[發(fā)明專利]基于基元電容的存儲基元和用于操作存儲基元的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410064481.2
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN104036822B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金相汎;林仲漢
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 于靜,張亞非

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲器件技術(shù)。更具體地說，本發(fā)明涉及存儲基元結(jié)構(gòu)和操作機(jī)制。

背景技術(shù)

在諸如相變存儲器和金屬氧化物存儲器之類的常規(guī)存儲技術(shù)中，基本的數(shù)據(jù)存儲機(jī)制是電阻變化。例如，相變存儲器利用材料的結(jié)晶狀態(tài)和非晶狀態(tài)之間的電阻差異產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲。但是，當(dāng)用于縮小存儲基元大小的驅(qū)動力繼續(xù)存在時，此類存儲基元的電阻增加并且讀取操作期間的電流量減小。因此，讀取操作的速度和可靠性成為問題。

可以通過使用導(dǎo)電性更高的存儲基元材料，增加讀取電流。但是，導(dǎo)電性更高的存儲基元同樣需要更大的編程電流，這并不適合于高密度存儲陣列。此外，輕松集成和成本效率作為要考慮的問題而存在。因此，并不局限于上述問題的新存儲基元將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方面是一種包括雙向存取器件的存儲基元。所述雙向存取器件包括隧穿電容。所述存儲基元還包括存儲元件，其在電氣上與所述存取器件串聯(lián)耦合。所述存儲元件可編程為以下狀態(tài)之一：通過施加第一寫入電壓可編程為第一狀態(tài)，并且通過施加第二寫入電壓可編程為第二狀態(tài)。所述第二寫入電壓與所述第一寫入電壓極性相反。所述存儲元件在所述第一狀態(tài)包括第一電容，并且在所述第二狀態(tài)包括第二電容，其中所述第一電容低于所述第二電容。所述存儲基元還包括讀取單元，其被配置為讀出由于施加讀取電壓時跨所述存儲元件和所述雙向存取器件的壓降所導(dǎo)致的瞬時讀取電流。

本發(fā)明的另一個方面是一種用于操作存儲基元的方法。所述方法包括跨存儲元件和雙向存取器件施加讀取電壓。所述存儲元件可編程為第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之一。此外，所述存儲元件在所述第一狀態(tài)具有第一電容，并且在所述第二狀態(tài)具有第二電容，其中所述第一電容低于所述第二電容。所述方法還包括讀出由于跨所述存儲元件和所述雙向存取器件的壓降所導(dǎo)致的瞬時讀取電流。所述方法還包括基于所述讀取電流是大于還是小于讀出閾值，判定所述存儲元件是所述第一狀態(tài)還是所述第二狀態(tài)。基于所述第一電容與所述第二電容之間的比率確定所述讀出閾值。

附圖說明

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的存儲基元的三維視圖；

圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的存儲基元的三維視圖；

圖3A示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的存儲基元的二維視圖；

圖3B示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在讀取操作期間存儲基元的簡化等效電路模型；

圖4A是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在讀取間隔期間取決于時間的電壓的圖形表示；

圖4B是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在讀取間隔期間取決于時間的電流的圖形表示；

圖4C是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的當(dāng)存儲元件處于第一狀態(tài)時取決于時間的電流的圖形表示；

圖4D是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的當(dāng)存儲元件處于第二狀態(tài)時取決于時間的電流的圖形表示；

圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在讀取操作期間隧穿過雙向存取器件的電子的示意圖；

圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在讀取操作期間每個端子的偏置條件的表；

圖6A是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在第一寫入操作期間隧穿過雙向存取器件的電子的示意圖；

圖6B是示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在第一寫入操作期間每個端子的偏置條件的表；

圖7A是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在第二寫入操作期間隧穿過雙向存取器件的電子的示意圖；

圖7B是示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在第二寫入操作期間每個端子的偏置條件的表；

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的操作存儲基元的一種實(shí)例方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

參考本發(fā)明的各實(shí)施例描述本發(fā)明。在本發(fā)明的描述中，參考圖1到圖8。

此外，針對所述實(shí)施例和附圖中的其它元素采用諸如“第一”和“第二”之類的相對術(shù)語。這些術(shù)語僅旨在描述參考的實(shí)施例。因此，本發(fā)明包含建議的實(shí)施例的備選定向和配置。

本發(fā)明的各實(shí)施例提供用于操作包括存儲元件和雙向存取器件的存儲基元的可能配置和方法。本發(fā)明的一個方面教導(dǎo)針對存儲元件使用寬帶隙材料以及針對雙向存取器件使用隧穿絕緣體。

在一個實(shí)施例中，所述存儲元件在第一狀態(tài)具有第一電容并且在第二狀態(tài)具有第二電容。所述第一電容顯著低于所述第二電容。存儲元件材料也在所述第一狀態(tài)具有第一電阻并且在所述第二狀態(tài)具有第二電阻，其中所述第一電阻顯著高于所述第二電阻。所述雙向存取器件中的隧穿絕緣體材料包括隧穿電容，并且在電壓增加時急劇增加電流。