CN101441890B - 电阻转变型存储器及其驱动装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用储能电容来驱动电阻转变型存储器的装置和方法，从而能够使电阻转变型存储器的电阻分布具有较小分散性，并相应提供一种电阻转变型存储器。

Description

电阻转变型存储器及其驱动装置和方法
技术领域
本发明涉及信息存储技术领域，且更具体地涉及电阻转变型存储器及其驱动装置和方法。
背景技术
消费类电子产品市场爆炸式的增长，使得非易失性半导体存储器(目前以闪存为代表)的市场飞速增长，预计其市场总值将很快超过动态随机存储器。但是，基于浮栅结构的传统非易失性存储器在尺寸缩小化方面遇到越来越大的困难，这主要是因为，浮栅型存储器通过在多晶硅浮栅中存储或擦除电荷以改变MOS管阈值电压来实现信息的记录。为了能将电荷保存在浮栅中10年以上，隧穿氧化层的厚度不能过度减小，因而在浮栅存储器缩小化过程中，这一隧穿氧化层几乎没有减小，使浮栅存储器在65nm以下遇到了缩小化技术瓶颈。同时这样的隧穿氧化层厚度又限制了浮栅存储器的编程和擦除速度的提高。因此，以高密度、低功耗、快操作为特征的新一代非易失性半导体存储器成为开发重点，包括相变存储器(PCRAM)、铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)和电阻转变性存储器(ReRAM)。
电阻转变型随机存储器(resistive random access memory)由于具有简单的器件结构、与现有的CMOS工艺兼容等突出的优点，引起各界高度关注。电阻转变存储技术是以材料电阻在电压控制下可以在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的。现有多种类型的材料体系具有电阻转变特性：(1)有机聚合物，如聚酰亚胺(PI)、AIDCN以及CuTCNQ等；(2)多元金属氧化物，如磁阻材料Pr0.7Ca0.3MnO3和La0.7Ca0.3MnO3、掺杂的SrTiO3和SrZrO3等；(3)二元过渡族金属氧化物，如NiO、Nb2O5、CuOx、ZrO2、HfO2、Ta2O5、TiO2等；(4)固态电解液材料，如CuS，AgS，AgGeSe等。电阻转变器件一般制作成MIM(金属-转变材料层-金属)式的三夹层结构，两边是金属电极，中间是具有电阻转变功能的材料层。
电阻转变型存储器分为双极性、单极性和无极性三类。双极性器件要求驱动电阻由高变低和由低变高的电压极性相反，而单极性器件则要求转变的电压极性相同，无极性器件则正反电压均可。根据目前认为的电阻转变机制，在高电场作用下，薄膜内部形成连通两边电极的导电细丝，从而使器件变为低电阻；当细丝中通过大电流时，会产生足够焦耳热而破坏导电细丝，器件又回复到高电阻状。根据另一种机制，电阻改变是由功能材料与电极介面处的肖特基势垒高度的改变引起以及材料内部电荷陷阱捕获或释放电荷引起。已有很多研究表明，在电阻的转变过程中，对器件施加的能量与最后的电阻状态有密切的关系。提高电阻转变型存储器的性能，包括提高重复写入擦除次数、改善数据状态保持能力、降低操作电压和电流、提高器件产率、改善参数值的均一特性是电阻转变型存储器的开发重点。
电阻转变型存储器在电压的作用下发生电阻转变，所转变到的电阻态与驱动电信号参数(电流或能量)密切相关。图1是电阻转变型存储器在驱动电压作用下发生电阻变化的示意图，其中，电阻转变型存储器在正电压脉冲作用下电阻变高，而在负电压脉冲作用下电阻变小。
目前，电阻转变型存储器所存在的问题是：由于通常采用电源直接驱动存储器，因而存储器的参数值分散范围大，尤其是高、低电阻分散性大，这使得存储器的存储窗口变小甚至不能工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种驱动电阻转变型存储器的装置和方法，从而能够使电阻转变型存储器的电阻参数具有较小分散性，并相应提供一种电阻转变型存储器。
本发明提供一种用于驱动电阻转变型存储器的装置，其中包括：存储有电能的电容和用于所述电容的开关电路，其中，所述开关电路能够使所述电容耦连到一电阻转变型存储器。
所述装置可进一步包括外电源，所述开关能够选择性地使所述电容耦连到所述电源或耦连到一电阻转变型存储器。
本发明还提供一种用于驱动电阻转变型存储器的方法，其包括：以存储有电能的电容来驱动电阻转变型存储器发生电阻状态改变。
优选地，在驱动电阻转变型存储器发生电阻状态改变之前，可以使所述电容耦连到电源以存储电能。
优选地，所述储能电容可以通过连接到所述电阻转变型存储器进行放电来驱动所述电阻转变型存储器发生电阻状态改变。
本发明还提供一种电阻转变型存储器，所述存储器通过存储有电能的电容被电激励驱动，从而在两个或更多个电阻态之间发生电阻变化。
所述存储器的电阻态可在无电压作用时保持稳定在所述电阻态之一。
所述存储器可具有两端，所述两端能够连接到所述电容的两端。
由上可知，通过本发明所提供的驱动电阻转变型存储器的装置和方法，能够以简单的电路结构实现对电阻转变型存储器施加定量的电激励量，使得电阻转变型存储器的电阻分散性更小，从而提高了存储器的可靠性。
附图说明
图1是电阻转变型存储器在驱动电压作用下发生电阻变化的示意图。
图2是根据本发明的用于驱动电阻转变型存储器的装置的示意图。
图3是根据本发明的方法采用电容驱动电阻转变型存储器时电容两端的电压和电流随时间变化的曲线。
图4(a)是以传统的电源直接驱动电阻转变型存储器的方法所获得的电阻分布，图4(b)是根据本发明的方法驱动电阻转变型存储器所获得的电阻分布。
具体实施方式
根据本发明提供的驱动电阻转变型存储器的装置和方法，采用电容驱动电阻转变型存储器，从而使存储器的参数分散性减小。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图2是根据本发明的驱动电阻转变型存储器的装置的示意图。如图2中所示，在驱动装置中的电路中包括：电容C，S1和S2组成的开关电路，其中，电容C可通过开关电路选择耦连到电源Vs或者电阻转变器R。在驱动装置工作时，首先连通第一开关S1将电容C耦连到电源Vs，使得储能电容C存储电荷直至其电压等于电源Vs的电压；然后，断开第一开关S1，并连通第二开关S2，将电容C耦连到电阻转变型存储器R，这样，电容C耦连到电阻转变型存储器R的两端并通过电阻转变型存储器R进行放电，而且在这一过程中对电阻转变型存储器R施加电激励而使其电阻改变。电阻转变型存储器R的电阻转变情况根据其自身特性、储能电容C的电容值和电容C两端的电压值决定。其中，上述驱动装置中的各部件可根据需要进行适应性修改。例如，第一开关S1和第二开关S2可被替代为单一切换开关S，此单一切换开关S能够选择性地使电容C耦连到电源Vs或者电阻转变型存储器R。上述电源Vs可以是能够提供电压的任意装置，例如电池、电路等。
图3是根据本发明的方法采用电容驱动电阻转变型存储器由高电阻态转变为低电阻态时电容两端的电压和电流随时间变化的曲线。如图3中曲线所示，当电阻转变型存储器R的电阻稳定不变时，电容C的电压和电流都随时间而指数性减小；而当电阻转变型存储器R受储能电容C的电激励从高阻态转变为低阻态而电阻突然变小时，电容C的通过电阻转变型存储器R的放电电流会出现一跃变增加，与此同时，电容C所存储的电荷以更快的速度消耗。因此电容的能量在驱动过程中很快耗尽而不会像稳定电源那样持续的对电阻转变型存储器施加电激励，结果，通过电容驱动的电阻转变型存储器的低电阻分布的范围更小。对于多值电阻转变型存储器，所述“低电阻”包括除了最高电阻以外的所有其他电阻态。
图4(a)是以传统的电源直接驱动电阻转变型存储器的方法所获得的电阻分布，图4(b)是根据本发明的方法驱动电阻转变型存储器所获得的电阻分布。如图4(a)和4(b)中所示，与传统的通过电源直接驱动电阻转变型存储器R的方式相比，根据本发明的通过储能电容C驱动电阻转变型存储器R的方式能够使电阻转变型存储器R的低电阻的分散性更小，从而有利于提高电阻转变型存储器的可靠性。
由此可见，通过图2中所示用于驱动电阻转变型存储器R的驱动装置以及上述的驱动方法，采用储能电容C驱动电阻转变型存储器R发生电阻状态转变，能够使电阻转变型存储器R的参数(例如电阻)的分散性减小。
基于由本发明提供的驱动电阻转变型存储器R的驱动装置以及上述的驱动方法，还可以相应实现一种能够通过储能电容C驱动的电阻转变型存储器R，这种存储器R通过储能电容C对其放电而实现电激励驱动。
综上所述，通过本发明所提供的驱动电阻转变型存储器的装置和方法，能够以简单的电路结构实现对电阻转变型存储器施加定量的电激励量，使得电阻转变型存储器的电阻分散性更小，从而提高了存储器的可靠性。
以上所描述的各实施例仅用于例示本发明的实施方式，而不是用于限制本发明的范围。对于本领域普通技术人员显而易见的是，本发明并不仅限于上述具体实施方式。在本发明的范围内，可通过适应性修改而实现更多实施方案，例如，可对以上实施例中的各部件进行适应性的添加、删减、替代和组合，这些根据需要所进行的各种改变均在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种用于驱动电阻转变型存储器的装置，其特征在于，该装置包括：存储电能的电容和用于所述电容的开关电路，其中，所述开关电路能够使所述电容耦连到电阻转变型存储器的两端并通过电阻转变型存储器进行放电，所述电阻转变型存储器为电阻随机存储器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括连接到所述开关电路的电源，所述开关电路能够选择性地使所述电容耦连到所述电源或耦连到一电阻随机存储器。
3.一种用于驱动电阻转变型存储器的方法，其特征在于，该方法包括：以存储有电能的电容来驱动电阻转变型存储器发生电阻状态改变，所述电阻转变型存储器为电阻随机存储器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在驱动电阻随机存储器发生电阻状态改变之前，使所述电容耦连到电源以存储电能。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述电容通过连接到所述电阻随机存储器进行放电来驱动所述电阻随机存储器发生电阻状态改变。
6.一种电阻转变型存储器，其特征在于，所述存储器为电阻随机存储器，通过存储有电能的电容被电激励驱动，从而在两个或更多个电阻态之间发生电阻变化。
7.根据权利要求6所述的存储器，其特征在于，所述存储器的电阻态在无电压作用时保持稳定在所述电阻态之一。
8.根据权利要求6或7所述的存储器，其特征在于，所述存储器具有两端，所述两端能够连接到所述储能电容的两端。
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