[發(fā)明專利]一種新型的高密度多值相變存儲器的存儲方案

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810040931.9
• 申請日: 2008-07-24
• 公開（公告）號: CN101359502A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林殷茵;吳雨欣;張佶;薛曉勇;徐樂;胡倍源;廖啟宏
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學
• 主分類號: G11C11/56
• 分類號: G11C11/56;G11C16/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高密度多值相變存儲器的存儲方案。?

背景技術(shù)

存儲器在半導(dǎo)體市場中占有重要的地位，由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，不揮發(fā)存儲器在整個存儲器市場中的份額也越來越大，其中90％以上的份額被FLASH占據(jù)。目前，F(xiàn)lash大行其道的主要原因在于其存儲密度高(尤其是實現(xiàn)多值存儲后，Multilevel)、工藝成熟，以致單位容量的制作成本低。然而Flash存在著抗疲勞特性不好，只能進行“塊”寫/擦除操作，所需電壓高(甚至需要電荷泵或雙電源)等缺點。而且，F(xiàn)lash受制于自身的機制，如SILC(Stress?Induced?Leakage?Currents)等的影響，其特征尺寸將很難縮小到45nm以下。這就迫使人們尋找性能更為優(yōu)越的下一代不揮發(fā)存儲器。其中，相變存儲器由于其讀寫性能、抗疲勞特性(Endurance)好，工藝簡單，成本低，與CMOS工藝兼容性好以及尺寸易于進一步縮小等優(yōu)點脫穎而出，成為有望取代Flash的佼佼者。?

圖1是已被報道的相變材料的I-V特性曲線的示意圖^[1]，由圖中可以看到相變材料具有兩個不同的穩(wěn)態(tài)：一個是曲線101所示的晶態(tài)，即Set?State，具有較低的電阻；另一個是曲線102所示的非晶態(tài)，即Reset?State，具有較高的電阻。而相變存儲器正是基于相變材料具有的這兩種不同的狀態(tài)來存儲0和1。圖2是相變材料的阻值和編程電流幅值的關(guān)系^[1]。從圖中可以看出，盡管初始的狀態(tài)(201和202)有所不同，但一旦電流增大到一定值，相變材料的阻值立刻降到晶態(tài)電阻的水平(203)。很明顯，此時材料晶化了。不同初值的兩條曲線在此低阻范圍內(nèi)十分接近，說明晶化時材料的最終狀態(tài)與初態(tài)關(guān)系不大，主要取決于SET的電流脈沖。同樣，對于右側(cè)的曲線變化可以看到，在電流繼續(xù)增大的情況下，兩種狀態(tài)都有非晶化的趨勢而最終的狀態(tài)趨于一致：都為高阻態(tài)(204)。這說明：材料的非晶化，也和初態(tài)無關(guān)，而由RESET脈沖決定。總之，相變材料具有直接編寫特性，最終的阻值和狀態(tài)與初始狀態(tài)無關(guān)，只由施加的激勵脈沖決定。?

圖3是一個傳統(tǒng)的1T1R結(jié)構(gòu)(即存儲單元由一個晶體管(1T)和一個相變材料(1R)構(gòu)成)的存儲單元和存儲陣列的示意圖^[2]。可以看到，每個存儲單元(301)都是由一個相變材料(302)和一個PNP的三極管(303)構(gòu)成的。而許多個存儲單元有序地排列便組成了一個相變存儲陣列。對相變存儲陣列進行讀寫時，先通過譯碼器選中相應(yīng)的存儲單元，然后在位線上加相應(yīng)的電流來實現(xiàn)。?