作只读模式操作所有已成功经历一次性编程的存储或多个并联的第一可变电阻器350.1(a)-(m)将切换到低电阻状态)并且第二可变电阻器阻状态)和第二可变电阻器350.2(或者，如果适用，一个或多个并联的第二可变电阻器线323的读取电流(Iread)输入与参考电流(Iref)输入进行比较。如果Iref高于Iread输入电阻将高于某个特定的高电阻水平501，而低电阻状态下的可变电阻器的电阻将低于某个位线和源线并由此同时施加到所有可变电阻器的两个端子(其最初处于相同的电阻状态)器或仅一个或多个并联的第二可变电阻器的切换，而不是两者的组合)。在初始化模式期给定随机过程变量的可能存在的存储单元、确定编程是否成功以及识别存储位的逻辑值。读取字线332)，并且同一行中的所有存储单元310、310B可以连接到所述行的字线。电路[0097]每个存储单元310A、310B可以是双胞单元存储单元(本文也称为双单元存储单元)，其包括连接在用于列的位线和源线之间的第一单元区段和连接用于所述列的相同位个存储单元310B可包括第一单元区段中的多个并联的第一可变电阻器350.1(a)-(m)和第别连接到所述行的公共写入字线333和第一读取字线331。两个并联的第二存取晶体管340.2a-b的栅极可分别连接到所述行的相同公共写入字线333和第[0101]在过程步骤604的初始化模式下对所选存储单元310A、310B的操作可包括在所选具有存储位的随机编程状态的一次性编程(其中，存储位的0或1逻辑值是随机过程变量的(a)-(m))和第二可变电阻器350.2(或者，如果适用，并联的有限写入偏置条件，使得第一可变电阻器350.1(a)-(m)中的至少一个或第二可变电阻器[0105]在过程步骤604的初始化模式下对所选存储单元310A、310B的操作还可包括在所[0106]在第一读取过程期间，读取偏置条件可应用于连接到所选存储单元的位线321和接到所选存储单元的第一读取字线331(即，可向第一读取字线331施加高正电压，例如以具有低于特定低电阻水平的电阻时，相对较大量的读取电流(Iread)将流过第一存取晶保持在高于特定高电阻水平时，很少或没有读取电流(Iread)将流过第一存取晶体管[0107]在第二读取过程期间，读取偏置条件可应用于连接到所选存储单元的位线321和全部关闭。当第二可变电阻器350.2(或者，如果适用，任何并联的第二可变电阻器350.2(Iread)将流过第二存取晶体管340.2b流向源线323。当第二可变电阻器350.2的电阻(或[0108]上述第一和第二读取过程都可包括感测(例如，使用比较器360)作为第一读取过程和作为第二读取过程的结果的源线323上的电流的任何变化，以便可以确认先前执行的读取电流(Iread)输入和来自参考电路的参考电流(Iref)输入。可将Iref设置在预定的电的第一个预期Iread与当该可变电阻器的电阻低于特定低电阻水平时的第二个预期Iread较器360的输出将指示在低电阻状态下的读取偏置条件期间经受读取偏置条件的至少一个[0109]在过程步骤604处的附加初始化模式处理可包括比较(例如，通过与比较器360通存储单元视为存储逻辑值为1的位。然而，如果第一可变电阻器350.1保持高电阻状态(或常小的增量调整可用于尝试和捕捉由于最小过程变量引起的电阻状态切换阈值的非常小存储单元310B中，一个或多个第一可变电阻器或一个或多个第二可变电阻器(但不是两者作只读模式操作存储单元310A、310B可包括在这些存储单元中的每一个中执行读取过程一读取过程。也就是说，读取偏置条件可以应用于连接到所选存储单元的位线321和源线阻状态下的可变电阻器的电阻将高于某个特定的高电阻水平501，而低电阻状态下的