[發明專利]相變存儲器驅動電路及置位和復位方法

有效

• 申請號: 201310033984.9
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103093816A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 程國勝;王龍;孔濤;衛芬芬;黃榮;張杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G11C16/06
• 分類號: G11C16/06;G11C11/56
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

技術領域

本發明涉及大規模集成電路技術領域，尤其涉及通過加入孵育電流以使相變材料在更低驅動電壓下實現更快相變的相變存儲器驅動電路及置位和復位方法。

背景技術

相變存儲器作為一種非揮發性存儲器，用于替代已經無法再繼續集成的閃存。相變存儲器中利用硫族材料的可逆相變而產生的電阻差異的變化來表征兩種狀態，從而實現數據的存儲。

相變存儲器的每個存儲單元一般均包括存儲器和驅動電路。通過驅動電路提供的電流脈沖，存儲器內的相變材料從結晶態變為非晶態，反之亦然。電阻器內的相變材料可以包括鍺、銻、碲的合金。而驅動電路一般由二級管或金屬氧化物場效應（MOS）晶體管構成。

電阻器內的相變材料從低阻態（結晶態）向高阻態（非晶態）轉變時，需要大到足以融化相變材料的電流流經電阻器，而此電流作用時間很短，相變材料在快速冷卻的過程中，從熔化態變為非晶態，使得電阻器呈現高阻態，這種狀態轉變稱為“復位”（Reset）操作。為了使存儲器從高阻態轉變為低阻態時，需要一個較低的電流流經存儲器內的相變材料，加熱相變材料超過其相變溫度，相變材料逐漸結晶并呈現低阻態，這種狀態轉變稱為“置位”（Set）操作。而為了讀取電阻器的阻值高低，需要施加一個比置位電流還要小得多的電流，一般通過測量電阻器的電壓值來確定阻值。由上可知，相變存儲器主要是由電流通過相變材料產生的焦耳熱來使相變材料發生相變，從而實現數據的存儲。由此帶來的問題就是在集成度逐漸提高的情況下，整個器件的功耗也會較大，且會出現熱串擾等不良現象。因此降低單個相變存儲單元的功耗成了業界的主要技術難題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種可以使相變材料在更低驅動電壓下實現更快相變的相變存儲器驅動電路及置位和復位方法。

一種相變存儲器驅動電路，其包括相變電路、用于提供置位電流和復位電流的置位復位電路、用于提供讀電流的讀電路及控制操作電流脈沖時序的開關電路，所述相變電路、所述置位復位電路及所述讀電路均一端連接所述開關電路、另一端接地。所述相變存儲器驅動電路進一步包括孵育電路，所述孵育電路用于給相變存儲器提供低于置位電流的納秒量級的孵育電流，其一端和所述開關電路相連接、另一端接地。

本發明一較佳實施方式中，所述置位復位電路為相變存儲器施加皮秒量級的置位復位電流脈沖。

本發明一較佳實施方式中，所述相變電路包括傳輸門、相變電阻和選通管，所述傳輸門、所述相變電阻和所述選通管的漏極依次連接，所述選通管的源極接地。

本發明一較佳實施方式中，所述開關電路包括多個具有皮秒級開關速度的控制開關，所述相變電路、所述置位復位電路、所述讀電路和所述孵育電路分別連接一個所述控制開關。

本發明一較佳實施方式中，所述置位復位電路由置位電流鏡和復位電流鏡構成，所述讀電路由讀電流鏡構成，所述孵育電路由孵育電流鏡構成，所述孵育電流鏡、所述置位電流鏡、所述復位電流鏡和所述讀電流鏡依次級聯。

本發明一較佳實施方式中，所述相變存儲器驅動電路進一步包括基準電流源和基準NMOS管，所述孵育電流鏡由第一PMOS管、第五PMOS管和第一NMOS管構成；所述第一PMOS管的漏極通過一個所述控制開關連接于所述基準NMOS管的漏極，源極接輸入電源，柵極和漏極相連且連接所述第五PMOS管的柵極；所述第五PMOS管的漏極接輸入電源，源極接所述傳輸門；所述第一NMOS管的源極接地，柵極連接所述基準NMOS管的柵極。

本發明一較佳實施方式中，所述置位電流鏡由第二PMOS管、第六PMOS管和第二NMOS管構成，所述第二PMOS管的漏極通過一個所述控制開關連接于所述第二NMOS管的漏極，源極接輸入電源，柵極和漏極相連且連接所述第六PMOS管的柵極；所述第六PMOS管的漏極接輸入電源，源極接所述傳輸門；所述第二NMOS管的源極接地，柵極連接所述第一NMOS管的柵極。

本發明一較佳實施方式中，所述復位電流鏡由第三PMOS管、第七PMOS管和第三NMOS管構成；所述第三PMOS管的漏極通過一個所述控制開關連接于所述第三NMOS管的漏極，源極接輸入電源，柵極和漏極相連且連接所述第七PMOS管的柵極；所述第七PMOS管的漏極接輸入電源，源極接所述傳輸門；所述第三NMOS管的源極接地，柵極連接所述第二NMOS管的柵極。