[發明專利]一種阻變存儲器存儲單元的多值操作方法

有效

• 申請號: 201410441414.8
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104240757B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 袁方;張志剛;潘立陽
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G11C16/06
• 分類號: G11C16/06;G11C11/56
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

本發明提出一種阻變存儲器存儲單元的多值操作方法，通過綜合調節存儲單元的編程限制電流和擦除截止電壓以實現多值存儲。其中，通過對存儲單元施加擦除電壓和編程限制電流以實現存儲單元的較低阻值狀態，其中編程限制電流數值越大，存儲單元阻值越小；通過對存儲單元施加擦除截止電壓和編程電壓以實現存儲單元的較高阻值狀態，其中，擦除截止電壓絕對值越大，存儲單元阻值越大。本發明的方法具有存儲窗口大、簡單易行、誤讀率小、功耗小等優點。

技術領域

本發明涉及非揮發存儲器技術，尤其涉及到一種阻變存儲器存儲單元的多值操作方法。

背景技術

阻變存儲器(Resistive Random Access Memory，RRAM)是一種近十年來飛速發展的非揮發性存儲器，具有非常廣泛的市場需求。該類存儲器的器件單元通常為MIM(金屬-絕緣層-金屬)結構，其制造方法簡單，與CMOS工藝高度兼容，數據存儲容量大密度高，操作速度快且可靠性高，是公認的未來可以取代傳統機械硬盤、快閃型存儲器的非揮發存儲器之一。

近年來，國內外對RRAM的研究報道和測試芯片產品不斷涌現，業界和學術界都對RRAM的性能提出了更高的要求，其中存儲容量和密度的進一步提升成為諸多要求之一。在眾多提升存儲器容量和密度的方法中，多值(多位，multibit)存儲，即在一個存儲單元中記錄兩位甚至更多位的信息，是最直接的令存儲器容量密度翻倍的解決方案，因此得到了廣泛的關注。

目前，RRAM的多值存儲的操作實現方法分為兩大類：(1)調節存儲單元set編程時的限制電流(current compliance，CC)，CC越大，則在存儲單元中形成的導電細絲(filament)越粗越多，得到的存儲單元的電阻值越小，因此形成多位存儲。(2)調節存儲單元在reset擦除時的截止電壓(stop voltage，Vstop)，Vstop越大，則越多已經在存儲單元形成的導電細絲會被打斷，單元的電阻隨即會被擦除到越高的值，因此形成多位存儲。

上述兩種多值存儲的操作方法分別利用阻變存儲器set和reset單一一側的電學性質進行調控，在實際應用中可能存在一些問題。圖1是一個典型的分別通過CC和Vstop調節得到的電阻值結果，方框和圓圈分別代表不同CC和Vstop調節得到的電阻值。可以看出，兩種調節方法得到的電阻值窗口分布都很不均勻，為數據的操作帶來一定難度；而且一些相鄰電阻值之間的窗口甚至小于一個數量級，這在實際應用中很容易引起數據的誤讀，因此需要一種新的操作方法來改善這些問題，實現高性能的多值存儲功能。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為實現上述目的，本發明提出一種阻變存儲器存儲單元的多值操作方法，通過綜合調節存儲單元的編程限制電流和擦除截止電壓以實現多值存儲,其中，通過對存儲單元施加擦除電壓和編程限制電流以實現存儲單元的較低阻值狀態，其中編程限制電流數值越大，存儲單元阻值越小，以及通過對存儲單元施加擦除截止電壓和編程電壓以實現存儲單元的較高阻值狀態，其中，擦除截止電壓絕對值越大，存儲單元阻值越大。

根據本發明實施例的阻變存儲器存儲單元的多值操作方法對現有技術有很大的改進，具有很多優點：綜合調節編程限制電流和擦除截止電壓，方法簡單易行；得到的多個電阻狀態之間差值大，即存儲窗口大，從而讀取窗口大，誤讀率小；同時又考慮了盡可能的減小操作電壓和電流，功耗小。

附圖說明

圖1是現有的通過調節限制電流和截止電壓來實現RRAM存儲單元多值存儲的電學性能的示意圖。

圖2是調節限制電流時存儲單元的電學性能的示意圖。

圖3是本發明中選取合適的限制電流實現其中兩種信息狀態的操作方法示意圖。

圖4是調節截止電壓時存儲單元的電學性能的示意圖。