專利名稱：一種電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不揮發(fā)存儲(chǔ)器(Nonvolatile Memory)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及電阻隨機(jī)存 儲(chǔ)器(Resistive Random Access Memory)的置位(Set)操作方法，尤其涉及采用脈沖幅度 步進(jìn)式增長(zhǎng)的多個(gè)脈沖實(shí)現(xiàn)一次置位操作的方法。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體市場(chǎng)中占有重要的地位，由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，不 揮發(fā)存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)器市場(chǎng)中的份額也越來(lái)越大。最近不揮發(fā)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器件 (Resistive Switching Memory)因?yàn)槠涓呙芏取⒌统杀?、可突破技術(shù)代發(fā)展限制的特點(diǎn)引 起高度關(guān)注。電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器利用存儲(chǔ)介質(zhì)的電阻在電信號(hào)作用下、在高阻態(tài)和低阻態(tài)之 間可逆轉(zhuǎn)換的特性來(lái)存儲(chǔ)信號(hào)，存儲(chǔ)介質(zhì)可以有很多種，包括二元或多元金屬氧化物，甚至 有機(jī)物，其中，Cux0(l <x^2)由于不含有對(duì)常規(guī)CMOS工藝會(huì)造成污染的元素、低功耗等 特性而受到高度關(guān)注。圖1所示為已被報(bào)道的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的I-V特性曲線的示意圖。如圖1所示， 該電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器可以采用極性不同的電壓掃描進(jìn)行高阻態(tài)和低阻態(tài)之間轉(zhuǎn)換，圖1中示 意給出了該電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的三次復(fù)位操作(Reset，從低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)換)和置位操作 (Set,從高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換)。曲線101a、IOlbUOlc表示起始態(tài)為高阻態(tài)、電壓從0伏向 正向掃描得到的I-V特性曲線，每條曲線表示一次置位操作；曲線100a、100b、100c表示起 始態(tài)為低阻態(tài)、電壓從0伏向負(fù)向掃描得到的I-V特性曲線，每條曲線表示一次復(fù)位操作。 以曲線IOla為例，當(dāng)電壓從0伏正向遞增時(shí)，漸增大到Vt3時(shí)，電流會(huì)突然迅速增大，表明存 儲(chǔ)電阻從高阻態(tài)突變成低阻態(tài)，其中Vt3我們定義為置位操作電壓；然后在通過(guò)反向電壓掃 描進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位操作后再進(jìn)行置位操作。通過(guò)曲線101a、101b、101c中的三次置位操 作我們可以發(fā)現(xiàn)，其置位操作電壓分別為VT3、VT4、VT5，置位操作電壓并不相同，通過(guò)多次反 復(fù)Set操作我們可以發(fā)現(xiàn)，置位操作電壓是在一定區(qū)域范圍分布。同時(shí)，進(jìn)一步我們也認(rèn)識(shí) 到，由于工藝波動(dòng)性等因此，對(duì)同一存儲(chǔ)陣列的不同電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器單元，其相互之間的置 位操作電壓也不是統(tǒng)一的，也只在一定區(qū)域范圍分布。圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的激活操作、復(fù)位操作、讀操作、置位操作 的脈沖示意圖。從圖2中，可以看出每個(gè)操作的脈沖的電壓、在存儲(chǔ)器中產(chǎn)生的電流、以及 時(shí)間之間的關(guān)系，其中復(fù)位操作的脈沖的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于置位操作的脈沖電流，根據(jù)功耗基 本公式P = I2R計(jì)算功耗時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)位操作的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于置位操作的功耗。中國(guó)申 請(qǐng)專利CN200710043707.0(名稱一種可降低復(fù)位操作電流的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器)中，通過(guò)提 高低阻態(tài)電阻(Ron)的方法來(lái)降低復(fù)位操作的電流，從而降低其功耗。根據(jù)以上電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作電壓的特性，現(xiàn)有技術(shù)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的 置位操作方法是通過(guò)施加單個(gè)Set脈沖的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)一次Set操作，其Set電壓脈沖的高 度一般大于置位操作電壓的分布區(qū)域值，例如，Set電壓脈沖的高度肯定大于圖1所示的 V13> VT4、VT5，這樣能夠保證同一電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器來(lái)回Set、Rest操作過(guò)程都能夠成功。但是
3這樣的Set操作方法，其Set操作施加在存儲(chǔ)器單位上的電壓大于其置位操作電壓(Vt)，因 此，存在“過(guò)編程(over-programming)，，的現(xiàn)象，根據(jù)我們對(duì)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的機(jī)理可以判 斷，其“過(guò)編程”能導(dǎo)致Set操作后的低阻態(tài)電阻(Ron)變低。因此現(xiàn)有技術(shù)的Set操作方 法具有增大電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器功耗的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，避免Set操作的“過(guò)編程”所帶來(lái)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器 Ron降低的現(xiàn)象。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法其包括以 下步驟(1)所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為高阻態(tài)時(shí)，施加初始置位操作脈沖于所述電阻隨機(jī)存 儲(chǔ)器；(2)施加讀操作信號(hào)于所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器，如果所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為低阻態(tài)， 則置位操作結(jié)束；如果所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為高阻態(tài)，則進(jìn)入下一步驟；(3)施加后續(xù)置位操作脈沖于所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器，所述后續(xù)置位操作脈沖相比 之前一個(gè)置位操作脈沖增加一定的脈沖幅度；(4)重復(fù)步驟(2)和(3)，直至置位操作結(jié)束。根據(jù)本發(fā)明提供的置位操作方法，其中，所述置位操作脈沖是電壓脈沖。步驟(1) 中初始置位操作脈沖的脈沖高度范圍為0. 1V-0. 6V。步驟(3)中所述的脈沖幅度為0. IV。 所述讀操作信號(hào)為讀脈沖電壓信號(hào)，讀脈沖電壓信號(hào)的脈沖幅度小于電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置 位操作電壓值。本發(fā)明中，作為較佳實(shí)施方案中，所述步驟(3)中包括步驟(3b)判斷所述后續(xù)置 位操作脈沖的脈沖幅度是否大于最大允許脈沖幅度，如果判斷為“是”，所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ) 器置位操作失敗，判斷為“否”，則進(jìn)入步驟(4)。根據(jù)本發(fā)明提供的置位操作方法，其中，所 述置位操作脈沖可以是電流脈沖。根據(jù)本發(fā)明提供的置位操作方法，其中，所述電阻隨機(jī)存 儲(chǔ)器為一次可編程電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是，通過(guò)脈沖幅度以步進(jìn)式增長(zhǎng)的多個(gè)脈沖對(duì)電阻隨機(jī)存 儲(chǔ)器進(jìn)行一次置位操作，是每個(gè)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器、或者每個(gè)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的每次置位操 作在最合適的置位操作電壓上進(jìn)行，避免了置位操作中“過(guò)編程”的現(xiàn)象，從而提高電阻隨 機(jī)存儲(chǔ)器置位后的Ron值，有利于降低后續(xù)復(fù)位操作的功耗。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的I-V特性曲線的示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的激活操作、復(fù)位操作、讀操作、置位操作的脈 沖示意圖；圖3是本發(fā)明提供的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法示意圖；圖4是本發(fā)明提供的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法又一實(shí)施例示意圖；圖5是本發(fā)明置位操作的置位操作脈沖示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述。實(shí)施例1圖3所示為本發(fā)明提供的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法示意圖。電阻隨機(jī)存儲(chǔ) 器的編程操作包括有電流脈沖信息和電壓脈沖信號(hào)兩種，在該實(shí)施例中，均以電壓脈沖信 號(hào)為置位操作的信號(hào)；置位操作脈沖的脈沖寬度不受本發(fā)明限制。如圖3所示，該實(shí)施例置 位操作方法包括以下步驟。步驟S10，電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為高阻態(tài)時(shí)，施加初始置位操作脈沖。在該步驟中，根據(jù)置位操作的特性，每次置位操作都是將高阻態(tài)轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)， 所以，首先電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器應(yīng)該為高阻態(tài)；施加的初始置位操作脈沖的脈沖高度范圍為 0. 1V-0. 6V，可以根據(jù)具體電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作電壓分布范圍確定，例如，選取20% 能置位操作成功的0. 3V作為初始置位操作脈沖的脈沖高度。步驟S20，施加讀操作信號(hào)。在該步驟中，讀操作信號(hào)為讀脈沖電壓信號(hào)，讀脈沖電壓信號(hào)的脈沖幅度小于電 阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作電壓值，一般范圍為0. 1V-0. 5V，一般選擇相對(duì)較小的讀脈沖電壓 幅度，降低讀功耗。步驟S30，判斷置位操作是否成功。在該步驟中，如果電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為低阻態(tài)，則表示電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器已經(jīng)由高阻 態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換，上一次的置位操作脈沖成功實(shí)現(xiàn)置位操作，則置位操作過(guò)程結(jié)束；如果所 述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為高阻態(tài)，則表示上一次的置位操作脈沖因?yàn)槠渲梦徊僮髅}沖的脈沖高 度未達(dá)到置位操作電壓值，未成功實(shí)現(xiàn)置位操作，進(jìn)入步驟S40。步驟S40，脈沖增加脈沖幅度，施加后續(xù)置位操作脈沖。在該步驟中，施加后續(xù)置位操作脈沖于電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器，后續(xù)置位操作脈沖相比 之前一個(gè)置位操作脈沖增加一定的脈沖幅度；脈沖幅度的遞增量可以根據(jù)具體需求設(shè)置， 在該實(shí)施例中，脈沖幅度的遞增量為0. IV。 步驟S40結(jié)束后，進(jìn)入步驟S20，循環(huán)執(zhí)行步驟S20、S30、S40，直至電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器 被判斷為成功置位操作。實(shí)施例2圖4所示為本發(fā)明提供的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法又一實(shí)施例示意圖。結(jié) 合圖3和圖4所示，該實(shí)例與3所示實(shí)施例的區(qū)別在于，還包括步驟S41 判斷后續(xù)置位操 作的脈沖幅度是否大于最大允許脈沖幅度，如果判斷為“是”，所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器置位操 作失敗，判斷為“否”，則進(jìn)入步驟(20)。通過(guò)增加這一步驟，可以防止因電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器本 身不能成功置位操作而導(dǎo)致步驟S20、S30、S40無(wú)限循環(huán)的現(xiàn)象發(fā)生。最大允許脈沖幅度可 以根據(jù)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器特性預(yù)先設(shè)定，例如可以是能使99%電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器都能夠成功置 位的置位操作電壓值。實(shí)施例3圖5所示為該發(fā)明置位操作的置位操作脈沖示意圖。如圖5所示，501為初始置位 操作脈沖，502、508、509為后續(xù)置位操作脈沖，502和508之間省去示意了若干置位操作脈沖，每一個(gè)脈沖相對(duì)于前面一個(gè)脈沖在幅度上以步進(jìn)方式遞增。同時(shí)將509定義為最大容 許脈沖幅度。進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，本具體實(shí)施例提供的置位操作方法，尤其適用于一次可編 程(OTP)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器中應(yīng)用。由于該置位操作方法需要通過(guò)多個(gè)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)置位操 作，因此必然會(huì)犧牲其速度特性。而在一次可編程電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器中，對(duì)其速度特性不是很 關(guān)注，而著重關(guān)注其功耗特性，該具體實(shí)施方式
的置位操作方法完全適用于一次可編程電 阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說(shuō)明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法，其特征在于，包括以下步驟(1)所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為高阻態(tài)時(shí)，施加初始置位操作脈沖于所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器；(2)施加讀操作信號(hào)于所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器，如果所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為低阻態(tài)，則置位操作結(jié)束；如果所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為高阻態(tài)，則進(jìn)入下一步驟；(3)施加后續(xù)置位操作脈沖于所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器，所述后續(xù)置位操作脈沖相比之前一個(gè)置位操作脈沖增加一定的脈沖幅度；(4)重復(fù)步驟(2)和(3)，直至置位操作結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法，其特征在于，所述電阻隨 機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作脈沖是電壓脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中初始置位操作脈沖的脈沖高度 范圍為 0. 1V-0. 6V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述的脈沖幅度為0.IV。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)的讀操作信號(hào)為讀脈沖電壓 信號(hào)，所述的讀脈沖電壓信號(hào)的脈沖幅度小于電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作電壓值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中包括步驟(3b)判斷所述 后續(xù)置位操作脈沖的脈沖幅度是否大于最大允許脈沖幅度，如果判斷為“是”，所述電阻隨 機(jī)存儲(chǔ)器置位操作失敗，判斷為“否”，則進(jìn)入步驟(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(3b)中，所述最大允許脈沖幅度根據(jù) 電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器特性預(yù)先設(shè)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作脈沖是 電流脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述的方法，，其特征在于，其中所述電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器為一 次可編程電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器。
全文摘要
本發(fā)明屬于不揮發(fā)存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的置位操作方法。本發(fā)明通過(guò)脈沖幅度以步進(jìn)式增長(zhǎng)的多個(gè)脈沖對(duì)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行一次置位操作，使每個(gè)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器、或者每個(gè)電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的每次置位操作在最合適的置位操作電壓上進(jìn)行，避免了置位操作中“過(guò)編程”的現(xiàn)象，從而提高電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器置位后的Ron值，有利于降低后續(xù)復(fù)位操作的功耗。
文檔編號(hào)G11C7/20GK101882462SQ20091005094
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者呂杭炳, 周鵬, 林殷茵, 王明 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)