專利名稱：使用位專用參考電平來(lái)讀存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
相變存儲(chǔ)器設(shè)備使用相變材料作為電子存儲(chǔ)器，相變材料即可在一般非晶體和一般晶體狀態(tài)之間電切換的材料。一種類型的存儲(chǔ)器元件利用在一種應(yīng)用中可在一般非晶體和一般晶體局部有序之間或在跨完全非晶體和完全晶體狀態(tài)之間的整個(gè)譜的局部有序的不同的可檢測(cè)狀態(tài)之間電切換的相變材料。
適用于這樣的應(yīng)用的典型材料包括各種硫?qū)僭鼗?。相變材料的狀態(tài)也是非易失性的。當(dāng)存儲(chǔ)器被設(shè)為處于表示電阻值的晶體、半晶體、非晶體或半非晶體狀態(tài)時(shí)，即使斷開(kāi)電源也保持該值直到存儲(chǔ)器被重新編程。這是因?yàn)?，所編程的值表示材料的相態(tài)或物理狀態(tài)(例如，晶體或非晶體)。
帶有串聯(lián)的雙向閾值開(kāi)關(guān)(OTS)選擇開(kāi)關(guān)和存儲(chǔ)器元件的薄膜存儲(chǔ)器的常規(guī)讀出電路可使用固定的參考電壓或電流，參考電壓或電流可從通過(guò)訪問(wèn)單元達(dá)到的列電壓或電流比較和辨別單元狀態(tài)。讀窗口是電壓差分，例如由迫使電流流入較低電阻位產(chǎn)生的電壓對(duì)由迫使電流通過(guò)較高電阻位產(chǎn)生的電壓。容限基本上由對(duì)于(最接近)讀出放大器斷路點(diǎn)在一組或一塊單元內(nèi)的最壞情況位來(lái)確定。例如，與較低OTS保持電壓串聯(lián)的較低電阻復(fù)位位或與較高OTS保持電壓串聯(lián)的較高電阻置位位會(huì)不利地影響讀窗口的大小、減少容限、產(chǎn)量(yield)和場(chǎng)可靠性。給定組或塊內(nèi)正被讀的單元的選擇設(shè)備的閾值和保持電壓的變化從該讀窗口中減去。
因此，存在對(duì)使得讀窗口或讀容限更獨(dú)立于跨存儲(chǔ)單元的給定陣列、組或塊的位與位之間變化的需求。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖1中所示的電壓參考發(fā)生器的電路圖；
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所選列的電壓對(duì)時(shí)間的曲線；圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的所選列的列電流對(duì)時(shí)間；圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采樣和保持選通脈沖電壓對(duì)時(shí)間的曲線；圖3D是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，R選通鎖存電壓對(duì)時(shí)間的描述；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)描述。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，存儲(chǔ)器10可包括以行16列和14排列的存儲(chǔ)單元12的陣列。盡管示出了相對(duì)較小的陣列，但本發(fā)明決不限于任何特定大小的陣列。盡管此處使用了術(shù)語(yǔ)“行”和“列”，但它們旨在僅是說(shuō)明性的，而非對(duì)于讀出的陣列的類型和樣式有所限制。
單元12可以是包含帶有選擇設(shè)備的相變存儲(chǔ)單元的任何存儲(chǔ)單元。相變存儲(chǔ)單元的示例包括使用硫?qū)僭鼗锎鎯?chǔ)器元件12b和閾值設(shè)備12a的那些存儲(chǔ)單元。閾值設(shè)備是可由硫?qū)僭鼗锖辖饦?gòu)成的雙向閾值開(kāi)關(guān)，后者不展示非晶到晶相的改變，且經(jīng)歷快速、電場(chǎng)啟動(dòng)的電導(dǎo)率改變，只要流過(guò)設(shè)備的保持電流超過(guò)閾值設(shè)備12a的保持電流就保持該電導(dǎo)性改變。
在示出的情形中，單元12包括訪問(wèn)、選擇或閾值設(shè)備12a，以及存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)位的存儲(chǔ)器讀出設(shè)備12b?？稍诹?4上設(shè)置一組晶體管46，以便使能寫淬火(write quenching)和對(duì)VDES的取消選定。也可在行上設(shè)置類似的一組晶體管。取消選定電壓可被選為對(duì)行和列均為V/2。在替換實(shí)施例中，對(duì)更好的選擇電壓容限但增加的備用設(shè)備漏電，取消選定列電壓可以是V/3，而行電壓為2V/3，或其某種變化。
在一個(gè)實(shí)施例中，讀出存儲(chǔ)器設(shè)備12b中所使用的相變材料可適用于非易失性存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。相變材料可以是具有可通過(guò)應(yīng)用諸如熱、光、電壓電勢(shì)或電流等能量改變的電屬性(例如，電阻)的材料。
相變材料的示例可包括硫?qū)僭鼗锊牧?。硫?qū)僭鼗锊牧峡梢允前瑏?lái)自元素周期表第VI列的至少一種元素的材料，或可以是包含例如元素碲、硫、硒中的任何一個(gè)的硫族元素中的一個(gè)或多個(gè)的材料。硫?qū)僭鼗锊牧峡梢允强捎糜诖鎯?chǔ)即使在關(guān)閉電源之后還保存的信息的非易失性存儲(chǔ)器材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，相變材料可以是來(lái)自一類碲-鍺-銻(TexGeySbz)材料或GeSbTe合金(諸如2，2，5)的硫?qū)僭鼗镌亟M合物，盡管本發(fā)明的范圍不僅限于這些材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果存儲(chǔ)器材料是非易失性的相變材料，則可通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)器材料施加電信號(hào)來(lái)將該存儲(chǔ)器材料編程成至少兩種或多種存儲(chǔ)器狀態(tài)之一。電信號(hào)可在基本上晶態(tài)與基本上非晶態(tài)之間改變存儲(chǔ)器材料的相，其中處于基本上非晶態(tài)的存儲(chǔ)器材料的電阻大于處于基本上晶態(tài)的存儲(chǔ)器材料的電阻。從而，在該實(shí)施例中，可將存儲(chǔ)器材料可適合于改變至電阻值范圍內(nèi)的多個(gè)電阻值中的特定一個(gè)，以提供數(shù)字或模擬信息存儲(chǔ)。使用四個(gè)以上或更多的電阻范圍可允許在每個(gè)物理單元存儲(chǔ)兩個(gè)或更多的邏輯位。
可通過(guò)施加電壓電勢(shì)或迫使電流流進(jìn)或流出所選中的線14、16從而生成存儲(chǔ)器材料上的電壓電勢(shì)來(lái)完成對(duì)存儲(chǔ)器材料的編程，用于改變材料的狀態(tài)或相。電流可響應(yīng)于所施加的電壓電勢(shì)和所施加的電流而流經(jīng)存儲(chǔ)器材料的一部分，并會(huì)造成存儲(chǔ)器材料的加熱。
該受控加熱和隨后受控冷卻可改變存儲(chǔ)器材料的存儲(chǔ)器狀態(tài)或相。更改存儲(chǔ)器材料的相或狀態(tài)可更改存儲(chǔ)器材料的電特性。例如，可通過(guò)更改存儲(chǔ)器材料的相來(lái)更改該材料的電阻?？稍趯懨}沖過(guò)程中更改相變存儲(chǔ)器材料的所有或一部分(即，在寫操作過(guò)程中僅對(duì)鄰近或者上電極或者底電極的讀出設(shè)備12b的一部分/某一區(qū)域進(jìn)行相變)。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)歷相變的存儲(chǔ)器材料的部分主要是鄰近較小電極的區(qū)域。存儲(chǔ)器材料也被稱為可編程電阻的材料，或相變存儲(chǔ)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，可響應(yīng)于諸如來(lái)自處理器的寫命令，通過(guò)對(duì)所選的行線16施加0伏特，并使大約2毫安的電流流入列線14，來(lái)對(duì)讀出設(shè)備12b的一部分上施加帶有大約1.5伏特電位差的電壓脈沖或電流。響應(yīng)于所施加的電壓電勢(shì)流經(jīng)該存儲(chǔ)器材料的電流可導(dǎo)致對(duì)存儲(chǔ)器材料的加熱。該加熱和隨后的冷卻會(huì)更改存儲(chǔ)器狀態(tài)或材料的相。
在“復(fù)位”狀態(tài)中，存儲(chǔ)器材料可以處于非晶態(tài)或半非晶態(tài)中。在“置位”狀態(tài)中，存儲(chǔ)器材料可處于晶態(tài)或半晶態(tài)中。處于非晶態(tài)或半非晶態(tài)中的存儲(chǔ)器材料的電阻可能比處于晶態(tài)或半晶態(tài)中的材料的電阻大。慣例將復(fù)位(或0)和置位(或1)分別與非晶態(tài)和晶態(tài)相關(guān)聯(lián)?？刹捎闷渌鼞T例。
由于電流，通過(guò)施加諸如2ma的相對(duì)較高的寫電流，存儲(chǔ)器材料可被加熱到相對(duì)較高的溫度，隨后通過(guò)使用下降沿來(lái)快速切斷電流以快速冷卻，例如小于10毫微秒，用于使存儲(chǔ)器材料非晶體化和“復(fù)位”。通過(guò)使用低于諸如2ma的復(fù)位電流的電流對(duì)體積(volume)或存儲(chǔ)器材料加熱來(lái)造成相對(duì)較低的晶體化溫度，可對(duì)該存儲(chǔ)器材料晶體化和“置位”。或者，可通過(guò)使用更接近于復(fù)位2ma值的電流并使得電流脈沖的下降沿在迅速終止波形之前相對(duì)緩慢地(諸如在500毫微秒內(nèi))衰減至其峰值的30％或更低，可獲得更好的置位狀態(tài)。
通過(guò)變化通過(guò)存儲(chǔ)器材料體積的電流量和持續(xù)時(shí)間，或通過(guò)定制編程電流或電壓脈沖的下降沿的邊速率(這可能影響所選中存儲(chǔ)器元件的冷卻速率)，可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器材料的各種電阻來(lái)存儲(chǔ)信息。為協(xié)助更快地終止復(fù)位電流脈沖和完成置位電流脈沖的下降沿的快速部分，可激活晶體管46來(lái)將列縮短成Vdes(可類似地也對(duì)行取消選定)。
可通過(guò)測(cè)量該存儲(chǔ)器材料的電阻來(lái)讀存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器材料中的信息。作為示例，可使用所選的行和列線14和16向存儲(chǔ)器材料提供與讀電流一致的讀電壓或來(lái)自電流源的讀電流，且例如可使用比較器42將所得到的存儲(chǔ)器材料上的讀電壓與參考電壓進(jìn)行比較。讀電壓可與由所選的讀出設(shè)備12b展示出的電阻成比例。
在低電壓或低電場(chǎng)狀態(tài)中，某些實(shí)施例中，可以是OTS(雙向閾值開(kāi)關(guān))或等價(jià)物的設(shè)備12a斷開(kāi)，且可展示非常高的電阻。斷開(kāi)電阻例如可以處于閾值電壓一半偏壓處的50000歐姆到大于10千兆歐姆的范圍中。
設(shè)備12a可保持處于其斷開(kāi)狀態(tài)，直到其上的電壓超過(guò)閾值電壓或流經(jīng)設(shè)備12a的閾值電流將它切換或“觸發(fā)”至到高可導(dǎo)性、低電阻導(dǎo)通狀態(tài)。“導(dǎo)通”狀態(tài)與諸如1伏特的VH保持電壓串聯(lián)，這是當(dāng)大于Ihold(IH)的電流流過(guò)該設(shè)備時(shí)保持的狀態(tài)。如果由高阻抗電流源驅(qū)動(dòng)，在觸發(fā)導(dǎo)通之后，可通過(guò)調(diào)整硫?qū)僭鼗锘螂姌O組成和大小來(lái)使IH(ots)低于設(shè)備12a的ITH(ots)，以便減少振蕩。
在導(dǎo)通或觸發(fā)之后，設(shè)備12a上的電壓下降至較低的電壓，稱為保持電壓VH，并保持非常接近該保持電壓，由于動(dòng)態(tài)電阻非常低且通常小于1000歐姆(現(xiàn)在與其保持電壓VH串聯(lián))，因此幾乎不考慮流經(jīng)的電流。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，作為示例，閾值電壓可以大約為3伏特，而保持電壓可以大約為2.7伏特。接近于設(shè)備12a的VTH的設(shè)備12a的較高VH可使用一個(gè)或多個(gè)OTS選擇設(shè)備12a，后者在每一存儲(chǔ)單元(位)中串聯(lián)，每一串聯(lián)的設(shè)備12a含有大約0.9V的VH和大約1V的VTH。
當(dāng)達(dá)到閾值或觸發(fā)之后，由于多于ITH的電流流過(guò)選擇設(shè)備12a，該元件上的電壓將減少或從其VTH(諸如3V)閃回至諸如2.7V的其保持電壓(VH)。期望此處例如0.3V的減少閃回，以確保該閃回不超過(guò)讀出設(shè)備12b的VTH(oum)。否則，更多的閃回電壓會(huì)觸發(fā)導(dǎo)通(達(dá)到閾值)oum存儲(chǔ)器，并由于電容位移電流而趨于使用反復(fù)的讀來(lái)干擾存儲(chǔ)器狀態(tài)。
當(dāng)通過(guò)閃回區(qū)域之后，隨著通過(guò)設(shè)備12a的電流增加，甚至到達(dá)相當(dāng)高的電流水平，處于連通狀態(tài)的設(shè)備12a的電壓降仍保持接近于保持電壓。在非常高的電流電平之上，該設(shè)備保持導(dǎo)通，但可顯示隨跟著增加的電流增加的電壓降增加的有限動(dòng)態(tài)電阻。設(shè)備12a可保持導(dǎo)通，直到通過(guò)設(shè)備12a的電流減少到低于特征保持電流值，后者取決于選擇設(shè)備12a的材料的面積和組成以及用于形成設(shè)備12a的其上電極和底電極。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，閾值設(shè)備12a不相變。它貫穿其整個(gè)使用期限保持永久非晶，且其電流電壓特征可保持大致相同。
作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)由分別具有16/13/15/1/55的原子百分?jǐn)?shù)的厚度為700埃的TeAsGeSSe構(gòu)成的.2微米直徑的設(shè)備12a，亞微米設(shè)備的保持電流大約為0.1到1微安(uA)。當(dāng)施加低電壓、低電場(chǎng)時(shí)，低于該保持電流，設(shè)備12a關(guān)閉且返回至高電阻狀態(tài)。
設(shè)備12a的閾值電流一般可高于保持電流，但與保持電流同一數(shù)量級(jí)?？赏ㄟ^(guò)改變工藝參數(shù)，諸如上電極和底電極材料和硫?qū)僭鼗锊牧蟻?lái)更改保持電流。一旦對(duì)給定面積的設(shè)備觸發(fā)導(dǎo)通之后，與諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極結(jié)晶體管或半導(dǎo)體二極管的常規(guī)訪問(wèn)設(shè)備相比，設(shè)備12a可提供高“導(dǎo)通電流”，以及相對(duì)低的dV/dI電阻。然而，這樣的其它設(shè)備也可用于某些實(shí)施例中，諸如其中期望最小工藝變化的嵌入式存儲(chǔ)器應(yīng)用，因?yàn)榇鎯?chǔ)器占用芯片相對(duì)較小的部分。
解碼器18接收地址信號(hào)來(lái)使用與每一列相關(guān)聯(lián)的晶體管20選擇所期望的列。復(fù)位寫電流源22、置位寫電流源24和讀電流源26被耦合至共用解碼節(jié)點(diǎn)66，從而被耦合至所選列，諸如該示例中的列14c。當(dāng)然，實(shí)際上電流源可按需要耦合至所選列，響應(yīng)于來(lái)自諸如處理器的外部存儲(chǔ)器用戶的命令。也提供了諸如電源和接地、定時(shí)信號(hào)和泵激電壓的普通集成電路功能。
晶體管28、38和39是選擇由電流源22、24或26生成的對(duì)所選中列14的所期望的電流的連通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。門電路36為晶體管39使能讀電流源26提供控制電路。門電路36由使能電路34驅(qū)動(dòng)，由芯片內(nèi)的定時(shí)49以及諸如來(lái)自外部處理器的來(lái)自芯片外的命令控制和啟動(dòng)。
來(lái)自門電路36的輸出也為Din門電路25和26提供使能，它在寫周期過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)通晶體管28或38來(lái)使能寫電流源22或24。電流源22具有諸如少于10毫微秒的快速下降沿速率的較高電流(諸如2ma)。電流源24或者具有較低電流或者具有緩慢的下降沿(例如，大于500毫微秒)，它在寫周期結(jié)束時(shí)切斷寫電流脈沖。輸入/輸出控制32被耦合至Din電路30，輸入/輸出控制32驅(qū)動(dòng)Din門電路30來(lái)確定將向所選單元寫入哪個(gè)狀態(tài)。
在圖1中所示的一個(gè)實(shí)施例中，以比較器42形式的讀出放大器從正被讀的如14c的所選列的電壓中接收一個(gè)輸入，并從參考電壓發(fā)生器40接收第二輸入VREF。在其它實(shí)施例中，可在每一列14上提供比較器42或參考電壓發(fā)生器40，但(如圖所示)可跨列線的陣列來(lái)共享比較器和參考電壓發(fā)生器以最小化相關(guān)的布局面積。
參考電壓發(fā)生器40從所選列14接收電壓VR。使用該輸入，參考電壓發(fā)生器40生成對(duì)其它比較器42的輸入的輸出電壓VREF。在圖3C中，由采樣和保持(SH)選通脈沖來(lái)選通參考電壓發(fā)生器40以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間t3陷波列電壓VR。來(lái)自比較器42的輸出驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)輸出鎖存44，且可提供輸出使能(OE)信號(hào)來(lái)指示何時(shí)可驅(qū)動(dòng)輸出(準(zhǔn)備/忙信號(hào))?；蛘?，常規(guī)地可由處理器提供OE來(lái)使能輸出總線驅(qū)動(dòng)器。
讀取周期由讀取周期信號(hào)的等價(jià)物啟動(dòng)，后者通常由處理器以若干形式之一提供。例如，如果寫為高則可啟動(dòng)讀周期，如果地址轉(zhuǎn)換檢測(cè)器讀出輸入的地址引腳則一個(gè)或多個(gè)地址改變。否則，可通過(guò)確定讀取時(shí)鐘輸入信號(hào)來(lái)啟動(dòng)讀。
來(lái)自鎖存44的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)由讀(R)選通脈沖使用。如果數(shù)據(jù)輸入和輸出在同一I/O引腳上共享，諸如來(lái)自處理器的外部提供的OE可使能輸出驅(qū)動(dòng)。
通過(guò)由讀電流源26使所選行16變低并將所選列14驅(qū)動(dòng)為足夠高來(lái)觸發(fā)單元閾值設(shè)備12a來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)器單元中的數(shù)據(jù)。在其它的實(shí)施例中，諸如那些使用反電壓和p溝道晶體管來(lái)交換n溝道晶體管的實(shí)施例中，可改變信號(hào)的方向和相對(duì)極性?；蛘?，選擇設(shè)備例如可以是帶有對(duì)行選擇信號(hào)的適當(dāng)調(diào)節(jié)的n溝道晶體管或雙極二級(jí)管。
圖2中的發(fā)生器40從所選列14中接收參考信號(hào)電壓VR，使得參考信號(hào)可基本上跟蹤列電壓，它偏移了為由電阻分壓器52生成的電壓轉(zhuǎn)換。所選列電壓由第一放大器50和第二放大器54緩沖。放大器50和54均可以是單位增益放大器。放大器54從電阻分壓器52接收它的電壓。盡管示出了電阻分壓器，但可為減少的電源和更好的布局效率使用包括電容分壓器的其它電壓分壓器。
由與p溝道晶體管56并聯(lián)的n溝道晶體管57構(gòu)成的多路復(fù)用器56由采樣和保持(SH)選通脈沖信號(hào)控制，使用如圖3C中所示的定時(shí)。為保持來(lái)自放大器54的電平，SH選通脈沖在時(shí)刻t3時(shí)關(guān)閉該多路復(fù)用器，并對(duì)電容58上的電壓陷波，存儲(chǔ)一電壓以供稍后與列進(jìn)行比較使用。在一個(gè)實(shí)施例中，電容58可以是0.001微法拉，用于在改變讀電流之后生成所比較的列電壓所必需的時(shí)間內(nèi)無(wú)顯著衰減的情況下存儲(chǔ)參考電壓信號(hào)。為與該稍后的列電壓比較，在一個(gè)實(shí)施例中，可存儲(chǔ)VREF大約200毫微秒。
這同一功能也可由更復(fù)雜的采樣和保持或其它電路替換來(lái)完成。例如，某些應(yīng)用可使用帶有數(shù)字存儲(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它驅(qū)動(dòng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于在改變讀電流之后生成用于與該稍后的列電壓進(jìn)行比較的存儲(chǔ)電壓。在數(shù)字形式中時(shí)，算術(shù)單元可引起電壓的適當(dāng)減少以辨別存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)狀態(tài)。如對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然，可使用類似的技術(shù)來(lái)生成額外的參考電平，用于為每一物理單元存儲(chǔ)多于一個(gè)的邏輯位。
圖3D中的R選通信號(hào)確定對(duì)稍后的列電壓和所采樣并保持的參考電壓電平進(jìn)行的電壓比較何時(shí)有效，所以由R選通脈沖鎖存數(shù)據(jù)。此處，例如，置位位電壓在減少或切斷讀電流之后迅速改變，而復(fù)位位電壓從施加讀電流達(dá)到的Vfinal緩慢衰減。從而，調(diào)整t4處的R選通脈沖，使得復(fù)位位具有足夠的時(shí)間來(lái)衰減至低于由電壓發(fā)生器40在t3時(shí)刻生成和存儲(chǔ)的Vref(復(fù)位)。
參考圖3A，根據(jù)一個(gè)理想實(shí)施例示出所選列和行隨時(shí)間變化的列電壓電平。處于備用或當(dāng)被取消選定時(shí)，列電壓大約等于V/2或Vdes，其中V與設(shè)備12a和12b的閾值電壓相關(guān)，且可在管芯間或管芯內(nèi)的塊間調(diào)節(jié)，用于改進(jìn)針對(duì)不正確地觸發(fā)未選中的設(shè)備12a(而選中另一設(shè)備)的容限。例如，如果設(shè)備12a的閾值電壓一般為3V、VH(ots)為2.5V，且設(shè)備12b的閾值電壓一般為1V、VH(oum)為0.5V時(shí)，V/2可以是2V。
當(dāng)所選列電壓變高時(shí)，所選行電壓可能變低(除非選擇設(shè)備是N溝道MOS晶體管，其中所選行線可變高)。例如，在選擇設(shè)備12a為OTS選擇設(shè)備的實(shí)施例中，如圖3A中所示，所選行16具有最初較高的取消選定電壓，該電壓下降至穩(wěn)定的較低選中電壓，該較低電壓由行選擇驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)由晶體管28、38和39所選的電流接地壓降設(shè)定。被取消選定的列14具有相對(duì)較低的取消選定電壓，且在通過(guò)使電流流入所選列來(lái)選中列時(shí)，該列電壓增加。圖3B中示出了在讀過(guò)程中所施加的列電流。在對(duì)所選列施加讀電流之后，該讀電流迫使當(dāng)選中列時(shí)，所選列電壓上升。
讀列電流振幅被設(shè)為高于閾值設(shè)備12a的閾值電流，因此閾值設(shè)備12a觸發(fā)導(dǎo)通，并允許訪問(wèn)存儲(chǔ)器元件12b中的電阻水平(所存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器信息)。較佳地，Iread低于存儲(chǔ)器元件12b的閾值電流。對(duì)低于可在存儲(chǔ)器元件上達(dá)到閾值的存儲(chǔ)器元件12b的Ith的讀電流，刷新存儲(chǔ)單元12的需求被最小化了。使用超過(guò)存儲(chǔ)器元件12b的ITH的流經(jīng)該元件的電流的一次或多次反復(fù)的讀可引起復(fù)位位或者被誤讀為置位位或降低該元件的電阻，這都將引起誤讀或讀干擾錯(cuò)誤。
圖3A示出了被選為低的行，并繪出了當(dāng)使用同一讀電流讀給定存儲(chǔ)器單元的置位位(12a觸發(fā)后的較下方波形)和復(fù)位位(較上方波形)狀態(tài)時(shí)所選列的電壓。施加了足夠長(zhǎng)的讀電流來(lái)允許對(duì)處于置位或復(fù)位狀態(tài)的位均可形成穩(wěn)定狀態(tài)電壓(Vfinal)(區(qū)域t3)。在t3處確定鎖存Vref來(lái)存儲(chǔ)從觸發(fā)存儲(chǔ)單元的選擇設(shè)備之后使用讀電流訪問(wèn)存儲(chǔ)器單元生成的該得到的列電壓。所存儲(chǔ)的電平是由圖2中所示的VREF發(fā)生器下轉(zhuǎn)換大約0.25V的列電壓。在圖2中，SH選通確定訪問(wèn)來(lái)自放大器54的輸出電平(SH選通脈沖的上升沿)，然后在圖3C中對(duì)該電平陷波(t3處的下降沿)。如對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然，在某些應(yīng)用中，可形成足夠的容限，而不需要為Vfinal等待如此之長(zhǎng)的時(shí)間，使能較快讀定時(shí)的使用。
復(fù)位位為稍后的比較生成比在t3處為置位位采樣和保持的電壓(Vref(置位))更高的參考電壓(Vref(復(fù)位))。復(fù)位位的電壓變得更高且其上有較大的電壓，這是因?yàn)樽x電流乘以較高電阻產(chǎn)生較高的電壓(加至Vhots)。通過(guò)訪問(wèn)復(fù)位位在t3處生成和存儲(chǔ)的所得到的較高參考電壓(圖3A中的最上方的水平虛線)可用于讀復(fù)位位，且類似地，為置位位生成的較低參考電壓(圖3A中的較低水平虛線)可用于稍后與時(shí)間t4處的列進(jìn)行比較來(lái)讀置位位。
而且，因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)采樣和保持來(lái)自所選列、行和位的參考電壓逐位生成參考電壓，因此參考電壓(VR)是所選列、行和單元特征的函數(shù)。得到的參考電壓(低于所選偏移電壓)包括Iread x 12b的Rcell(單元狀態(tài)的函數(shù))加上選擇設(shè)備12a的保持電壓VH(這可逐位變化)加上Iread x(Rrow選擇設(shè)備+Rrow線+Rcol線)+Vground線(行選擇設(shè)備處)。通過(guò)生成跟蹤設(shè)備12a的VH以及其它陣列變量和驅(qū)動(dòng)器的參考量，通過(guò)為每一讀周期上的讀的特定位逐位設(shè)定參考量，可消除基本變化。
然而，一旦在t3之前達(dá)到最終值，在t3采樣，和保持之后，減少(或切斷)讀電流，讀出新得到的列電壓，并由比較器42相對(duì)于早先由圖2的電路存儲(chǔ)的位專用參考電壓作為Vref將它們進(jìn)行比較。因此，VH中位與位或周期與周期之間的變化不會(huì)減少讀窗口容限，因?yàn)閷?shí)際上將從早前在較高讀電流處所存儲(chǔ)的參考電壓和從稍后在減少的讀電流處采樣的列電壓中均減去該變化。類似地，由電阻上的驅(qū)動(dòng)器的選擇電壓、行和列線上的位置以及陣列與陣列之間接地電壓分布差異引起的行與行之間的變化，可最小化對(duì)讀容限的影響。
在另一實(shí)施例中可生成參考電壓(Vref)，其中未將行電壓完全拉低至接地電壓(來(lái)最小化對(duì)被取消選定的列的行漏電)，或者其中當(dāng)選中行時(shí)行電壓升高(例如，因?yàn)閱卧x擇設(shè)備是N溝道MOS晶體管)。其它的變化也是可能的，諸如將雙極或MOS二極管或晶體管用作選擇設(shè)備。
如圖3C中所示，采樣和保持選通脈沖(SH選通脈沖)在復(fù)位位處于其最高電平(接近Vfinal)、正好在減少或切斷列電流之前的時(shí)刻附近鎖存所轉(zhuǎn)換的參考電壓。參考電壓然后在電容58中存儲(chǔ)一段時(shí)間，諸如200毫微秒，用于在允許由于改變電流在列電壓中產(chǎn)生足夠變化之后將參考電壓與列進(jìn)行比較。
在改變或切斷列電流之后，置位位電壓僅稍微減少(因?yàn)樵摯鎯?chǔ)器上電阻較低因此電壓較低)。如圖3A中所示，復(fù)位位電壓在電壓上下降較多，且下降得較緩慢(因?yàn)镽C時(shí)間常數(shù)較大)。在諸如200毫微秒的一段時(shí)間之后，復(fù)位列最終下降至置位位電壓附近。如圖3B、3C和3D中所示，在t3時(shí)刻鎖存參考電壓之后，且在減少或切斷讀電流之后，在時(shí)刻t4處將所讀的數(shù)據(jù)鎖存。在一個(gè)實(shí)施例中，在鎖存Vref和減少列電流之后，該讀數(shù)據(jù)鎖存時(shí)間可以近似為一個(gè)或多個(gè)RC時(shí)間常數(shù)，諸如200毫微秒。
如果讀電流被減少至0，則R選通脈沖時(shí)間更為緊急，因?yàn)檩^佳地在流經(jīng)所選置位設(shè)備12a的電流下降至低于IH之前完成鎖存，從而可避免設(shè)置位電壓的過(guò)多退化。否則，如果電流被減少但保持高于選擇設(shè)備12a的保持電流(IH)，那么所允許的時(shí)間可更充分來(lái)允許復(fù)位(較高電阻)位的電壓下降至遠(yuǎn)低于參考電壓，同時(shí)避免相對(duì)于置位位的緊急的定時(shí)。通過(guò)將選擇設(shè)備中的電流維持高于IH(ots)，可避免由于減少閾值設(shè)備12a上的電壓引起的置位位電壓的過(guò)多減少。然而，如果電流被減少至0，并通過(guò)減少在t4處鎖存數(shù)據(jù)之前的延遲來(lái)保持足夠的容限，可改進(jìn)讀延遲。對(duì)任一情況，可在等于t3或在此稍后的時(shí)刻，即一旦鎖存參考電平Vref之后減少或切斷電流。
參考回圖2，在圖3C處所示的t3時(shí)刻，當(dāng)在復(fù)位位電壓峰值附近鎖存Vref電壓時(shí)將參考電壓傳遞給存儲(chǔ)電容58。對(duì)復(fù)位位的比較發(fā)生在鎖存參考電壓、減少讀電流并等待延遲時(shí)間以便列足夠下降至低于所存儲(chǔ)的偏移參考之后，該比較指示電壓是否低于(復(fù)位)參考電壓。與此相反，對(duì)置位位狀態(tài)的比較指示隨減少的電流的稍后的列電壓是否保持高于(較低的)置位參考電壓Vref，如圖3A中為位于其Vref(置位)上方的較低的波形所示。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在列電流在t3(圖3A)之后減少后，該比較由讀出放大器(圖1)進(jìn)行。
盡管分壓器52被示為提供從鎖存Vref時(shí)刻t3讀出的實(shí)際列電壓偏移諸如0.25伏特的偏移量，也可使用其它替換方式來(lái)提供該偏移量，甚至提供比較器42中的足夠的內(nèi)置放大器偏移，然后僅需在SH選通脈沖時(shí)刻對(duì)峰值位線電壓進(jìn)行陷波，而不需要使用圖2中的電阻分壓器52對(duì)其進(jìn)行偏移。如對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然，相對(duì)于采樣時(shí)刻處的列電壓，VREF偏移量需要大于Iread x Rset，且小于Ireadx Rreset，且大約等于兩者的平均。偏移電壓或讀電流或這兩者均可在每一芯片內(nèi)進(jìn)行調(diào)整來(lái)優(yōu)化讀電壓容限。
較佳地，在工廠掃描大量的位且使用若干可能的技術(shù)中的一種或多種在參考電壓發(fā)生器40中調(diào)整該偏移量?？赏ㄟ^(guò)諸如使用激光引信修理相對(duì)于電阻分壓器中的其它電阻調(diào)節(jié)一個(gè)電阻來(lái)將電阻分壓器“編程”至芯片內(nèi)。參考電壓中的偏移量應(yīng)該相對(duì)較集中，以便優(yōu)化用于由于劣化、溫度和電壓變化造成的位電壓中的變化的讀容限。較佳地，對(duì)芯片上多于一個(gè)塊的較大尺寸的存儲(chǔ)器，或甚至對(duì)較大塊中塊的段，逐塊或逐段調(diào)整參考電壓。
在某些實(shí)施例中，首先對(duì)列充電(預(yù)充電)至由電壓驅(qū)動(dòng)器或初始較高的讀電流施加的電壓，但該電壓限為低于觸發(fā)選擇設(shè)備12a所必需的電壓(因此，低于VTHmin(12a))，然后從該初始較高的列電壓繼續(xù)上述連續(xù)的技術(shù)。通過(guò)將這樣的預(yù)充電與此處的實(shí)施例結(jié)合，可減少讀延遲。
或者，在每一物理單元存儲(chǔ)一個(gè)以上邏輯位的多位方案中，可按照與此處所述的單個(gè)經(jīng)轉(zhuǎn)化的電壓Vref相類似的方式生成和存儲(chǔ)多個(gè)參考電壓。附加的電壓相對(duì)于圖3的t3處讀出的Vfinal在偏移量上可有所不同。然后，可通過(guò)使用不同的編程電流振幅、寬度或下降沿來(lái)將不同的電阻水平寫入讀出設(shè)備12b。
使用帶有在每一寫嘗試之間讀所得到的反饋的二分搜索和多次寫可導(dǎo)致更精確地寫入所期望電阻。盡管此處所述的技術(shù)是用于每一單元一個(gè)位的情況，但通過(guò)這樣的技術(shù)，使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的技術(shù)可每一單元存儲(chǔ)多于一個(gè)位或模擬信號(hào)。
在時(shí)刻t3處減少電流之后，置位位在電壓中降落至低于復(fù)位位(圖3A)，使得置位位的電壓在減少或斷開(kāi)電流的衰減周期之后相對(duì)于參考電壓較高。類似地，復(fù)位位在一個(gè)或多個(gè)RC時(shí)間常量之后可低于參考電壓，其中R是復(fù)位位電阻，C是列電容。因?yàn)閺?fù)位位衰減比置位位慢，因此可為復(fù)位位衰減率設(shè)定在t4選通之前的超時(shí)延遲。
為避免讀干擾，可將列電流設(shè)為高于閾值設(shè)備12a的閾值電流，來(lái)確保位選擇并低于存儲(chǔ)器部分12b的閾值電流。設(shè)備12a的閾值電流可被設(shè)計(jì)成低于存儲(chǔ)器設(shè)備12b的閾值電流。可將讀電流選擇成低于存儲(chǔ)器元件12b的閾值電流，來(lái)避免將復(fù)位位觸發(fā)成dV/di狀態(tài)，并避免劣化復(fù)位狀態(tài)內(nèi)所選位的電阻。
較高的讀電流會(huì)引起在完成讀周期中更快的充電和改進(jìn)的延遲，但冒超過(guò)所選單元存儲(chǔ)器元件12b的閾值電流的風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)精確定時(shí)冒更大風(fēng)險(xiǎn)的更精心設(shè)計(jì)的讀方案中，可使用接近或稍微高于設(shè)備12b的閾值電流的較高讀電流，但可調(diào)節(jié)對(duì)讀出/鎖存參考電壓Vref的定時(shí)，使得在讀出設(shè)備12b上的電壓被超過(guò)之前減少電流。
可使用創(chuàng)建與列中的改變率成比例的電壓的導(dǎo)數(shù)改變率傳感器來(lái)完成更精確的定時(shí)。通過(guò)在對(duì)列充電的初始部分(t1和觸發(fā)選擇設(shè)備12a之間)過(guò)程中讀出峰值改變率，該峰值可與當(dāng)12a達(dá)到閾值時(shí)發(fā)生的改變進(jìn)行比較。在此之后，可為更好的精確度從12a達(dá)到閾值時(shí)(替代從t2開(kāi)始定時(shí))啟動(dòng)至t3的超時(shí)。
轉(zhuǎn)向圖4，描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)500的一部分。系統(tǒng)500可用于無(wú)線設(shè)備，諸如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、具有無(wú)線能力的膝上型或便攜式計(jì)算機(jī)、web圖形輸入板、無(wú)線電話、尋呼機(jī)、即時(shí)消息通信設(shè)備、數(shù)字音樂(lè)播放器、數(shù)碼照相機(jī)或適用于無(wú)線地發(fā)送和/或接收信息的其它設(shè)備。系統(tǒng)500可用于以下系統(tǒng)中的任何一個(gè)中無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)、無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)系統(tǒng)、或蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)，而本發(fā)明的范圍不限于此方面。
系統(tǒng)500可包括控制器510、輸入/輸出(I/O)設(shè)備520(例如，鍵盤、顯示器)、存儲(chǔ)器530、無(wú)線接口540、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM 560)，它們經(jīng)由總線550彼此耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，電池580可向系統(tǒng)500供應(yīng)電源。應(yīng)該注意，本發(fā)明的范圍不限于含有這些組件中的任何或所有的實(shí)施例。
控制器510可包括例如一個(gè)或多個(gè)微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器等。存儲(chǔ)器530可用于存儲(chǔ)發(fā)送給系統(tǒng)500或由系統(tǒng)500發(fā)送的消息。存儲(chǔ)器530也可任選地用于存儲(chǔ)由控制器510在系統(tǒng)500的操作過(guò)程中執(zhí)行的指令，且可用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)。指令可被存儲(chǔ)為數(shù)字信息，而如此處所揭示，用戶數(shù)據(jù)可作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的一個(gè)扇區(qū)中，并存儲(chǔ)在作為模擬存儲(chǔ)器的另一扇區(qū)中。作為另一示例，在某一時(shí)刻可對(duì)給定扇區(qū)如此加以標(biāo)簽且用于存儲(chǔ)數(shù)字信息，稍后可對(duì)其重新加以標(biāo)簽，且重新配置來(lái)存儲(chǔ)模擬信息?？捎梢环N或多種不同類型的存儲(chǔ)器提供存儲(chǔ)器530。例如，存儲(chǔ)器530可包括易失性存儲(chǔ)器(任何類型的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、非易失性存儲(chǔ)器，諸如閃存和/或圖1、3或5中示出的存儲(chǔ)器10。
I/O設(shè)備520可用于生成消息。系統(tǒng)500可使用無(wú)線接口540來(lái)隨射頻(RF)信號(hào)一起發(fā)送和接收往來(lái)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的消息。無(wú)線接口540的示例可包括天線或無(wú)線收發(fā)機(jī)，諸如偶極天線，而本發(fā)明的范圍不限于此方面。同樣，I/O設(shè)備520可傳遞反映或者作為數(shù)字輸出(如果存儲(chǔ)數(shù)字信息)或者可以是模擬信息(如果存儲(chǔ)模擬信息)而存儲(chǔ)的電壓。系統(tǒng)可存儲(chǔ)來(lái)自照相機(jī)590的照相機(jī)圖像，或者無(wú)線下載或上傳，或者在此處所描述的存儲(chǔ)器中直接生成或存儲(chǔ)。
盡管以上提供了無(wú)線應(yīng)用中的示例，但本發(fā)明的實(shí)施例也可用于非無(wú)線應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括通過(guò)從存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器單元線形成參考電平來(lái)讀所述存儲(chǔ)器單元線上的單元。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括提供不同的參考電平來(lái)檢測(cè)較高和較低電阻的單元。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括偏移來(lái)自所述線的參考電平。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用從所選線上的電壓導(dǎo)出的參考電平。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括讀出所選線上的電平是高于還是低于所述參考電平。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括存儲(chǔ)所述來(lái)自線的參考電平，用于稍后與所述線上的電平進(jìn)行比較。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，包括在改變所選線中的電流之后比較所述電平。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括使用較高的參考電壓來(lái)讀出處于其較高電阻狀態(tài)中的單元，并使用較低參考電壓來(lái)讀出處于其較低電阻狀態(tài)中的單元。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括，使用高于閾值設(shè)備的閾值電流且低于讀出設(shè)備的閾值電流的讀電流。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括將對(duì)所選線的讀電流改變之前生成的參考電壓與在改變讀電流之后所選線上生成的電壓進(jìn)行比較。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在改變對(duì)所選地址線的讀電流之后比較所述電平。
12.一種存儲(chǔ)器，包括單元陣列；以及讀出放大器，用于讀出所選單元，所述讀出放大器被耦合來(lái)將所讀出的單元的特征與使用所述單元形成的參考電平進(jìn)行比較。
13.如權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述存儲(chǔ)器是相變存儲(chǔ)器。
14.如權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述單元的陣列包括地址線，所述地址線包括耦合至將被讀出的單元的地址線的參考信號(hào)發(fā)生器。
15.如權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述參考信號(hào)發(fā)生器為所述讀出放大器生成參考電壓，所述參考信號(hào)發(fā)生器用于改變來(lái)自所述線的所述信號(hào)的電平。
16.如權(quán)利要求15所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述參考信號(hào)發(fā)生器存儲(chǔ)來(lái)自所述線的參考電平。
17.如權(quán)利要求16所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述發(fā)生器在一時(shí)間延遲之后保持并輸出所述參考電平以供比較。
18.如權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述讀出放大器讀出所選地址線上的電平是高于還是低于參考電平。
19.如權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述電平被存儲(chǔ)在不同于用于生成比較電壓的讀電流的讀電流上。
20.如權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述讀出放大器比較兩個(gè)不同時(shí)刻的定址線上的電平。
21.如權(quán)利要求20所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述讀出放大器用于在減少所述定址線上的電流之后比較電平。
22.如權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述存儲(chǔ)器是相變存儲(chǔ)器，且利用較高的參考電壓來(lái)讀出處于其較高電阻狀態(tài)中的單元，利用較低的參考電壓電平來(lái)讀出處于其較低電阻狀態(tài)中的單元。
23.如權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述讀出放大器將在減少對(duì)所選線的讀電流之前生成的參考電壓與在減少所述讀電流之后所選線上生成的電壓進(jìn)行比較。
24.一種系統(tǒng)，包括處理器；以及存儲(chǔ)器，包括單元陣列和用于讀出所述單元的讀出放大器，所述讀出放大器被耦合來(lái)將所讀出的單元的特征與使用所述單元形成的參考量進(jìn)行比較。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)器是相變存儲(chǔ)器。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，利用較高的參考電壓來(lái)讀出處于其較高電阻狀態(tài)中的單元，利用較低的參考電壓來(lái)讀出處于其較低電阻狀態(tài)中的單元。
27.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)器包括耦合至所述單元的地址線和耦合至包含將被讀出的單元的地址線的參考信號(hào)發(fā)生器。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參考信號(hào)發(fā)生器存儲(chǔ)來(lái)自所述線的參考電平。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參考信號(hào)發(fā)生器用于減少來(lái)自所述線的信號(hào)的電平。
30.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括耦合至所述處理器的數(shù)碼照相機(jī)。
全文摘要
源自使用一個(gè)讀電流來(lái)訪問(wèn)所選位的電壓可被利用來(lái)在改變?cè)撟x電流之后讀未觸發(fā)的相變存儲(chǔ)器的所選位。作為結(jié)果，可為讀出較高電阻狀態(tài)對(duì)較低電阻所選單元來(lái)使用不同的參考電壓。在某些實(shí)施例中，可改進(jìn)得到的讀窗口或容限。
文檔編號(hào)G11C7/00GK1841557SQ20061007185
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者T·勞里, W·D·帕金森, F·貝德司奇, C·瑞斯塔, R·蓋斯塔爾迪, G·卡薩格蘭德 申請(qǐng)人:奧沃尼克斯股份有限公司