专利名称：存储器与存储器写入方法
技术领域：
本发明涉及一种存储器，特别涉及这种存储器的写入方法。
背景技术：
储存单元...等。此类储存单元通过一写入电流脉冲改变其电阻值，以设定其 储存的位值。
以下叙述相变储存单元(Phase Change Memory cell, PCM cell)的特性。 相变储存单元可在晶相(crystamne)与非晶相(amorphous)两种状态间切换。在 写入电流脉冲具有高振幅与短脉冲宽度的状况下，相变储存单元切换至非晶 相，具有高阻值；此时，相变储存单元处于一重置模式(reset)，所记录的数 据为位值'l'。在写入电流脉冲具有低振幅与长脉冲宽度的状况下，相变储存 单元切换至晶相状态，具有低阻值；此时，相变储存单元处于一设定模式(set)， 所记录的数据为位值'0'。
然而，在晶相/非晶相切换过程中，可能会有转换不完全的状况发生。 美国专利公开文本US2005/0068804A1列举一种解决方案，专门应用于切换 至非晶相状态(重置模式)的相变储存单元。此既有技术首先提供初步的写入 电流脉冲输入储存单元；接着验证该储存单元的电阻值是否已成功转换；若 尚未成功转换则增加写入电流脉冲的振幅，并且反复上述验证、增加振幅以 及写入动作直到成功转换储存单元的电阻值为止。
然而，上述既有技术仅能应用于切换至重置模式的相变储存单元，并不 能应用于切换至设定模式的相变储存单元。由于切换至设定模式所需的写入 电流脉冲的振幅较切换至重置模式所需的振幅小，在切换至设定模式的例子 中，若以上述既有技术一^M也增加振幅，有可能导致振幅过高，储存单元转 而切换成重置模式。
因此，此技术领域需要一种新的存储器技术，得以令其储存单元正确地 在晶相/非晶相间切换。
发明内容
本发明提供一种存储器，其中包括一储存单元、 一阻值判断器以及一写 入电流脉冲产生器。该阻值判断器负责判断该储存单元的电阻值范围。该写 入电流脉沖产生器负责产生一写入电流脉冲输入该储存单元以改变该储存 单元的电阻值。其中，该写入电流脉冲产生器根据该储存单元的电阻值范围 决定该写入电流脉冲的脉冲宽度、或振幅、或脉冲宽度与振幅。
在同时控制该写入电流脉冲的脉冲宽度与振幅的实施方式中，本发明的 写入电流脉冲产生器包括一振幅控制器、 一脉冲宽度控制器以及一脉冲宽度 控制开关。根据该储存单元的电阻值范围，该振幅控制器输出一作用电流并 且决定该作用电流的大小。该脉冲宽度控制器负责输出一脉冲，并且才艮据该 储存单元的电阻值范围决定该脉冲的脉冲宽度。该脉冲宽度控制开关耦接于 该振幅控制器与该储存单元之间，其导通状态由该脉沖控制，用以于导通时 传送该作用电流至该储存单元。
本发明还披露一种存储器写入方法，包括判断一储存单元的电阻值范 围；以及根据该储存单元的电阻值范围决定一写入电流脉冲的脉冲宽度、或 振幅、或脉冲宽度与振幅；以及产生该写入电流脉冲输入该储存单元以改变 该储存单元的电阻值。
在某些实施方式中，本发明的储存单元为相变储存单元，并且，本发明 应用于将相变储存单元准确地切换至一重置模式或一设定模式。 为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，'下文特举 出数个实施例，并结合附图作详细说明。
图1以方块解本发明的存储器的一种实施方式；
图2图解本发明写入电流脉冲产生器的一种实施方式；
图3图解本发明写入电流脉冲产生器的另一种实施方式；
图4为第二节点t2的电平、参考电平VT、与脉冲306的波形;
图5图解本发明写入电流脉冲产生器的另一种实施方式；
图6图解本发明阻值判断器的一种实施方式；
图7为本发明的解码器的一种实施方式；图8图解本发明阻值判断器的另一种实施方式；
图9图解本发明写入电流脉冲产生器的另一种实施方式；
图10以流程图说明此方法的一种实施方式；以及
图11以流程图说明本发明的存储器写入方法的另一种实施方式。
附图符号说明
102-储存单元；
104-阻值判断器；
106 写入电流脉沖产生器；
108 ~用以传送储存单元的电阻值范围的信号线；
110-写入电流脉冲；
202 储存单元；
204 相变储存元件；
206-字符线开关；
302~》文电元件；
304~信号线，用以于放电状态下导通放电开关Sdc;
306 ~信号线，用以传送一脉冲控制写入电流脉冲的脉冲宽度；
502-方丈电元件；
504 ~电流4竟；
600~阻值判断器；
602 控制单元；
604~锁存器；
606 储存单元；
608 触发信号；
700~解码器；
802 储存单元；
902 振幅控制器；
904 脉冲宽度控制器；
906 脉冲宽度控制开关；
908 储存单元；
910~脉冲；912~电流产生元件； 914-电流镜；
916 ~电流产生元件的控制端； ArA^ 信号线，标示储存单元的电阻值范围; C~电容； cmp ~比较器；
d广dn-开关S-Sn的控制信号；
I-作用电流；
I广In-电流源；
Ia、 Ib-第一、第二电流源；
Ir~参考电流；
OUT-写入电流脉冲产生器的输出端；
R、 R厂Rn-! 电阻；
S广Sn、 SW广SWN.! 开关；
Sdc 放电开关；
tl、 t2 第一、第二节点；
V广Vn-电压源；
Vb、 Vw-V,广阚值电平；
VceH-储存单元电平；
VT~参考电平。
具体实施例方式
图1以方块解本发明的存储器的一种实施方式，其中包括一储存单 元102、 一阻值判断器104以及一写入电流脉冲产生器106。阻值判断器104 判断储存单元102的电阻值范围(判断结果由信号线108传送)。写入电流脉 沖产生器106负责产生一写入电流脉冲110输入该储存单元102以改变该储 存单元102的电阻值。其中，写入电流脉沖110的脉冲宽度由写入电流脉冲 产生器106根据储存单元102的电阻值范围(信号线108所传送的信号)决定。
图2图解写入电流脉冲产生器106的一种实施方式，其中包括多个电流 源I
In、多个开关s广sn以及一解码器(未显示于图2)。所述电流源I广lN 输出具有不同脉冲宽度的多个电流脉沖。所述开关S^SN对应所述电流源
9IdN,分别耦接于所述电流源Ii-lN与该写入电流脉冲产生器的输出端OUT
之间。开关S^SN的导通状态由解码器所输出的控制信号Di-Dw控制；随 着储存单元202的电阻值范围不同导通不同的开关，以令适当的电流脉冲得 以输入该储存单元202 。
图2的实施方式所采用的储存单元为相变储存单元，其中包括一相变元 件204与一字符线控制开关206。在其它实施方式中，也可采用其它利用电 流改变其电阻值的储存单元。
图3图解写入电流脉冲产生器106的另一种实施方式，其中包括多个电 圧源V广Vn、多个开关S广Sw、 一电容C、 一放电元件302、 一放电开关 Sdc、 一比较器cmp与一解码器(未显示于图3中)。所述电压源Vi ~ Vn提供 具有不同电平的多个电压。电容C耦接于一第一节点ti与一地端之间。所述 开关S,-SN对应所述电压源V, Vn,分别耦接于所述电压源V!-VN与该 第一节点t,之间。在一充电状态下，解码器输出控制信号D「DN控制开关 S广SN的导通状态；随着储存单元的电阻值范围不同导通不同的开关，以适 当的电压源对电容C充电。放电元件302耦接于一第二节点t2与该地端之间。 放电开关Sdc耦接于上述第一与第二节点(t!与t》之间，在一放电状态下导通 (图3信号304在放电状态下导通放电开关Sdc),以令储存于电容C的电平经 由放电元件302放电。在上述放电状态下，第二节点t2的电平递减。比较器 cmp将第二节点12的电平与一参考电平VT比较，以输出一脉沖306决定该 写入电流脉冲110的脉冲宽度。图4为第二节点t2的电平、参考电平VT、 与脉冲306的波形。
在图3所示的实施方式中，放电元件302为一晶体管。该晶体管的启动 与否亦由信号3 04控制，故该晶体管于上述放电状态时启动。
图5图解写入电流脉冲产生器106的另一种实施方式。与图3相较，图 5所采用的放电元件502包括一电流镜504与一电阻R。电流镜504经由电
阻R耦接第二节点t2,以提供放电电流下拉第二节点t2的电平。与放电元件
302相较，放电元件502将以较平稳的速度下拉第二节点t2的电平且可通过 控制电流镜的电流量，进而控制放电时间，如此经由cmp输出的讯号会根据 放电时间长短来变化脉冲宽度。此外，在其它实施方式中，放电元件可仅包 括电流镜504,不包括电阻R。
图6图解阻值判断器104的一种实施方式。阻值判断器600包括一第一电流源Ia、 一第二电流源Ib、多个电阻R广RN.!、多个开关SW广SWn.p —
控制单元602、 一比较器cmp以及一锁存器604。第一电流源Ij是供一第一 电流流经该储存单元606，以产生一储存单元电平Veell。第二电流源Ib提供 一第二电流。电阻& ~ 具有不同的电阻值；在此实施方式中， R^R2〈…〈Rn小所述开关SW广SW^对应所述电阻R广RN^分别耦接该 第二电流源Ib至所述电阻Ri R^。控制单元602在不同时段依序导通不同 的开关SWr SWp ...或SWN.1(J该第二电流流经导通的开关所对应的电阻 后产生一阈值电平Vb。比较器cmp比较该储存单元电平Va与该阈值电平 Vb并将比较结果输入锁存器604寄存。待比较器cmp在不同时段的输出都 寄存于锁存器604后， 一触发信号608触发锁存器604将锁存器604内容一 并输出，故信号线A「A^标示该储存单元606的电阻值范围。举例说明，
假设储存单元606的电阻值位于R,与R2之间，则(Ap A2..... Aw)为(l 、
0.....0);假设储存单元606的电阻值位于R2与113之间，则(A!、 A2、 A3.....
A^)为(1、 1、 0..... 0)。
图7为本发明的解码器的一种实施方式。图6的电阻R4 R^提供N 个电阻值范围区块。解码器700将阻值判断器600所提供的信号A「A^ 经过简单的逻辑运算后，以信号Di DN标示该储存单元606的电阻值位于
哪一个电阻值范围区块。举例说明，(A!、 A2..... an.D为(l、 0..... O)的
状况下，解码器700输出的(Dp D2、 D3.....DN)为(O、 1、 0..... 0)，代
表储存单元606的电阻值位于R！与R2之间。解码器700所输出的信号D！ ~ Dn即困2、 3、 5的开关s广sn的控制信号。
图8图解阻值判断器104的另一种实施方式，其中包括一第一电流源Ia、
多个第二电流源Ib、多个电阻R广R^以及多个比较器cmp。第一电流源Ia 提供一第一电流流经储存单元802,以产生一储存单元电平Veell。所述电阻 R， ~ RN.,具有不同的电阻值。所述第二电流源Ib分别耦接所述电阻R， ~ Rn.!, 以产生多个阈值电平Vb广VbN.i。所述比较器cmp分别比较所述阈值电平 Vbl ~ Vw^与该储存单元电平Veell。比较结果At ~ AN"代表该储存单元802 的电阻值范围。同样地，信号A广A^也可由图7所示的解码器700解码， 产生图2、 3、 5的开关S广SN的控制信号D广DN。
在某些实施方式中，图1的写入电流脉冲产生器106不仅会设定该写入 电流脉冲110的脉冲宽度，还包括根据该储存单元102的电阻值范围(由信号108传送)决定该写入电流脉冲IIO的振幅。图9为此种写入电流脉冲产生器 的一种实施方式。此写入电流脉冲产生器包括一振幅控制器902、 一脉冲宽 度控制器904、以及一脉冲宽度控制开关906。振幅控制器902输出一作用 电流I并且根据储存单元908的电阻值范围决定该作用电流I的大小。脉冲 宽度控制器904输出一脉冲910,其脉冲宽度由脉冲宽度控制器904根据储 存单元908的电阻值范围所决定。脉沖宽度控制开关906耦接振幅控制器902 输入该作用电流I至储存单元908，其导通状态由脉冲910控制。
电路902为本发明振幅控制器的一种实施方式，其中包括多个电压源 V! Vn、多个开关S广SN、 一电流产生元件912、 一电流镜914以及一解码 器(未显示于电路902中，可以解码器700实现)。所述电压源V广Vn提供 具有不同电平的多个电压。电流产生元件912具有一控制端916。根据控制 端916所接收的电平，电流产生元件912产生一参考电流Ir。电流镜914耦 接该电流产生元件912，以根据该参考电流Ir产生该作用电流I。所述开关 S, ~ SN对应所述电压源V, ~ VN，分别耦接于所述电压源Vi ~ VN与该电流产 生元件912的控制端916之间。解码器将根据储存单元908的电阻值范围产 生控制所述开关S, ~ SN的多个控制信号D！ ~ DN,以在不同电阻值范围下导 通不同开关传送不同电压至916。该作用电流I的大小即实际输入该储存单 元908的电-充的纟展幅。
电路904采用图3所示的电路作为本发明的脉冲宽度控制器，以产生脉 沖910控制该脉冲宽度控制开关卯6的导通状态，决定该作用电流I输入该 储存单元908的作用时间。本发明亦可釆用图5所示的电路、或其它具有相 同功能的电路实现本发明的脉冲宽度控制器。
参考图9，写入电流脉冲产生器也可仅包括振幅控制器902而不包括脉 冲宽度控制器904以及脉沖宽度控制开关906。此实施方式中，写入电流脉 沖产生器仅通过改变该写入电流脉冲的振幅调整该储存单元的电阻值。
本发明还提供一种存储器写入方法。图10以流程图说明此方法的一种 实施方式。此方式在步骤S1002判断一储存单元的电阻值范围；然后在步骤 S1004根据该储存单元的电阻值范围决定一写入电流脉冲的脉冲宽度、或振 幅、或脉冲宽度与振幅，并且产生该写入电流脉冲输入该储存单元以改变该 储存单元的电阻值。在某些实施方式中，步骤S1004不仅决定该写入电流脉 冲的脉冲宽度，还根据该储存单元的电阻值范围决定该写入电流脉冲的振幅。
图11以流程图说明本发明的存储器写入方法的另一种实施方式。此方
式在步骤S1102判断一储存单元的电阻值范围；在步骤S1104根据该储存单 元的电阻值范围决定一写入电流脉冲的脉沖宽度、或振幅、或脉冲宽度与振 幅，并且产生该写入电流脉冲输入该储存单元以改变该储存单元的电阻值； 待该写入电流脉冲输入该储存单元后，在步骤S1106判断该储存单元的电阻 值是否落于一理想电阻值范围；并且于该储存单元的电阻值落于该理想电阻 值范围时停止传送该写入电流脉冲至该储存单元，于该储存单元的电阻值不 落于该理想电阻值范围时重复步骤S1104。
为了实现图11所披露的存储器写入方法，本发明的存储器可采用多组 阻值判断器与写入电流脉冲产生器。经由精心设计，不同组的阻值判断器所 可以判断的电阻值范围越来越精密，并且所对应的写入电流脉冲产生器所输 出的写入电流脉沖对该储存单元的电阻值的影响也越来越细致。
本发明所采用的储存单元可为相变储存单元，本发明的技术可应用于将 该储存单元切换至重置模式(高阻值)或设定模式(低阻值)。本发明技术也可 应用于其它以电流改变其阻值的储存单元。
本发明虽以多个实施例披露如上，但其并非用以限定本发明的范围，本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可做若干的更改 与修饰，因此本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种存储器，包括一储存单元；一阻值判断器，判断该储存单元的电阻值范围；以及一写入电流脉冲产生器，产生一写入电流脉冲输入该储存单元以改变该储存单元的电阻值，其中，该写入电流脉冲的脉冲宽度乃由该写入电流脉冲产生器根据该储存单元的电阻值范围所决定。
2. 如权利要求1所述的存储器，其中该写入电流脉冲产生器包括 多个电流源，输出具有不同脉冲宽度的多个电流脉冲；多个开关，对应所述电流源，耦接于所述电流源与该写入电流脉冲产生 器的输出端之间；以及一解码器，根据该储存单元的电阻值范围产生控制所述开关的多个控制信号，以于不同电阻值范围下导通不同开关。
3. 如权利要求1所述的存储器，其中该写入电流脉冲产生器还包括 多个电压源，提供具有不同电平的多个电压；一电容，耦接于一第一节点与一地端之间；多个开关，对应所述电压源，耦接于所述电压源与该第一节点之间； 一解码器，在一充电状态下，根据该储存单元的电阻值范围产生控制所 述开关的多个控制信号，以在不同电阻值范围下导通不同开关； 一放电元件，耦接于一第二节点与该地端之间； 一放电开关，耦接于上述第一与第二节点之间，在一放电状态下导通；以及一比较器，将该第二节点的电平与一参考电平比较，以输出一脉冲决定 该写入电流脉冲的脉冲宽度。
4. 如权利要求3所述的存储器，其中该放电元件为一晶体管，该晶体管 在该放电状态时启动。
5. 如权利要求3所述的存储器，其中该放电元件包括一电流镜与 一电阻； 其中该电流镜经由该电阻耦接该第二节点，以提供放电电流下拉该第二节点 的电平。
6. 如权利要求1所述的存储器，其中该写入电流脉冲产生器还包括根据该储存单元的电阻值范围决定该写入电流脉冲的振幅。
7. 如权利要求1所述的存储器，其中该阻值判断器包括 一第一电流源，提供一第一电流流经该储存单元，以产生一储存单元电平；一第二电流源，提供一第二电流； 多个电阻，具有不同的电阻值；多个开关，对应所述电阻，耦接该第二电流源至所述电阻；以及一控制单元，在不同时段导通不同的上述开关；一比较器，比较该储存单元电平与一阈值电平，该阈值电平由导通的开 关所对应的电阻与该第二电流产生；一锁存器，寄存该比较器在不同时段的输出，并且在一触发信号致能时 输出所寄存的数据以标示该储存单元的电阻值范围。
8. 如权利要求1所述的存储器，其中该阻值判断器包括 一第一电流源，提供一第一电流流经该储存单元，以产生一储存单元电平；多个电阻，具有不同的电阻值；多个第二电流源，分别耦接所述电阻，以产生多个阈值电平； 多个比较器，分别比较所述阈值电平与该储存单元电平； 其中，所述比较器的输出端数据标示该储存单元的电阻值范围。
9. 一种存储器，包括 一储存单元；一阻值判断器，判断该储存单元的电阻值范围；以及一写入电流脉冲产生器，产生一写入电流脉冲输入该储存单元以改变该储存单元的电阻值，其中，该写入电流脉冲的振幅由该写入电流脉冲产生器根据该储存单元的电阻值范围所决定。
10. 如权利要求9所述的'存储器，其中该写入电流脉冲产生器包括 多个电压源，提供具有不同电平的多个电压；一电流产生元件，具有一控制端，根据该控制端所接收的电平产生一参 考电流；多个开关，对应所述电压源，耦接于所述电压源与该电流产生元件的控 制端之间；一解码器，根据该储存单元的电阻值范围产生控制所述开关的多个控制信号，以于不同电阻值范围下导通不同上述开关；以及一电流镜，耦接该电流产生元件，以根据该参考电流产生上述写入电流 输入该储存单元。
11. 如权利要求9所述的存储器，其中该写入电流脉冲产生器还根据该 储存单元的电阻值范围决定该写入电流脉冲的脉冲宽度。
12. 如权利要求11所述的存储器，其中该写入电流脉冲产生器包括 一振幅控制器，用以输出 一作用电流并且根据该储存单元的电阻值范围决定该作用电流的大小；一脉冲宽度控制器，输出 一脉冲并且根据该储存单元的电阻值范围决定 该脉冲的脉冲宽度；以及一脉冲宽度控制开关，耦接该振幅控制器至该储存单元，其导通状态由 该脉冲控制。
13. 如权利要求12所述的存储器，其中该振幅控制器包括 多个电压源，提供具有不同电平的多个电压；一电流产生元件，具有一控制端，根据该控制端所接收的电平产生一参 考电流；多个开关，对应所述电压源，耦接于所述电压源与该电流产生元件的控 制端之间；一解码器，根据该储存单元的电阻值范围产生控制所述开关的多个控制 信号，以于不同电阻值范围下导通不同开关；以及一电流镜，耦接该电流产生元件，以根据该参考电流产生该作用电流。
14. 如权利要求12所述的存储器，其中该脉冲宽度控制器包括 多个电压源，提供具有不同电平的多个电压；一电容，耦接于一第一节点与一地端之间；多个开关，对应所述电压源，耦接于所述电压源与该第一节点之间； 一解码器，在一充电状态下，根据该储存单元的电阻值范围产生控制所 述开关的多个控制信号，以于不同电阻值范围下导通不同开关； 一放电元件，耦接于一第二节点与该地端之间；一放电开关，耦接于上述第一与第二节点之间，在一放电状态下导通；以及一比较器，将该第二节点的电平与一参考电平比较，以输出上述脉冲。
15. 如权利要求14所述的存储器，其中该放电元件为一晶体管，该晶体管于该放电状态时启动。
16. 如权利要求14所述的存储器，其中该放电元件包括一电流镜与一电阻；其中该电流镜经由该电阻耦接该第二节点，以提供放电电流下拉该第二 节点的电平。
17. —种存储器写入方法，包括 判断 一储存单元的电阻值范围；根据该储存单元的电阻值范围决定一写入电流脉冲的脉冲宽度、或振 幅、或脉沖宽度与振幅；以及产生该写入电流脉冲输入该储存单元以改变该储存单元的电阻值。
18. 如权利要求17所述的存储器写入方法，其中还包括 判断该储存单元的电阻值是否落于一理想电阻值范围；当该储存单元的电阻值落于该理想电阻值范围时停止传送该写入电流 脉冲至该储存单元；并且当该储存单元的电阻值不落于该理想电阻值范围时反复上述根据该储 存单元的电阻值范围产生该写入电流脉冲输入该储存单元的步骤。
19. 如权利要求17所述的存储器写入方法，其中，该储存单元为相变储 存单元。
20. 如权利要求19所述的存储器写入方法，应用于将该储存单元切换至 一重置模式或一设定模式。
全文摘要
本发明提供一种存储器及存储器写入方法。此存储器包括一储存单元、一阻值判断器以及一写入电流脉冲产生器。该阻值判断器负责判断该储存单元的电阻值范围。该写入电流脉冲产生器负责产生一写入电流脉冲输入该储存单元以改变该储存单元的电阻值。其中，该写入电流脉冲产生器根据该储存单元的电阻值范围决定该写入电流脉冲的脉冲宽度、或振幅、或脉冲宽度与振幅。
文档编号G11C11/56GK101599301SQ20081010849
公开日2009年12月9日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者林文斌, 林烈萩, 江培嘉, 许世玄 申请人:财团法人工业技术研究院;力晶半导体股份有限公司;南亚科技股份有限公司;茂德科技股份有限公司;华邦电子股份有限公司