本公开要求于2016年10月10日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2016-0130876的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
背景技术：
本文公开的发明构思的实施例涉及半导体存储器器件，更具体地，涉及具有双向开关的可变电阻存储器器件及其操作方法，以及包括存储器器件的存储器系统。
半导体存储器器件被分为易失性半导体存储器器件和非易失性半导体存储器器件。易失性半导体存储器器件在读取和写入速度方面是快速的，但是当不被供电时，该易失性半导体存储器器件丢失其中存储的数据。相反，即使不被供电，非易失性半导体存储器器件也保留其中存储的数据。为此，非易失性半导体存储器器件用于存储必须保留的信息，而不管是否向被供电。
对随机可访问并实现高集成度和大容量的半导体存储器的需求不断增长。半导体存储器器件的典型示例是主要用于当前便携式电子设备中的闪存。此外，正在开发出dram电容器被非易失性材料替代的半导体存储器器件。满足上述要求的聚光灯下的下一代存储器器件包括相变随机存取存储器(pram)、纳米浮动栅极存储器(nfgm)、聚合物ram(poram)、磁性ram(mram)、铁电ram(feram)、电阻ram(rram)等。
在pram的情况下，未选字线即使在待机状态下预先被预充电以支持高访问速度。此外，双向开关(或二极管)正被用于形成三维结构的pram单元。当使用双向开关时，与使用单向开关时相比，字线必须用更高的电压进行预充电。在这种情况下，位线可以用与字线相同的电压电平进行预充电，以防止电流泄漏。因此，在高度集成的pram中，需要防止由于字线和位线的预充电而引起的潜在的漏电流。
技术实现要素：
本发明构思的实施例提供了一种具有用于减少电流泄漏的双向开关的可变电阻存储器器件、及其操作方法以及包括该存储器器件的存储器系统。
根据实施例的一个方面，一种存储器器件包括：多个字线和多个位线；单元阵列，连接到所述多个字线和所述多个位线，所述单元阵列包括多个存储器单元，每个存储器单元包括可变电阻元件和双向选择元件，所述单元阵列具有包括所述多个存储器单元中的至少一些存储器单元的第一区域，并且还具有包括所述多个存储器单元中的至少一些其他存储器单元的第二区域；选择电路，被配置为选择所述多个字线中的所选字线，并且选择所述多个位线中的所选位线；控制逻辑电路，被配置为控制选择电路，使得在待机状态下，连接到单元阵列的第一区域的存储器单元的字线和位线保持在放电状态，以便具有放电电压，以及单元阵列的第二区域的字线和位线保持在预充电状态，以便具有大于放电电压的预充电电压。
根据实施例的另一方面，提供了一种用于存储器器件的操作方法，所述存储器器件包括多个存储器单元，每个存储器单元包括可变电阻元件和双向选择元件。一种操作方法，包括：将所述多个存储器单元划分成包括所述多个存储器单元中的至少一些存储器单元的第一区域和包括所述多个存储器单元中的至少一些其他存储器单元的第二区域；在待机状态下，将连接到第一区域的存储器单元的字线和位线放电到放电电压，以及将连接到第二区域的存储器单元的字线和位线预充电到大于放电电压的预充电电压；检测对所述存储器器件的访问请求；以及当所述访问请求中包括的地址对应于所述存储器器件的所述第一区域的一个或多个所选存储器单元时：向所述存储器器件发送用于对连接到与所述存储器器件的所述第一区域的所述一个或多个所选存储器单元连接的至少一个所述字线和至少一个所述位线进行预充电的前缀命令，以及向所述存储器器件发送对应于所述访问请求的访问命令。
根据实施例的另一方面，一种存储器系统包括：存储器器件，包括多个存储器单元，每个存储器单元包括可变电阻元件和双向选择元件，所述存储器器件控制所述多个存储器单元，使得所述多个存储器单元被划分成在待机状态下保持在放电状态的第一区域以及在待机状态下保持在预充电状态的第二区域；以及主机，通过使用映射表来指定第一区域和第二区域。当将写入数据写入到第二区域中的一个或多个存储器单元时，主机在特定时间期间将写入数据的地址映射到映射表的第一区域，然后将地址重新映射到第二区域。
根据本发明的又另一方面，一种方法包括：在主机中保持用于存储器器件的映射表，该存储器器件包括多个存储器单元，每个存储器单元包括可变电阻元件和双向选择元件，该映射表包括指定存储器器件中包括一些存储器单元的第一区域的一个或多个地址的第一组，以及指定包括所述存储器器件中一些其他存储器单元的第二区域的一个或多个地址的第二组，其中，在待机状态下，所述存储器器件将连接到第一区域的存储器单元的字线和位线放电至放电电压，并且将连接到第二区域的存储器单元的字线和位线预充电至大于放电电压的预充电电压；检测对所述存储器器件的访问请求；当访问请求中包括的地址对应于所述存储器器件的第一区域的一个或多个所选存储器单元时，如映射表所示：向所述存储器器件发送用于对连接到所述存储器器件的所述第一区域的所述一个或多个所选存储器单元的至少一个字线和至少一个位线进行预充电的前缀命令，并且在发送所述前缀命令之后，发送用于访问所述存储器器件的所述第一区域的所述一个或多个所选存储器单元的访问命令；以及当访问请求中包括的地址对应于存储器器件的第二区域的一个或多个所选存储器单元时，如映射表所示：发送用于访问存储器器件的第二区域的一个或多个所选存储器单元的访问命令，如映射表所示，而不首先发送用于对连接到所述第二区域中的所述一个或多个所选存储器单元的一个或多个字线和一个或多个位线进行预充电的前缀命令。
附图说明
通过参考以下附图的以下描述，上述和其他目的和特征将变得显而易见，其中，除非另有说明，否则相似的附图标记在各个附图中指代相似的部件。
图1是示出相变存储器器件的实施例的框图。
图2是示出包括在图1的相变存储器器件中的单元阵列的示例的框图。
图3是示出图1或图2中的单元阵列中包括的一个存储器单元的电路图。
图4是示出根据本发明构思的实施例的其中在待机状态下对冷区的字线和位线进行放电的状态的电路图。
图5是示出在访问图4所示的冷区时控制字线和位线的电压的方法的时序图。
图6是示出根据本发明构思实施例的在待机状态下对热区的字线和位线进行预充电的状态的电路图。
图7是示出在访问图6所示的热区时控制字线和位线的电压的方法的时序图。
图8是示出存储器系统的实施例的框图。
图9是示出了图8的存储器系统的操作的流程图。
图10是示出了用于执行图9的处理过程的主机和存储器器件的操作的图。
图11是简要示出了根据本发明构思实施例的存储器单元的电阻漂移特性的曲线图。
图12是示出存储器系统的实施例的框图。
图13是简要示出图12的存储器系统的写入操作的流程图。
图14是示出在热区区域中写入数据的操作的实施例的图。
图15是示出在冷区区域中写入数据的操作的实施例的图。
图16是示出存储器系统的实施例的读取操作的流程图。
具体实施方式
应当理解，为了说明而不是限制所要求保护的发明的范围和精神，提供前述一般描述和以下详细描述作为示例。下面具体参照本发明构思的实施例，实施例的示例在附图中示出。在有可能的情况下，附图和说明书中使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。
以下，可以使用相变存储器器件作为用于描述本发明构思的特征和功能的可变电阻存储器器件的示例。然而，本领域技术人员可以容易地从本文公开的信息中理解其他特征和性能。例如，根据本发明构思的实施例，在本说明书中公开的技术可以用于mram、reram、fram、nor闪存等。本发明构思可以通过其他实施例来实现或应用。此外，在不脱离本发明构思的权利要求、范围和精神以及任何其它目的的情况下，可以根据观点和应用来更改或修改详细描述。
图1是示出相变存储器器件的实施例的框图。参考图1，相变存储器器件100可以包括单元阵列110、行解码器120、列解码器130、写入驱动器140、读出放大器150、输入/输出缓冲器160、控制逻辑电路170和电压发生器180。
单元阵列110包括以行和列布置的多个相变存储器单元。根据实施例，每个相变存储器单元包括可变电阻元件和选择元件。具体地，根据实施例，每个相变存储器单元包括作为选择元件的双向开关。双向开关可以例如利用双向二极管来实现。可以以拼块(tile)为单位来控制相变存储器单元。每个拼块可以连接到位线和字线。具体地，根据实施例，基于位线和字线是否在待机状态下进行预充电，单元阵列110被划分为冷区(或第一区域112)和热区(或第二区域114)。
属于冷区112的存储器单元的字线和位线在待机状态下保持在放电状态。也就是说，包括在冷区112中的存储器单元的字线和位线在待机状态下保持在地电平vss或0v处。相反，即使在待机状态下，属于热区114的存储器单元的一个或多个字线和位线也保持在预充电状态。可以控制热区114中包括的存储器单元的字线和位线，以在待机状态下保持一致的电压或预充电电压vpre，其中，有利地，vpre大于地电平vss或0v。
行解码器120可以解码所接收的行地址ra以选择字线。行解码器120可以基于每个字线连接到冷区112中的存储器单元还是热区114中的存储器单元，将从电压发生器180提供的字线电压提供给所选或未选字线。具体地，行解码器120可以在待机状态下继续向连接到热区114中包括的存储器单元的一个或多个字线提供预充电电压vpre。相反，行解码器120可以在待机状态选向连接到冷区112的存储器单元的字线提供地电压vss或0v。当然，可以很好地理解，在数据访问操作期间，行解码器120将地电压vss或0v提供给所选字线，而与区无关。
列解码器130通过位线bl与存储器阵列110连接，并通过数据线dl与写入驱动器140或读出放大器150连接。列解码器130响应于列地址ca将数据线与所选位线连接。描述了一个实施例，列解码器130通过位线连接到单元阵列110，但是可以很好地理解，列解码器130通过该位线之外的另一连接连接到单元阵列110。
写入驱动器140将输入数据di写入所选存储器单元。写入驱动器140向所选存储器单元的位线提供写入脉冲。响应于脉冲发生器(未示出)或控制逻辑电路170提供的偏置信号(未示出)、设定脉冲p_set和复位脉冲p_rst，写入驱动器140可以通过数据线dl提供写入电流i_set或i_rst。
读出放大器150由控制逻辑电路170控制。读出放大器150在数据读取操作期间通过列解码器130选择的位线来读出存储器单元中写入的数据。读出放大器150可以将读出数据do提供给输入/输出缓冲器160。写入驱动器140和读出放大器150构成读取/写入电路。
i/o缓冲器160可以将从外部提供的输入数据di提供给写入驱动器140。此外，输入/输出缓冲器160可以将从读出放大器150提供的读出数据do输出到相变存储器器件100的外部。
响应于来自外部的命令cmd、控制信号cntl和地址add，控制逻辑电路170控制对单元阵列110的访问。控制逻辑电路170在不进行对存储器单元的访问的待机状态下不同地控制单元阵列110的冷区112和热区114。也就是说，控制逻辑电路170可以在待机状态下不同地管理的冷区112和热区114的位线和字线的预充电状态。控制逻辑电路170可以控制行解码器120、列解码器130、电压发生器180等，使得冷区112中包括的存储器单元的位线和字线在待机状态下保持在接地或放电状态。此外，当访问请求的地址add对应于冷区112时，控制逻辑电路170可以在对所选字线和一个或多个所选位线进行预充电之后对一个或多个所选存储器单元执行写入或读取操作。在另一个实施例中，控制逻辑电路170可以接收用于对属于冷区112的存储器单元的所选字线和一个或多个所选位线进行预充电的单独命令(前缀命令)。响应于单独命令，控制逻辑电流170可以对冷区112的一个或多个字线和一个或多个位线进行预充电，所述冷区112包括所选存储器单元的字线和位线。
电压发生器180由控制逻辑电路170控制，并被配置为产生在行和列解码器120和130、写入驱动器140、读出放大器150等中使用的电压。例如，电压发生器180可以通过使用电荷泵来实现。然而，可以很好地理解，电压发生器180的实现不限于本公开。
作为本发明构思的实施例，单元阵列110可以配备有三维(3d)存储器阵列。3d存储器阵列可以单片地形成在存储器单元阵列的一个或多个物理层级中，所述存储器单元阵列具有布置在与硅衬底和存储器单元的操作相关的电路上的有源区。与存储器单元的操作相关的电路可以位于衬底中或衬底上。术语“单片”意指阵列的每一层级的层直接沉积在阵列的每一下层级的层上。
在本发明构思的实施例中，3d存储器阵列被配置为使得构成至少一个存储器单元的可变电阻元件和开关元件根据垂直取向垂直布置。这里，开关元件可以用双向开关实现。
根据实施例，如上所述，相变存储器器件100包括：冷区112，其中一个或多个字线和位线在待机状态下保持在地电平；以及热区114，其中一个或多个字线和位线在待机状态下保持在预充电状态。根据实施例，通过管理冷区112，能够显著地减少包括双向开关的相变存储器单元结构中的漏电流的发生。
图2是示出包括在图1的相变存储器器件100中的单元阵列110的示例的框图。参考图2，单元阵列110可以包括多个存储体bank_0至bank_n。基于在待机状态下是否对位线和字线进行预充电，存储体bank_0至bank_n划分为冷区112和热区114。
存储体bank_0至bank_n-1可以被指定为冷区112。也就是说，与被指定为冷区112的存储体bank_0至bank_n-1中的每一个存储体的拼块连接的字线和位线在待机状态下可以保持在放电状态。当进行对存储体bank_0到bank_n-1的访问请求时，控制逻辑电路170可以以访问请求的存储器区域的存储体或拼块为单位对位线和字线进行预充电。可以提供指示特定存储器区域的预充电的命令以对冷区112进行预充电。将参考以下附图来详细描述这样的实施例。
存储体bank_n可以被指定为热区114。也就是说，即使在待机状态下，与被指定为热区114的存储体bank_n的每个拼块连接的字线和位线也可以保持在预充电状态。当进行对热区114的访问请求时，可以在没有预充电所需的延迟的情况下进行高速响应。这里，示出和描述了实施例，其中一个存储体bank_n被指定为热区114，但是本发明构思的实施例可以不限于此。热区114可以由两个或更多个存储体组成。备选地，热区114可以以拼块为单位指定，每个拼块的尺寸小于一个存储体的尺寸。
图3是示出图1或图2中的单元阵列中包括的一个存储器单元的电路图。参考图3，存储器单元可以包括可变电阻元件r和连接到位线bl和字线wl的双向选择元件bd。
根据实施例，可变电阻元件r可以通过向其施加的电脉冲具有对应于多个电阻状态中的任何一个的电阻值。在实施例中，可变电阻元件r可以包括相变材料，相变材料的晶体(或结晶体)状态随电流量而变化。相变材料可以包括诸如gasb、insb、inse、sb2te3、gete、gesbte、gasete、insbte、snsb2te4、insbge、aginsbte、(gesn)sbte、gesb(sete)和te81ge15sb2s2之类的各种材料。
相变材料可以具有相对较大电阻的非晶状态和相对较小电阻的晶体状态。相变材料的相位随根据电流量产生的焦耳热量而变化。可以通过使用这种相变来写入数据。同时，在另一个实施例中，可变电阻元件r可以包括钙钛矿化合物、过渡金属氧化物、磁性材料、铁磁材料或反铁磁材料，而不是相变材料。
双向选择元件bd可以基于施加到位线bl和字线wl的电压来控制向可变电阻元件r的电流的供应。在实施例中，双向选择元件bd可以是pn结或pin结二极管，并且被配置为使得二极管的阳极连接到位线bl，并且阴极连接到可变电阻元件r。在这种情况下，当二极管的阳极和阴极之间的电压差大于二极管的阈值电压时，二极管可以导通，因此可以向可变电阻元件r供应电流。具体地，根据实施例，双向选择元件bd可以用双向开关元件来实现。能够通过双向选择元件bd阻断流向未选电阻单元的漏电流。
图4是示出根据本发明构思实施例的冷区112的字线和位线在待机状态下放电的状态的电路图。将参考图4描述冷区112中包括的四个存储器单元mc1、mc2、mc3和mc4的字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2的偏置状态。然而，可以以下面将描述的方式来控制冷区112中包括的所有存储器单元。
在待机状态下，冷区112的字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2可以保持在地电压vss或0v。这里，描述了字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2的放电状态对应于地电压vss或0v的实施例，但是本发明构思的实施例可以不限于此。放电状态指示字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2以电平比预充电电压vpre低的特定电压被偏置的情况。
可以是在保持在放电状态的冷区112的每个存储器单元的字线和位线之间不存在电位差的情况。也就是说，在存储器单元mc1的情况下，位线bl1和字线wl1的电压可以为0v。
之后，假定进行对冷区112的存储器单元(例如mc4)的访问请求。首先，对包括所选存储器单元mc4的拼块的位线和字线进行预充电。在预充电完成之后，可以向位线bl2提供要提供给所选存储器单元mc4的脉冲。
图5是示出在访问图4所示的冷区时控制字线和位线的电压的方法的时序图。参考图5，示出了每个模式中访问请求的冷区112的未选字线wl、所选字线wl2、未选位线bl1和所选位线bl2的电压。这里，假设在时间点t0之前的状态是待机状态。
在待机状态下，冷区112的所有字线wl1和wl2以及所有位线bl1和bl2可以保持在地电平vss。这里，地电平vss可以为0v。之后，可以从相变存储器器件100的外部提供用于对冷区112执行写入操作的写入命令。
在这种情况下，在时间点t0，控制逻辑电路170(参考图1)可以对冷区112的所选拼块或存储体执行预充电操作。也就是说，控制逻辑电路170执行控制操作，使得所选拼块或存储体的字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2被从电压发生器180产生的预充电电压vpre预充电。然后，冷区112的所选区域的字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2的电压可以上升到大于地电平vss的预充电电压vpre。
在预充电完成的时间点t1，将数据写入所选存储器单元mc4中。例如，控制未选字线wl1保持预充电电压vpre。未选位线bl1的电压在该时间点处转变到地电平vss。此外，所选位线bl2的电压可以增加到电平高于预充电电压vpre的写入电压vset(＝2vpre)。所选字线wl2的电压转变到地电平vss。当在该状态下将与设定脉冲相对应的写入电流提供给所选字线wl2时，所选存储器单元mc4的可变电阻器r22可以被设定为设定状态。
在完全写入数据的时间点t2，可以执行恢复操作。也就是说，字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2的电压可以恢复到预充电电平vpre。然而，在另一个实施例中，可以省略恢复过程。
在写入或恢复操作完成的时间点t3，字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2被设定为具有地电平vss。也就是说，字线wl1和wl2以及位线bl1和bl2的电压可以恢复到待机状态电压。
上面描述了控制冷区112的位线和字线的方法。需要进行预充电操作(对应于从t0到t1的时间段)以访问冷区112中包括的存储器单元。因此，在访问冷区112时延迟是不可避免的。然而，能够通过管理冷区112来显著地减少选择电路中的潜在电流泄漏。可以通过冷区112的管理来减少相变存储器器件100的潜在功耗。
图6是示出根据本发明构思实施例的在待机状态下对热区114的一个或多个字线和一个或多个位线进行预充电的状态的电路图。将参考图6描述热区114中包括的四个存储器单元mc5、mc6、mc7和mc8的字线wl3和wl4以及位线bl3和bl4的偏置状态。然而，可以以下面将描述的方式来控制热区114中包括的其它存储器单元。
在待机状态下，热区114的字线wl3和wl4以及位线bl3和bl4可以保持在预充电电压vpre。因此，在访问热区114时不需要单独附加预充电过程。在将数据写入存储器单元mc8的情况下，可以在字线wl3和wl4以及位线bl3和bl4上建立用于在待机状态下立即施加写入脉冲的写入偏置。将参考图7详细描述该控制方法。
图7是示出在访问图6所示的热区时控制字线和位线的电压的方法的时序图。参考图7，示出了每种状态下的访问请求的热区114的未选字线wl3、所选字线wl4、未选位线bl3和所选位线bl4的电压。这里，假设在时刻t0之前的状态是待机状态。
在待机状态下，热区114的所有字线wl3和wl4以及所有位线bl3和bl4都可以保持在预充电电压vpre。之后，当从相变存储器器件100的外部提供用于在热区114写入数据的命令时，执行在所选存储器单元mc8中写入数据的操作。
在时间点t0，控制逻辑电路170(参考图1)可以执行选择操作以选择所选热区114的拼块或存储体。然后，可以在所选和未选字线或位线上建立写入偏置。未选字线wl3被控制为保持预充电电压vpre。未选位线bl3的电压从预充电电压vpre转变到地电平vss。此外，所选位线bl4的电压可以增加到电平高于预充电电压vpre的写入电压vset(＝2vpre)。所选字线wl4的电压转变到地电平vss。当在该状态下将与设定脉冲相对应的写入电流提供给所选字线wl4时，所选存储器单元mc8的可变电阻器r44可以被设定为设定状态。
在完全写入数据的时间点t1，将热区114的字线wl3和wl4以及位线bl3和bl4恢复到与待机状态相对应的偏置状态。也就是说，可以对热区114执行恢复操作。字线wl3和wl4以及位线bl3和bl4的电压可以全部恢复到预充电电平vpre。
上面描述了控制在待机状态下保持在预充电状态的热区114的位线和字线的方法。不需要单独预充电过程来访问热区114的存储器单元。因此，可以以相对高的速度执行从热区114读取数据和将数据写入到热区114中的操作。然而，由于热区114中布置的字线和位线保持在预充电电压vpre，所以热区114容易受到潜在的泄漏。因此，如果适当地选择热区114与整个存储器区域的比率，则可以在使访问速度高的同时降低由于漏电流引起的功耗。
图8是示出存储器系统200的实施例的框图。参考图8，存储器系统200可以包括主机210和存储器器件220。
主机210可以操作映射表215，用于管理冷区(或第一区域222)以及热区(或第二区域224)的地址映射。在映射表215中保留、保持和更新在存储器器件220中限定的冷区222和热区224的地址信息。主机210可以将存储器器件220的存储器区域划分成冷区(或第一区域222)以及热区(或第二区域224)来进行管理。冷区222和热区224的地址范围或大小可以由用户选择。
在待机状态下，主机210可以对预先确定的冷区和热区222和224应用不同的预充电操作。也就是说，主机210可以控制存储器器件220，使得冷区222的字线和位线在待机状态下被设定为放电状态。此外，主机210可以控制存储器器件220，使得热区224的字线和位线在待机状态下被设定为预充电状态。
具体地，主机210可以在请求访问冷区222时向存储器器件220提供前缀命令。前缀命令是用于对针对访问选择的存储器单元的字线或位线进行预充电的命令。主机210可以监视各种访问请求的地址，并且可以将所监视的地址与映射表215的地址进行比较。当访问请求的地址对应于映射表215中指定为冷区222的单元区域时，主机210可以在向存储器器件220发送读命令或写入命令之前首先向存储器器件220发送前缀命令。
存储器器件220可被配置为与图1的相变存储器器件100相同或相似。存储器器件220可以将单元阵列划分为冷区222和热区224以进行管理。存储器器件220可以包括多个相变存储器单元。每个相变存储器单元包括可变电阻元件和用双向开关实现的选择元件。存储器器件220在待机状态下将冷区222的位线和字线的电压保持在放电状态。也就是说，冷区222中包括的存储器单元的字线和位线在待机状态下保持在地电平vss或0v。相反，与属于热区224的存储器单元连接的字线和位线即使在待机状态下也保持在预充电状态。也就是说，热区224中包括的存储器单元的字线和位线可以被控制为将预充电电压vpre保持在待机状态。
存储器器件220可以响应于前缀命令，对属于冷区222的一个或多个所选存储器单元的一个或多个位线和字线进行预充电。之后，存储器器件220可以接收用于从或向预充电的冷区222的一个或多个所选存储器单元进行读取或写入读命令或写入命令。
根据上述存储器系统200，主机210可以通过使用映射表215来管理冷区222和热区224。当主机210访问属于冷区222的存储器单元时，主机210可以利用前缀命令以对要访问的存储器单元进行预充电操作。
图9是示出了图8的存储器系统200的操作的流程图。参考图8和9，主机210可以基于访问请求的地址是否对应于冷区222，向存储器器件220提供用于对所选存储器区域进行预充电的前缀命令。
在操作s110中，主机210分配存储器器件200的冷区222和热区224。冷区222和热区224的分配可以由存储器器件220的操作特征或用户的设定来限定。主机210可以通过使用映射表215来管理冷区222和热区224的地址。
在操作s120中，主机210可以控制存储器器件220，使得分配给热区224的存储器区域的字线和位线被预充电。此外，主机210可以控制存储器器件220，使得分配给冷区222的存储器区域的字线和位线被放电到地电压vss的电平。存储器器件220可以在主机210的控制下将冷区222的位线和字线建立在地电平vss。此外，存储器器件220可以将热区224的字线和位线建立在大于地电平vss的预充电电压vpre。
在操作s130中，主机210可以检测对存储器器件220的访问请求。在这种情况下，主机210可以检测对应于访问请求的访问地址，以便将数据写入存储器器件220或从存储器器件220读取数据。主机210将检测到的地址与映射表215的地址进行比较。
在操作s140中，如果访问请求的地址对应于映射表215中的热区224，则处理前进到操作s170。在操作s140中，如果访问请求的地址对应于映射表215中的冷区222，则处理前进到操作s150。
在操作s150中，主机210可以向存储器器件220提供用于唤醒所选冷区222的区域的前缀命令。
在操作s160中，存储器器件220可以响应于主机210的前缀命令，在冷区222的区域上执行唤醒操作。唤醒操作意味着用预充电电压vpre对所选存储器区域的一个或多个位线和一个或多个字线进行预充电的操作。如果唤醒操作完成，则存储器器件220可以向主机210提供指示前缀命令被处理的完成消息。然而，应当理解，可以省略提供完成消息的过程。
在操作s170中，主机210可以向存储器器件220发送用于访问通过唤醒操作预充电的冷区222的区域的写入命令或读取命令。
根据实施例，上面描述了存储器器件220和主机210的操作协议，其中热区和冷区在待机状态下分别保持在预充电状态和放电状态。当主机210访问冷区222时，主机210可以在正常访问命令之前提供单独的前缀命令用于唤醒存储器器件220。这里，前缀命令仅仅是一个示例，应该很好地理解，可以通过使用诸如控制信号等其他形式来控制唤醒操作。
图10是示出用于执行图9的处理过程的主机210和存储器器件220的操作的图。参考图10，主机210可以监视对存储器器件220的访问请求，并且可以基于监视请求的结果访问存储器器件220。
在操作s210中，主机210检测对存储器器件220的访问请求，并获得当进行访问请求时要提供的访问地址。主机210可以将访问地址与映射表215中管理的地址进行比较。
在操作s220中，主机210可以确定访问地址是对应于在映射表215中限定的冷区222还是对应于映射表215中限定的热区224。
如果访问地址对应于冷区222，则在操作s230中，主机210将用于唤醒的前缀命令发送到存储器器件220。
在操作s235中，存储器器件220可以用预充电电压vpre对由主机210进行访问请求的冷区222的区域的一个或多个位线和一个或多个字线进行预充电。在操作s240中，存储器器件220可以向主机210发送完成信号或数据，以提供字线和位线被完全预充电的通知。
在操作s250中，主机210可以向存储器器件220发送用于访问所选存储器区域的正常访问命令。然后，在操作s255中，存储器器件220可以对所选存储器区域执行诸如读取操作或写入操作之类的访问操作。在操作s260中，存储器器件220可以通知主机210所请求的访问操作完成。
在操作s220中，如果由主机210进行访问请求的访问地址对应于热区224而不是冷区222，则处理进行到操作s250，其中使用正常访问命令而无需单独的唤醒过程。
上面简要描述了其中前缀命令用于操作存储器器件220的操作协议，存储器器件220的存储器区域被划分为冷区和热区以进行管理。然而，应当理解，在其他操作协议中，存储器器件200可以响应于访问冷区224的请求而自动执行唤醒操作而不使用前缀命令。也就是说，当访问请求对应于冷区224时，存储器器件220可以自动对访问请求的区域的位线和字线进行预充电，而无需主机210的干预。
图11是简要示出了根据本发明构思实施例的存储器单元的电阻漂移特性的曲线图。图11示出了在具有非晶状态的可变电阻元件的写入操作之后，电阻如何随时间而变化。
由于各种因素，可变电阻元件r的电阻随着时间的推移而增加。特别地，随着时间的推移，随着可变电阻元件的初始电阻值变得更大，对应于复位状态的电阻值变得显著地更大。曲线图的横坐标表示在存储器单元被编程之后经过的时间。曲线图的纵坐标表示存储器单元的电阻值。如图11所示，在可变电阻元件r被编程为复位状态之后，可变电阻元件r的电阻值不保持在固定值，而是随时间而增加。在多电平单元中，电阻元件的特性使数据读取裕度变小。因此，在进行编程和时间经过之后读取的数据可能包括误差。
这里，通过使用与作为示例的设定状态和复位状态中的一个相对应的单级存储器单元来描述电阻漂移特性。然而，随着时间的推移，电阻的变化充当阻止稳定的读取操作的因素。因此，正在开发用于解决由于电阻漂移特性导致的数据读取裕度降低的各种技术。特别地，在将数据写入相变存储器单元之后，在发生电阻漂移所需的时间twtr期间，写入数据可以被保留在写入缓冲器中。在这种情况下，如果在电阻漂移时间twtr内进行读取请求，则输出写入缓冲器中保留的数据。可以考虑电阻漂移时间twtr和在电阻漂移时间twtr期间将写入数据保留在写入缓冲器中的数据输入通道的带宽来确定写入缓冲器的容量。
图12是示出存储器系统的实施例的框图。参考图12，存储器系统300包括计算电阻漂移时间twtr的经过的主机310以及在待机状态下将不同的预充电方案应用于热区和冷区的存储器器件320。存储器器件320包括由于主机310的映射管理而不需要考虑电阻漂移时间twtr的写入缓冲器322。
主机310操作映射表311，在映射表311中将存储器器件320的地址被映射为，分类为冷区组313和热区组315。可以在例如主机310的主存储器或辅助存储器中存储和管理映射表311。主机310可以将写入数据的地址分配给存储器器件320的热区326或者冷区324中的任何一个。例如，主机310可以分配存储器器件320的热区326的地址以写入经常访问的数据。主机310可以将分配给热区326的数据的地址写入映射表311的热区组315中以进行管理。相比之下，主机310可以分配存储器器件320的冷区324的地址来写入不被频繁访问的数据或者不像分配给热区326的地址处存储的写入数据那样被频繁访问的数据。主机310可以将分配给冷区324的数据的地址写入映射表311的冷区组313中以进行管理。
主机310首先将用于唤醒的前缀命令发送到存储器器件320以访问冷区324，如参考图8所描述的。相比之下，在访问热区326时，主机310可以向存储器器件320提供写入命令或读命令而无需前缀命令。在实施例中，当主机310在热区326中写入数据时，主机310向存储器器件320提供写入命令、地址和写入数据。在写入确认之后，主机310将记录在热区组315中的写入地址add_n+1重新映射到冷区组313。此外，当电阻漂移进展时，主机310可以通过使用定时器312来计算时间twtr(以下称为“漂移时间”)。该过程在图12中由附图标记①标记。
如果在由定时器312确定写入确认之后经过了漂移时间twtr，则主机310可以将在冷区组313中管理的写入地址add_n+1再次返回到热区组315。该过程由附图标记②标记。也就是说，即使在热区326中写入数据，主机310也可以在经过漂移时间twtr之前以与冷区324的存储器单元相同的方式管理热区326的存储器单元。
存储器器件320可以将写入请求的数据临时存储在写入缓冲器322中，并且可以将写入数据写入由主机310指定的地址的存储器区域中。可以首先向存储器器件320提供前缀命令以在请求访问冷区320时执行唤醒操作。存储器器件320可以在位线和字线响应于前缀命令被完全预充电之后执行读取操作或写入操作。
根据实施例，存储器器件320在访问冷区324时仅需要前缀命令，而不需要考虑漂移时间twtr而确定的功能或单独的缓冲器容量。原因是在写入完成的存储器单元的漂移时间twtr期间，写入的数据不需要被保留在写入缓冲器322中。因此，可以减少与存储器单元的漂移时间twtr期间提供可靠性的写入缓冲器322的容量相对应的开销。
根据实施例，存储器系统300可以改变写入热区326中的数据的地址映射，以便在漂移时间twtr期间在冷区组313中进行管理，并且可以恢复地址映射以便在漂移时间twtr之后在热区组315中进行管理。因此，能够减少用于在漂移时间twtr期间提供可靠性的存储器器件320的缓冲器容量。
图13是简要示出图12的存储器系统的写入操作的流程图。参考图13，存储器系统300可以显著地减少由于存储器器件320中的漂移时间twtr的配置或附加功能而引起的负担。
在操作s310中，主机310可以检测对于在存储器器件320中写入数据的请求。主机310可以是在存储器器件中写入数据或从存储器器件读取数据的处理器或计算机系统。备选地，主机310可以是用于提供另一外部设备和存储器器件320之间的接口连接的存储器控制器。
在操作s320中，主机310确定写入请求的数据的地址是否对应于存储器器件320的冷区324和热区326中的任何一个。也就是说，主机310可以确定写入请求的数据的地址(例如，add_n+1)是属于当前映射表311中的冷区组313还是热区组315。可以根据写入地址的映射状态来遵循写入操作中的分支。如果写入地址映射到热区，则处理前进到操作s330。如果写入地址映射到冷区，则处理前进到操作s360。
在操作s330中，主机310确定该请求是对于在热区中写入数据的请求。然后，主机310可以向存储器器件320发送写入命令，而不发送用于唤醒的单独前缀命令。
在操作s335中，主机310将当前写入地址记录为需要管理漂移时间twtr的地址。也就是说，主机310将写入地址记录为需要管理漂移时间twtr的地址。
在操作s340中，主机310检查是否完成在存储器器件320的所选存储器单元中的数据的写入。主机310可以例如通过从存储器器件320接收写入状态来确定所选存储器单元中的数据的写入是否完成。如果所选存储器单元中的数据的写入未完成(否)，则主机310等待直到所选存储器单元中的数据的写入完成为止。如果所选存储器单元中的数据的写入完成(是)，则处理前进到操作s345。
在操作s345中，写入请求的数据的地址(例如，add_n+1)或地址范围被重新映射以在冷区组313中管理。主机310可以在将写入数据的地址重新映射到冷区组313之后立即计算经过时间t。经过时间t可以通过使用在主机310中实现的定时器312来测量。可以通过使用定时器312来计数在写入请求的数据被写入所选存储器单元之后立即经过的时间t。可以检测经过时间t是否到达漂移时间twtr。
在操作s350中，主机310可以基于经过时间t是否大于漂移时间twtr来遵循在读取操作中的分支。如果确定经过时间t不大于漂移时间twtr(否)，则主机310继续对经过时间t进行计数。然而，如果确定经过时间t大于漂移时间twtr(是)，则处理前进到操作s355。
在操作s355中，所选存储器单元的写入地址(例如add_n+1)或地址范围被重新映射，以在热区组315中进行管理。假设在将数据写入所选存储器单元中之后经过漂移时间twtr。在这种情况下，即使从所选存储器单元立即读取数据，数据也不会在可靠性上产生问题。
在操作s320中，如果确定写入地址对应于冷区324，则处理前进到操作s360。在操作s360中，主机310将用于将所选存储器区域唤醒的前缀命令发送到存储器器件320。响应于前缀命令，存储器器件320可以对冷区324的信道存储器区域执行唤醒操作。也就是说，存储器器件320可以对拼块或小于拼块的存储器单元的一个或多个字线和一个或多个位线进行预充电。
在操作s370中，主机310可以向存储器器件320发送遵循该前缀命令的写入命令和写入数据。如果与前缀命令对应的唤醒操作完成，则主机310可以发送写入命令以将写入数据写入所选存储器区域。
在操作s380中，主机310将当前写入地址记录为需要管理漂移时间twtr的地址。也就是说，主机310将写入地址记录为需要管理漂移时间twtr的地址。
在操作s390中，主机310检查存储器器件320的所选存储器单元中的数据的写入是否完成。可以以检查写入状态的方式检查是否完成了对存储器器件320的所选存储器单元中的数据的写入。如果所选存储器单元中的数据的写入未完成(否)，则主机310等待直到所选存储器单元中的数据的写入完成为止。如果所选存储器单元中的数据的写入完成(是)，则结束在冷区324中写入数据的操作。
上文描述了在热区326中写入数据时的方式，其中主机310临时管理在冷区组313中写入数据的地址，直到经过了漂移时间twtr为止。通过使用上述方式，在经过漂移时间twtr之前，不需要在写入缓冲器322(参考图12)中保留写入数据。因此，可以降低高成本的写入缓冲器322的容量。
图14是示出在热区区域中写入数据的操作的实施例的图。参考图14，主机310在热区执行写入操作时，检查是否经过了漂移时间twtr，并临时管理在冷区写入数据的区域。
在操作s410中，主机310发出对于在热区中写入数据的请求。主机310可以将写入写入数据的写入地址与映射表311的地址进行比较。当写入地址被映射到热区组315时，主机310产生对热区326的访问的写入请求，其中位线和字线保持在预充电状态。在操作s420中，主机310可以向存储器器件320发送写入命令和数据。此外，在操作s425中，主机310将当前写入地址日志记录为需要管理漂移时间twtr的地址。也就是说，主机310将写入地址记录为需要管理漂移时间twtr的地址。
在操作s430中，存储器器件320将接收到的写入数据存储在写入缓冲器322中。在操作s435中，存储器器件320可以将写入数据写入已经保持在预充电状态的热区326的区域的所选存储器单元。在操作s440中，存储器器件320通知主机310写入缓冲器322中存储的写入数据被完全写入所选存储器单元。
在操作s450中，主机310响应于指示写入数据被完全写入热区326的所选存储器单元的通知，将映射表311中当前被指定给热区组315的写入地址改变为冷区组313。主机310从写入数据被完全写入所选存储器单元的时间点开始对经过时间t进行计数。
在操作s460中，主机310检查经过时间t是否超过漂移时间twtr。如果确定经过时间t没有超过漂移时间twtr(否)，则主机310继续对经过时间t进行计数。相反，如果确定经过时间t大于漂移时间twtr(是)，则处理前进到操作s470。
在操作s470中，主机310将当前临时改变到映射表311中的冷区组313的写入地址改变到热区组315。
上文描述了在热区326的区域中写入数据时主机310和存储器器件320的操作。写入热区326中的数据可以保持为由主机310高速可访问。当在写入请求之后经过漂移时间twtr之前执行读取操作时，主机310管理映射表311的冷区组313中的访问请求的存储器单元。因此，在写入请求之后经过漂移时间twtr之前，主机可能无法高速访问写入区域。
图15是示出在冷区区域中写入数据的操作的实施例的图。参考图15，可以针对冷区324的写入操作提供用于唤醒的前缀命令。
在操作s510中，主机310发出对于在冷区324中写入数据的请求。主机310可以将写入写入数据的写入地址与映射表311的地址进行比较。当写入地址被映射到冷区组313时，主机310产生用于访问冷区324的写入请求。在操作s520中，主机310向存储器器件320发送用于唤醒的前缀命令。
在操作s522中，存储器器件320可以响应于接收到的前缀命令，对信道拼块或存储体的一个或多个字线和一个或多个位线进行预充电。如果信道存储器区域的字线和位线被完全预充电，则在操作s524，存储器器件320可以向主机310发送唤醒完成消息或信号。
在操作s530中，主机310向存储器器件320发送写入命令和写入数据。在操作s535中，主机310将当前写入地址日志记录为需要管理漂移时间twtr的地址。在操作s540中，存储器器件320可以将写入数据临时存储到写入缓冲器322中。在操作s545中，存储器器件320将写入缓冲器322中存储的写入数据写入所选存储器单元。在操作s550中，存储器器件320通知主机310写入缓冲器322中存储的写入数据被完全写入所选存储器单元。
在操作s560中，主机310检查经过时间t是否大于漂移时间twtr。如果确定经过时间t不超过漂移时间twtr(否)，则主机310继续对经过时间t进行计数。相反，如果确定经过时间t大于漂移时间twtr(是)，则处理前进到操作s570。在操作s570中，主机310释放当前记录的用于管理漂移时间twtr的写入地址的日志记录。
上面描述了在存储器系统300的冷区324中写入数据的操作。在冷区324中写入数据时，唤醒的时间延迟可能是不可避免的。
图16是示出存储器系统300的读取操作的实施例的流程图。参考图16，主机310可以检查是否经过了漂移时间twtr，并且可以基于检查的结果来改变映射表311的地址映射。因此，即使在读取操作中，主机310也可以参考漂移时间twtr的计数值来确定是否允许访问存储器单元。
在操作s610中，主机310可以检测对于从存储器器件320读取数据的请求。主机310可以产生用于读取在存储器器件320中写入的数据的读取地址。
在操作s620中，主机310确定读取请求的数据的读取地址是否对应于存储器器件320的冷区324和热区326中的任何一个。也就是说，主机310可以确定读取地址是属于当前映射表311中的冷区组313还是属于热区组315。可以根据读取地址的映射状态来遵循读取操作中的分支。如果读取地址被映射到热区，则处理前进到操作s660。如果读取地址被映射到冷区，则处理前进到操作s630。
在操作s630中，主机310检查读地址是否被日志记录为需要管理漂移时间twtr的地址。也就是说，主机310确定读地址是否对应于被写入数据并且尚未经过漂移时间twtr的存储器单元的地址。如果确定读取地址没有被日志记录为需要管理漂移时间twtr的地址(否)，则处理前进到操作s650。如果确定读取地址被日志记录为需要管理漂移时间twtr的地址(是)，则处理前进到操作s640。
在操作s640中，主机310检查从写入数据的时间点经过了的经过时间t是否超过漂移时间twtr。可以根据经过时间t是否大于漂移时间twtr来遵循读取操作中的分支。如果确定经过时间t不超过漂移时间twtr(否)，则主机310继续对经过时间t进行计数。然而，如果确定经过时间t大于漂移时间twtr(是)，则处理进行到操作s650。
在操作s650中，主机310向存储器器件320发送用于唤醒所选存储器区域的前缀命令。存储器器件320可以响应于前缀命令对所选存储器区域执行唤醒操作。也就是说，存储器器件320可以对冷区324的所选拼块或小于拼块的存储器单元的一个或多个字线和一个或多个位线进行预充电。
在操作s660中，主机310可以向存储器器件320发送遵循前缀命令的读取命令。
以上简要描述了图12的存储器系统300的读取方法。这里，由读取地址选择的数据可以对应于存储器器件320的冷区324中存储的数据。备选地，由读取地址选择的数据可以是存储器器件320的热区326中存储的数据，但也可以是在主机310的映射表的冷区组313中临时管理的数据。也就是说，读取地址可以对应于属于热区并且漂移时间twtr尚未经过的存储器区域。
根据本发明构思的实施例，能够实现能够减少待机状态下要预充电的存储器单元的数目的可变电阻存储器器件。此外，提供存储器访问方法和协议以访问未被预充电的可变电阻存储器器件的单元区域。此外，能够实现能够显著地减小适应电阻漂移特性而提供的写入缓冲器的大小的存储器器件。
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明构思，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，应当理解，上述实施例不是限制性的，而是示意性的。