[發(fā)明專利]阻變存儲(chǔ)設(shè)備及其操作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110439905.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN103177761A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康晉鋒;陳冰;傅亦晗;高濱;呂陽;張飛飛;劉力鋒;劉曉彥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G11C16/10
• 分類號(hào): G11C16/10;G11C16/14;G11C16/24
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體集成電路，具體涉及一種可以存儲(chǔ)信息的阻變存儲(chǔ)設(shè)備及其操作方法。

背景技術(shù)

目前，阻變存儲(chǔ)器(ReRAM)是一種利用電阻值變化來存儲(chǔ)信息的新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，它具有高速度(＜5ns)、低操作電壓(＜1V)，高存儲(chǔ)密度、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，因此成為了下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。

這種阻變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元一般具有金屬-絕緣體-金屬(MIM)的結(jié)構(gòu)，即在兩層金屬電極之間加入一層具有阻變特性的介質(zhì)薄膜材料。這些阻變材料一般是金屬氧化物，常見的有NiO，TiO₂，HfO₂，ZrO₂，WO₃，Ta₂O₅等。阻變存儲(chǔ)器的工作方式包括單極性和雙極性兩種。單極性工作方式是指在器件兩端施加單一極性的電壓，利用外加電壓大小不同控制阻變材料的電阻值在高低電阻態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和/或擦除。雙極性工作方式是通過施加不同極性的電壓來控制阻變材料電阻值的轉(zhuǎn)換。通常，將阻變材料由高阻態(tài)到低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為編程(program)或者設(shè)置(SET)，由低阻態(tài)到高阻態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為擦除(erase)或者重置(RESET)。

盡管阻變存儲(chǔ)器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是為了滿足通用存儲(chǔ)器的要求，需要其擦寫(轉(zhuǎn)換)次數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量級(jí)，例如10¹²以上。但是目前的阻變存儲(chǔ)器的擦寫(轉(zhuǎn)換)次數(shù)在10⁹以下。

發(fā)明內(nèi)容

本技術(shù)的目的是提出一種能夠提高擦寫次數(shù)的阻變存儲(chǔ)設(shè)備及其操作方法。

根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例，提出了一種阻變存儲(chǔ)設(shè)備，包括：設(shè)置成矩陣形式的多個(gè)阻變存儲(chǔ)單元，每個(gè)阻變存儲(chǔ)單元包括開關(guān)元件和阻變器件，所述開關(guān)元件控制端連接字線，一端連接阻變器件，另一端連接位線；字線解碼器，對(duì)輸入的地址信號(hào)進(jìn)行解碼，導(dǎo)通至少一個(gè)阻變存儲(chǔ)單元中的開關(guān)元件；驅(qū)動(dòng)電路，通過位線與所述開關(guān)元件的導(dǎo)通同步地向所述阻變器件兩端施加前沿緩慢變化的電壓脈沖。

根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例，提出了一種操作阻變存儲(chǔ)設(shè)備的方法，所述阻變存儲(chǔ)設(shè)備包括設(shè)置成矩陣形式的多個(gè)阻變存儲(chǔ)單元，每個(gè)阻變存儲(chǔ)單元包括開關(guān)元件和阻變器件，所述開關(guān)元件控制端連接字線，一端連接阻變器件，另一端連接位線，所述方法包括步驟：對(duì)輸入的地址信號(hào)進(jìn)行解碼，導(dǎo)通至少一個(gè)阻變存儲(chǔ)單元中的開關(guān)元件；通過位線與所述開關(guān)元件的導(dǎo)通同步地向所述阻變器件兩端施加前沿緩慢變化的電壓脈沖。

利用上述實(shí)施例的方案，能夠提高阻變器件耐久特性，例如減小高低阻值窗口退化和器件隨轉(zhuǎn)變次數(shù)失效。

附圖說明

通過結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本技術(shù)的上述和其他目的、特性和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中相同的標(biāo)號(hào)指定相同結(jié)構(gòu)的單元，并且在其中：

圖1示意性地示出了根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例中所用的阻變器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是描述如圖1所示的阻變器件的特性的示意圖；

圖3是描述根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)框圖；

圖4示意性地示出了根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器中的阻變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是描述根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是描述電壓脈沖波形對(duì)阻變器件耐久特性影響的示意圖；

圖7是描述使用傳統(tǒng)的方法操作阻變存儲(chǔ)設(shè)備所表現(xiàn)出的阻變特性的變化；以及

圖8是描述使用根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的方法操作阻變存儲(chǔ)設(shè)備所表現(xiàn)處的阻變特性的變化。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。