[發明專利]用于對電阻隨機存取存儲器設備進行編程的電路和方法

有效

• 申請號: 201880051498.0
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN111033624B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: J·L·麥科勒姆
• 申請（專利權）人: 美高森美SOC公司
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H10B63/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 蔡悅;陳斌

本發明提供了一種用于對包括與存取晶體管串聯連接的ReRAM設備的ReRAM單元進行編程的方法，該方法包括：通過將存取晶體管配置為共源極配置的編程電勢來偏置ReRAM單元；以及向存取晶體管的柵極施加至少一個編程電壓脈沖，該編程電壓脈沖的量值被選擇為將編程電流限制為預選值。

背景技術

本發明涉及電阻隨機存取存儲器(ReRAM)設備。更具體地，本發明涉及用于對ReRAM設備進行編程的電路和方法。

ReRAM單元通過金屬離子通過電解質層的擴散來進行編程，該電解質層另外會阻礙電子流動。在編程期間，通過在單元所連接到的位線和字線上放置適當電勢來在設備上呈現電場(電場(e-field))。隨著金屬長絲從設備的離子源側通過電解質擴散并到達相對電極，電場增加，直到它引起電解質的擊穿。這通常會導致對電解質的損壞，從而使設備難以擦除并且甚至可能導致設備故障。施加反向電場以擦除設備。在該文檔的整體中，每個ReRAM單元的離子源由較寬端部示出。

在一些設計中，已經嘗試通過在位線上放置電流限制設備以限制在編程過程期間通過ReRAM設備的雪崩電流來控制該編程過程。圖1A至圖1D是示出在編程、擦除和正常操作狀況期間施加到現有技術的ReRAM單晶體管單ReRAM設備(1T1R)存儲器單元10的電勢的示意圖，并且示出了應用于單晶體管單ReRAM設備(1T1R)存儲器單元10(諸如可以在可編程只讀存儲器(PROM)中采用)的這種現有技術的解決方案。ReRAM單元10包括在位線18和20之間與n溝道晶體管14和p溝道晶體管16串聯的單個ReRAM設備12。ReRAM單元的輸出在由附圖標號22標識的點所指示的輸出節點上。如本領域中眾所周知的，位線18和20以及晶體管14和16的柵極可以選擇性地耦接到適當電勢以用于對存儲器單元10進行編程、擦除和讀取。

以虛線描繪的電容器24表示由許多ReRAM單元共享的輸出節點22的電容。在編程和擦除期間，電容器24僅在圖1A和圖1B中示出，其中它可能會給ReRAM設備本身帶來問題。在讀取操作期間，由電容器24表示的節點必須充電或放電到位值，然后才能可靠地讀取該單元。

P溝道晶體管16對于輸出節點22上的所有ReRAM單元是公共的，并且在圖1A和圖1B的編程和擦除模式中用作電流驅動/限制晶體管。任意數量的合適感測放大器電路中的一個可以耦接到輸出節點22以便從分別在圖1C和圖1D中示出的0V或0.5V的電壓生成表示ReRAM單元的狀態的信號。

如圖1A所示，通過向用作存取晶體管的n溝道晶體管14的柵極施加諸如3.3V的電壓，ReRAM設備12被編程為其導通狀態(即其低電阻狀態)以實現對ReRAM設備12的讀取和寫入。n溝道晶體管14的柵極偏置在例如3.3V，并且p溝道晶體管16具有在其柵極上放置的例如2.3V的電壓V_ref，并且用作供應由V_ref的值確定的電流的電流限制設備。位線18偏置在3.3V，并且位線20偏置在接地。由p溝道晶體管16控制的電流驅動通過ReRAM 12以實現低電阻狀態。

如圖1B所示，通過向位線20處的ReRAM設備12的底部施加3.3V電壓，并且向位線18處的P溝道晶體管16的頂部端子施加接地，將ReRAM設備12擦除到其關斷狀態(即其高電阻狀態)。n溝道晶體管14的柵極偏置在例如3.3V，并且p溝道晶體管16具有在其柵極上放置的例如-1V的電壓V_ref。電流從位線20流向位線18，直到ReRAM設備12表現出高電阻狀態，其中n溝道晶體管14的源極耦接到輸出節點22并且p溝道晶體管的漏極耦接到輸出節點22。