[發明專利]一種用于相變存儲單元電流測試的SET退火優化電路及方法

有效

• 申請號: 201710256187.5
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107068198B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 閆帥;蔡道林;薛媛;宋志棠;陳一峰;盧瑤瑤;吳磊
• 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: G11C29/56
• 分類號: G11C29/56
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種用于相變存儲單元電流測試的SET退火優化電路及方法，包括：產生第一、第二脈沖電流源的脈沖電流源產生電路；控制輸出驅動電流的下降沿緩慢下降的電容；輸出所述輸出驅動電流的負載相變電阻；控制電容充放電的開關管；及對單脈沖驅動電壓反相的反相器。基于負直流電流及單脈沖驅動電壓產生第一、第二脈沖電流源；在單脈沖驅動電壓為高電平時，第一脈沖電流源為電容充電；第二脈沖電流源流經負載相變電阻，作為輸出驅動電流的高電平信號；在單脈沖電壓為低電平時，電容為負載相變電阻供電，使輸出驅動電流的下降沿緩慢下降。本發明利用RC放電效應，控制輸出驅動電流的下降沿緩慢下降，以此每個存儲單元都能作用在最優SET操作的參數下。

技術領域

本發明涉及微電子領域，特別是涉及一種用于相變存儲單元電流測試的SET退火優化電路及方法。

背景技術

相變存儲器的基本工作原理是以硫系化合物為基礎的相變材料作為存儲介質，在相變器件單元兩端施加不同的脈沖，通過相變材料在非晶態與晶態之間轉化來實現數據存儲。相變材料在非晶態時表現為半導體特性，其阻值表現為高阻；在晶態時表現為半金屬特性，其阻值為低阻。非晶態一般定義為“RESET”態，對應存儲單元的邏輯值為“1”，相應的操作為RESET操作；晶態定義為“SET”態，對應存儲單元的邏輯值為“0”，相應的操作為SET操作。SET和RESET態之間的電阻差異可以達到2～3個數量級。

相變存儲器的基本操作有三種，分別包括RESET操作、SET操作外和READ操作。RESET操作脈沖為短而強的脈沖，該脈沖將電能轉化為熱能促使作用區域材料的溫度上升，當溫度升高到材料熔融溫度以上，經過快速淬火過程，最終導致材料晶態的長程有序遭到破壞，實現材料從晶態到非晶態的轉變。一般RESET脈沖的下降沿比較陡峭，這樣做的目的是為了保證材料非晶結構的形成。與RESET操作不同，SET操作脈沖為長而強度中等的脈沖，該脈沖通過將電能轉變成熱對非晶材料加熱，使材料溫度升高到結晶溫度以上、熔融溫度以下，最終促使材料結晶。SET脈沖寬度一定大于結晶感應時間，這樣才能確保材料在足夠時間內充分結晶。

在相變存儲器的研究階段，相變存儲單元的測試有助于詳細分析陣列中一些特定單元的性能，而在單元測試里SET電流源脈沖優化電路對研究SET過程電壓變化、相變機理和提升速度至關重要。目前，SET退火優化電路廣泛使用的是一種下降沿呈階梯狀減小的一種編程脈沖，采用這種方式的電路在一定程度上優化了SET退火操作，但是因為其階梯性導致不能滿足每一個存儲單元都能作用在其最優的SET操作參數下，因此具備平滑下降沿的SET退火優化電路具有重要意義。

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用于相變存儲單元電流測試的SET退火優化電路及方法，用于解決現有技術中SET退火優化電路因其輸出電流的階梯性導致不能滿足每一個存儲單元都作用在最優SET操作參數下的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于相變存儲單元電流測試的SET退火優化電路，所述SET退火優化電路至少包括：

脈沖電流源產生電路，接收負直流電流及單脈沖驅動電壓，用于產生兩個相同的脈沖電流源，分別為第一脈沖電流源和第二脈沖電流源；

電容，一端連接所述第一脈沖電流源、另一端接地，用于控制輸出驅動電流的下降沿緩慢下降；

負載相變電阻，一端連接所述第二脈沖電流源、另一端接地，用于輸出所述輸出驅動電流；

開關管，連接于所述第一脈沖電流源和所述第二脈沖電流源的輸出端之間，控制端連接所述單脈沖驅動電壓的反信號，用于控制所述電容的充放電。

反相器，連接于所述單脈沖驅動電壓和所述開關管的控制端之間，用于反相所述單脈沖驅動電壓來控制所述開關管的導通和關斷。

優選地，所述負載相變電阻為相變存儲器中的單元電阻。