CN101079319A - 存储器驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种存储器驱动电路，其驱动包括第一电极、第二电极、以及置于第一电极和第二电极之间的存储层的存储器。该存储器驱动电路可包括连接到存储器以驱动存储器的主驱动器，和连接在存储器和主驱动器之间以控制存储器的置位电阻的次驱动器。该存储器驱动电路可自由地调节存储器的置位电阻，以维持存储器的电阻在期望的值。因此，可以实现存储器的操作可靠性的改善。

Description

存储器驱动电路
技术领域
本发明涉及一种存储器驱动电路及其制造方法，该存储器驱动电路用于驱动根据电阻变化能具有两个或更多状态的电阻型存储器。本发明还涉及一种存储器驱动电路及其制造方法，该存储器驱动电路可包括连接到存储器以控制存储器的置位电阻(set resistance)的次驱动器(secondary driver)，该存储器具有布置在第一电极和第二电极之间的存储层。
背景技术
根据数据压缩和传输技术的近期发展，新的电子设备(例如便携式终端、各种智能卡、电子货币、数码相机、游戏存储器、MP3播放器和/或多媒体播放器)的发展增多。可以配置这样的新电子设备以使用增加的信息量。对能够存储增加的数据量的各种存储器的需求也已经增大了。便携式信息设备的更多使用已经增大了对具有非易失特性的存储器的需求，该存储器即使在断电状态也能防止或减少记录信息的擦除。大多数存储器会包括双稳态元件，其根据接收的电压可在较高电阻态和较低电阻态之间转换。具有与电容型存储器相对的概念的电阻型存储器可包括根据施加到其上的电压改变电阻的存储器，且可与电阻变化相对应地存储数据。
硫族化物(chalcogenide)材料、半导体、以及各种氧化物和氮化物可具有电阻存储属性。有机材料可具有电阻存储属性。电阻型存储器可能具有增大的驱动电压和电流、降低的耐用性和降低的薄膜处理性能的缺点。因为随着材料工程的近期发展已经克服了这样的缺点，所以电阻型存储器当前可以是非易失性、低功耗、高密度和多位操作的存储器。这样的电阻型存储器的例子可包括相变RAM、有机存储器、氧化物电阻型RAM(OxRAM)和/或金属丝(filament)存储器。
例如，将结合有机存储器描述电阻型存储器。有机存储器可包括在上电极和下电极之间的有机存储层。可在上和下电极互相交叉的位置形成提供双稳特性的存储单元。
电阻型存储器的存储单元可具有两种状态，即对应于低电阻态的置位(set)态和对应于高电阻态的复位(reset)态。当假定数据“1”对应于低电阻态，且数据“0”对应于高电阻态时，可以存储两种逻辑状态的数据。
在这样的存储器中，可以如下执行数据的读出。可以从存储矩阵选择一位线(bit line)和一字线(word line)，以选择特定存储单元。之后，可以从存储器外界提供电流给该特定存储单元。电压变化会根据存储单元中有机存储层的电阻状态而发生在该存储单元中。根据该电压变化，数据“0”或“1”可被读出。
然而，在大多数存储器中，因为置位态的电阻会较小，所以电压变化的准确读出会是困难的，除非使用单独的放大器。这样的存储器配置会变得复杂。置位态电阻会不均匀。在读取存储单元的存储器操作期间会产生错误。
发明内容
示例性实施例提供一种存储器驱动电路及其制造方法，该存储器驱动电路能自由地控制该驱动电路驱动的存储器在置位状态的电阻。示例性实施例提供一种存储器驱动电路及其制造方法，该存储器驱动电路可防止或减小该驱动电路驱动的存储器的错误操作，由此实现操作可靠性的改善。
示例性实施例提供一种存储器驱动电路，用于驱动包括第一电极、第二电极、以及第一电极和第二电极之间的存储层的存储器，该存储器驱动电路可包括连接到存储器以驱动存储器的主驱动器；以及连接在存储器和主驱动器之间以控制存储器的置位电阻的次驱动器。主驱动器可包括I/O控制、列和行地址解码器、以及WL(字线)驱动器。
次驱动器可外部连接到存储器，或可内部地形成在存储器中。
次驱动器外部连接到存储器时，次驱动器可包括连接到存储器一端的第一二极管、并联连接到第一二极管的第二二极管、以及串联连接到第一二极管且并联连接到第二二极管的电阻器。第一和第二二极管连接得被相反偏置。
电阻器可具有连接到主驱动器的第一端子、连接到第一二极管的第二端子。第一和第二二极管的每个可以是P-N二极管和/或肖特基二极管。
次驱动器内部地形成在存储器中时，次驱动器可以是在存储器中的第一电极和存储层之间的肖特基结。该肖特基结可包括接触第二电极的金属材料的半导体层。该肖特基结形成在金属-半导体结处且它具有整流特性，适于用作二极管。该整流特性取决于金属的功函数和半导体的带隙。
根据示例性实施例，制造用于驱动包括第一电极、第二电极、以及第一电极和第二电极之间的存储层的存储器的存储器驱动电路的方法可包括连接主驱动器到所述存储器以驱动该存储器，以及连接次驱动器在存储器和主驱动器之间以控制存储器的置位电阻。
附图说明
将结合附图从下面的详细说明更清楚地理解本发明。图1-6C示出这里描述的非限制性的示例性实施例。
图1是示出根据示例性实施例的存储器驱动电路的图；
图2是示出根据示例性实施例的存储器驱动电路的图；
图3是曲线图，示出在示例性实施例的存储器驱动电路中存储单元电阻和施加的电压之间的关系；
图4是曲线图，示出在示例性实施例的存储器驱动电路中通过次驱动器实施的根据置位电阻变化所获得的结果；
图5A是曲线图，示出根据跨应用示例性实施例的有机存储器施加的电压的电流变化；
图5B是曲线图，示出对应于图5A的电流变化，根据跨该有机存储器施加的电压的电阻变化；以及
图6A到6C是曲线图，分别示出通过示例性实施例的存储器驱动电路驱动的存储器的存储特性。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地说明各种示例性实施例，附图中示出一些示例性实施例。在附图中，为了清楚而放大了层的厚度和区域。
这里公开详细的例证性的示例性实施例。这里公开的特定结构和功能细节仅是代表性的，用于说明示例性实施例。然而，本发明可以以许多替代形式实现，不应解释为仅局限于这里提出的示例性实施例。
因此，虽然本发明可以是各种修改和替代形式的，但是其实施例在图中以示例方式示出，且将在这里详细描述。然而，应理解，无意将本发明限定于这里公开的特定形式，相反，本发明将覆盖落入本发明的范围内的全部修改、等价物和替代。附图的描述中相似的附图标记始终表示相似的元件。
将理解，尽管术语第一、第二、第三等可在此用于描述各种元件、组元、区域、层和/或部分，但是这些元件、组元、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组元、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区别开。因此，下面论述的第一元件、组元、区域、层或部分可以称为第二元件、组元、区域、层或部分而不偏离本发明的范围。这里使用时，术语“和/或”包括相关所列项的一个或更多的任意和全部组合。
将理解，当提及元件“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到其它元件，或者可存在居间元件。相反，当提及元件“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在居间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似方式解释(例如“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
在此使用的术语仅用于描述特定的实施例，无意限制示例性实施例。在此使用时，单数形式“一”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另外清楚描述。还将理解，在此使用时，术语“由...构成”、“包括”指明所述特征、整体、步骤、操作、元件、和/或组元的存在，但是不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、组元和/或其组群的存在或添加。
将理解，尽管术语第一、第二、第三等可在此用于描述各种元件、组元、区域、层和/或部分，但是这些元件、组元、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组元、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区别开。因此，下面论述的第一元件、组元、区域、层或部分可以称为第二元件、组元、区域、层或部分而不偏离本发明的范围。
为了说明方便，空间关系术语，例如“下面”、“之下”、“下”、“之上”、“上”等，可在此用于描述如图所示的一个元件或特征相对另一元件或特征的关系。将理解，空间关系术语意在包括除了图中所示的取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的器件翻转，则描述为在另一元件或特征“之下”或“下面”的元件将取向在另一元件或特征“之上”。因此，例如，术语“之下”可包括之上以及之下两种取向。器件可以另外地取向(旋转90度或者在其他取向观察或参考)，这里使用的空间关系描述应相应地理解。
在此参照作为理想实施例(和中间结构)的示意图的剖视图描述示例性实施例。由此，可以预期例如由于制造技术和/或公差导致的图示形状的变化。因此，示例性实施例不应理解为局限于这里所示的区域的特定形状，而是可包括例如制造导致的形状偏差。例如，示出为矩形的注入区可在其边缘具有圆或弯曲的特征和/或梯度(例如注入浓度梯度)，而不是从注入区到非注入区的突变。类似地，通过注入形成的掩埋区会导致在掩埋区和通过其进行注入的表面之间的一些注入。因此，图示的区域是属性示意，其形状不是必须示出器件的区域的实际形状，且不限制本发明的范围。
除非另外定义，在此使用的所有术语(包括科技术语)具有由本发明所属领域普通技术人员的一般理解相同的含义。还将理解，术语，例如一般使用的字典中定义的那些，应解释为具有与其在相关技术背景中的含义一致的含义，且不在理想化或过于正式的意义上理解，除非这里清楚地这样定义。
肖特基二极管可以是具有较低的正向电压降和更迅速的开关动作的半导体二极管。
示例性实施例提供一种用于驱动存储器的电路，所述存储器包括第一电极、第二电极、以及置于第一和第二电极之间的存储层。该驱动电路可包括用于驱动存储器的主驱动器，和连接在存储器和主驱动器之间用于控制存储器的置位电阻的次驱动器。
图1是示出根据示例性实施例的存储器驱动电路的图。参照图1，存储器驱动电路可用来驱动存储器100，且可包括主驱动器200和次驱动器300。次驱动器300可连接在存储器100和主驱动器200之间，以控制存储层120的置位电阻。存储层120意味着可使用在有机存储器中的有源层或可使用在任何其它类型的存储器中的存储层，只要它可根据电阻变化具有两种或更多种状态。
可以使用各种方法实施示例性实施例的存储器驱动电路中的次驱动器300。例如，次驱动器300可外部连接到存储器100，或者可以内部地形成于存储器100中。
当根据示例性实施例次驱动器300外部连接到存储器100时，次驱动器300可包括两个二极管和一个电阻器，如图1所示。详细地，次驱动器300可包括连接到存储器100一端的第一二极管310、并联连接到第二二极管320的第二二极管320、以及并联连接到第二二极管320的电阻器330。连接第一和第二二极管310和320使得当电压施加到其上时它们相反地偏置。因此，当正电压提供到次驱动器300时，电流仅流经第一二极管310。没有电流流经第二二极管320。
在示例性实施例中，对可用作第一二极管310和/或第二二极管320的二极管没有限制。P-N二极管和/或肖特基二极管可用作第一二极管310和/或第二二极管320。尽管P-N二极管的正向导通电压是约0.6V到约0.7V，肖特基二极管使用肖特基势垒可具有减小到约0.2V到约0.3V的正向导通电压。当存储器使用减小的导通电压时，可对应地减小存储器的读取电压。在示例性实施例中，使用同类二极管实施第一和第二二极管310和320。
根据示例性实施例，次驱动器300可内部地形成在存储器100中。在图2中示出根据该实施例的存储器驱动电路。如图2所示，可以以存储器100的第一电极110和存储层120之间的肖特基结的形式制造次驱动器300。半导体层可通过沉积和/或涂覆半导体在第一电极110的金属表面之上而附着到第一电极110的金属表面。
如上所述，存储器100具有其中存储层120置于第一电极110和第二电极130之间的结构。当电压提供到具有上述结构的存储器100时，存储层120可呈现双稳态电阻。存储层120可呈现存储特性。当具有由有机材料制成的存储层的有机存储器时，可借助有机材料的属性而呈现存储特性。存储器可呈现非易失特性。
在示例性实施例的存储器驱动电路中，可以没有对存储器100的存储层120的材料的特定限制。存储层120的材料可以取决于存储器100的转换方法。例如，根据存储器电极之间的金属丝的连接或断开操作的有机存储器，其存储层可以由具有杂原子(heteroatom)的导电聚合物制成。
可替换地，当表现出约10-12S/cm或更小的电导率时，存储层120可由具有杂原子的非导电有机材料制成。当正电压提供给存储器100时，根据离子化会从第二电极130释放(liberate)金属离子。在一定的电偏置下，释放的金属离子可扩散(漂移)到存储层120中，使得存储层120的电导率可由于存储层120中金属离子的分布而变化。结果，存储层120可呈现存储特性。这样的有机材料的例子包括聚(2-乙烯吡啶)(poly(2-vinyl pyridine))、聚(4-乙烯吡啶)(poly(4-vinyl pyridine))、聚乙烯基砒络烷酮(polyvinylpyrolidone)、聚丙烯胺(polyallylamine)、聚乙烯胺(polyethyleneamine)、聚丙烯酰胺(polyacrylamide)、聚酰胺胺(polyamidoamine)、以及聚酰亚胺(polyimide)。可替换地，所释放的金属离子的一些或全部可引入在存储层中，由此减小或消除自第二电极的金属离子扩散的需要。
可由金属(例如金、银、铂、铜、钴、镍、锡、铝、铟锡氧化物、钛和/或其它导电材料)制成第一和第二电极110和130。
主驱动器200在其一端可连接到存储器100，且在其另一端可连接到次驱动器300。通过经由次驱动器300施加脉冲电压到存储器100，主驱动器200可驱动存储器100。
可以以存储矩阵的形式实施存储器100。这样的存储矩阵可形成在由玻璃和/或硅制成的合适的衬底上。存储矩阵可具有公共字线，以使得能够在多个单元中存储和记录数据，并读出和擦除所存储和/或记录的数据。对于衬底，可以使用一般的有机和/或无机衬底。可以使用柔性衬底。
下文中，将结合例如上述存储器描述根据示例性实施例的存储器驱动电路的操作，上述存储器中根据存储层中金属离子的分布发生电阻变化。
连接次驱动器300的第一和第二二极管310和320使得当提供电压给存储器100时它们相反地偏置。电阻器330可串联连接到第一二极管310。可布置第一和第二二极管310和320使得当提供正电压给存储器时，与电阻器330连接的第一二极管310可被正向偏置，第二二极管320可被相反地偏置。因此，当施加正电压时，存储器100经由电阻器330接收电压。当施加负电压时，存储器100可直接接收电压，不经过电阻器330。
当跨存储器100施加正电压时，串联连接到电阻器330的第一二极管310可被正向偏置。结果，所施加的电压可提供给存储器100的特定存储单元，从而导致存储单元的电阻减小。当存储单元的电阻达到与次驱动器300的电阻器330的电阻相同的值时，根据欧姆定律，所施加的电压会突然减小到其一半的值。例如，如图3所示，当施加约10V的电压时，所施加的电压在存储单元的电阻达到与次驱动器300的电阻器330的电阻(106Ω)相同的值时会突然减小到约5V。
当所施加的电压如上所述地减小时，借助于金属离子的分布呈现电阻型存储特性的存储器100的单元中移动金属离子的力，如上所述，会变弱。存储单元的电阻可固定在减小的值。例如，当外部施加约2V的电压约一秒时，在约0.1秒内存储单元的电阻可减小到与次驱动器300的电阻器330的电阻对应的值。因此，约2V的电压可施加到存储单元仅约0.1秒。对于其余的约0.9秒，约1V的电压可施加到存储单元。结果，金属离子的移动可被抑制，由此导致存储单元的电阻被固定而没有任何变化。
图4是曲线图，示出根据次驱动器300的电阻器330的电阻的变化存储单元的电阻变化。如图4所示，在示例性实施例的存储器驱动电路中，可以通过调节次驱动器300的电阻器330的电阻调节存储单元的置位电阻。当置位电阻不期望地高时，会有一个问题，驱动存储器100所需的功耗会不期望地增大。这可以通过利用次驱动器300调节存储单元的置位电阻来解决。
如上所述，根据示例性实施例，当经由主驱动器200跨存储器100施加适当的电压时，存储层120可在高电阻状态和低电阻状态之间转换。当根据该电压应用，金属离子在第一电极110和第二电极130之间的存储层120中均匀地扩散时，存储层120可转换到与高电阻状态对应的复位状态。当金属离子朝向第一电极110移动时，存储层120可转换到与高电阻状态对应的置位状态。例如，当假定数据“1”对应于低电阻状态，且数据“0”对应于高电阻状态时，可以存储两种逻辑状态的数据。
图5A和5B是曲线图，示出通过示例性实施例的存储器驱动电路驱动的存储器的存储特性。在图5A的曲线图中，水平轴表示在第二电极用作阳极的条件下施加在第二电极和第一电极之间的电压，垂直轴表示流经存储层的电流。
图5A和5B示出在评估根据示例性实施例制造的有机存储器的转换特性之后，作为跨有机存储器施加电压时发生的电流变化所获得的结果。详细地，图5A是曲线图，示出根据跨有机存储器施加的电压的电流变化。图5B是曲线图，示出与图5A的电流变化相对应，根据跨有机存储器施加的电压的电阻变化。图5A和5B的结果是当包括两个二极管和一个电阻器(图1)的电路可被使用时获得的。
参照图5A，当使用具有约10-12S/cm或更小电导率的有机材料制造的有机存储器时，存储器根据施加的电压在高电阻状态和低电阻状态之间转换。
参照图5A，还可以看出，示例性实施例的有机存储器的电流-电压特性以滞后特性的形式呈现。
有机存储器在初始状态可呈现低电导率，因此它可保持在截止(OFF)状态。换句话说，除非跨有机存储器施加的电压可高于约3.8V，有机存储器可保持在截止状态(图5A的①)。
当施加的电压高于约3.8V时，电流可突然流经存储器。结果，存储器可转换到高导电状态，即导通(ON)状态(图5A的②)。随着所施加的电压随后下降到约0V，流经存储器的电流可线性减小(图5A的③)。随着所施加的电压可进一步下降到-1V，存储器的电阻可稍微减小。结果，电流梯度会增大(图5A的④)。这是因为施加正电压期间产生的外电阻在施加负电压期间消失。在-1V的施加电压处，会进行电阻转换，使得存储器可以在高电阻状态(图5A的⑤)。然后存储器可维持在高电阻状态。
代替包括两个二极管和一个电阻器的电路，也可以使用包括一个肖特基二极管的电路(图2)获得上述存储特性。在该情况下获得的结果示于突6A至6C中。获得的结果类似于图5A的那些。因为肖特基二极管的反向电阻是约107Ω，所以置位电阻是约107Ω。参照图6B，可以看出在置位状态存储器的电阻可以与肖特基二极管的反向电阻相同。在-4V的施加电压下存储器可再次转换到高电阻状态。在该状态，存储器可执行存储功能。每个状态中的非易失特性示于图6C中。
图6B是曲线图，通过电阻和电压之间的关系示出图6A所示的特性。图6C是曲线图，通过根据时间的电阻变化示出图6A所示的特性。如图6C所示，根据示例性实施例的存储器驱动电路，可以将存储器的置位电阻维持在期望的值。
尽管为了示例目的而公开了示例性实施例，本领域技术人员将意识到，各种修改、添加和替换是可行的，而不偏离所附权利要求书的范围和思想。
从上述说明显见，示例性实施例的存储器驱动电路可以自由地调节存储器的置位电阻，当置位电阻不期望地低时，可以增大置位电阻而不使用放大器。当置位电阻不期望地高时，可以适当地减小置位电阻。
根据示例性实施例的存储器驱动电路，还可以维持存储单元的电阻在期望的值。因此，可以实现存储器的操作可靠性的改善。
本申请要求2006年5月22日向韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2006-0045631的优先杈，在此引用其全部内容作为参考。

Claims (18)

1、用于驱动包括第一电极、第二电极、以及该第一电极和第二电极之间的存储层的存储器的存储器驱动电路，包括：
主驱动器，连接到该存储器，以驱动该存储器；以及
次驱动器，连接在该存储器和该主驱动器之间，以控制该存储器的置位电阻。
2、根据权利要求1的存储器驱动电路，其中该次驱动器外部连接到该存储器。
3、根据权利要求2的存储器驱动电路，其中该次驱动器包括：
连接到该存储器一端的第一二极管；
并联连接到该第一二极管的第二二极管；以及
串联连接到该第一二极管且并联连接到该第二二极管的电阻器，
其中该第一和第二二极管连接得被相反地偏置。
4、根据权利要求3的存储器驱动电路，其中该第一和第二二极管的每个是P-N二极管或肖特基二极管。
5、根据权利要求1的存储器驱动电路，其中该次驱动器是该存储器中的该第一电极和该存储层之间的肖特基结。
6、根据权利要求5的存储器驱动电路，其中该肖特基结是接触该第二电极的金属材料的半导体。
7、根据权利要求1的存储器驱动电路，其中该存储器的存储层由呈现约10-12S/cm或更小的电导率的具有杂原子的有机材料制成。
8、根据权利要求7的存储器驱动电路，其中该有机材料是从包括聚(2-乙烯吡啶)、聚(4-乙烯吡啶)、聚乙烯基砒络烷酮、聚丙烯胺、聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、聚酰胺胺、以及聚酰亚胺的组中选择的聚合物。
9、根据权利要求1的存储器驱动电路，其中该第一和第二电极之一由从金、银、铂、铜、钴、镍、锡、铝、铟锡氧化物、以及钛中选择的材料制成。
10、一种制造用于驱动包括第一电极、第二电极、以及该第一电极和该第二电极之间的存储层的存储器的存储器驱动电路的方法，包括：
连接主驱动器到该存储器，以驱动该存储器；以及
连接次驱动器在该存储器和该主驱动器之间，以控制该存储器的置位电阻。
11、根据权利要求10的方法，其中该次驱动器外部连接到该存储器。
12、根据权利要求11的方法，其中该次驱动器包括：
连接到该存储器一端的第一二极管；
并联连接到该第一二极管的第二二极管；以及
串联连接到该第一二极管且并联连接到该第二二极管的电阻器，
其中该第一和第二二极管连接得被相反偏置。
13、根据权利要求12的方法，其中该第一和第二二极管的每个是P-N二极管或肖特基二极管。
14、根据权利要求10的方法，其中该次驱动器是该存储器中的该第一电极和该存储层之间的肖特基结。
15、根据权利要求14的方法，其中该肖特基结是接触该第二电极的金属材料的半导体。
16、根据权利要求10的方法，其中该存储器的该存储层由呈现约10-12S/cm或更小的电导率的具有杂原子的有机材料制成。
17、根据权利要求16的方法，其中该有机材料是从包括聚(2-乙烯吡啶)、聚(4-乙烯吡啶)、聚乙烯基砒络烷酮、聚丙烯胺、聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、聚酰胺胺、以及聚酰亚胺的组中选择的聚合物。
18、根据权利要求10的方法，其中该第一和第二电极之一由从金、银、铂、铜、钴、镍、锡、铝、铟锡氧化物、以及钛中选择的材料制成。
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