CN101783182A - 阻变存储器的检测电路及检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻变存储器的检测电路及检测设备。检测电路为:设置字线的电压为预定的读取电压并检测阻变存储器中流动的电流值,在合理的选择取样电阻后,通过比较读取电压和取样电阻上的电压,从而读出存储器中的数据。检测设备包括:显示器(1)和控制器(2);用于产生编程电压、读取电压以及保护电压的电压产生电路(4);用于配置字线电压(7)和电压比较器参考电压(19)的字线选择开关阵列(6);用于配置位线电压(9)和电流检测端口(11)的位线选择开关阵列(10);自适应AD采样电路(13);以及用于读出阻变存储器数据的检测电路(20)。通过自适应AD采样电路(13),得到合适的采样电阻,从而高效的读出阻变存储器数据。
Description
技术领域
本发明涉及半导体存储器的测试技术领域,特别涉及一种阻变存储器的检测电路和具有该检测电路的检测设备。
背景技术
尽管目前FLASH存储器仍然是非易失性半导体存储器市场上的主流器件,但是随着微电子技术节点不断向前推进,基于传统浮栅结构的FLASH技术正在遭遇严重的技术难点,其中最主要的问题是其随技术代发展的可缩小性受阻。在这种局面下,工业界和学术界对下一代非易失性半导体存储器技术的研发,投入了越来越多的精力,其中阻变存储器(Resistance-Change Memory)便是其中一个研究方向,其采用完全不同的新技术和新存储原理。如阻性随机存取存储器(RRAM)表示的阻变存储器,其存储数据的原理是通过配置使其表现出高阻和低阻两种状态,从而实现存储数据的目标。
使用阻变存储器作为存储单元的半导体设备具有这样的结构特点:阻变存储器一般位于字线和位线的交叉点。在编程时,通过在字线和位线上加以编程电压,随着所加电压的变化,则位于交叉点的阻变存储器的阻值,在高低阻态之间变化。当进行数据读取时,字线上加以读取电压,而位线连接到数据检测电路,通过检测流过阻变存储器中电流的大小,来确定阻变存储器中所存储的数据。
在阻变存储器的检测电路中,电流的大小差别往往转换成电压的大小差别上来,然后通过取高低阻态对应的电压的平均值,作为电压比较器的参考电压,从而得到存储器存储的对应数据(“0”或“1”)。虽然这种方法道理简单,但实现起来需要一些额外的电路,这样就导致了成本的增加,对大规模的生产不利。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此,本发明的主要目的是提供一种更合适的阻变存储器检测电路,和具有该检测电路的检测设备。通过使用这种检测设备为检测电路提供一个合适的取样电阻,达到可以用读取电压替代额外的电压参考源的目的,从而减少电路的元器件数量,降低生产成本。
(二)技术方案
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种阻变存储器的检测电路,该检测电路被配置成通过设置字线的电压为预定的读取电压并检测流过阻变存储器的电流值,在合理的配置可调取样电阻后,比较读取电压和取样电阻上的电压,从而读出存储器中的数据,该检测电路包括:
一用于把电流转换成电压的放大器;
一用于使电压反向的放大器;
一可调取样电阻和两个用于电压反向的电阻;以及
一电压比较器。
上述方案中,所述合理的配置可调取样电阻,是指使所述可调取样电阻上的电压,在存储器为低阻时高于读取电压,且在存储器为高阻时低于读取电压,从而实现读出存储器中数据的目标。
上述方案中,所述电压比较器使用读取电压作为参考电压,不需要额外的参考电压源。
一种阻变存储器的检测设备,该检测设备包括:
显示器;
控制器;
用于产生编程电压、读取电压以及保护电压的电压产生电路;
用于配置字线电压和电压比较器参考电压的字线选择开关阵列;
用于配置位线电压和电流检测端口的位线选择开关阵列;
自适应AD采样电路;以及
用于读出阻变存储器数据的检测电路。
上述方案中,该检测设备通过使用试探法,为所述检测电路获得合适的取样电阻。
上述方案中,所述的试探法具体包括:先设置取样电阻的初始值,然后编程存储器使其处于低阻态,通过自适应AD采样电路,计算出存储器处于低阻态时的电阻RL,然后再编程存储器使其处于高阻态,再次通过自适应AD采样电路,计算出存储器处于高阻态时的电阻RH,通过调整取样电阻的阻值RS,使其满足:R’L<RS<R,并尽量接近(R’L+R)/2,其中R=min(RH,VDDR’L/VRD),R’L为低阻RL和寄生电阻之和。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出,通过使用这种检测设备为检测电路提供一个合适的取样电阻,可以达到用读取电压替代额外的电压参考源的目的,能够减少额外的参考电压源,从而减少了电路的元器件数量,降低了生产成本。
附图说明
为了更进一步说明本发明的内容,以下结合附图,对本发明做详细的描述:
图1是本发明所述的检测设备的结构示意图;
图2是图1的字线选择开关阵列6的结构示意图;
图3是图1的位线选择开关阵列10的结构示意图;
图4是交叉阵列结构的阻变存储器的编程和读取数据的示意图;
图5是图1的检测电路20的电路图;
图6是图1的电压产生电路4的方框图;
图7是图1的自适应AD采样电路13的方框图;
图8是用试探法推断、调整取样电阻阻值的试验流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
图1是本发明的检测设备结构示意图。符号1和2分别表示显示器和控制器;符号4表示电压产生电路,其产生的电压为符号5所示;3是控制器发给电压产生电路4的电压控制指令;6是字线选择开关阵列,10是位线选择开关阵列,其中18为控制器发给字线选择开关阵列6和位线选择开关阵列10的控制指令;8是待测的阻变存储器,7是待测阻变存储器8的字线,9是待测阻变存储器8的位线;20是用于读出阻变存储器8的数据的检测电路,其由电流电压转换器12和电压比较器17构成,11表示流过阻变存储器8的电流,19表示电压比较器17的参考电压(等于读取电压VRD),16表示阻变存储器8的读出值(“0”或“1”);13是自适应AD采样电路,用于为检测电路20获得合适的取样电阻。14表示电流电压转换器12的输出电压,15表示自适应AD采样电路的控制指令和AD采样数据。
图2是表示图1中字线选择开关阵列6的结构示意图,和图1相同的部分标以相同的符号,其说明省略。在图2中,21是阻变存储器的读取电压VRD,22是阻变存储器的编程电压VProgram,23是阻变存储器的编程保护电压VProtect,它们共同构成图1所示的5;24表示接地;25是字线选择开关控制电路,通过控制26、27、28等开关三极管的开关状态,从而实现位线与21、22、23、24相连通,参考电压19与读取电压21相连通的目标。
图3是表示图1中位线选择开关阵列10的结构示意图,其与图2很相似,图3中和图1、2相同的部分标以相同的符号,其说明省略。在图3中,29为位线选择开关控制电路,通过控制30、31、32等开关三极管的开关状态,从而实现位线与11、22、23、24相连通的目标。
图4是具有交叉阵列结构的,阻性随机存取存储器(RRAM)表示的阻变存储器的编程和读取数据的示意图。图中的33、34、35、36代表交叉阵列的字线,37、38、39、40代表交叉陈列的位线,阻性随机存取存储器(RRAM)则位于字线和位线的交叉点处,如41所示。编程时,在待编程的点对应的字线加上编程电压VProgram,对应的位线则接地(GND),其他所有的字线和位线均连接到保护电压VProtect;读出数据时,在待读取的点对应的字线加上读取电压VRD,对应的位线则连接到检测电路20,其他所有的字线和位线均接地(GND)。
图5是图1中检测电路20的电路图,和图1相同的部分标以相同的符号,其说明省略。其中,34和39分别表示字线和位线(和图4中的符号相同),42是位于字线34和位线39之间的阻变存储器,43是由引线等带来的寄生电阻;44是放大器,用来把检测电流信号转换成电压信号,46是可调取样电阻;45是放大器,用来反向电压信号,47和48是两个用来反向电压的电阻;49是电压比较器,通过比较放大器45的输出电压14和参考电压19,得到存储器所存储的数据(“0”或“1”)。其中50、51、52为开关三极管,是图2和图3中所示开关三极管的一部分。
图6是图1中电压产生电路4的方框图,和图1相同的部分标以相同的符号,其说明省略。53是直流电压源;54是线性可控电压调整器;55是电阻可控电路,通过控制电阻的变化,使线性可控电压调整器54的输出电压按要求变化。56是分压和电压保护电路,通过合理的分压与保护,能使后续的电路更安全可靠;57是AD采样电路;58是比较电路,通过比较采样电压与电压指令,生成合适的控制指令控制电阻可控电路55。
图7是图1中自适应AD采样电路13的方框图,和图1相同的部分标以相同的符号,其说明省略。59是增益可控放大器,通过控制放大器,可使电压信号放大合适的倍数;60是分压和电压保护电路;61是AD采样电路;62是增益判断和控制电路,通过判断采样电压,得到合适的信号放大倍数,使整个闭合环路更稳定。
实施例
下面以图4中阻性随机存取存储器(RRAM)表示的阻变存储器41为例,介绍本发明方法的实施过程,其所采样的检测电路为图5所示。
对于使用同样工艺、同样结构、同样材料制造的阻变存储器,其取样电阻46的阻值是可以固定的,通过使用上一次的取样电阻值,即可读出存储器的数据。而对于使用不同的工艺、结构、材料制造的阻变存储器,我们需要先确定其取样电阻46的阻值,然后再根据这个阻值来读取其他相同的阻变存储器的数据。
下面分步骤来介绍取样电阻阻值的确定过程,如图8所示:
步骤S81:根据阻变存储器使用的工艺、结构、材料,估算取样电阻的范围,并在这个范围内随机的选择一个阻值作为取样电阻的初始值。
步骤S82:编程使阻性随机存取存储器(RRAM)处于低阻态,假设所述的阻性随机存取存储器(RRAM)为对称的双极性阻变存储器。结合图4所示,当字线34的电压比位线39的电压高VProgram时,阻性随机存取存储器(RRAM)41被配置成低阻态,其中字线33、35、36和位线37、38、40都被配置成保护电压VProtect。
步骤S83:测量阻性随机存取存储器(RRAM)处于低阻态时的电阻RL。结合图4所示,字线34连接读取电压VRD,位线39连接检测电路20,其他的字线33、35、36和位线37、38、40连接到地。通过检测电路和自适应AD采样电路计算出低阻态时的电阻RL。
步骤S84:编程使阻性随机存取存储器(RRAM)处于高阻态。这一步和步骤S82类似,所不同的是,这个时候字线34的电压比位线39的电压低VProgram。
步骤S85:测量阻性随机存取存储器(RRAM)处于高阻态时的电阻RH。这一步和步骤S83的方法相同,通过计算得到高阻态时的电阻RH。
步骤S86:估算并调整取样电阻的阻值。计算R=min(RH,VDDR’L/VRD),(其中,R’L为低阻RL和寄生电阻之和),并使取样电阻的阻值满足R’L<RS<R,然后微调使RS慢慢接近(R’L+R)/2。
步骤S87:判断微调后的电阻是否在估算的范围内,如果在范围内,又接近(R’L+R)/2则认为满足条件,进入下一步S88,否则返回上一步S86。
步骤S88:固定好取样电阻46的阻值。对于测量使用相同工艺、相同结构、相同材料制造的阻变存储器,其检测电路的取样电阻不再变化。
下面根据图5,介绍数据的读取过程:
待测阻性随机存取存储器(RRAM)42的阻值为R,寄生电阻43的阻值为RP,取样电阻46的阻值为RS。当字线34加上读取电压VRD,位线39连接到放大器44的反向输入端11时,则放大器44的输出端电压为若让放大器45的两个电阻相等,则比较器49的反向输入端电压V2=VRD.RS/(R+RP),其中R’L<RS<min(RH,VDDR’L/VRD),且R’L=RL+RP。因此当R=RL时,VDD>V2>VRD;当R=RH时,V2<VRD。通过比较反向输入V2和正向输入VRD的电压,从而在比较器49的输出端16获得存储器的数据(“0”或“1”)。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种阻变存储器的检测电路,其特征在于,该检测电路被配置成通过设置字线的电压为预定的读取电压并检测流过阻变存储器的电流值,在合理的配置可调取样电阻后,比较读取电压和取样电阻上的电压,从而读出存储器中的数据,该检测电路包括:
一用于把电流转换成电压的放大器;
一用于使电压反向的放大器;
一可调取样电阻和两个用于电压反向的电阻;以及
一电压比较器。
2.根据权利要求1所述的阻变存储器的检测电路,其特征在于,所述合理的配置可调取样电阻,是指使所述可调取样电阻上的电压,在存储器为低阻时高于读取电压,且在存储器为高阻时低于读取电压,从而实现读出存储器中数据的目标。
3.根据权利要求1所述的阻变存储器的检测电路,其特征在于,所述电压比较器使用读取电压作为参考电压,不需要额外的参考电压源。
4.一种阻变存储器的检测设备,其特征在于,该检测设备包括:
显示器;
控制器;
用于产生编程电压、读取电压以及保护电压的电压产生电路;
用于配置字线电压和电压比较器参考电压的字线选择开关阵列;
用于配置位线电压和电流检测端口的位线选择开关阵列;
自适应AD采样电路;以及
用于读出阻变存储器数据的检测电路。
5.根据权利要求4所述的阻变存储器的检测设备,其特征在于,该检测设备通过使用试探法,为所述检测电路获得合适的取样电阻。
6.根据权利要求4所述的阻变存储器的检测设备,其特征在于,所述的试探法具体包括:
先设置取样电阻的初始值,然后编程存储器使其处于低阻态,通过自适应AD采样电路,计算出存储器处于低阻态时的电阻RL,然后再编程存储器使其处于高阻态,再次通过自适应AD采样电路,计算出存储器处于高阻态时的电阻RH,通过调整取样电阻的阻值RS,使其满足:R’L<RS<R,并尽量接近(R’L+R)/2,其中R=min(RH,VDDR’L/VRD),R’L为低阻RL和寄生电阻之和。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |