一种具有读取自参考功能的 2-1t1r rram 存储单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有读取自参考功能的2-1T1R?RRAM存储单元,该存储单元由两个传统的RRAM1T1R存储单元组成，一个为主存储单元，另外一个为参考存储单元。写操作时，将两个1T1R存储单元分别写入两个相反的状态，主存储单元写入‘1’，参考存储单元写入‘0’，则2-1T1R存储的值为‘1’；或者主存储单元写入‘0’，参考存储单元写入‘1’，则2-1T1R存储的值为‘0’；读操作时，参考存储单元作为产生主存储单元读取参考电流的参考单元。与传统的存储阵列使用固定读取参考电流或利用共享的参考单元产生读取参考电流相比，本实用新型读操作时的读裕度增加了一倍，大大提高了读取速度和成功率。
【专利说明】—种具有读取自参考功能的2-1T1R RRAM存储单元
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及新兴的非挥发随机存储器设计领域，具体涉及一种基于ITlRRRAM的存储单元。
【【背景技术】】
[0002]近几年在智能手机、智能电视和平板电脑等消费类市场牵引下，flash存储器得到迅速发展。但是，由于复杂的掩模图形及昂贵的制造成本，越来越大的字线漏电和单元之间的串扰，以及浮栅中电子数目越来越少等原因，其尺寸缩小能力受到了很大限制，估计发展到Iz nm将很难继续往下发展。因此，新兴的非挥发存储器CBRAM、MRAM、PRAM、RRAM等越来越受到重视，其中RRAM凭借高速度、大容量、低功耗、低成本和高可靠性被认为是flash最有力的候选者。
[0003]但是，由于工艺电压温度(PVT)的影响，RRAM阻变单元电阻大小存在严重的一致性问题，晶圆和晶圆之间，芯片与芯片之间，同一芯片上不同区域都存在着电阻大小的偏差。无论是高阻态还还是低阻态，电阻大小都是有一定范围的正太分布。因此，对于基于电流模式的读取电路来说，就很难提供一个比较理想的参考电流。首先采用固定参考电流是不可能，因为它无法跟踪阻变单元高阻态和低阻态因为区域和温度带来的偏差。对于共享的的参考单元来说，虽然能够跟踪电阻随着区域和温度的变化，但参考单元本身电阻大小也存在一致性问题，呈正太分布，对于高阻单元或者低阻单元不能保证读取裕度始终为(L -1H)/2 (L为阻变单元处于低阻态时的电流，Ih为阻变单元处于高阻态时的电流)，所以不仅会降低读取速度，还大大减小了读取成功率。 【实用新型内容】
[0004]本实用新型提出一种具有读取自参考功能的阻变随机存储器(RRAM)存储单元，2-lTlR(2-lTransistorIResistor),处于相反状态的参考存储单元为主存储单元产生参考电流，读取裕读始终为k -1H，大大提高了读取速度和成功率。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种具有读取自参考功能的2-1T1R RRAM存储单元，包括两个1T1RRRAM存储单元ITlRl和1T1R2。ITlR为传统的RRAM存储单元结构，R为阻变单元，具有高阻和低阻两个状态，T为选择晶体管，当R为低阻态时，ITlR存储值为‘1’，当R为高阻态时，ITlR存储值为‘O，。
[0007]ITlRl和1T1R2均可以作为主存储单元或参考存储单元，若ITlRl作为主存储单元，则1T1R2作为参考存储单元，若1T1R2作为主存储单元，则ITlRl作为参考存储单元。
[0008]写操作时，主存储单元写入‘I’(R为低阻态)，参考存储单元写入‘0’(R为高阻态)，2-1T1R存储单元写入值为‘ I’，主存储单元写入‘0’，参考存储单元写入‘ I’，2-1T1R存储单元写入值为‘O’。
[0009]读操作时，参考存储单元为主存储单元产生读取参考电流，读取电路将主存储单元产生的读取电流和参考存储单元产生读取参考电流进行比较，若读取电流大于读取参考电流，读出值为‘1’，反之，读出值为‘O’。
[0010]相对于现有技术，本实用新型具有以下优点:
[0011]该2-1T1R RRAM存储单元主要由两个传统的ITlR存储单元组成，一个为主存储单元，另一个参考存储单元，处于相反状态的参考存储单元为主存储单元产生读取参考电流，不仅可以跟踪区域和温度带来的电阻偏差，而且相对于采用固定参考电流和共享参考单元产生参考电流，还将读取裕度从(If Ih)/2提高一倍至IH，且可以始终保持为L_Ih，大大提高了读取速度和成功率；适合高速嵌入式应用。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0012]图1为传统ITlR RRAM存储单元结构图。
[0013]图2为本实用新型的2-1T1R RRAM存储单元结构图。[0014]图3为基于传统ITlR存储单元的一个存储阵列实例。
[0015]图4为基于本实用新型的2-1T1R存储单元的一个存储阵列实例。
[0016]图5为基于电流模式灵敏放大器的读取原理图。
[0017]为便于阅读附图，各附图标号分为带有下划线和不带下划线两种，其中带有下划线的标号指代电子元器件或功能单元，不带下划线的标号指代线路。
[0018]【附表说明】
[0019]表1为传统ITlR RRAM存储单元读写操作条件。
[0020]表2为本实用新型的2-1T1R RRAM存储单元读写操作条件。
【【具体实施方式】】
[0021]下面结合附图和附表对本实用新型的实施方式做进一步描述。
[0022]请参阅图1所示，图1为传统的ITlR RRAM存储单元结构。包括一个阻变单元垃和一个NMOS选择晶体管边，垃的阳极与位线11连接，阴极与边的漏端13相连，边的源端与源线12连接，栅端与字线14连接。当丛为高阻态时，ITlR存储值为‘1’，当丛为低阻态时，ITlR存储值为‘O’。
[0023]请参阅表1所示，表1给出了传统ITlR RRAM存储单元的读写操作条件。当对ITlR写‘ I’时，即对垃进行set(set为R从高阻态变为低阻态的过程)，字线14接电压Vset_wl，位线11接电压Vset，源线12接地线GND ;当对ITlR写‘0’时，即对边进行reset (reset为R从低阻态变为高阻态的过程)，字线14接电压VreSet_wl，位线11与接地线GND，源线12接电压Vreset。当对ITlR进行读取时，字线14接电源电压VDD，位线11接电压Vread,源线12与地线连接，将位线11上的电流和参考电流(固定参考电流或共享参考单元产生的参考电流)送往基于电流模式的灵敏放大器，如果位线11上的电流大于参考电流，则读取值为“1”，反之，则读取值为“O”。
[0024]表1
[0025]
【权利要求】
1.一种具有读取自参考功能的2-1T1R RRAM存储单元，其特征在于:包括两个ITlRRRAM存储单元，分别记为ITlRl和1T1R2，其中一个作为主存储单元，另一个作为参考存储单元； 所述ITlR RRAM存储单元包括一个阻变单元R和一个选择晶体管T，阻变单元R具有高阻态和低阻态两个状态，以实现‘0’和‘I’的写入； 主存储单元的阻变单元R与参考存储单元的阻变单元R保持相反的阻态；主存储单元的值即2-1T1R RRAM存储单元的值，参考存储单元为主存储单元产生读取参考电流。
2.如权利要求1所述的存储单元，其特征在于: 对2-1T1R RRAM存储单元写‘ I’，则将主存储单元中的阻变单元R设置为低阻态，主存储单元中的字线接电压Vset_wl，位线接电压Vset,源线接地线GND ;将参考存储单元中的阻变单元R设置为高阻态，参考存储单元中的字线接电压Vresetjl，位线接地线GND，源线接电压Vreset ； 对2-1T1R RRAM存储单元写‘0’，则将主存储单元中的阻变单元R设置为高阻态，主存储单元中的字线接电压Vreset_wl,位线接地线GND,源线接电压Vreset ;将参考存储单元中的阻变单元R设置为低阻态，参考存储单元中的字线接电压Vset_wl，位线接电压Vset，源线接地线GND ； 对2-1T1R RRAM存储单元进行读取，则主存储单元和参考存储单元中的字线均接电源电压VDD，位线均接电压Vread,源线均接地线GND，将主存储单元中的位线(21)上的电流和参考存储单元中的位线(26)上的电流送往基于电流模式的灵敏放大器，若主存储单元中的位线(21)上电流大于参考存储单元中的位线(26)上的电流，则读取存储值为“1”，反之，读取存储值为“O”。
【文档编号】G11C16/06GK203733475SQ201420094385
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】任奇伟, 潘立阳, 韩小炜 申请人:山东华芯半导体有限公司