[發明專利]相變存儲器驅動電路及方法

有效

• 申請號: 201310174829.9
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN104157305B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 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: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00
• 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

本發明屬于微電子技術領域，尤其涉及一種相變存儲器驅動電路及方法。

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。相變存儲器的每個存儲單元一般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。存儲器內的相變材料可以包括鍺、銻、碲的合金。驅動電路通常由二級管或金屬氧化物場效應（MOS）晶體管構成。存儲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，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，通過測量電阻器的電壓值來確定阻值。因此，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，降低單個相變存儲單元的功耗成了業界的主要技術難題。2012年D.Loke等人發現了使相變材料皮秒相變的機制，相變存儲器的相變速度有望進入皮秒時代，但是現有的驅動電路的相變速度慢，無法有效產生皮秒級的電流脈沖來實現相變材料的皮秒級相變。

發明內容

本發明提供了一種相變存儲器驅動電路及方法，旨在解決現有的相變存儲器驅動電路的相變速度慢，無法有效產生皮秒級的電流脈沖來實現相變材料的皮秒級相變，導致相變存儲器的存儲單元功耗大的技術問題。

本發明提供的技術方案為：一種相變存儲器驅動電路，包括：普通脈沖源、控制開關、選通器、相變電阻和皮秒脈沖發生器，所述普通脈沖源、控制開關相連、皮秒脈沖發生器、選通器和相變電阻依次相連，所述皮秒脈沖發生器將普通脈沖源產生的脈沖整形成皮秒級的置位/復位電流脈沖。

本發明的技術方案還包括：所述皮秒脈沖發生器包括置位皮秒脈沖發生器和復位皮秒脈沖發生器，所述置位皮秒脈沖發生器和復位皮秒脈沖發生器結構相同，置位皮秒脈沖發生器和復位皮秒脈沖發生器的器件參數不同，分別用于產生皮秒級置位/復位脈沖。

本發明的技術方案還包括：所述皮秒脈沖發生器包括耦合電路和階躍恢復二極管脈沖整形電路，所述耦合電路用于調節普通脈沖源和階躍恢復二極管整形電路的阻抗匹配，并且控制階躍恢復二極管的中儲存電荷的量，所述階躍恢復二極管脈沖整形電路用于將普通脈沖源產生的脈沖整形成皮秒級的置位/復位電流脈沖。

本發明的技術方案還包括：所述耦合電路包括第一電阻、第二電阻和電導，所述第一電阻R1一端接地，另一端與第二電阻相連，所述電導一端與階躍恢復二極管脈沖整形電路相連，另一端與第二電阻相連，所述階躍恢復二極管脈沖整形電路包括第一階躍恢復二極管和第二階躍恢復二極管，所述第一階躍恢復二極管正向端接地，反向端與第二階躍恢復二極管的反向端相連，所述第二階躍恢復二極管的正向端與選通器相連。

本發明的技術方案還包括：所述皮秒脈沖發生器還包括串聯階躍恢復二極管再整形電路，所述串聯階躍恢復二極管再整形電路對由階躍恢復二極管脈沖整形電路得到的皮秒脈沖進行再次整形。

本發明的技術方案還包括：所述串聯階躍恢復二極管再整形電路包括第三電阻和第三階躍恢復二極管，所述第三電阻一端接地，另一端分別連接第二階躍恢復二極管的正向端、第三階躍恢復二極管的正向端，所述第三階躍恢復二極管的反向端與選通器相連。

本發明的技術方案還包括：所述皮秒脈沖發生器產生的皮秒級置位/復位電流脈沖幅值和持續時間由相變電阻決定，所述皮秒級置位/復位電流脈沖幅值為2-5V，所述皮秒級置位/復位電流脈沖持續時間為200～1000pS。

本發明的另一技術方案為：一種相變存儲器驅動方法，包括：

步驟a：通過控制開關選擇置位操作或復位操作；

步驟b：普通脈沖源產生微秒級的方波信號；

步驟c：通過皮秒脈沖發生器將普通脈沖源產生的脈沖整形成皮秒級的置位/復位電流脈沖。

本發明的技術方案還包括：所述步驟c包括：通過皮秒脈沖發生器的耦合電路使普通脈沖源的輸出阻抗與階躍恢復二極管的輸入阻抗相耦合；皮秒脈沖發生器的階躍恢復二極管脈沖整形電路將普通脈沖源產生的脈沖整形成皮秒級的置位/復位電流脈沖。