[發(fā)明專利]非易失性存儲設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110423365.1
• 申請日: 2007-09-04
• 公開（公告）號: CN102496387A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李光振;郭忠根;金杜應(yīng)
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: G11C16/10
• 分類號: G11C16/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 侯廣

本案是申請日為2007年9月4日、申請?zhí)枮?00710149020.5、發(fā)明名稱為“非易失性存儲設(shè)備和相關(guān)操作方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施例通常涉及非易失性存儲設(shè)備和相關(guān)操作方法。更具體地來說，本發(fā)明的實施例涉及非易失性存儲設(shè)備和相關(guān)編程方法。

背景技術(shù)

多種非易失性存儲設(shè)備采用電阻材料來存儲數(shù)據(jù)。例如，相變隨機存取存儲器(PRAM)、電阻RAM(RRAM)、電鐵體RAM(FRAM)、和磁性RAM(MRAM)者采用電阻材料來存儲數(shù)據(jù)。與通過使用電荷來存儲數(shù)據(jù)的、諸如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)和閃存等的其它形式的存儲器相反，使用電阻材料的設(shè)備趨向于通過物理改變電阻材料來存儲數(shù)據(jù)。例如，PRAM通常使用諸如硫?qū)倩锖辖?chalcognide?alloy)等的相變材料的不同狀態(tài)來存儲數(shù)據(jù)，RRAM通常采用可變電阻材料的不同電阻值來存儲數(shù)據(jù)，F(xiàn)RAM通常采用鐵電體材料的極化現(xiàn)象來存儲數(shù)據(jù)，而MRAM通常響應(yīng)鐵電體材料的磁化狀態(tài)，使用磁隧道結(jié)(MTJ)薄膜的電阻變化來存儲數(shù)據(jù)。

為了說明一種可以將電阻材料用于存儲數(shù)據(jù)的方法，現(xiàn)在將更具體地描述示例性的PRAM。PRAM中的相變材料，通常為硫?qū)倩铮軌蛟诜蔷嗯c晶相之間穩(wěn)定地轉(zhuǎn)變。非晶相和晶相(或態(tài))呈現(xiàn)不同電阻值，所述不同電阻值用于區(qū)別存儲設(shè)備中的存儲單元的不同邏輯狀態(tài)。具體來說，非晶相呈現(xiàn)較高電阻，而晶相呈現(xiàn)較低電阻。

PRAM使用非晶態(tài)來表示邏輯“1”(或數(shù)據(jù)“1”)，而使用晶態(tài)來表示邏輯“0”(或數(shù)據(jù)“0”)。在PRAM設(shè)備中，晶態(tài)稱為“置位狀態(tài)”，而非晶態(tài)稱為“復(fù)位狀態(tài)”。因此，PRAM中的存儲單元通過將存儲單元中的相變材料設(shè)定為晶態(tài)來存儲邏輯“0”，而存儲單元通過將相變材料設(shè)定為非晶態(tài)來存儲邏輯“1”。例如，在美國專利號6,487,113和6,480,438中公開了各種PRAM設(shè)備。

通過將相變材料加熱到高于預(yù)定熔化溫度的第一溫度，然后快速冷卻該材料，PRAM中的相變材料被轉(zhuǎn)換到非晶態(tài)。通過在低于熔化溫度而高于結(jié)晶溫度的第二溫度將相變材料持續(xù)加熱一段時間，相變材料被轉(zhuǎn)換到晶態(tài)。因此，通過如上所述的加熱和冷卻，在非晶態(tài)與晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換PRAM的存儲單元中的相變材料，從而將數(shù)據(jù)編程到PRAM中的存儲單元。

PRAM中的相變材料通常包括包含鍺(Ge)、銻(Sb)、和碲(Te)的化合物，即，“GST”化合物。GST化合物非常適合PRAM，因為其可以通過加熱和冷卻在非晶態(tài)與晶態(tài)之間快速轉(zhuǎn)變。除了GST化合物之外，或作為GST化合物的替換，也可以在相變材料中使用各種其它的化合物。其它化合物的例子包括但并不局限于諸如GaSb、InSb、InSe、Sb₂Te₃和GeTe等的兩種元素化合物，諸如GeSbTe、GaSeTe、InSbTe、SnSb₂Te₄和InSbGe等的三種元素化合物，或諸如AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)和Te₈₁Ge₁₅Sb₂S₂等的四種元素化合物。

PRAM中的存儲單元稱為“相變存儲單元”。相變存儲單元通常包括上電極、相變材料層、下電極觸點、下電極、和存取晶體管(access?transistor)。通過測量相變材料層的電阻在相變存儲單元上執(zhí)行讀操作，并且通過如上所述加熱并冷卻相變材料層在相變存儲單元上執(zhí)行編程操作。

一般而言，通過將電“置位”或“復(fù)位”脈沖施加到電極，以便將相變材料層改變到“置位”或“復(fù)位”狀態(tài)，從而進行編程操作。通常，將數(shù)據(jù)“0”編程到存儲單元所需要的時間大約是將數(shù)據(jù)“1”編程到存儲單元所需要的時間的5倍。例如，編程數(shù)據(jù)“0”所需要的時間可以大概為600納秒，而編程數(shù)據(jù)“1”所需要的時間可以大概為120納秒。

遺憾的是，傳統(tǒng)PRAM設(shè)備可以同時接收多位的輸入，卻不能將所述位同步編程到相應(yīng)存儲單元。例如，PRAM可以通過多個管腳接收16個輸入，但是PRAM不能同步訪問16個相變存儲單元。導(dǎo)致這個缺陷的一個原因如下：如果編程一個相變存儲單元需要1毫安的電流，那么同步編程16個相變存儲單元就需要16毫安的電流。此外，如果驅(qū)動電路提供電流的效率為10％，那么實際上同步編程16個存儲單元就需要160毫安的電流。但是，通常都沒有將傳統(tǒng)PRAM設(shè)備配備成提供如此高值的電流。