专利名称：一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路设计与制造技术领域，特别涉及一种应用于CeRAM的 TMO材料行为模型。
技术背景过渡金属氧化物TMO (transition-metal oxides),例如NiO (氧化镍)等，是 最近几年新开发的一类材料。从宏观上来看，在外界电压变化下，TMO材料的电 阻表现出由低阻向高阻或是由高阻向低阻转化的特性，亦即具有"开""关"两 种状态。如附图1所示，以ON表示"开"，即低阻状态，以OFF表示"关"，即 高阻状态。两个状态的电流大小差异一般在100倍左右。假设TMO电阻最开始 处于OFF状态，随着电压的升高，流过TMO电阻的电流将沿曲线段④上升，经 过曲线段③后，当外界电压大于vset (设置电压)值时，电流将沿曲线段⑤突变 到曲线段⑥，即进入ON状态。此后，如果电压继续上升，则TMO电阻保持在 ON状态，电流沿曲线段⑥上升；如果电压下降，则TMO电阻保持在ON状态， 电流从曲线段⑥经过虚线段到达曲线段①，并按此曲线变化。当TMO电阻处于 ON状态时，如果从O开始施加电压，随着电压的升高，流过TMO电阻的电流将 沿曲线段①上升，当外界电压大于vreset (重置电压)值时，电流将沿曲线段② 突变到曲线段③，TMO电阻从ON状态转化为OFF状态。此后，随着电压的升高， 流过TMO电阻的电流将沿曲线段③上升，当外界电压大于vset (设置电压)值 时，电流将沿曲线段⑤突变到曲线段⑥，即进入ON状态。如果在曲线段③时， 外界电压没有超过vset (设置电压)时便下降，则TMO电阻保持在OFF状态，沿曲线段③进入曲线段④并沿曲线段④继续下降，这个过程和vreset (重置电压) 值无关。应用此种电阻材料可以制造出新型存储器件或是新型逻辑器件等半导体集 成电路，例如CeRAM (阻性相关电子随机存储器)。然而此种材料属于新型材料， 还没有能提供给设计者用于描述元件电流—电压特性的电学模型。本发明旨在填 补此处空白。. 发明内容本发明的目的是提供一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，为实现所述 目的，本发明所采用的技术方案为一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，所述TMO材料行为模型有TE和 BE两个节点， 一个描述TMO材料导通状态下电阻行为的非线性电阻元件Ron连 接在TE和内部节点Sl之间； 一个描述TMO材料关断状态下电阻行为的非线性 电阻元件Roff连接在TE和内部节点S2之间； 一个选通Ron的电压控制开关Gsl 连接在内部节点Sl和BE之间，其控制电压输入点为CS1; —个选通Roff的控制 开关Gs2连接在内部节点S2和BE之间，其控制电压输入点为CS2;控制电压源 Ecsl连接在CSl上；控制电压源Ecs2连接在CS2上； 一个信号隔离电压源Es印 的输入端连接到TE和BE，输出端为in+和in-。所述控制电压源Ecsl作为控制开关Gsl的控制信号电压，其电压输出由如下 的表达式决定V(Ecsl)二 2.5 X Rs X abs{ sgn[ V(in+,in-)-vreset ]+sgn[ V(in+,in-)-vset ]}其中，初始电阻状态Rs是描述TMO材料初始状态的参数，重置电压vreset 和设置电压vset是描述TMO材料行为的参数。所述控制电压源Ecs2作为控制开关Gs2的控制信号电压，其电压输出由如下—V(Ecsl)。所述信号隔离电压源Es印是压控电压源，用于隔离输入电压和作为内部控 制信号的电压，其控制输入为TE和BE两端的电压V(TE,BE)，其输出为V(in+,in-)= V(TE,BE)，该电压是控制电压源Ecsl和Ecs2的控制信号。本发明可以良好的模拟TMO材料的电学行为，并可以方便的应用在电路仿 真工具中，仿真速度快，收敛性好。同时本发明应用了新型的TMO材料和CeRAM 单元，在国内外均属于新颖且空白的领域，有利于占据前沿技术中的领先地位。
图l是TMO材料的龟流一电压行为曲线； 图2是TMO电阻行为模型等效电路。
具体实施方式
本发明提供了一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，下面结合附图对本 发明作进一步详细的说明。图2是TMO电阻行为模型等效电路，该模型包括两条支路，分别是代表ON 状态的Ron电阻支路和代表OFF状态的Roff电阻支路，这两条支路分别用压控开 关Gsl和压控开关Gs2选通。当开关的控制电压为5V时开关合上，相应分支导 通；当开关控制电压为OV时开关断开，相应分支断开。Ron电阻描述了ON状态 下TMO材料的电流一电压行为，Roff电阻描述了 OFF状态下TMO材料的电流一 电压行为。任何时候Gsl和Gs2当中有且只有一个是合上的，不会出现同时合上 或同时断开的情况，控制电压源Ecs2的表达式保证了这一点，即V(Ecs2)=5_ V(Ecsl)，当V(Ecsl)二O时，V(Ecs2) = 5;当V(Ecsl) = 5时，V(Ecs2) = 0控制电压源ECSl电压输出由如下的表达式决定V(Ecsl)- 2.5 X Rs X abs{ sgn[ V(in+,in-)-vreset ]+sgn[ V(in+,in-)-vset ]}由于V(in+,in-)= V(TE,BE)，我们容易知道如上的表达式将控制开关Gsl在输入 电压大于vreset且小于vset时关闭，也就是将Ron支路关断，Roff支路导通。同 时如果初始状态是OFF(即Rs=0)， Gsl也是关断的。如果输入电压是小于vreset 或大于vset，且初始状态是ON (即Rs = l)，则控制电压源Ecsl使Gsl合上，Ron支路导通。以上实施例是供理解本发明之用，并非是对本发明的限制，有关领域的技术 人员，在权力要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等 同的变化或变行都应在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，其特征在于，所述模型有TE和BE两个节点，一个描述TMO材料导通状态下电阻行为的非线性电阻元件Ron连接在TE和内部节点S1之间；一个描述TMO材料关断状态下电阻行为的非线性电阻元件Roff连接在TE和内部节点S2之间；一个选通Ron的电压控制开关Gs1连接在内部节点S1和BE之间，其控制电压输入点为CS1；一个选通Roff的控制开关Gs2连接在内部节点S2和BE之间，其控制电压输入点为CS2；控制电压源Ecs1连接在CS1上；控制电压源Ecs2连接在CS2上；一个信号隔离电压源Esep的输入端连接到TE和BE，输出端为in+和in-。
2. 根据权利要求1所述的一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，其特 征在于，所述控制电压源Ecsl作为控制开关Gsl的控制信号电压，其电压输出由 如下的表达式决定.-V(Ecsl)二 2.5 X Rs X abs{ sgn[ V(in+,in-)-vreset ]+sgn[ V(in+,in-卜vset ]} 其中，初始电阻状态Rs是描述TMO材料初始状态的参数，重置电压vreset 和设置电压vset是描述TMO材料行为的参数。
3. 根据权利要求1所述的一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，其特 征在于，所述控制电压源Ecs2作为控制开关Gs2的控制信号电压，其电压输出由 如下的表达式决定V(Ecs2)=5—V(Ecsl)。
4. 根据权利要求1所述的一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，其特 征在于，所述信号隔离电压源Esep是压控电压源，用于隔离输入电压和作为内 部控制信号的电压，其控制输入为TE和BE两端的电压V(TE,BE)，其输出为 V(in+,in-)= V(TE,BE)，该电压是控制电压源Ecsl和Ecs2的控制信号。 全文摘要
本发明设计了一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型，属于半导体集成电路设计和制造技术领域。本发明用于描述TMO材料在不同电压下表现的电阻行为特性，可以用于电路设计与仿真的工具软件。本发明可以良好的模拟TMO材料的电学行为，并可以方便的应用在电路仿真工具中，仿真速度快，收敛性好。同时本发明应用了新型的TMO材料和CeRAM单元，在国内外均属于新颖且空白的领域，有利于占据前沿技术中的领先地位。
文档编号G06F17/50GK101329701SQ200810116350
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月9日 优先权日2008年7月9日
发明者任天令, 王林凯, 章英杰, 泽 贾, 陈弘毅 申请人:清华大学