[發明專利]包括刷新操作的電阻式存儲器

有效

• 申請號: 200710187514.2
• 申請日: 2007-11-21
• 公開（公告）號: CN101188141A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 托馬斯·哈普;揚·鮑里斯·菲利普
• 申請（專利權）人: 奇夢達北美公司
• 主分類號: G11C11/56
• 分類號: G11C11/56;G11C11/06
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余剛;尚志峰

背景技術

一類存儲器是電阻式存儲器。電阻式存儲器利用存儲單元的電阻值來存儲一位或多位數據。例如，被編程為具有高阻值的存儲元件可以表示邏輯“1”數據比特值，以及被編程為具有低電阻值的存儲元件可以表示邏輯“0”數據比特值。典型地，通過將電壓脈沖或電流脈沖施加到存儲元件來電切換存儲元件的電阻值。

一類電阻式存儲器是相變存儲器。相變存儲器在電阻式存儲元件中使用相變材料。相變材料呈現至少兩種不同的狀態。相變材料的狀態可以被稱為非晶態和晶態，非晶態涉及更無序的原子結構，以及晶態涉及更有序的晶格。非晶態通常比晶態呈現更高的電阻率。并且，一些相變材料呈現多晶態(例如，面心立方晶格(FCC)狀態和六方密堆積(HCP)狀態)，其具有不同的電阻率且可以被用于存儲數據比特。在以下描述中，非晶態通常指具有較高電阻率的狀態，而晶態通常指具有較低電阻率的狀態。

可以可逆地引起相變材料中的相變。以這種方式，響應于溫度變化，存儲器可以從非晶態轉變為晶態，以及從晶態轉變為非晶態。可以通過驅動電流穿過相變材料自身或通過驅動電流穿過臨近相變材料的電阻加熱器來實現相變材料的溫度變化。用這兩種方法，相變材料的可控加熱導致相變材料中可控的相變。

包括具有由相變材料所制成的多個存儲單元的存儲陣列的相變存儲器可被編程以利用相變材料的存儲狀態來存儲數據。一種在這種相變存儲裝置中讀取和寫入數據的方式是控制被施加到相變材料的電流和/或電壓脈沖。電流和/或電壓的級別通常對應于每個存儲單元中的相變材料內所感應的溫度。

為了得到較高密度的相變存儲器，相變存儲單元可以存儲多比特數據。可以通過將相變材料編程為具有中間電阻值或狀態來實現相變存儲單元中的多比特存儲，多比特或多級相變存儲單元可以被寫成兩種以上的狀態。如果相變存儲單元被編程為三個不同電阻級別中的一個，則每個單元可以存儲1.5比特的數據。如果相變存儲單元被編程為四個不同電阻級別中的一個，則每個單元可以存儲兩個比特的數據，等等諸如此類。為了將相變存儲單元編程為中間電阻值，通過適當的寫入策略，控制與非晶態材料共存的晶態材料的總量，由此控制單元電阻。為了簡單起見，在此公開中的描述基本上集中在四個不同電阻級別或狀態并且每個單元兩個比特數據。這僅是為了示例性的目的，然而，并不意味著限制本發明的范圍。原則上，存儲三個或多個狀態是可能的。

相變存儲器的數據保持性能強烈地取決于存儲器的溫度隨時間的變化。典型地，對于非易失性存儲器，在操作溫度達到85℃的情況下，確保數據保持十年以上。數據保持主要是材料的特性，且取決于相變材料的結晶溫度。例如，對于Ge₂Sb₂Te₅，在操作溫度達到105℃至110℃情況下，數據保持性能是大約十年。然而，對于許多應用，這個溫度規范是不夠的。例如，在汽車應用中，可能超出這個溫度規范。同樣，通常存儲裝置不僅是在恒定的環境溫度下被操作，而且要經歷環境溫度中的巨大改變。例如，用于汽車的發動機控制器的存儲裝置基于發動機是否運轉而經歷溫度極限。在這種情況下，存儲裝置的數據保持并不受瞬間的溫度(在一定限度內)或平均溫度如此強烈地影響，而是被由存儲裝置所增加的溫度收支所影響。此外，數據保持在多比特相變存儲單元中比在單比特相變存儲單元中更關鍵。

此外，當使用典型的讀取操作讀取相變存儲單元的電阻值時，存在讀取干擾的風險，讀取干擾引起相變材料的額外結晶。相變材料的額外結晶可以改變存儲單元的電阻值且破壞存儲在其中的數據。

出于這些和其他原因，存在本發明的需求。

發明內容

一個實施例提供了存儲裝置。存儲裝置包括電阻式存儲單元陣列、具有基于溫度的增量步長的計數器和用于響應于計數器超過預置值來刷新存儲單元的電路。

附圖說明

附圖被包括以提供對本發明的進一步理解，并且這些附圖被并入且構成該說明書的一部分。附圖示出了本發明的實施例，并且與描述一起用于解釋本發明的原理。本發明的其它實施例以及本發明的許多預期的優點將很容易理解，通過參照以下詳細描述其變得更易于理解。附圖中的元件未必彼此按比例繪出。相同的參考標號表示相應的相似部件。

圖1是示出了存儲裝置的一個實施例的框圖；

圖2是示出了處于四種不同狀態的多比特或多級相變存儲單元的一個實施例的示意圖；

圖3是示出將相變存儲單元的電阻狀態置位的一個實施例的曲線圖；

圖4是示出兩個不同試驗的保持時間相對溫度的一個實施例的圖表；