CN102129886A - 电阻随机存储器的初始化以及设置、复位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电阻随机存储器的初始化以及设置、复位方法，所述初始化方法包括：提供待激活的电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻；先对电阻随机存储器进行快速初始化；所述快速初始化时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲；再对电阻随机存储器进行精确初始化；所述精确初始化时，向存储电阻中输入能量恒定的电压脉冲。本发明将初始化操作分为快速初始化以及精确初始化阶段，使得存储电阻从高阻态转变成低阻态时，电阻值下降能够精确控制。

Description

电阻随机存储器的初始化以及设置、复位方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种电阻随机存储器的初始化方法以及设置、复位方法。

背景技术

当前，开发成本低、速度快、存储密度高、制造简单且与当前的互补金属氧化物(CMOS)半导体集成电路工艺兼容性好的新型存储技术受到世界范围的广泛关注。基于电阻式随机存取存储器(Resistive Random AccessMemory，RRAM简称为电阻随机存储器)的内存技术是目前多家器件制造商开发的重点，因为这种技术可以提供更高密度、更低成本与更低耗电量的非易失性内存。RRAM的存储单元在施加脉冲电压后电阻值会产生很大变化，这一电阻值在断开电源后仍能维持下去。此外，RRAM具有抗辐照、耐高低温、抗强振动、抗电子干扰等性能。

RRAM包括多个存储单元组成存储器阵列，图1给出了典型的RRAM的一个存储单元结构，其中每个存储单元包括一个选通管2以及一个存储电阻1，形成1T1R的结构(T：transistor，R：Resistor)，其中选通管2多用场效应晶体管MOSFET进行存储器单元的选中以及读写操作。所述存储电阻1一端连接位线3，另一端与选通管2的漏极连接；选通管2的栅极与字线4连接，而源极接地。在RRAM中，存储电阻1的高阻态和低阻态，用来分别表征“0”和“1”两种状态，在不同方向的电压脉冲作用下，存储电阻1的阻值在上述高阻态和低阻态之间实现可逆的转换，从而实现信息存储功能。

常用于制造RRAM中存储电阻1的材料主要包括PrCaMnO₃、SrZrO₃等钙钛矿复杂氧化物，高分子有机材料以及二元金属氧化物例如Nb₂O₅、TiO₂、ZrO₂、 Ta₂O₅、NiO_x、Al₂O₃、Cu_xO、CoO、WO_x等。与其他材料相比，二元金属氧化物具有结构简单，制作成本低以及易于与现有CMOS工艺相兼容的优点，因此应用最为广泛。通常情况下，采用二元金属氧化物制作的RRAM在第一次使用前需要经过初始化。刚制造形成RRAM的存储电阻均为高阻态，需要一个高于存储器正常操作电压的电压来激活器件，使其向低阻态转变，然后RRAM才可以进入到正常的工作存储状态，上述初始化过程即本技术领域所谓的Forming操作。

图2以及图3是现有的两种对RRAM的初始化方法示意图。图2所采用的方法是向存储电阻1输入持续的直流电流，横坐标为输入电流的时间T，纵坐标为输入电流的电压U，随着时间的推移，所述输入电流的电压从0起保持一定的速率线性增长。图3所采用的方法是向存储电阻1输入电压脉冲，横坐标为输入电压脉冲的时间T，纵坐标为输入电压脉冲的电压U，保持电压脉冲的脉宽恒定，而随着时间的推移，逐渐增大电压脉冲的电压。

图4是现有的RRAM初始化方法中，存储电阻1的中流经的电流I随时间T的变化关系示意图，从图中可见，随着输入电压的不断增大，电流开始的变化幅度较小，但到了一个特定时间点T₀，电流突然跳跃式的增大，而到时间点T’₀，又趋于稳定，可知此时存储电阻的电阻值发生了突变，从高阻态跳转至低阻态。上述两个时间点的间隔极短，因此所述存储电阻的电阻值在初始化操作过程中是跳变的过程，所述阻态转变过程是难以控制的，既不能确定发生的具体时间，也无法控制阻态跳转后，具体的电阻值大小。可能导致激活后的RRAM的工作存储状态的不稳定，例如不同存储单元中存储电阻在相同阻态下的电阻值如果存在较大差异，在读取各存储单元数据时容易混淆而引起逻辑判断错误。

此外，RRAM在进入工作存储状态后，进行写操作时，存储电阻从高阻态转变为低阻态的过程称为设置操作，而从低阻态变回高阻态的过程成为复 位操作，现有的设置以及复位方法与初始化方法的手段相似，仅仅是电压大小以及方向有所差异，设置操作以及复位操作的电压值较初始化小，复位操作的电压脉冲与初始化、设置操作相反。同样现有的设置以及复位方法中，存储电阻的阻态变化也是突变过程难以控制，也可能引起存储单元数据读取时的逻辑判断错误。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电阻随机存储器的初始化方法以及设置、复位方法，改善初始化以及设置、复位过程中因存储电阻的阻态跳转不可控，而导致存储器工作状态不稳定的问题。

本发明提供的一种电阻随机存储器的初始化方法，包括：

提供待激活的电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻；

先对电阻随机存储器进行快速初始化；

所述快速初始化时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲；

再对电阻随机存储器进行精确初始化；

所述精确初始化时，向存储电阻中输入能量恒定的电压脉冲。

可选的，在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

预先设定初始化特征电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述初始化特征电阻值后，停止所述快速初始化，进行精确初始化；预先设定初始化目标电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述初始化目标电阻值后，停止所述精确初始化。

可选的，所述进行快速初始化时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐增大的电压脉冲。所述进行精确初始化时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐减小的电压脉冲。

本发明还提供了一种电阻随机存储器的设置方法，包括：

提供电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻，所述存储电阻处于高阻态；

先对电阻随机存储器进行快速设置；

所述快速设置时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲；

再对电阻随机存储器进行精确设置；

所述精确设置时，向存储电阻中输入能量恒定的电压脉冲。

可选的，在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

预先设定设置特征电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述设置特征电阻值后，停止所述快速设置，进行精确设置；预先设定设置目标电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述设置目标电阻值后，停止所述精确设置。

可选的，所述进行快速设置时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐增大的电压脉冲。所述进行精确设置时，向存储电阻中输入脉宽以及电压逐渐减小的电压脉冲。

本发明提供的一种电阻随机存储器的复位方法，其特征在于，包括：

提供电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻，所述存储电阻处于低阻态；

先对电阻随机存储器进行快速复位；

所述快速复位时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲；

再对电阻随机存储器进行精确复位；

所述精确复位时，向存储电阻中输入能量逐渐减小的电压脉冲。

可选的，在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

预先设定复位特征电阻值以及复位目标电阻值，当存储电阻的电阻值上升至所述复位特征电阻值后，停止所述快速复位，进行精确复位。当存储电 阻的电阻值上升至所述复位目标电阻值后，停止所述精确复位。

可选的，所述进行快速复位时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐增大的电压脉冲。所述进行精确复位时，向存储电阻中输入脉宽保持不变、电压逐渐减小的电压脉冲，也可以输入电压保持不变、脉宽逐渐减小的电压脉冲。

与现有的电阻随机存储器的初始化以及设置、复位方法相比，本发明将初始化操作分为快速初始化以及精确初始化阶段，同样将设置操作分为快速设置以及精确设置阶段，复位操作分为快速复位以及精确复位阶段，使得存储电阻从高阻态转变成低阻态时，以及低阻态变成高阻态时，电阻值的变化能够精确控制，避免存储单元数据读取时出现逻辑判断错误，同时可精确控制阻态的存储电阻还可以应用至复合电阻存储器(Multi Level Cell MLC)中，即利用不同大小的电阻值存储信息，而实现大容量存储。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其他目的、特征和优势将更加清晰。附图中与现有技术相同的部件使用了相同的附图标记。

图1是现有的电阻随机存储器的存储单元结构示意图；

图2以及图3是两种现有的对电阻随机存储器的初始化方法示意图；

图4是现有初始化方法中，存储电阻的中流经的电流大小随时间的变化关系示意图；

图5是本发明所述电阻随机存储器的初始化方法流程示意图；

图6是本发明所述电阻随机存储器的设置方法流程示意图；

图7是本发明所述电阻随机存储器的复位方法流程示意图；

图8是本发明所述初始化方法具体实施例步骤示意图；

图9a是所述初始化方法具体实施例中向存储电阻输入的电压脉冲关于时间的变化示意图；

图9b是上述初始化方法具体实施例中存储电阻的电阻值R关于时间的变化示意图；

图10是本发明所述设置方法具体实施例步骤示意图；

图11a是所述设置方法具体实施例中向存储电阻输入的电压脉冲关于时间的变化示意图；

图11b是上述设置方法具体实施例中存储电阻的电阻值R关于时间的变化示意图；

图12是本发明所述复位方法具体实施例步骤示意图；

图13a是所述复位方法具体实施例中向存储电阻输入的电压脉冲关于时间的变化示意图；

图13b是上述复位方法具体实施例中存储电阻的电阻值R关于时间的变化示意图。

具体实施方式

从背景技术可知，现有RRAM的初始化以及设置、复位方法中，存储电阻从高阻态向低阻态以及低阻态向高阻态的转变过程均是突变的过程，因此存储电阻的电阻值变化过程难以控制，可能导致存储单元读取时的逻辑错误。而业界内有一种理论指出，RRAM电阻转换材料的阻态变化与流经电流的能量积累有关，即随着流经电流的能量积累突破某一临界值后，其电阻值将发生剧烈变化，因此在RRAM中，精确控制存储电阻流经电流的能量，可以在一定程度上控制其阻态的变化过程。

基于上述理论，本发明提供了一种电阻随机存储器的初始化方法，流程如图5所示，包括：

步骤S101、提供待激活的电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻；未激活状态的电阻随机存储器，其存储电阻的RRAM电阻转换材料电阻值较高，因此存储电阻处于高阻态。

步骤S102、先对电阻随机存储器进行快速初始化；在所述快速初始化时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲。

此阶段，存储电阻的阻值变化较为平缓，可以输入较大能量的电压脉冲，快速完成前述的能量积累过程。可选的，向存储电阻输入脉宽以及电压均逐渐增大的电压脉冲。

步骤S103、再对电阻随机存储器进行精确初始化；在所述精确初始化时，向存储电阻中输入能量恒定的电压脉冲。

此阶段，存储电阻的电阻值变化可能较为剧烈，将由高阻态变成低阻态。由于此时并不确定形成低阻态所需的具体能量积累值以及低阻态时的电阻值，因此可以选择恒定能量的电压脉冲，可控地完成上述阻态转变过程。

假设存储电阻的电阻值为R、电压脉冲的脉宽为T、电压值为U，则根据欧姆定律以及基本的功耗原理，在每个电压脉冲内，流经存储电阻的电流所产生的能量值 $Q=\frac{U^{2}T}{R}.$ 可选的，在此阶段可以向存储电阻输入脉宽T以及电压U均逐渐减小的电压脉冲。虽然脉宽T以及电压U均在减小，但存储电阻的电阻值R也在减小，所以整体上依然可以调整保持电压脉冲能量Q的恒定。或者输入仅减小脉宽T、仅减小电压U的电压脉冲，同样可以实现保持上述能量恒定的目的。

此外，在上述初始化过程中，可以在电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

可以预先设定初始化特征电阻值以及初始化目标电阻值，当存储电阻的 电阻值降低至所述初始化特征电阻值后，停止所述快速初始化，进行精确初始化；而当存储电阻的电阻值进一步降低至所述初始化目标电阻值后，停止精确初始化，结束整个初始化流程。

本发明提供了一种电阻随机存储器的设置方法，流程如图6所示，包括：

步骤201、提供电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻，所述存储电阻处于高阻态；

步骤202、先对电阻随机存储器进行快速设置；在所述快速初始化时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲。

此阶段，存储电阻的阻值变化同样较为平缓，可以输入较大能量的电压脉冲，快速完成所述能量积累过程。可选的，向存储电阻输入脉宽以及电压均逐渐增大的电压脉冲。

步骤203、再对电阻随机存储器进行精确设置；所述精确设置时，向存储电阻中输入能量恒定的电压脉冲。

此阶段，存储电阻的电阻值变化较为剧烈，呈加速下降的趋势，由高阻态变成低阻态。大致推断形成低阻态所需的具体能量积累值的大概范围以及低阻态时的电阻值范围，选择能量逐渐减小的电压脉冲，进一步精确可控地完成上述阻态转变过程。

同样假设存储电阻的电阻值为R、电压脉冲的脉宽为T、电压值为U，则在每个电压脉冲内，流经存储电阻的电流所产生的能量值 $Q=\frac{U^{2}T}{R};$ 可选的，在此阶段可以向存储电阻输入脉宽T以及电压U均逐渐减小，或者仅减小其中一个参数的电压脉冲，整体上使得输入的电压脉冲能量Q保持恒定即可。

同样在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

可以预先设定设置特征电阻值以及设置目标电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述设置特征电阻值后，停止所述快速设置，进行精确设置；预先 设定设置目标电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述设置目标电阻值后，停止所述精确设置。

本发明还提供了一种电阻随机存储器的复位方法，流程如图7所示，包括：

步骤301、提供电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻，所述存储电阻处于低阻态；

步骤302、先对电阻随机存储器进行快速复位；在所述快速初始化时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲。

此阶段，存储电阻的阻值变化同样较为平缓，可以输入较大能量的电压脉冲，快速完成所述能量积累过程。可选的，向存储电阻输入脉宽以及电压均逐渐增大的电压脉冲，需要指出的是存储电阻的阻态逆转过程需要施加反向的电流，因此复位操作的电压脉冲与设置操作的电压脉冲，方向是相反的。

步骤303、再对电阻随机存储器进行精确复位；所述精确复位时，向存储电阻中输入能量逐渐减小的电压脉冲。

此阶段，存储电阻的电阻值变化较为剧烈，呈加速上升的趋势，由低阻态变成高阻态。大致推断形成高阻态所需的具体能量积累值的大概范围以及高阻态时的电阻值范围，选择能量逐渐减小的电压脉冲，进一步精确可控地完成上述阻态转变过程。

同样假设存储电阻的电阻值为R、电压脉冲的脉宽为T、电压值为U，则在每个电压脉冲内，流经存储电阻的电流所产生的能量值 $Q=\frac{U^{2}T}{R};$ 可选的，在此阶段，存储电阻的电阻值R是增大的，可以向存储电阻输入脉宽T保持一致而电压U逐渐减小的电压脉冲，也可以输入电压U保持一致而脉宽T逐渐减小的电压脉冲，或者同时减小其中两个参数的电压脉冲，整体上使得输入的电压脉冲能量Q也逐渐减小即可。

在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据 测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

可以预先设定复位特征电阻值以及复位目标电阻值，当存储电阻的电阻值上升至所述复位特征电阻值后，停止所述快速复位，进行精确复位；预先设定复位目标电阻值，当存储电阻的电阻值上升至所述复位目标电阻值后，停止所述精确复位。

下面结合具体实施例，对本发明所述初始化以及设置、复位方法，做详细介绍。

图8为本发明所述电阻随机存储器的初始化方法具体实施例示意图，依然以图1所示的存储单元结构为例。下面结合图8以及图1所示：

首先进行步骤A1、设定基本参数；上述基本参数包括第一次电压脉冲的脉宽T1以及电压值U1，各电压脉冲的间隔时间T’，还包括初始化特征电阻值Res与初始化目标电阻值Rep。

所述初始化特征电阻值Res为快速初始化与精确初始化两阶段的分界准则，所述初始化目标电阻值Rep为精确初始化阶段的停止准则，均可通过预计初始化过程中存储电阻1的电阻值R的大致变化趋势而进行选择。其中，所述存储电阻1的电阻值R在降低至初始化特征电阻值Res之前的变化较为缓慢，之后的变化较为剧烈，而进一步降低至初始化目标电阻值Rep之后的变化又趋于缓慢。

步骤A2、开始进行快速初始化，通过字线4导通选通管2(假设选通管自身的压降可忽略不计)，在位线3上施加电压脉冲，上述电压脉冲将在存储电阻1上形成电流。第一次电压脉冲的脉宽为T₁，电压值为U₁，然后跳转至步骤A3。

步骤A3、在第一次电压脉冲后以及第二次电压脉冲前，在位线3上施加一个电压值为U’的测试脉冲，上述测试脉冲将在存储电阻1上形成测试电流I’。根据欧姆定律R＝U’/I’，可以获得此时存储电阻1的电阻值R，并与初始 化特征电阻值Res相比较，如果存储电阻1的电阻值R大于初始化特征电阻值Res，跳转至步骤A4，如果小于等于初始化特征电阻值Res则跳转入步骤A5。

步骤A4、继续向位线施加第N次电压脉冲，所述第N次电压脉冲的脉宽T_n以及电压值U_n均大于前一次电压脉冲，即T_n＞T_n-1，U_n＞U_n-1，然后跳转回步骤A3。

在上述过程中，如果相邻次电压脉冲之间的脉宽以及电压值差异过大，将造成快速初始化过快，不利于后续精确初始化的操作，而差异过小，将造成快速初始化过于缓慢而耗费时间，因此具体的增大量应当根据实际需要进行选择，为操作简便，通常在快速初始化过程中，各相邻的电压脉冲之间可以采用恒定的脉宽增大量ΔT以及电压值增大量ΔU。

步骤A5、开始进行精确初始化，先通过位线3向存储电阻1施加电压脉冲，假设电压脉冲在存储电阻1上产生的能量为Q，然后跳转至步骤A6。

其中所述能量Q的值如果过大，将造成精确初始化过快，而无法实现初始化可控的目的，如果过小，也将造成精确初始化过程缓慢而耗费时间，因此精确初始化过程中的电压脉冲，在存储电阻1上所产生的能量值Q应当根据实际需要进行选择。

步骤A6、采用与步骤A3相同的方法时实测量存储电阻1的电阻值R，并与初始化目标电阻值Rep相比较，如果存储电阻1的电阻值R大于初始化特征电阻值Rep，跳转至步骤A7，如果小于等于初始化特征电阻值Rep则跳转入步骤A8。

步骤A7，继续向位线施加第M次电压脉冲，所述第M次电压脉冲的脉宽T_m以及电压值U_m均小于前一次电压脉冲，即T_m＜T_m-1，U_m＜U_m-1，但保持电压脉冲在存储电阻1上产生能量值为Q不变；由于存储电阻1的电阻值R可实时测量，且在精确初始化阶段中呈加速下降的趋势，因此同时调节减小 脉宽以及电压值，或者仅减小脉宽、仅减小电压值，而保持能量值Q也均是可行的；然后跳转回步骤A6。

步骤A8，停止精确初始化，完成整个初始化过程。

图9a是上述初始化方法具体实施例中向存储电阻输入的电压脉冲关于时间的变化示意图，可见在快速初始化阶段内(时间T1)，电压脉冲的脉宽以及电压值均逐渐增大，且各相邻的电压脉冲之间可以采用恒定的脉宽增大量ΔT以及电压值增大量ΔU，而在精确初始化阶段内(时间T2)，电压脉冲的脉宽以及电压值均逐渐减小，但各电压脉冲在存储电阻上产生能量值恒定为Q；每次电压脉冲的间隔间，均施加测试脉冲用于实时测量存储电阻1的电阻值R的大小。

图9b是上述初始化方法具体实施例中，存储电阻的电阻值R关于时间的变化示意图，可见在快速初始化阶段内(时间T1)，存储电阻的电阻值R缓慢变化，而当存储电阻的电阻值R低于初始化特征电阻值Res后，进入精确初始化阶段，电阻值R的变化较为剧烈，但依然处于可控的状态；直至精确初始化结束(时间T2)，电阻值R降低至初始化目标电阻值Rep后，如果再施加电压脉冲，其变化再次趋于缓慢，存储电阻完成高阻态向低阻态的跳转。

处于存储工作状态的电阻随机存储器，在设置时，存储电阻1也是从高阻态向低阻态转变，其电阻值的变化趋势与初始化过程相似，因此同样可以采用类似的操作方法。

图10为本发明所述电阻随机存储器的初始化方法具体实施例示意图，同样以图1所示的存储单元结构为例。下面结合图10以及图1所示：

首先进行步骤B1、设定基本参数；上述基本参数包括第一次电压脉冲的脉宽T’₁以及电压值U’₁，各电压脉冲的间隔时间T”，还包括设置特征电阻值Res’与初始化目标电阻值Rep’。

所述设置特征电阻值Res’为快速设置与精确设置两阶段的分界准则，所 述初始化目标电阻值Rep’为精确设置阶段的停止准则。

步骤B2、开始进行快速设置，通过字线4导通选通管2(假设选通管自身的压降可忽略不计)，在位线3上施加电压脉冲，上述电压脉冲将在存储电阻1上形成电流。第一次电压脉冲的脉宽为T’₁，电压值为U’₁，然后跳转至步骤B3。

步骤B3、在第一次电压脉冲后以及第二次电压脉冲前，在位线3上施加一个电压值为U’的测试脉冲，上述测试脉冲将在存储电阻1上形成测试电流I，。根据欧姆定律R＝U’/I’，可以获得此时存储电阻1的电阻值R，并与设置特征电阻值Res’相比较，如果存储电阻1的电阻值R大于设置特征电阻值Res’，跳转至步骤B4，如果小于等于设置特征电阻值Res’则跳转入步骤B5。

步骤B4、继续向位线施加第N次电压脉冲，所述第N次电压脉冲的脉宽T’_n以及电压值U’_n均大于前一次电压脉冲，即T’_n＞T’_n-1，U’_n＞U’_n-1，然后跳转回步骤B3。

在上述过程中，与快速初始化过程类似，相邻次电压脉冲之间的脉宽以及电压值的增大量应当根据实际需要进行选择，为操作简便，各相邻的电压脉冲之间可以采用恒定的脉宽增大量ΔT’以及电压值增大量ΔU’。

步骤B5、开始进行精确设置，先通过位线3向存储电阻1施加电压脉冲，假设电压脉冲在存储电阻1上产生的能量为Q’，然后跳转至步骤B6。

步骤B6、采用与步骤B3相同的方法时实测量存储电阻1的电阻值R，并与设置目标电阻值Rep’相比较，如果存储电阻1的电阻值R大于设置特征电阻值Rep’，跳转至步骤B7，如果小于等于设置特征电阻值Rep’则跳转入步骤B8。

步骤B7，继续向位线施加第M次电压脉冲，所述第M次电压脉冲的脉宽T’_m以及电压值U’_m小于前一次电压脉冲，即T’_m＜T’_m-1，U’_m＜U’_m-1，但保持电压脉冲在存储电阻1上产生能量值为Q不变。与初始化过程类似由于， 存储电阻1的电阻值R在精确设置阶段中也呈加速下降的趋势，因此同时调节减小脉宽以及电压值，或者仅减小脉宽、仅减小电压值，而保持能量值Q也均是可行的；然后跳转回步骤B6。

步骤B8，停止精确设置，完成整个设置过程。

图11a是上述设置方法具体实施例中向存储电阻输入的电压脉冲关于时间的变化示意图，可见在快速设置阶段内(时间T1’)，电压脉冲的脉宽以及电压值均逐渐增大，且各相邻的电压脉冲之间可以采用恒定的脉宽增大量ΔT’以及电压值增大量ΔU’，而在精确设置阶段内(时间T2’)，电压脉中的脉宽以及电压值逐渐减小，但各电压脉冲在存储电阻上产生能量值恒定为Q；在每次电压脉冲的间隔间，均施加测试脉冲用于实时测量存储电阻1的电阻值R的大小。

图11b是上述设置方法具体实施例中，存储电阻的电阻值R关于时间的变化示意图，可见在快速设置阶段内(时间T1’)，存储电阻的电阻值R缓慢变化，而当存储电阻的电阻值R低于设置特征电阻值Res’后，进入精确设置阶段，电阻值R的变化较为剧烈，但依然处于可控的状态；直至精确设置结束(时间T2’)，电阻值R降低至设置目标电阻值Rep’后，如果再施加电压脉冲，其变化再次趋于缓慢，存储电阻完成高阻态向低阻态的跳转，完成设置操作。

处于存储工作状态的电阻随机存储器，在复位时，存储电阻1是从低阻态向高阻态转变，其电阻值的变化趋势与设置过程相反。但作为可逆的两种操作，可以采用类似的操作方法，仅需改变流经存储电阻的电流方向，也即施加的电压脉冲方向即可。

图12为本发明所述电阻随机存储器的初始化方法具体实施例示意图，同样以图1所示的存储单元结构为例。下面结合图12以及图1所示：

首先进行步骤C1、设定基本参数；上述基本参数包括第一次电压脉冲的 脉宽T”₁以及电压值U”₁，各电压脉冲的间隔时间T’”，还包括复位特征电阻值Res”与初始化目标电阻值Rep”。

所述复位特征电阻值Res”为快速复位与精确复位两阶段的分界准则，所述初始化目标电阻值Rep”为精确复位阶段的停止准则。

步骤C2、开始进行快速复位，通过字线4导通选通管2(假设选通管自身的压降可忽略不计)，在位线3上施加与设置操作相反的电压脉冲，上述电压脉冲将在存储电阻1上形成方向相反的电流。第一次电压脉冲的脉宽为T”₁，电压值为U”₁，然后跳转至步骤C3。

步骤C3、在第一次电压脉冲后以及第二次电压脉冲前，在位线3上施加一个电压值为U”的测试脉冲，上述测试脉冲将在存储电阻1上形成测试电流I”。根据欧姆定律R＝U”/I”，可以获得此时存储电阻1的电阻值R，并与复位特征电阻值Res”相比较，如果存储电阻1的电阻值R小于复位特征电阻值Res”，跳转至步骤C4，如果大于等于复位特征电阻值Res”则跳转入步骤C5。

步骤C4、继续向位线施加第N次电压脉冲，所述第N次电压脉冲的脉宽T”_n以及电压值U”_n均大于前一次电压脉冲，即T”_n＞T”_n-1，U”_n＞U”_n-1，然后跳转回步骤C3。

在上述过程中，与快速初始化过程类似，相邻次电压脉冲之间的脉宽以及电压值的增大量应当根据实际需要进行选择，为操作简便，各相邻的电压脉冲之间可以采用恒定的脉宽增大量ΔT”以及电压值增大量ΔU”。

步骤C5、开始进行精确复位，先通过位线3向存储电阻1施加电压脉冲，假设电压脉冲在存储电阻1上产生的能量为Q”，然后跳转至步骤C6。

步骤C6、采用与步骤C3相同的方法时实测量存储电阻1的电阻值R，并与复位目标电阻值Rep”相比较，如果存储电阻1的电阻值R小于复位特征电阻值Rep”，跳转至步骤C7，如果大于等于复位特征电阻值Rep”则跳转入步骤C8。

步骤C7，继续向位线施加第M次电压脉冲，所述第M次电压脉冲保持脉宽不变，而电压值U”_m小于前一次电压脉冲，即U”_m＜U”_m-1，使得在存储电阻1上产生的能量值Q”_m小于前一次电压脉冲Q”_m-1；然后跳转回步骤C6。

上述实施例也可以采用保持电压值不变而减小脉宽的方法，或者同时减小脉宽以及电压值，均可以达到减小电压脉冲能量值的目的。由于存储电阻的电阻值R处于增大状态，而电压脉冲的能量值在精确复位时又处于递减状态。因此这个阻态跳转的过程，能量积累相比初始化以及设置操作时较慢，使得在同样的外置电源下进行复位操作时的时间也较设置操作长。

其中所述能量Q”_m的值如果相对于前一次电压脉冲减小的不明显，将造成精确复位过快，无法实现复位可控的目的，如果减小的过于迅速，也将造成精确复位过程缓慢而耗费时间，应当根据实际情况进行选择。

步骤C8，停止精确复位，完成整个复位过程。

图13a是上述复位方法具体实施例中向存储电阻输入的电压脉冲关于时间的变化示意图，可见在快速复位阶段内(时间T1”)，电压脉冲的脉宽以及电压值均逐渐增大，且各相邻的电压脉冲之间可以采用恒定的脉宽增大量ΔT”以及电压值增大量ΔU”，而在精确复位阶段内(时间T2”)，电压脉冲的脉宽保持一致，而电压值则逐渐减小，在存储电阻上产生的能量值Q”_m也逐渐减小；在每次电压脉冲的间隔间，均施加测试脉冲用于实时测量存储电阻1的电阻值R的大小。

图13b是上述复位方法具体实施例中，存储电阻的电阻值R关于时间的变化示意图，可见在快速复位阶段内(时间T1”)，存储电阻的电阻值R缓慢变化，而当存储电阻的电阻值R高于复位特征电阻值Res”后，进入精确复位阶段，电阻值R的变化较为剧烈，但依然处于可控的状态；直至精确复位结束(时间T2”)，通常精确复位的操作时间(T2”-T1”)＞精确初始化的操作时间(T2’-T1’)，当电阻值R上升至复位目标电阻值Rep”后，如果再施加电压脉冲， 其电阻值变化再次趋于缓慢，存储电阻完成低阻态向高阻态的跳转，完成复位操作。

上述设置以及复位方法，能够精确控制存储电阻阻态跳转过程中的电阻值变化，上述实施例虽然选取了较大范围的阻值变化，以示意整个阻态转变的过程，然而在实际应用中，可以通过设定目标电阻值，精确控制存储电阻的电阻值大小。因此特别适于用于复合电阻存储器MLC，以不同阻值表征存储不同的数据信息，从而以有限的存储器空间，实现大容量的存储能力。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种电阻随机存储器的初始化方法，其特征在于，包括：

提供待激活的电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻；

先对电阻随机存储器进行快速初始化；

所述快速初始化时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲；

再对电阻随机存储器进行精确初始化；

所述精确初始化时，向存储电阻中输入能量恒定的电压脉冲。

2.如权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

3.如权利要求2所述的初始化方法，其特征在于，预先设定初始化特征电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述初始化特征电阻值后，停止所述快速初始化，进行精确初始化。

4.如权利要求2所述的初始化方法，其特征在于，预先设定初始化目标电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述初始化目标电阻值后，停止所述精确初始化。

5.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述进行快速初始化时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐增大的电压脉冲。

6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述进行精确初始化时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐减小的电压脉冲。

7.一种电阻随机存储器的设置方法，其特征在于，包括：

提供电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻，所述存储电阻处于高阻态；

先对电阻随机存储器进行快速设置；

所述快速设置时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲；

再对电阻随机存储器进行精确设置；

所述精确设置时，向存储电阻中输入能量恒定的电压脉冲。

8.如权利要求7所述的设置方法，其特征在于，在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

9.如权利要求8所述的设置方法，其特征在于，预先设定设置特征电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述设置特征电阻值后，停止所述快速设置，进行精确设置。

10.如权利要求8所述的设置方法，其特征在于，预先设定设置目标电阻值，当存储电阻的电阻值降低至所述设置目标电阻值后，停止所述精确设置。

11.如权利要求7所述的设置方法，其特征在于，所述进行快速设置时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐增大的电压脉冲。

12.如权利要求7所述的设置方法，其特征在于，所述进行精确设置时，向存储电阻中输入脉宽以及电压逐渐减小的电压脉冲。

13.一种电阻随机存储器的复位方法，其特征在于，包括：

提供电阻随机存储器，所述电阻随机存储器包括存储电阻，所述存储电阻处于低阻态；

先对电阻随机存储器进行快速复位；

所述快速复位时，向存储电阻中输入能量逐渐增大的电压脉冲；

再对电阻随机存储器进行精确复位；

所述精确复位时，向存储电阻中输入能量逐渐减小的电压脉冲。

14.如权利要求13所述的复位方法，其特征在于，在所述电压脉冲的间隙间，向存储电阻输入恒定电压的测试电流，根据测试电流的大小，实时测量存储电阻的电阻值。

15.如权利要求14所述的复位方法，其特征在于，预先设定复位特征电阻值，当存储电阻的电阻值上升至所述复位特征电阻值后，停止所述快速复位，进行精确复位。

16.如权利要求14所述的复位方法，其特征在于，预先设定复位目标电阻值，当存储电阻的电阻值上升至所述复位目标电阻值后，停止所述精确复位。

17.如权利要求13所述的复位方法，其特征在于，所述进行快速复位时，向存储电阻中输入电压以及脉宽逐渐增大的电压脉冲。

18.如权利要求13所述的复位方法，其特征在于，所述进行精确复位时，向存储电阻中输入脉宽保持不变、电压逐渐减小的电压脉冲。

19.如权利要求13所述的复位方法，其特征在于，所述进行精确复位时，向存储电阻中输入电压保持不变、脉宽逐渐减小的电压脉冲。

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