[發(fā)明專利]編程電阻存儲單元的方法和裝置無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201110006817.6 | 申請日： | 2011-01-13 |
| 公開（公告）號： | CN102592667A | 公開（公告）日： | 2012-07-18 |
| 發(fā)明（設計）人： | 劉明;連文泰;龍世兵;劉琦;李穎弢;張森;王艷 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學院微電子研究所 |
| 主分類號： | G11C16/02 | 分類號： | G11C16/02;G11C16/34 |
| 代理公司： | 中科專利商標代理有限責任公司 11021 | 代理人： | 宋焰琴 |
| 地址： | 100029 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 編程 電阻 存儲 單元 方法 裝置 | ||
技術領域
本發(fā)明涉及微電子行業(yè)存儲器技術領域，尤其涉及一種編程電阻存儲單元的方法和裝置。
背景技術
由于便攜式電子設備的不斷普及，非揮發(fā)存儲器的市場需求迅速增長。閃存是目前非揮發(fā)存儲器市場上的主流器件。但隨著微電子技術節(jié)點不斷向前推進，基于電荷存儲機制的閃存技術遭遇諸如隧穿層不能隨技術發(fā)展無限減薄以及與嵌入式系統(tǒng)集成等嚴重的技術瓶頸，迫使人們尋求下一代新型非揮發(fā)存儲器。電阻隨機存儲器(Resistive?Random?AccessMemory)因其具有簡單的器件結(jié)構(gòu)、低壓低功耗操作、擦寫速度快和極佳的尺寸縮小性等優(yōu)勢，并且其材料與當前CMOS工藝兼容等特點引起高度關注。眾多的材料體系被報道具有電阻轉(zhuǎn)變特性，如有機材料，固態(tài)電解液材料，多元金屬氧化物，二元金屬氧化物等。在這些材料體系中，二元金屬氧化物(ZrO2、NiO、TiO2、Ta2O5、CuOx)等由于在組分精確控制、與CMOS工藝兼容性的潛在優(yōu)勢更加受到青睞。
圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術施加到電阻存儲單元的電脈沖的時序圖。以初始阻態(tài)為高阻態(tài)為例，一系列置位脈沖(101，102)與用于讀取電阻值大小的脈沖(103，104)交替地施加到RRAM器件上，若第一個置位脈沖101未能將電阻狀態(tài)置位到低于基準低電阻值，則隨后施加的置位脈沖102的脈寬相對于前一個置位脈沖的脈寬以指數(shù)規(guī)律增長。復位狀態(tài)與之類似。
圖2是本發(fā)明現(xiàn)有技術電阻存儲單元的I-V特性曲線的示意圖。由圖2可知，在I象限和III象限分別表示出初始阻態(tài)為高電阻時的置位狀態(tài)以及初始阻態(tài)為低電阻時的復位狀態(tài)，電壓掃描方向如圖中箭頭所示。置位時電壓掃描方向為201-202；復位時電壓掃描方向為203-204。在電脈沖作用下，電阻由較高阻態(tài)突變到一個較低阻態(tài)，稱作置位，此處的較低阻態(tài)的大小由該電阻存儲單元或陣列中置位后最大的低阻值確定。而在電脈沖作用下，電阻由較低阻態(tài)突變到一個較高阻態(tài)，稱作復位，此處的較高阻態(tài)的大小由該電阻存儲單元或陣列中復位后最小的高阻值確定。
圖3是本發(fā)明現(xiàn)有技術電阻存儲單元在多次掃描編程的示意圖。實驗中發(fā)現(xiàn)，置位和復位過程存在電壓漂移現(xiàn)象，置位和復位電壓是分布在一個區(qū)間范圍(Vs1-Vs4，Vr1-Vr4)而不是一個固定的數(shù)值點。因此電阻存儲單元在使用單一脈沖編程的過程中，一般為采用施加一個高于存儲單元或陣列最大置位電壓的電壓脈沖編程，以圖3為例，施加的置位脈沖必須大于Vs4，復位脈沖必須大于Vr4，才能確保編程成功。即使對于同一存儲單元，由于工藝偏差等因素，同樣存在置位與復位電壓不均等的現(xiàn)象。
目前，通常采用最大化編程電脈沖來復位或置位電阻存儲單元。雖然可以保證編程成功，但電阻存儲單元在重復編程過程中，其電阻值不斷在高低阻態(tài)之間來回循環(huán)編程，對于很多存儲單元，最大化編程電脈沖會使得很多單元存在“過編程現(xiàn)象”，多余的電壓或電流不斷施加到存儲單元上，將大大降低器件反復擦寫的能力。
圖4A是電阻存儲單元中理想化的單極型電流電壓曲線，圖4B是電阻存儲單元中理想化的雙極型電流電壓曲線，電阻的轉(zhuǎn)變發(fā)生在同一極性上，稱為單極性轉(zhuǎn)變；如圖4中，403-404為置位掃描曲線，401-402為復位掃描曲線，可以看到置位和復位發(fā)生在同一極性上。對于單極型電阻存儲單元，因為在置位和復位中采取的電脈沖具有相似性，復位成功后，不及時停止對器件的脈沖激勵很容易在余下的復位脈沖中發(fā)生二次置位。圖5為本發(fā)明現(xiàn)有技術在單極型電阻存儲單元中采用最大編程電脈沖發(fā)生的置位復位不穩(wěn)定現(xiàn)象的示意圖。上述置位與復位交叉的不穩(wěn)定現(xiàn)象對于器件反復擦寫極為不利，容易導致器件失效。
在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人意識到現(xiàn)有技術存在如下缺陷：采用最大化編程電脈沖來復位和置位電阻存儲單元所產(chǎn)生的“過編程現(xiàn)象”，將大大降低器件反復擦寫的能力。
發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術問題
為解決上述缺陷，本發(fā)明提供了一種編程電阻存儲單元的方法和裝置，以提高器件反復擦寫的能力，提高電阻存儲單元的使用壽命。
(二)技術方案
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