[發(fā)明專利]一種相變存儲器的置位電路及其置位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210036696.4
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102592663A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑞哲;洪紅維;董驍;黃崇禮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京時(shí)代全芯科技有限公司
• 主分類號: G11C11/4193
• 分類號: G11C11/4193;G11C11/56
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司 11012
• 代理人: 王昭林;項(xiàng)京

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相變存儲器，特別涉及一種相變存儲器的置位電路及其置位方法。

背景技術(shù)

相變存儲器是利用相變材料能夠在非晶體和晶體之間兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，來存儲數(shù)據(jù)。這種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換主要由相變材料的熔化溫度以及結(jié)晶溫度來決定，可以通過施加不同的熱量來實(shí)現(xiàn)多晶體和非晶體兩種狀態(tài)。

一般情況，將材料從非晶體到多晶體的轉(zhuǎn)化過程稱作置位(SET)，從多晶體到非晶體的轉(zhuǎn)化過程稱作重置(RESET)。對于重置操作，只需要將溫度提升到熔化溫度以上然后迅速的冷卻便能夠達(dá)到非晶體的狀態(tài)，相對來說比較簡單。然而對于置位操作，則需要將溫度提升到結(jié)晶溫度以上，熔化溫度以下，然后緩慢的冷卻結(jié)晶。

由于置位操作需要溫度能夠緩慢的下降以便于相變材料能夠達(dá)到結(jié)晶的狀態(tài)達(dá)到低電阻的電學(xué)特性，因此對于溫度的下降時(shí)間有一定的要求。

為了實(shí)現(xiàn)置位操作，傳統(tǒng)的方法是利用電流鏡產(chǎn)生中等的脈沖電流，然后通過寄生電容以及相變電阻組成RC網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)這種功能。

如圖1所示，該電路是對GST相變電阻16執(zhí)行SET和RESET兩種寫入操作的電路，包括：一個(gè)基準(zhǔn)電流源10、PMOS管電流鏡對11，12和NMOS管電流鏡對13，14、傳輸門15、GST相變電阻16、選通管17和開關(guān)電路18，19。

選通管17通常由MOS管實(shí)現(xiàn)，選通管17的漏極連接到相變電阻16，源極接地。當(dāng)給定選通管17一定的電壓使得選通管打開，就可以通過控制開關(guān)電路18，19分別打開電流鏡電路11，12，13，14進(jìn)而產(chǎn)生不同的電流強(qiáng)度，進(jìn)而電流可以加載到相變電阻，實(shí)現(xiàn)SET和RESET兩種操作。

在實(shí)現(xiàn)SET操作過程中，當(dāng)開關(guān)電路關(guān)閉18或19之后，由于寄生電容以及相應(yīng)的相變電阻16組成了RC網(wǎng)絡(luò)，所以可以緩慢的實(shí)現(xiàn)電流的逐級降低。由于相變材料在不同退熱的下降時(shí)間內(nèi)，所呈現(xiàn)出來的晶體的個(gè)數(shù)以及成核過程會有很大的差別，如果不能夠很好的控制時(shí)間，會導(dǎo)致空位過多，減弱結(jié)晶過程，導(dǎo)致結(jié)晶后的電阻不能夠達(dá)到理想的低電阻的電學(xué)特性。

傳統(tǒng)的電流鏡方法中沒有相應(yīng)具體的控制下降時(shí)間的方法，而是依賴于工藝的性能，因此在置位的過程中會出現(xiàn)電阻的阻值不穩(wěn)定，以及低電阻的電學(xué)特性不能完全展現(xiàn)的缺點(diǎn)。而且由于其下降時(shí)間不能得到合理的控制，在置位的過程中，電阻變化所導(dǎo)致的冗余功耗也阻礙了相變存儲器在功耗上的性能提高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種相變存儲器的置位電路及其置位方法，以實(shí)現(xiàn)在SET操作下降時(shí)間進(jìn)行控制。

本發(fā)明提供的這種相變存儲器的置位電路，包括：可調(diào)電壓脈沖源、第一開關(guān)電路、可變斜率電壓脈沖源、NMOS管、相變電阻和選通管。

所述可調(diào)電壓脈沖源與第一開關(guān)電路的第一端相連；所述可變斜率電壓脈沖源的輸出端與NMOS管的柵極相連；所述第一開關(guān)電路的第二端和NMOS管的漏極與相變電阻的第一端相連；相變電阻的第二端與選通管的第一端相連；選通管的第二端和NMOS管的源極分別接地。

可調(diào)電壓脈沖源在執(zhí)行置位操作時(shí)，輸出滿足SET操作所需溫度要求的第一電壓脈沖；所述第一開關(guān)電路在第一電壓脈沖到來時(shí)閉合，在第一電壓脈沖結(jié)束時(shí)斷開；所述可變斜率電壓脈沖源在第一電壓脈沖結(jié)束時(shí)輸出線性上升的第二電壓脈沖給NMOS管；NMOS管在收到第二電壓脈沖時(shí)導(dǎo)通；所述選通管在執(zhí)行SET操作時(shí)導(dǎo)通。

較佳地，所述第一開關(guān)電路為帶控制端的開關(guān)器件。

較佳地，所述第一開關(guān)電路包括第一反相器和第一PMOS管；所述第一反相器的第一端與可調(diào)電壓脈沖源的輸出端相連，第二端與第一PMOS管的柵極相連；第一PMOS管的源極連接SET操作所需的電壓源，第一PMOS管的漏極連接相變電阻的第一端。

所述可變斜率電壓脈沖源由所述可調(diào)電壓脈沖源、第二反相器和第二PMOS管實(shí)現(xiàn)；所述第二反相器的第一端與可調(diào)電壓脈沖源的輸出端相連，第二端與第二PMOS管的柵極和所述NMOS管的柵極相連；第二PMOS管的源極和漏極連接SET操作所需的電壓源。

較佳地，該置位電路在所述相位電阻的第一端與接地端存在寄生電容。

本發(fā)明提供的相變存儲器的置位方法，對于每個(gè)相變電阻采用上述的置位電路；執(zhí)行SET操作包括如下步驟：

A、控制選通管導(dǎo)通。

B、控制第一開關(guān)電路閉合，將所述可調(diào)電壓脈沖源輸出的第一電壓脈沖通過第一開關(guān)電路輸出給相變電阻。