[發明專利]參考電阻優化的相變存儲器讀電路及參考電阻優選方法

有效

• 申請號: 201410182102.X
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103943144B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 張怡云;陳后鵬;宋志棠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G11C11/56
• 分類號: G11C11/56
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種相變存儲器的讀出電路及方法，特別是涉及一種參考電阻優化的相變存儲器讀電路及參考電阻優選方法。

背景技術

相變存儲器(Phase Change Memory，PCM，PCRAM)利用相變材料的晶態和非晶態的特性來實現數據的存儲。這種相變材料，如Ge-Sb-Tb(GST)，是硫系化物的非晶半導體。相變單元使用電流加熱，使相變材料從非晶態轉化為結晶態，也就是相變材料從高阻狀態變為低阻狀態，這種操作稱之為：set；或者相變材料從結晶態轉換為非結晶態，也就是相變材料從低阻狀態變為高阻狀態，這種操作稱之為：reset。結晶態和非結晶態這兩種狀態可以分別表示“0”和“1”。由于其操作電壓低，讀取速度快，可以位操作，寫擦速度遠遠快于閃存，而且疲勞特性更優異，能夠實現上億次的循環擦寫，制造工藝簡單且與現在成熟的CMOS工藝兼容，能夠很容易將其存儲單元縮小至較小的尺寸，被認為最有可能在不遠的將來替代閃存(Flash)成為主流非易失性存儲器。

相變存儲器在進行讀操作時，通過位線給單元一個固定電流，該讀電流是足夠小的，產生的熱能保證相變材料的溫度始終低于結晶溫度，材料不發生相變。由于相變存儲器是通過多晶態(低阻)和非晶態(高阻)兩種狀態來存儲二進制信息的，所以根據存儲信息的不同即阻值的不同，在流過相同電流的情況下單元上的電壓是不同的，可以根據電壓的大小來判斷存儲信息，同樣在施加相同電壓的情況下單元上流過的電流是不同的，可以根據電流的大小來判斷存儲信息。一般來說會設定一個參考電阻值，給同樣的固定電流或電壓，得到一個參考電壓或電流，位線電壓/電流通過靈敏放大器與一個參考電壓/電流比較得到讀出數據。例如比較電壓時，當電壓小于參考電壓時讀出為0；當電壓大于參考電壓時讀出為1。

一般來說，相變存儲器低阻狀態的電阻值為1k至10k歐姆數量級，高阻狀態的電阻值為幾十k至1M歐姆數量級。對于不同的相變單元材料和不同的工藝條件來說，若僅采用一個固定阻值作為參考電阻，需要多次試驗選取，且適應性低，會影響到讀出數據的準確性。

因此，如何優化選取讀電路的參考電阻值，使相變存儲器在不同的相變單元材料和不同的工藝條件下，能夠通過一個合理的電阻中間值作為參考電阻，穩定地讀出正確的數據，從而提高相變存儲器的數據讀出可靠性，成為本領域的技術人員亟待解決的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種參考電阻優化的相變存儲器讀電路及參考電阻優選方法，用于解決現有技術中存儲器參考電阻選取困難的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種參考電阻優化的相變存儲器讀電路，包括：

參考模塊、參考相變存儲單元寫電路、參考相變存儲單元電壓嵌位、電流乘積平方根電路及電流靈敏放大器；

所述參考模塊包括用于代表相變存儲器的低電阻值的第一參考單元，以及用于代表相變存儲器的高電阻值的第二參考單元；

所述參考相變存儲單元寫電路用于提供所述第一參考單元及第二參考單元的SET及RESET操作；

所述參考相變存儲單元電壓嵌位用于提供所述第一參考單元及第二參考單元的電壓，以獲得流過已進行過SET或RESET操作的第一參考單元及第二參考單元的電流；

所述電流乘積平方根電路用于將流過已進行過SET或RESET操作的所述第一參考單元及第二參考單元的電流進行乘積平方根操作；

所述電流靈敏放大器用于比較流過參考模塊及相變存儲器中陣列相變存儲單元的電流值，從而讀出相變存儲器的存儲數據。

作為本發明的參考電阻優化的相變存儲器讀電路的一種優選方案，所述第一參考單元及第二參考單元均至少包括至少一個相變存儲單元，所述第一參考單元的相變存儲單元通過SET操作實現低電阻值，所述第二參考單元的相變存儲單元通過RESET操作實現高電阻值。

進一步地，所述第一參考單元及第二參考單元均至少包括兩個以上的相變存儲單元，所述第一參考單元由兩個以上的相變存儲單元通過SET操作后的平均值實現低電阻值，所述第二參考單元由兩個以上的相變存儲單元通過RESET操作后的平均值實現高電阻值。

作為本發明的參考電阻優化的相變存儲器讀電路的一種優選方案，所述參考相變存儲單元寫電路對于所述第一參考單元及第二參考單的寫頻率根據相變存儲器中的寫頻率進行調節。

作為本發明的參考電阻優化的相變存儲器讀電路的一種優選方案，所述參考相變存儲單元電壓嵌位的鉗位電壓依據所述第一參考單元及第二參考單元的電阻可調。