发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种电阻随机存储器及其驱动方法,能够有效利用MOSFET选通管中GIDL漏电流。
为解决上述问题,本发明提供了以下电阻随机存储器及其相应的驱动方法。
本发明所述的一种电阻随机存储器,包括由存储单元所组成的存储阵列,其特征在于,所述存储单元包括一个存储电阻以及一个选通管;所述存储电阻的一端连接位线,另一端连接选通管;所述选通管为场效应晶体管,其中栅极连接字线;所述场效应晶体管的GIDL漏电流为存储单元的读、写操作电流。
所述场效应晶体管的漏极或源极与存储电阻电连接;
作为可选方案,所述场效应晶体管的漏极与源极电连接;所述场效应晶体管的衬底接地。
作为可选方案,所述场效应晶体管为NMOS晶体管或PMOS晶体管;在存储单元选通以及读、写操作时,字线施加于栅极的电压不超过场效应晶体管的阈值电压。
一种应用于上述电阻随机存储器的驱动方法,其特征在于,包括:
在进行写操作时,将位线置为高位电压,使得位线与场效应晶体管的衬底之间形成高电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成强GIDL漏电流脉冲,改变存储电阻的阻态,在存储单元中写入数据;
在进行读操作时,将位线置为低位电压,使得位线与场效应晶体管的衬底之间形成低电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成GIDL漏电流,并检测GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
所述场效应晶体管中形成GIDL漏电流时,场效应晶体管处于关闭状态。
作为可选方案,所述写操作时,若存储电阻变为高阻态,则存储单元中写入数据定义为1;若存储电阻变为低阻态时,则存储单元中写入数据定义为0。所述读操作时,依据各存储单元中GIDL漏电流的大小进行检测,GIDL漏电流较大的存储单元中数据为0,而GIDL漏电流较小的存储单元数据为1。
本发明所述的另一种电阻随机存储器,包括由存储单元所组成的存储阵列,其特征在于,所述存储单元包括一个存储电阻、一个参考电阻以及一个选通管;所述存储电阻以及参考电阻的一端均连接位线,另一端均连接选通管;所述选通管为场效应晶体管,其中栅极连接字线;所述场效应晶体管的GIDL漏电流为存储单元的读、写操作电流。
做为可选方案,所述参考电阻的阻值为恒定值,并且不大于存储电阻的高阻态阻值,不小于存储电阻的低阻态阻值。
作为可选方案,所述场效应晶体管的源极以及漏极分别与存储电阻或参考电阻电连接;所述场效应晶体管的衬底接地。
作为可选方案,所述场效应晶体管为NMOS晶体管或PMOS晶体管;在存储单元选通以及读、写操作时,字线施加于栅极的电压不超过场效应晶体管的阈值电压。
一种应用于上述电阻随机存储器的驱动方法,其特征在于,包括:
在进行写操作时,将位线置为高位电压,使得位线与场效应晶体管的衬底之间形成高电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成强GIDL漏电流脉冲,改变存储电阻的阻态,在存储单元中写入数据;
在进行读操作时,将位线置为低位电压,使得位线与场效应晶体管的衬底之间形成低电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成GIDL漏电流,比较流经存储电阻的GIDL漏电流与流经参考电阻的GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
所述场效应晶体管中形成GIDL漏电流时,场效应晶体管处于关闭状态。
作为可选方案,所述写操作时,若存储电阻变为高阻态,则存储单元中写入数据定义为1;若存储电阻变为低阻态时,则存储单元中写入数据定义为0。所述读操作时,若流经存储电阻中的GIDL漏电流不小于流经参考电阻中的GIDL漏电流,则存储单元数据为0;若流经存储电阻中的GIDL漏电流不大于流经参考电阻中的GIDL漏电流,则存储单元数据为1。
本发明还提供了一种电阻随机存储器,包括由存储单元所组成的存储阵列,其特征在于,所述存储单元包括第一存储电阻、第二存储电阻以及一个选通管;所述第一存储电阻以及第二存储电阻的一端分别连接第一位线以及第二位线,另一端均连接选通管;所述选通管为场效应晶体管,其中栅极连接字线;所述场效应晶体管的GIDL漏电流为存储单元的读、写操作电流。
作为可选方案,所述场效应晶体管的源极以及漏极分别与第一存储电阻或第二存储电阻电连接;所述场效应晶体管的衬底接地。
作为可选方案,所述场效应晶体管为NMOS晶体管或PMOS晶体管;在存储单元选通以及读、写操作时,字线施加于栅极的电压不超过场效应晶体管的阈值电压。
一种应用于上述电阻随机存储器的驱动方法,其特征在于,包括:
在进行写操作时,将第一位线或第二位线置为高位电压使,得第一位线或第二位线与场效应晶体管的衬底之间形成高电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成强GIDL漏电流脉冲,改变第一存储电阻或第二存储电阻的阻态,在存储单元中写入数据;
在进行读操作时,将第一位线以及第二位线均置为低位电压,使得第一位线以及第二位线与场效应晶体管的衬底之间形成低电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成GIDL漏电流,并检测流经第一存储电阻的GIDL漏电流以及流经第二存储电阻的GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
所述场效应晶体管中形成GIDL漏电流时,场效应晶体管处于关闭状态。
作为可选方案,所述写操作时,若存储电阻变为高阻态,则该存储电阻中写入数据定义为1;若存储电阻变为低阻态时,则该存储电阻中写入数据定义为0。所述存储单元包括两位数据,每位数据分别对应一个存储电阻;在进行读操作时,GIDL漏电流较大的存储电阻中数据为0,而GIDL漏电流较小的存储电阻中数据为1。
另一种应用于上述电阻随机存储器的驱动方法,其特征在于,包括:
初始化存储器单元,使得第一存储电阻与第二存储电阻的阻态相反;
在进行写操作时,将第一位线以及第二位线置同时置为高位电压,使得第一位线以及第二位线与场效应晶体管的衬底之间形成高电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成强GIDL漏电流脉冲,同时改变第一存储电阻以及第二存储电阻的阻态,在存储单元中写入数据;
在进行读操作时,将第一位线以及第二位线均置为低位电压,使得第一位线以及第二位线与场效应晶体管的衬底之间形成低电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成GIDL漏电流,比较流经第一存储电阻的GIDL漏电流与流经第二存储电阻的GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
作为可选方案,所述初始化存储器单元,具体包括:将第一位线或第二位线置为高位电压,使得第一位线或第二位线与场效应晶体管的衬底之间形成高电势差,通过字线控制栅极在场效应晶体管中形成强GIDL漏电流脉冲,改变第一存储电阻或第二存储电阻的阻态,使得两者阻态相反。
所述场效应晶体管中形成GIDL漏电流时,场效应晶体管处于关闭状态。
作为可选方案,所述写操作时,若第一存储电阻变为高阻态,第二存储电阻变为低阻态,则存储单元中写入数据定义为1;若第一存储电阻变为低阻态,第二存储电阻变为高阻态时,则存储单元中写入数据定义为0。所述读操作时,若流经第一存储电阻中的GIDL漏电流小于流经第二存储电阻中的GIDL漏电流,则存储单元数据为1;若流经第一存储电阻中的GIDL漏电流大于流经第二存储电阻中的GIDL漏电流,则存储单元数据为0。
本发明,有效利用场效应晶体管中的GIDL漏电流作为存储单元中读写操作电流,同时保持场效应晶体管处于关闭状态,相比于现有的电阻随机存储器,其读写操作电流较大,能够减小存储器上选通管的功耗,而增强存储电阻上的功耗以获得良好的加热或者相变效果,且不存在GIDL漏电流的负面影响,还提供了一种1T2R的存储单元结构,能够进一步提高存储器阵列的集成度,便于器件按比例缩小。
具体实施方式
在场效应晶体管中,栅致漏端漏电流(以下简称GIDL漏电流)通常作为负面效应存在,因此需要被消除。而本发明则利用场效应晶体管中的GIDL漏电流作为电阻随机存储器中的读写操作电流,同时使得场效应晶体管处于关闭状态;一方面,GIDL漏电流较现有的电阻随机存储器的晶体管开启时的导通电流小,能够减小存储器的器件功耗,另一方面,还能够避开GIDL漏电流的负面影响。
从背景技术对GIDL漏电流的产生机制分析可知,在关闭的场效应晶体管中形成较大且可操控的GIDL漏电流完全是可行的,只需要在场效应晶体管的制作工艺中,将阈值电压设置为足够大即可。另外,在关闭的场效应晶体管中,无论源极或是漏极本质上是相同的。因此在同一个场效应晶体管中,可以分别在栅极两侧有源区内形成GIDL漏电流,从而能够实现一个选通管控制两个存储电阻的读写操作,形成1T2R的存储单元结构,便于存储器阵列的集成,有助于整个电阻随机存储器的器件按比例缩小。
基于上述思想,本发明提供了若干电阻随机存储器结构及其相应驱动方法的具体实施例,下面结合说明书附图分别作详细介绍。
本发明具体实施例所提供的第一电阻随机存储器,包括由存储单元所组成的存储阵列,如图4所示,所述存储单元包括一个存储电阻100以及一个选通管200;所述存储电阻100的一端连接位线300,另一端连接选通管200;所述选通管200为场效应晶体管,其中栅极连接字线400;所述场效应晶体管的GIDL漏电流为存储单元的读、写操作电流。
由于GIDL漏电流形成于漏极或源极与衬底之间,因此可以将场效应晶体管的漏极或源极与存储电阻100电连接;作为可选方案,还可以将所述场效应晶体管的漏极与源极直接电连接,使得产生GIDL漏电流时,能在源极以及漏极上形成两条通路,从而获得较大的流经存储电阻100的GIDL漏电流,增强电阻随机存储器的驱动能力。另外,为了固定衬底的电势位,可以将衬底直接接地。
作为可选方案,所述场效应晶体管(即选通管200)为NMOS晶体管或PMOS晶体管;以NMOS晶体管为例,在选中的存储单元上进行读写操作时,通过该存储单元所对应的字线400向选通管栅极施加负向予源漏的电压,以触发GIDL漏电流,但所述电压不超过场效应晶体管的阈值电压,漏极与源极之间不形成导电的沟道,保证场效应晶体管处于关闭状态;同时在未选中的存储单元中,其对应的字线400向选通管栅极所施加的电压,即不会超过阈值电压导通选通管也不能触发GIDL漏电流,这样便消除了“写读干扰”的问题。此外若存储器的选通管200为PMOS晶体管,选中存储单元时,对应的字线400向栅极施加正向予源漏的电压,以触发GIDL漏电流,未选中的存储单元中,采用上述相同的机制消除“写读干扰”,不再赘述。
为进一步分析第一电阻随机存储器的工作机制,并简化说明,在本实施例中,所述存储电阻100的材质性质假设为受到足够能量的电流脉冲,即能改变阻态,而阻态的类型与电流脉冲的方向大小无关;所述选通管200为NMOS场效应晶体管,形成GIDL漏电流时,需要向栅极施加相对于漏极或源极的负向电压。
基于上述第一电阻随机存储器,本发明提供的第一驱动方法如下所述:
图7为所述第一驱动方法的读写时序示意图,图5a为第一电阻随机存储器的写操作示意图,而图5b为所述第一驱动方法执行写操作时的流程图,结合图5a、图5b以及图7所示,所述第一驱动方法的写操作的基本步骤包括:
S110、将位线300置为高位电压VH,使得位线300与选通管200的衬底之间形成高电势差。
其中VH>0,衬底接地,因此所述高电势差即VH,其大小保证在形成电流脉冲时能够改变存储电阻100的阻态。
S111、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中形成强GIDL漏电流脉冲,改变存储电阻100的阻态,在存储单元中写入数据。
其中,类似于现有技术中通过控制栅极短暂开启选通管的方法,在选通管200的栅极短暂施加电压Vg,所述Vg愈负向於源漏极则在源极或漏极上产生愈大值GIDL漏电流脉冲Iw。所述GIDL漏电流脉冲Iw将改变存储电阻100的阻态;假设存储电阻100变为高阻态时,视为存储单元中写入数据定义为1;若存储电阻100变为低阻态时,视为存储单元中写入数据定义为0。
图6a为第一电阻随机存储器的读操作示意图,而图6b为所述第一驱动方法执行读操作时的流程图,结合图6a、图6b以及图7所示,所述第一驱动方法的读操作的基本步骤包括:
S120、将位线300置为低位电压VL,使得位线300与选通管200的衬底之间形成低电势差。
其中VL>0,衬底接地,因此所述低电势差即VL,其大小保证在选通管200中能触发GIDL漏电流时,但不改变存储电阻100的阻态。
S121、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中源漏极形成GIDL漏电流,并检测GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
其中,通过字线400在选通管200的栅极施加电压Vg,触发选通管200上产生GIDL漏电流,所述流经存储电阻100的GIDL漏电流总量为IR(IR=VL/R,R为存储电阻100的阻值),依据各存储单元中GIDL漏电流IR的大小进行检测,GIDL漏电流IR较大的存储单元中,存储电阻100的阻值R较小,即存储电阻100为低阻态,读取得存储单元的数据定义为0,而GIDL漏电流IR较小的存储单元中,存储电阻100的阻值R较大,即存储电阻100为高阻态,读取得存储单元的数据定义为1。
在上述第一电阻随机存储器中,进行读操作时,需要测得流经存储电阻100的GIDL漏电流的准确值IR,才能判断读取存储单元的数据,较为麻烦。由于一个选通管中可以分别在栅极两侧的有源区内形成GIDL漏电流,因此可以使得选通管的源极或漏极分别连接存储电阻以及一个参考电阻,在读取操作时,只需将流经存储电阻的GIDL漏电流与流经已知阻值的参考电阻的GIDL漏电流大小相比较,便可以直接判断读取存储单元的数据,提高电阻随机存储器的读取速度。
基于上述思想,本发明所提供的第二电阻随机存储器,包括由存储单元所组成的存储阵列,如图8所示,所述存储单元包括一个存储电阻100、一个参考电阻500以及一个选通管200;所述存储电阻100以及参考电阻500的一端均连接位线300,另一端均连接选通管200;所述选通管200为场效应晶体管,其中栅极连接字线400;所述场效应晶体管的GIDL漏电流为存储单元的读、写操作电流。
其中参考电阻500的阻值为恒定值,并且不大于存储电阻100的高阻态阻值,不小于存储电阻的低阻态阻值。
与第一电阻随机存储器相同,可以将场效应晶体管的漏极或源极分别与存储电阻100或参考电阻500电连接,需要指出的是,由于实际使用中场效应晶体管并未形成导电沟道,所以栅极两侧有源区本质上相同,不存绝对意义的源极或漏极。为固定衬底的电势位,作为可选方案,可以将场效应晶体管的衬底接地。
作为可选方案,所述场效应晶体管(即选通管200)为NMOS晶体管或PMOS晶体管;在存储单元选通以及读、写操作时,字线400施加于栅极的电压不超过场效应晶体管的阈值电压,保证场效应晶体管处于关闭状态,漏极与源极之间不形成导电的沟道。
同样为简化说明,在本实施例中,所述存储电阻100的材质性质假设为受到足够能量的电流脉冲,即能改变阻态,而阻态的类型与电流脉冲的方向大小无关;所述选通管200为NMOS场效应晶体管,形成GIDL漏电流时,需要向栅极施加负向於有源区的电压。
基于上述第二电阻随机存储器,本发明提供的第二驱动方法如下所述:
图11为所述第二驱动方法的读写时序示意图,图9a为第二电阻随机存储器的写操作示意图,而图9b为所述第二驱动方法执行写操作时的流程图,结合图9a、图9b以及图11所示,所述第二驱动方法的写操作的基本不走包括:
S210、将位线300置为高位电压VH,使得位线300与选通管200的衬底之间形成高电势差。
其中VH>0,衬底接地,因此所述高电势差即VH,其大小保证在形成电流脉冲时能够改变存储电阻100的阻态。
S211、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中形成强GIDL漏电流脉冲,改变存储电阻100的阻态,在存储单元中写入数据。
与第一驱动方法相同,在选通管200的栅极短暂施加电压Vg,所述Vg愈负向於源漏极则在源极或漏极上产生愈大值GIDL漏电流脉冲Iw。所述GIDL漏电流脉冲Iw将改变存储电阻100的阻态;假设存储电阻100变为高阻态时,视为存储单元中写入数据定义为1;若存储电阻100变为低阻态时,视为存储单元中写入数据定义为0。在上述写操作过程中,参考电阻500由于为恒定电阻,因此不受电流脉冲的影响。
图10a为第二电阻随机存储器的读操作示意图,而图10b为所述第二驱动方法执行读操作时的流程图,结合图10a、图10b以及图11所示,所述第二驱动方法的读操作的基本步骤包括:
S220、将位线300置为低位电压VL,使得位线300与选通管200的衬底之间形成低电势差。
其中VL>0,衬底接地,因此所述低电势差即VL,其大小保证在选通管200中能触发GIDL漏电流时,但不改变存储电阻100的阻态。
S221、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中形成GIDL漏电流,并比较流经存储电阻100上的GIDL漏电流与流经参考电阻500上的GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
其中,通过字线400在选通管200的栅极施加电压Vg,触发选通管200上产生GIDL漏电流,所述流经存储电阻100的GIDL漏电流为IR(IR=VL/R,R为存储电阻100的阻值),流经参考电阻500的GIDL漏电流为IR’(IR’=VL/R’,R’为参考电阻500的阻值)。由于参考电阻500的阻值R’介于存储电阻100的高阻态阻值以及低阻态阻值之间,因此直接比较流经存储电阻100上的GIDL漏电流IR与流经参考电阻500上的GIDL漏电流IR’的大小,可以判断存储电阻100的阻态。即IR若不小于IR’,则存储单元数据定义为0;IR若不大于IR’,则存储单元数据定义为1。需要另外指出的是,当IR与IR’相等时,则需要依据参考电阻500在设定时,阻值是否为存储电阻高阻态阻值或低阻态阻值这两个临界值,作为优选方案,参考电阻的阻值应当介于两者之间。
上述两种电阻随机存储器中,存储单元均为1T1R结构,但从前述内容可知,本发明所述使用GIDL漏电流作为存储单元的读写操作电流,选通管最多可以控制两个存储电阻,而构成1T2R结构。
因此本发明具体实施例还提供了第三电阻随机存储器,包括由存储单元所组成的存储阵列,如图12所示,所述存储单元包括第一存储电阻101、第二存储电阻102以及一个选通管200;所述第一存储电阻101以及第二存储电阻102的一端分别连接第一位线301以及第二位线302,另一端均连接选通管200;所述选通管200为场效应晶体管,其中栅极连接字线400;所述场效应晶体管的GIDL漏电流为存储单元的读、写操作电流。
作为可选方案,将场效应晶体管的漏极或源极分别与第一存储电阻101或第二存储电阻102电连接;其中,与第二电阻随机存储器相类似,所述场效应晶体管中,源极以及漏极在本质上相同,均能够形成GIDL漏电流。为固定衬底的电势位,可选的,将场效应晶体管的衬底接地。
作为可选方案,所述场效应晶体管(即选通管200)为NMOS晶体管或PMOS晶体管;在存储单元选通以及读、写操作时,字线400施加于栅极的电压不超过场效应晶体管的阈值电压,保证场效应晶体管处于关闭状态,漏极与源极之间不形成导电的沟道。
为简化说明本实施例中,所述存储电阻100的材质性质假设为受到足够能量的电流脉冲,即能改变阻态,而阻态的类型与电流脉冲的方向大小无关;所述选通管200为NMOS场效应晶体管,形成GIDL漏电流时,需要向栅极以及有源区施加相对于衬底的正向电压。
基于上述第三电阻随机存储器,本发明提供的第三驱动方法如下所述:
由于第三电阻随机存储器中,每个存储单元包括两个存储电阻,因此可以视为每个存储单元包括两位数据,存储单元的数据值为二位数据值,每位数据的读写操作机制类似于第一驱动方法。图15为所述第三驱动方法的读写时序示意图,图13a为第三电阻随机存储器的写操作示意图,图13b为第三驱动方法执行写操作时的流程图,结合图13a、图13b以及图15所示,所述第三驱动方法的写操作的基本步骤包括:
S310、将第一位线301或第二位线302置为高位电压VH,使得所述第一位线301或第二位线302与选通管200的衬底之间形成高电势差。
其中VH>0,衬底接地,因此所述高电势差即VH,其大小保证在形成电流脉冲时能够改变第一存储电阻101或第二存储电阻102的阻态。在实际的写操作过程中,第一存储电阻101与第二存储电阻102的写操作可以同时进行也可以只选择其中一个进行写操作,相互独立。需要选择其中一个存储电阻进行写操作,仅需将相应的位线置为VH,将另一个存储电阻对应的位线悬空即可,图13a所示实施例中仅选择第一存储电阻101进行写操作。
S311、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中形成强GIDL漏电流脉冲,改变第一存储电阻101或第二存储电阻102的阻态,在存储单元中相应存储电阻内写入数据。
与第一驱动方法类似,在选通管200的栅极短暂施加电压Vg,所述Vg愈负向於源漏极则在源极或漏极上触发愈大值GIDL漏电流,但仅有相应位线为高电压VH的存储电阻中流经的GIDL漏电流脉冲Iw才能改变阻态;假设存储电阻变为高阻态时,视为该存储电阻的数据为1;若存储电阻变为低阻态时,视为该存储电阻的数据为0;因此所述第三电阻随机存储器中,存储单元的二位数据值可以是00、01、10、11四种情况。
图14a为第三电阻随机存储器的读操作示意图,图14b为第三驱动方法执行读操作时的流程图,结合图14a、图14b以及图15所示,所述第三驱动方法的读操作的基本步骤包括:
S320、将第一位线301以及第二位线302置为低位电压VL,使得第一位线301以及第二位线302与选通管200的衬底之间形成低电势差。
其中VL>0,衬底接地,因此所述低电势差即VL,其大小保证在选通管200中能触发GIDL漏电流时,不改变第一存储电阻101或第二存储电阻102的阻态。
S321、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中形成GIDL漏电流,并检测流经第一存储电阻101的GIDL漏电流以及流经第二存储电阻102的GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
其中,通过字线400在选通管200的栅极施加电压Vg,触发选通管200上产生GIDL漏电流,所述流经第一存储电阻101的GIDL漏电流为IR1(IR1=VL/R1,R1为第一存储电阻101的阻值),而流经第二存储电阻102的GIDL漏电流为IR2(IR2=VL/R2,R2为第二存储电阻102的阻值)。与第一驱动方法相同,GIDL漏电流较大的存储单元中,存储电阻的阻值较小,即存储电阻为低阻态,读取得数据为0,而GIDL漏电流较小的存储单元中,存储电阻的阻值较大,即存储电阻为高阻态,读取得数据为1,将相应存储电阻中的数据组合,便可以得到整个存储单元的二位数据值。
上述第三电阻随机存储器的驱动方法中,每个存储单元的数据等效于两个存储电阻的数据组合,因此在读操作时也需要测得每个存储电阻中流经的GIDL漏电流的准确值。如果将第一存储电阻以及第二存储电阻的阻态保持相反,并在写操作时同时改变其阻态,那么对于存储单元来说,仅仅存在IR1>IR2或者IR1<IR2两种情况,分别代表1或0,同样可以实现存储器的功能。
因此基于第三电阻随机存储器,本发明还提供了第四驱动方法如下所述:
图18为所述第四驱动方法的读写时序示意图,图16a为第三电阻随机存储器的另一种写操作示意图、图16b为第四驱动方法执行写操作时的流程图,结合图16a、图16b以及图18所示,所述第四驱动方法的写操作的基本步骤包括:
S410、初始化存储器单元,使得第一存储电阻101与第二存储电阻102的阻态相反。
其中初始化的具体方法可以是:将第一位线301或第二位线302置为高位电压,通过字线400控制栅极在选通管中形成强GIDL漏电流脉冲,改变第一存储电阻101或第二存储电阻102的阻态,具体的,类似实施一遍第三驱动方法的写操作,使得第一存储电阻101与第二存储电阻102的阻态相反。
S411、将第一位线301和第二位线302同时置为高位电压,使得所述第一位线301或第二位线302与选通管200的衬底之间形成高电势差。
其中VH>0,衬底接地,因此所述高电势差即VH,其大小保证在形成电流脉冲时能够改变第一存储电阻101或第二存储电阻102的阻态。在实际的写操作过程中,对第一存储电阻101与第二存储电阻102的写操作必须同时进行。
S412、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中形成强GIDL漏电流脉冲,同时改变第一存储电阻101以及第二存储电阻102的阻态,在相应存储单元中写入数据。
与第三驱动方法类似,在选通管200的栅极短暂施加电压Vg,所述Vg愈负向於源漏极则在源极或漏极上触发愈大值GIDL漏电流,流经第一存储电阻101以及第二存储电阻102的GIDL漏电流脉冲Iw将同时改变两存储电阻的阻态;由于存储单元经过初始化后,第一存储电阻101与第二存储电阻102的阻态是相反的;因此本驱动方法中,执行写操作后,存储单元里两个存储电阻的阻态组合只可能有两种情况,当一个存储电阻处于高阻态时,另一个存储电阻必然处于低阻态。
图17a为第三电阻随机存储器的另一种读操作示意图、图17b为第四驱动方法执行读操作时的流程图,结合图17a、图17b以及图18所示,所述第四驱动方法的读操作的基本步骤包括:
S420、将第一位线301以及第二位线302置为低位电压VL,使得第一位线301以及第二位线302与选通管200的衬底之间形成低电势差。
其中VL>0,衬底接地,因此所述低电势差即VL,其大小保证在选通管200中能触发GIDL漏电流时,不改变第一存储电阻101或第二存储电阻102的阻态。
S421、通过字线400控制选通管200的栅极,在选通管200中形成GIDL漏电流,并比较流经第一存储电阻101的GIDL漏电流以及流经第二存储电阻102的GIDL漏电流的大小,读取存储单元中的数据。
其中,通过字线400在选通管200的栅极施加电压Vg,触发选通管200上产生GIDL漏电流,所述流经第一存储电阻101的GIDL漏电流为IR1(IR1=VL/R1,R1为第一存储电阻101的阻值),而流经第二存储电阻102的GIDL漏电流为IR2(IR2=VL/R2,R2为第二存储电阻102的阻值)。由于第一存储电阻101与第二存储电阻102的阻态相反,因此仅可能存在IR1>IR2或者IR1<IR2两种情况,分别对应数据1或0,因此仅需比较IR1以及IR2的大小,就可以读取存储单元的数据。
上述实施例中,虽然以NMOS晶体管为例,但本发明领域技术人员应当可以推得,以PMOS晶体管作为选通管形成GIDL漏电流,作为存储器读写操作电流的具体方案。此外本发明仅为简化说明需要,限定了存储电阻的材质性质,但存储电阻还可以为相变电阻等,并不局限于实施例中所述的材质,在现有的电阻随机存储器中,所述存储电阻的阻态变化可能与流经的电流脉冲的大小以及加热效果的温度有关,仅需在读写过程中调整位线上所施加的电压即可。本发明领域技术人员应当可以依据本发明所展示的方案,进一步推广至其他类型的电阻随机存储器上,特此说明。
虽然本发明以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。