使用选择器器件保持特性的非易失性存储器器件感测方法_3

文档序号:9490356阅读:来源:国知局
约50纳秒(ns)到约150ns (例如75ns、100ns、125ns等)中选择的时段,然而可以使用其它时段或时段的范围来代替。在至少一个实施例中,感测信号200不具有预充电电压204,代替地,所选择位线从0伏特增加到激活电压206。
[0047]激活电压206可以具有一些特性,这些特性经选择以激活与所选择位线连接的存储单元的选择器器件。在各实施例中,激活电压特性可以包括电压量值以及激活时段。在一些实施例中,激活电压206的量值(幅度)可以从约1.4伏特到约3伏特中选择,并且在额外实施例中,激活时段可以从约50ns到约150ns中选择,然而在另外的实施例中还可以采用其它值或范围。在至少一个实施例中,电压量值可以选择为约2.4伏特,并且激活时段可以选择为约100ns。在进一步实施例中,在激活时段开始时,激活电压206可以(例如在某些实施例中从预充电电压204,或在至少一个实施例中从0伏特)增加,从而在激活时段开始之后的一段时间,达到激活电压206的所选量值。在替代或额外实施例中,在激活时段结束之前,激活电压206可以从所选择的电压量值降低,从而在激活时段结束时,激活电压206低于所选择的电压量值(幅度)。
[0048]在激活时段结束时,感测信号202包括施加到所选择位线的读取电压208。读取电压208可以从适当的读取电压210的范围中选择。在一个或多个实施例中,读取电压208可以根据lTnR阵列100的存储单元所采用的选择器器件的特征进行选择。作为一个实例,读取电压208可以具有对应于与存储单元的选择器器件相关的本征电流-电压响应的量值。在至少一个实施例中,读取电压208可以具有如下幅度,该幅度响应于与选择器器件成对的双端存储装置处于高阻态,与选择器器件的失活或至少部分失活对应,并且该幅度当与选择器器件成对的双端存储器器件处于低阻态时,与选择器器件的激活或至少较少的失活对应(例如参见如下图4和图5)。根据该实施例,则选择器器件响应于双端存储器器件被编程或被擦除,分别被激活(或至少在与被激活相关的导电率的80%或90%内)或被失活(或至少在与被失活相关的电阻系数的80%或90%内)。本实施例对于感测存储单元提供了显著的优点,这是由于选择器器件具有非常高的通/断电流比(例如10E9或10E9以上),并且选择器器件的状态表示了存储器器件的状态。结果是,可以从选择器器件的通/断电流比来确定用于读取存储单元的感测容限,导致显著较大的感测容限。
[0049]除了上述内容之外,增加的感测容限可以获得存储器的阵列(例如lTnR阵列100)的非常大的优点。例如,较大感测容限可促进每个晶体管具有更大量的存储单元(例如较大整数n),提高lTnR阵列100中的存储器密度。替代地或之外,较大感测容限可导致改进的感测可靠性、较少的位错误、或更长的存储器寿命以及其他优点。
[0050]如上文所述,读取电压208的幅度可以被选择为在适合的读取电压210的范围内。在某些实施例中,适合的读取电压210的范围可以与为了存储单元所采用的选择器器件或双端存储器件的物理特性相关。因此,例如,对于擦除的存储装置,选择器器件失活(或基本失活)的电压的范围对于编程的存储器装置仍然保持激活(或基本激活),可以确定本领域技术人员对于读取电压208的量值将采用的适合的电压210的范围。在至少一个实施例中,适合的电压210的范围可以从约0.8伏特到约1.5伏特,并且读取电压208可以从此范围中选择;然而,其他范围在本公开的范围内,并且可以由本领域技术人员(例如基于lTnR阵列100所采用的存储单元的开关特性)优选。在一个或多个替代或额外实施例中,读取时段还可以选择为允许激活电压206降低到读取电压208的适当时间量,并且对于(与在低的存储器导电状态中的存储装置相关的)选择器器件响应于读取电压208被失活。
[0051]注意到,如同在本发明中所使用的,术语存储器电导或存储器电阻分别指的是双端存储器器件的电导率和电阻率。此外,术语选择器电导或选择器电阻分别指的是选择器器件的电导率或电阻率。然而,存储器电导/电阻与选择器电导/电阻之间的区别不希望表示任何定量区别。尽管一般来说可能具有定量区别,然而这些术语用作相关的限定词而不是量词。
[0052]图3示出根据本发明公开内容的一个或多个实施例的实例双端存储单元300的框图。双端存储单元300可包括位于第一电触点302A与第二电触点302B之间的非易失性存储器件304和易失性选择器器件。电触点302A与302B可促进电信号施加给双端存储单元300,并且可包括多路器、开关等的输出点。
[0053]存储器件304是非易失性存储器,并且可以包括电阻型开关存储器(例如电阻型随机存取存储器(RRAM))、导体桥接存储器、磁阻存储器、相变存储器、有机存储器等。存储器件304可包括第一电极306和非易失性开关层308。选择器器件310是易失性开关装置。在某些实施例中,选择器器件310在各实施例中可以是FAST?选择器器件、双向(Ovonic)开关、金属绝缘体相变(MIT)装置、Μ0ΤΤ绝缘体或其它适合的易失性开关装置。在下文中描述并且如图3所示的存储器器件304和选择器器件310的更特别的实例与非易失性电阻型开关器件和易失性FAST选择器器件相关,但是应理解,可以采用其它非易失性存储器件或易失性选择器器件。
[0054]在某些实施例(例如存储器件304为电阻型开关非易失性存储器的实施例)中,第一电极306可包括能够响应于第一刺激(例如施加到触点302A、302B的信号、电压、场等)被离子化的粒子。此外,粒子可以从第一电极306漂移或扩散到非易失性开关层308,在各实施例中,在非易失性开关层308中或穿过非易失性开关层308形成导电丝。被利爪时,导电丝至少可以降低存储器件304的电阻(例如存储器件304的存储器电阻),将存储器器件304从高存储器阻态切换到低存储器阻态。
[0055]此外,在非易失性开关层308的材料内,非易失性开关层308可以包括适合数量或比例的空隙、缺陷、裂缝、间隔等,适于可逆地将第一电极306的粒子捕获到适当的位置。因此,例如,响应于第一刺激或较弱刺激,第一电极的粒子变得被离子化并且漂移到非易失性开关层308中,并且某些粒子变得被捕获到其空隙/缺陷内。捕获的粒子可以形成上文介绍的导电丝,并且当被离子化时,至少将存储器装置304切换到低存储器阻态。响应于第二刺激(例如反极性电压或场、比第一刺激具有较高或较低幅度的电流或电压、或根据对于存储装置304所采用的存储器技术的类型的其他适合的刺激),粒子可以至少从空隙/缺陷等的子集喷出,至少足以使得穿过非易失性开关层308的电连接的导电丝变形,从而将存储器器件304从高存储器阻态切换到低存储器阻态。如不存在第二刺激,例如低电压、低场强度等,则粒子可以保持被捕获在非易失性开关层308内。因此,在没有电力时,保持存储器装置304的存储器状态,促成存储器装置304的非易失性操作。
[0056]选择器器件310可包括导体312、选择器层314以及第二电极316。导体312可包括第一组粒子,该第一组粒子能够响应于第一极性的第一外部刺激被离子化并且漂移或扩散到选择器层314。此外,第一组粒子可以响应于第一外部刺激来形成从导体312穿过选择器层314到第二电极316的第一导电路径。选择器层314可以被配置为具有较少空隙、缺陷、裂缝、间隔等,利用这些空隙、缺陷、裂缝、间隔等从导体312(或第二电极316)捕获粒子,因此在没有第一外部刺激的情况下,第一导电路径可以至少部分变形,损坏第一导电路径的电气连接(或显著降低电气连接)。穿过选择器层314的导电路径变形并且损坏电气连接的电压(或电压范围)被称为变形阈值电压。在各实施例中,值得注意的是,此变形阈值电压的(第一极性的)幅度可至少部分取决于存储装置304的导电状态。例如,如果存储装置304处于导电存储状态,则在比如果存储装置304在阻性存储状态下(例如对应于约1.5伏特到约2.0伏特之间的范围内的变形阈值电压)低的电压处(例如约0.5伏特到约1.0伏特之间的范围内),可能发生第一导电路径的变形。在一个或多个实施例中,导体312可以是适合的活泼金属,或如同本发明所述的其他适合的导电粒子施体层。此外,导体312在各实施例中可以是浮置导体,没有连接到外部电源或接地,并且替代地,受到在电触点302A与302B处施加的信号影响。
[0057]第二电极316可包括第二组粒子,该第二组粒子能够响应于第二极性的第二外部刺激被离子化并且漂移或扩散到选择器层314。根据各实施例,第二外部刺激与第一外部刺激相比较可以具有相反的极性(例如第二极性可以是负的,而第一极性是正的,反之亦然)。与上文所述的第一组粒子类似,来自第二电极316的第二组粒子可以在选择器层314中形成导电路径,导致选择器层314从高选择器阻态切换到低选择器阻态。当第二外部刺激在幅度上降低为低于第二变形电压时,第二组粒子形成的导电路径可以变得电性不连续,导致选择器层314从低选择器阻态切换到高选择器阻态。此外,变形电压可以取决于存储装置304的状态,当存储装置304处于导电存储状态时,(第二极性的)低幅度变形电压可以使导电路径变形,并且当存储装置304处于阻性存储状态时,较高幅度变形电压可以使导电路径变形。
[0058]在操作中,存储装置304可以是双极型装置,该装置响应于正极性信号被激活(例如被编程),并且响应于负极性信号被失活(例如被擦除)。然而,为了使编程或擦除信号具有足够的电流来使存储装置304从一个状态切换到另一个状态,选择器器件310必须被激活(并且处于低选择器阻态,从而允许电流)。因此,并且与存储装置304相反,选择器器件310可以响应于(具有足够正极性幅度的)正极性信号被激活(例如从高选择器阻态切换到低选择器阻态),并且可以响应于(具有足够负极性幅度的)负极性信号也被激活。然而,在其它实施例中,作为一个实例,根据导体312或第二电极316所采用的材料,正极性信号幅度可能与负极性信号幅度不同。
[0059]在至少一个实施例中,双端存储单元300可以包括一个或多个附加层,在本发明中没有示出。例如,可以提供阻挡层以减少或防止原子或粒子从一个层扩散到另一个层。作为一个特定实例,可以在导体312与非易失性开关层308之间设置适合的阻挡层,以减少或防止导体312的粒子漂移或扩散到非易失性开关层308。在其它实施例中,阻挡层可以设置在其它这种层之间。在进一步的实施例中,双端存储单元300可以包括适当的蚀刻停止层(例如W、TiN、TaN等),以提高平版印刷掩膜和蚀刻工艺的功效;粘合层,以机械地(或化学地)将一个层固定到另一个层;连续层,以促进两个层之间的良好的欧姆接触;钝化层,以减少或防止一个或多个层的化学退化(例如氧化等)等。
[0060]图4示出根据进一步公开的实施例的双端存储单元的实例电流-电压响应400的示意图。在一个或多个实施例中,与电流-电压响应400相关的双端存储单元可以实质上与上文图3所示的类似。然而,本发明公开内容不限于此,并且应注意到,电流-电压响应400可以与在本发明中没有明确描述的存储单元实施例对应,但是本领域技术人员通过本发明提供的上下文的方式应当了解。
[0061]电流-电压响应400示出了纵轴上的相关电流(用安培A所示)和横轴上的绝对电压(用伏特V所示)。为了更容易地描述选择器器件在降低的保持电压处的开/关比,图4(和如下图5)标准化了近似在电压处的电流,使得在相关存储装置处于低存储器阻态的情况下,选择器器件失活。垂直刻度是对数刻度,因此示出在垂直刻度上每个描绘引起的电流的量级变化。
[0062]从0伏特开始并且在选择器激活402之前,存储单元的选择器器件处于高选择器阻态。选择器器件趋向于当失活时具有非常高的电阻,因此响应于增加的电压,电流增加的非常少。当失活时,响应于电压约2伏特的增加,电流仅增加了两个量级。
[0063]在选择器激活402之后,选择器器件进入低选择器
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