存储器装置及其操作方法与流程

存储器装置及其操作方法
1.本申请要求于2019年10月22日在韩国知识产权局提交的第 10-2019-0131416号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的全部公开内容出 于所有目的通过引用包含于此。
技术领域
2.本公开总体上涉及存储器装置及其操作方法，更具体地涉及采用电阻器 的存储器装置。


背景技术：

3.传统的存储器装置通过充入或释放电荷来写入或擦除数据。使用电阻器 的存储器装置因利用电阻的改变写入或擦除数据而不同。
4.使用电阻器的存储器装置的一些示例包括相变随机存取存储器(pram)、 电阻式随机存取存储器(rram)和磁性ram(mram)。


技术实现要素：

5.在本发明构思的一方面，提供了能够改善编程特性的存储器装置。
6.根据本发明构思的一方面，存储器装置包括：多个存储器单元，每个存 储器单元包括开关器件以及连接到开关器件并具有相变材料的信息存储器件， 所述多个存储器单元连接到多条字线和多条位线；解码器电路，将所述多个 存储器单元中的至少一个确定为被选存储器单元；以及编程电路，被配置为 将编程电流施加到被选存储器单元以执行编程操作，并且被配置为检测被选 存储器单元的电阻以调整编程电流的幅值。
7.根据本发明构思的一方面，存储器装置包括：存储器单元阵列，包括设 置在多条字线与多条位线彼此相交的位置处的多个存储器单元；解码器电路， 将所述多个存储器单元中的至少一个确定为被选存储器单元；以及编程电路， 在针对被选存储器单元的编程操作中，在采样时段期间产生幅值随着被选存 储器单元的电阻增大而减小的采样电流，并且在编程时段期间基于采样电流 产生编程电流。
8.根据本发明构思的一方面，操作存储器装置的方法包括：使连接到被选 字线和被选位线的被选存储器单元导通；检测被选存储器单元的电阻；将偏 置电流输入到连接于被选存储器单元的被选字线，并且产生与偏置电流对应 的初始编程电流；产生幅值随着检测的电阻增大而减小的附加编程电流；以 及使用初始编程电流和附加编程电流对被选存储器单元进行编程。
附图说明
9.通过下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的以上 和其他方面、特征和优点，在附图中：
10.图1是根据示例实施例的存储器装置的示意性平面图；
11.图2是根据示例实施例的存储器装置的功能框图；
12.图3a和图3b是示出根据各自示例实施例的存储器单元阵列的示意图/ 布局图；
13.图4a和图4b是示出包括在根据各自示例实施例的存储器装置中的存储 器单元的各自示例结构的透视图；
14.图5a和图5b是示出包括在根据各自示例实施例的存储器装置中的存储 器单元的各自结构的各自透视图；
15.图6是示出根据示例实施例的存储器装置的操作的视图；
16.图7是示出根据示例实施例的存储器装置的编程操作的图；
17.图8a示出了根据示例实施例的基于存储器单元的电阻的焦耳热；
18.图8b示出了根据示例实施例的根据存储器单元的电阻的存储器单元的 分布；
19.图9是根据示例实施例的存储器装置的电路图；
20.图10是示出根据示例实施例的存储器装置的编程操作的图；
21.图11是示出在根据示例实施例的存储器装置的编程操作中存储器单元 的电压-电流图的曲线图；
22.图12是根据示例实施例的存储器装置的电路图；
23.图13、图14和图15是示出根据示例实施例的存储器装置的编程操作的 图；
24.图16a、图16b和图16c是示出根据示例实施例的存储器装置的编程操 作的图；
25.图17a示出了根据示例实施例的基于存储器单元的电阻的焦耳热；
26.图17b示出了根据示例实施例的根据存储器单元的电阻的存储器单元的 分布；
27.图18是示出根据示例实施例的存储器装置的图；
28.图19是示出根据示例实施例的存储器装置的操作的流程图；以及
29.图20是示意性地示出包括根据示例实施例的存储器装置的电子装置的 框图。
具体实施方式
30.在下文中，将参照附图描述示例实施例。
31.图1是根据示例实施例的存储器装置1的示意性平面图。存储器装置1 可以具有存储体(bank)区域2、电路区域3和垫(pad，或被称为“焊盘
”ꢀ
或“焊垫”)区域4。垫区域4可以是形成有用于输入和输出控制信号和数据 的多个垫的区域。电路区域3可以是形成有用于存储器装置1的操作的各种 电路的区域。在存储体区域2中，可以形成具有多个存储器单元的存储器单 元阵列。存储器单元阵列可以被组织在多个存储体中。
32.形成在存储体区域2中的多个存储体中的每个存储体可以被划分成多个 区域。例如，划分多个存储体中的每个存储体的多个区域的至少一部分可以 共享包括在电路区域3中的解码器电路和/或读取/写入电路。可选的布置也可 以是可用的。
33.电路区域3可以包括解码器电路、读取/写入电路、控制解码器电路和读 取/写入电路的控制逻辑等。解码器电路可以响应于地址将形成在存储体区域 2中的多个存储器单元中的至少一个确定为被选存储器单元。读取/写入电路 可以从被选存储器单元读取数据或将数据写入被选存储器单元。
34.图2是根据实施例的存储器装置10的功能框图，其可以是存储器装置1 的示例。存储器装置10可以包括存储器控制器20和存储器单元阵列30。存 储器控制器20可以包括第一解码器电路21、第二解码器电路22、读取/写入 电路23和控制逻辑24。存储器单元阵列30
可以包括多个存储器单元。第一 解码器电路21可以通过字线wl连接到多个存储器单元，第二解码器电路 22可以通过位线bl连接到多个存储器单元。第一解码器电路21、第二解码 器电路22和读取/写入电路23的操作可以由控制逻辑24控制。在示例实施 例中，读取/写入电路23可以包括将数据写入由第一解码器电路21和第二解 码器电路22指定的至少一个被选存储器单元的编程电路以及从被选存储器 单元读取数据的读出电路。
35.包括在存储器单元阵列30中的多个存储器单元可以具有不同水平的电 阻。当读取/写入电路23在被选存储器单元中编程数据时，存储器装置10可 以将编程电流供应到被选存储器单元。当编程电流流过被选存储器单元时， 被选存储器单元的电阻越低，编程操作会越差。相反地，被选存储器单元的 电阻越高，存储耐久性会越差。
36.根据示例实施例，当读取/写入电路23将数据编程到被选存储器单元时， 存储器装置10可以根据被选存储器单元的电阻确定编程电流。因为存储器装 置10可以根据被选存储器单元的电阻供应不同的编程电流，所以存储器装置 10可以根据被选存储器单元的电阻补偿编程特性的改变。
37.图3a和图3b是根据各自示例实施例的存储器单元阵列的示意图/布局 图。参照图2和图3a，根据示例实施例的存储器单元阵列30a可以包括多个 存储器单元mc。多个存储器单元mc可以设置在位线bl与字线wl彼此相 交的位置处。例如，多个存储器单元mc中的每个可以连接到一条位线bl 和一条字线wl。
38.作为示例，多个存储器单元mc中的每个可以包括开关器件sw和信息 存储器件vr。在示例实施例中，开关器件sw可以包括pn结二极管、肖特 基二极管和双向阈值开关(ots)中的至少一种。此外，在示例实施例中， 信息存储器件vr可以由包括硫属化物材料和超晶格的相变材料形成。例如， 信息存储器件vr可以包括可根据加热时间和温度执行非晶相与结晶相之间 的相转变的相变材料。信息存储器件vr和开关器件sw可以彼此串联连接。
39.存储器控制器20可以通过位线bl和字线wl将包括在多个存储器单元 mc中的每个中的信息存储器件vr的相变材料相移到非晶相或结晶相来记 录或擦除数据。在示例实施例中，存储器控制器20可以通过将包括在存储器 单元mc中的信息存储器件vr的相变材料相移到非晶相来增大信息存储器 件vr的电阻。相反地，存储器控制器20可以通过将包括在存储器单元mc 中的信息存储器件vr的相变材料相移到结晶相来减小信息存储器件vr的 电阻。信息存储器件vr的电阻值与数据是否被记录之间的关系可以根据示 例实施例被各种地限定。存储器控制器20可以通过将从多个存储器单元mc 检测的读取电压与预定参考电压进行比较来执行从多个存储器单元mc读取 数据的读取操作。
40.参照图3a，在多个存储器单元mc的每个中，信息存储器件vr的一端 可以连接到位线，开关器件sw的一端可以连接到字线。在这种情况下，图 3a中示出的多个存储器单元mc中的每个可以具有第一取向(orientation， 或称为定向)。
41.将基于与图3a相比较的不同之处来描述图3b。参照图3b，在多个存储 器单元mc中的每个中，信息存储器件vr的一端可以连接到字线，开关器 件sw的一端可以连接到位线。在这种情况下，图3b中示出的多个存储器单 元mc中的每个可以具有第二取向。
42.根据图2中示出的示例实施例的存储器单元阵列30可以包括形成在不同 层上的多个存储器单元。例如，存储器单元阵列30可以包括彼此堆叠的第一 层和第二层，包括在第一层中的存储器单元具有第一取向，包括在第二层中 的存储器单元可以具有第二取向。
然而，根据其他示例实施例，包括在相应 的第一层和第二层中的存储器单元的取向可以被各种地修改。
43.图4a和图4b是示出包括在根据各自示例实施例的存储器装置中的存储 器单元的结构的透视图。
44.参照图4a，根据示例实施例的存储器装置100a可以包括设置在一对导 线101和102之间的第一存储器单元mc1和第二存储器单元mc2。第一存 储器单元mc1和第二存储器单元mc2可以分别作为独立的存储器单元操作。 作为示例，当第一导线101和第二导线102是字线时，第一存储器单元mc1 与第二存储器单元mc2之间的第三导线103可以是位线。当第一导线101和 第二导线102是位线时，第三导线103可以是字线。在下文中，为了便于描 述，将描述第一导线101和第二导线102分别是第一字线和第二字线的示例。
45.第一存储器单元mc1可以包括第一加热电极110、第一信息存储器件120 和第一开关器件130。第一开关器件130可以包括第一开关电极131、第二开 关电极132以及设置在第一开关电极131与第二开关电极132之间的第一选 择层133。在示例实施例中，第一选择层133可以包括双向阈值开关(ots) 材料。当比阈值电压高的电压被施加在第一开关电极131与第二开关电极132 之间时，电流可以流过第一选择层133。
46.第一信息存储器件120可以包括相变材料，例如可以包括硫属化物材料。 作为示例，第一信息存储器件120可以包括ge-sb-te(gst)，第一信息存储 器件120的根据结晶能的结晶温度、熔点和相变速率可以根据包括在第一信 息存储器件120中的元素的类型和化学组成比来确定。
47.第二存储器单元mc2可以具有与第一存储器单元mc1的结构相同或相 似的结构。参照图4a，第二存储器单元mc2可以包括第二加热电极140、 第二信息存储器件150、第二开关器件160等。第二加热电极140、第二信息 存储器件150和第二开关器件160中的每者的结构和特性可以与第一加热电 极110、第一信息存储器件120和第一开关器件130的结构和特性相同或相 似。在下文中，作为示例将参照第一存储器单元mc1描述写入和擦除数据的 方法。
48.当通过第一字线101和位线103供应电压时，可以在第一加热电极110 与第一信息存储器件120之间的界面处产生根据电压的焦耳热。构成第一信 息存储器件120的相变材料可以由于焦耳热而从非晶相改变为结晶相或从结 晶相改变为非晶相。第一信息存储器件120可以在非晶相下具有高电阻，并 且可以在结晶相下具有低电阻。在示例实施例中，可以根据第一信息存储器 件120的电阻值来定义数据“0”或“1”。
49.为了将数据写入第一存储器单元mc1，可以通过第一字线101和位线103 供应编程电压。编程电压比包括在第一开关器件130中的双向阈值开关材料 的阈值电压高，因此，电流可以流过第一开关器件130。包括在第一信息存 储器件120中的相变材料可以因编程电压而从非晶相改变为结晶相，因此， 数据可以被记录在第一存储器区域中。在示例实施例中，当包括在第一信息 存储器件120中的相变材料具有结晶相时，第一存储器单元mc1的状态可以 被定义为置位状态。
50.另一方面，为了擦除写入第一存储器单元mc1的数据，可以使包括在第 一信息存储器件120中的相变材料从结晶相返回到非晶相。例如，可以通过 第一字线101和位线103供应预定擦除电压。由于擦除电压，使得包括在第 一信息存储器件120中的相变材料可以
从结晶相改变为非晶相。当包括在第 一信息存储器件120中的相变材料具有非晶相时，第一存储器单元mc1的状 态可以被定义为复位状态。例如，擦除电压的最大值可以比编程电压的最大 值大，擦除电压被供应的时间段可以比编程电压被供应的时间段短。
51.如上所述，根据包括在信息存储器件120和150中的相变材料的状态， 信息存储器件120和150的电阻值可以被改变，存储器控制器可以从信息存 储器件120和150的电阻区分数据“0”和“1”。因此，由于根据包括在信息 存储器件120和150中的相变材料的状态而出现的信息存储器件120和150 之间的电阻差增大，因此存储器控制器可以正确地读取存储在存储器单元 mc1和mc2中的数据。
52.将基于与图4a相比较的不同之处来描述图4b。参照图4a和图4b，当 第一导线101和第二导线102分别是第一字线和第二字线时，第一存储器单 元mc1和第二存储器单元mc2可以具有相同的或不同的取向。例如，参照 图4a，第一存储器单元mc1和第二存储器单元mc2可以分别具有第二取向。 参照图4b，第一存储器单元mc1可以具有第二取向，第二存储器单元mc2 可以具有第一取向。
53.图5a和图5b是示出包括在根据示例实施例的存储器装置中的存储器单 元的结构的示意图。
54.图5a和图5b中示出的第一存储器单元mc1和第二存储器单元mc2 的结构和特征可以与图4a和图4b的第一存储器单元mc1和第二存储器单 元mc2的结构和特征相似。另一方面，在图5a和图5b中，连接到形成在 第一层上的第一字线的第一存储器单元mc1和连接到形成在第二层上的第 二字线的第二存储器单元mc2可以不共享位线。
55.参照图5a，第一存储器单元mc1可以设置在形成于第一层上的第一字 线101与形成于第一层上的第一位线102彼此相交的点处。第二存储器单元 mc2可以设置在形成于第二层上的第二字线103与形成于第二层上的第二位 线104彼此相交的点处。第一存储器单元mc1可以具有第二取向，第二存储 器单元mc2可以具有第一取向。
56.将基于与图5a相比较的不同之处来描述图5b。参照图5b，第一存储器 单元mc1和第二存储器单元mc2可以分别具有第二取向。
57.图6是示出根据示例实施例的存储器装置200的操作的图。存储器装置 200可以通过由存储器控制器220供应到存储器单元210的电力来操作。存 储器单元210可以包括下电极211、加热电极212、信息存储器件214、开关 器件215和上电极216。下电极211和上电极216可以通过字线或位线接收 由存储器控制器220输出的电压。绝缘层213可以设置在加热电极212周围， 通过由存储器控制器220供应的电力，可以在信息存储器件214的与加热电 极212相邻的局部区域214a中发生相变。
58.在实施例中，在用于将数据写入到存储器单元210的编程操作中，可以 将预定的偏置电压输入到下电极211和上电极216中的每个。因为偏置电压 比包括在开关器件215中的双向阈值开关材料的阈值电压高，所以可以使存 储器单元210导通。此后，可以将编程电流供应到存储器单元210。包括在 信息存储器件214中的相变材料可以由于编程电流而从非晶相改变为结晶相。 因此，可以将数据记录在存储器区域中。
59.图7是被提供为解释根据示例实施例的存储器装置300的编程操作的图。 如图7中所示，存储器装置300可以包括存储器单元阵列310、第一解码器 电路320、第二解码器电路330、读取/写入电路340和控制逻辑350。存储器 单元阵列310可以包括第一位线bl1至第四
位线bl4、第一字线wl1至第 四字线wl4以及多个存储器单元mc。多个存储器单元mc可以设置在第一 位线bl1至第四位线bl4与第一字线wl1至第四字线wl4彼此相交的位置 处。
60.包括在存储器单元阵列310中的多个存储器单元mc可以具有不同的电 流路径。在这方面，“电流路径”可以指解码器电路320和330与存储器单元 之间的距离。与具有短的电流路径的存储器单元相比，具有长的电流路径的 存储器单元可以具有相对较高的路径电阻。相反，与具有长的电流路径的存 储器单元相比较，具有短的电流路径的存储器单元可以具有相对小的路径电 阻。路径电阻可以包括位线电阻、字线电阻、开关电阻等。
61.存储器单元阵列310可以包括第一存储器单元mc1和第二存储器单元 mc2。第一存储器单元mc1可以是距第一解码器电路320和第二解码器电路 330最远的存储器单元。第二存储器单元mc2可以是最靠近第一解码器电路 320和第二解码器电路330的存储器单元。距第一解码器电路320和第二解 码器电路330最远的第一存储器单元mc1具有最大的路径电阻，最靠近第一 解码器电路320和第二解码器电路330的第二存储器单元mc2具有最小的路 径电阻。
62.此外，包括在存储器单元阵列310中的多个存储器单元可以具有不同水 平的电阻，而与电流路径无关。例如，存储器单元的电阻可以在3.1kω至 8.3kω的范围内被分类为低电阻、中间电阻(或中等电阻)和高电阻。
63.同时，在编程操作中，第一解码器电路320和第二解码器电路330可以 从存储器单元之中选择将要被编程的存储器单元。将被存储器装置300编程 的存储器单元可以被称为被选存储器单元。连接到被选存储器单元的字线和 位线中的每者可以被称为被选字线和被选位线。
64.当读取/写入电路340对被选存储器单元进行编程时，连接到被选字线的 电流源可以将编程电流供应到被选存储器单元。编程电流可以通过被选存储 器单元从被选位线流到被选字线。
65.在编程操作中，编程特性可能根据被选存储器单元的电流路径而变化。 此外，即使电流路径相同，编程特性也可能根据被选存储器单元的电阻而变 化。例如，根据被选存储器单元的电流路径和/或被选存储器单元的电阻，编 程操作可能无法被适当地执行或者持久性/存储耐久性可能劣化。
66.在现有技术中，具有相同幅值的编程电流被供应到具有不同编程特性的 存储器单元。根据式1，当编程电流ipgm在存储器单元中流动时在存储器单 元中产生的焦耳热可以与存储器单元的电阻rdyn成比例。
67.[式1]
[0068]
焦耳热
∝
ipgm2*rdyn
[0069]
图8a示出了根据示例实施例的基于存储器单元的电阻的焦耳热。参照 图8a，基于具有最低的电阻rdyn的存储器单元来确定编程电流。例如，最 小编程电流可以基于对具有最小电阻rdyn_min的存储器单元进行编程所需 要的最小焦耳热pmelt_min来确定。因此，当编程电流在存储器单元中流动 时，由于存储器单元的电阻rdyn比最小电阻rdyn_min高，因此可能在存储 器单元中产生过量的热。
[0070]
图8b示出根据示例实施例的根据存储器单元的电阻的存储器单元的分 布。如图8b中所示，基于中间电阻rdyn2，在具有比中间电阻rdyn2低的 电阻rdyn1的区域a中的存储
器单元可能无法充分地产生焦耳热。因此，区 域a中的存储器单元可能没有被适当地编程。相反地，在具有比中间电阻 rdyn2高的电阻rdyn3的区域b中的存储器单元可能具有过量的焦耳热。因 此，区域b中的存储器单元可能具有差的持久性或耐久性。
[0071]
返回到图7，当根据本公开的实施例的存储器装置300对存储器单元阵 列310的被选存储器单元进行编程时，根据被选存储器单元的电阻确定编程 电流。确定的编程电流可以被供应到被选存储器单元。因此，存储器装置300 可以在编程操作期间根据被选存储器单元的电阻来补偿编程特性的改变。
[0072]
另外，当存储器装置300确定编程电流时，存储器装置300可以考虑被 选存储器单元的电流路径。因此，存储器装置300可以在编程操作期间根据 被选存储器单元的电流路径来补偿编程特性的改变。
[0073]
图9是根据本发明构思的实施例的存储器装置400的电路图。存储器装 置400可以包括路径开关psw、全局位线gbl、局部位线lbl、全局字线 gwl、局部字线lwl和存储器单元cell。存储器装置400还可以包括第一 电流源cs1、第二电流源cs2、以二极管形式连接的第一nmos晶体管nm1、 以二极管形式连接的第二nmos晶体管nm2、第三nmos晶体管nm3、第 一开关sw1和第二开关sw2。
[0074]
存储器单元cell可以设置在局部位线lbl与局部字线lwl彼此相交 的区域中。路径开关psw可以响应于选择信号pphase而选择性地形成用于将 电源电压vpp供应到全局位线gbl的电路径。为此，路径开关psw可以包 括具有接收选择信号pphase的栅极的开关晶体管gy1。注意的是，在与开关 晶体管gy1相邻的路径开关psw内的开关符号以及具有路径开关的后续图中 的其他相似的开关符号被包括作为对应的开关晶体管gy1等的开关状态的指 示。
[0075]
全局位线gbl可以包括全局位线选择晶体管gy2和全局位线电阻器 r
gbl
。全局位线电阻器r
gbl
可以代表包括在全局位线gbl中的寄生电阻。 局部位线lbl可以包括局部位线选择晶体管ly和局部位线电阻器r
lbl
。局 部位线电阻器r
lbl
可以代表包括在局部位线lbl中的寄生电阻。
[0076]
全局字线gwl可以包括全局字线选择晶体管gx和全局字线电阻器 r
gwl
。全局字线电阻器r
gwl
可以代表包括在全局字线gwl中的寄生电阻。 局部字线lwl可以包括局部字线选择晶体管lx和局部字线电阻器r
lwl
。局 部字线电阻器r
lwl
可以代表包括在局部字线lwl中的寄生电阻。
[0077]
包括在存储器单元cell的电流路径中的路径电阻可以被表达为如式2 中所示。
[0078]
[式2]
[0079]
rpara＝r
gy_sw
+r
gbl
+r
ly_sw
+r
lbl
+r
lwl
+r
lx_sw
+r
gwl
+r
gx_sw
[0080]
在这种情况下，rpara代表路径电阻，r
gy_sw
代表全局位线选择晶体管 gy2的开关电阻，r
ly_sw
代表局部位线选择晶体管ly的开关电阻，r
lx_sw
代表局部字线选择晶体管lx的开关电阻，r
gx_sw
代表全局字线选择晶体管 gx的开关电阻。
[0081]
图10是用于描述根据示例实施例的图9的存储器装置400的编程操作的 图。参照图9和图10，可以(在“导通时段”之前)将被选字线wl预充电 至第一电压电平(例示为比0v低)，可以将被选位线bl预充电至第二电压 电平(例示为0v)。结果，可以在导通时段期间在被选存储器单元cell的 相对端供应比阈值电压高的第一电压δv1。当在被选存储器单元
cell两端 供应比第一阈值电压高的第一电压δv1时，可以使被选存储器单元cell导 通。例如，第一阈值电压可以表示在被选存储器单元cell导通时的电压。
[0082]
当被选存储器单元cell导通时，为了防止导通的被选存储器单元cell 截止，存储器装置400可以将保持电流ihold供应到被选存储器单元cell。 保持电流ihold可以指避免被选存储器单元cell截止所需要的最小电流。为 了将保持电流ihold供应到被选存储器单元cell，存储器装置400可以使第 一开关sw1闭合，以将第一电流源cs1连接到被选字线wl。
[0083]
当第一开关sw1闭合时，第三nmos晶体管nm3和以二极管形式连接 的第一nmos晶体管nm1可以形成电流镜。通过电流镜，与第一偏置电流 ibias1对应的保持电流ihold可以在被选存储器单元cell中流动(icell＝ihold)。
[0084]
在导通时段之后的“编程时段”中，存储器装置400可以将编程电流ipgm 供应到被选存储器单元cell。编程电流ipgm的幅值可以比保持电流ihold 的幅值高。为了供应具有比保持电流ihold的幅值高的幅值的编程电流ipgm， 存储器装置400将被选字线wl预充电至第三电压电平(例示为比第一电压 电平低)，并且将被选位线bl预充电至例如比前一电平高的第四电压电平。 结果，可以在编程时段期间在被选存储器单元cell的相对端供应比第一电 压δv1高的第二电压δv2。存储器装置400可以通过断开第一开关sw1并 闭合第二开关sw2来将第二电流源cs2连接到被选字线wl。
[0085]
当第二开关sw2闭合时，第三nmos晶体管nm3和以二极管形式连接 的第二nmos晶体管nm2可以形成电流镜。通过电流镜，与第二偏置电流 ibias2对应的编程电流ipgm可以在存储器单元cell中流动(icell＝ipgm)。
[0086]
图11是示出在根据示例实施例的存储器装置的编程操作中存储器单元 的电压-电流图的曲线图。
[0087]
参照图10和图11，由于在导通时段期间将第一电压δv1供应到被选字 线wl和被选位线bl，因此在被选存储器单元两端的电压可以增大到阈值电 压vth。因此，可以使被选存储器单元导通。
[0088]
保持电流ihold可以被供应到被选存储器单元，以防止在被选存储器单 元导通之后被选存储器单元截止。因此，在被选存储器单元两端的电压可以 为保持电压vhold。
[0089]
同时，存储器单元的电压-电流图可以根据如下情况而变化：被选存储器 单元的电阻为低电阻(a)、中间电阻(b)还是高电阻(c)。存储器单元的电 压-电流图中的斜率可以与存储器单元的电阻rdyn的倒数对应。
[0090]
当在导通时段之后的编程时段期间将编程电流ipgm供应到被选存储器 单元时，在被选存储器单元两端的电压可以根据被选存储器单元的电阻而变 化。例如，当被选存储器单元的电阻为低电阻(a)时，在被选存储器单元两 端的电压可以是第一电压。当被选存储器单元的电阻为中间电阻(b)时，在 被选存储器单元两端的电压可以是第二电压。当被选存储器单元的电阻为高 电阻(c)时，在被选存储器单元两端的电压可以是第三电压。第二电压可以 比第一电压高且比第三电压低。
[0091]
例如，当编程电流ipgm被供应到被选存储器单元时，在被选存储器单 元两端的电压会随着被选存储器单元的电阻增大而增大。因此，当将编程电 流ipgm供应到被选存储器单元时，随着被选存储器单元的电阻增大，会在被 选存储器单元中产生过量的热。
[0092]
根据本公开的实施例，当存储器装置对被选存储器单元进行编程时，可 以根据被
选存储器单元的电阻而不同地确定编程电流。例如，被选存储器单 元的电阻较低可以使编程电流的幅值增大，被选存储器单元的电阻较高可以 使编程电流的幅值减小。因此，存储器装置可以在编程操作期间根据被选存 储器单元的电阻来补偿编程特性的改变。
[0093]
图12是根据本发明构思的实施例的存储器装置500的电路图。存储器装 置500可以包括路径开关psw、调压器rg、选择开关ssw、存储器单元cell、 路径电阻器rpara、采样电路sc和偏置电流电路bc。调压器rg、采样电路 sc和偏置电流电路bc可以被包括在编程电路中。
[0094]
路径开关psw可以基于选择信号pphase而选择性地形成用于将电源电压 vpp供应到全局位线的电路径。
[0095]
调压器rg可以接收采样电压vsample。调压器rg可以将采样电压vsample稳定地供应到连接于调压器rg的存储器单元cell。采样电压 vsample可以是用于补偿存储器单元cell的位置的电压。因此，采样电压 vsample可以是基于存储器单元的电流路径确定的电压。
[0096]
例如，具有远端定位的长电流路径的存储器单元与具有近端定位的短电 流路径的存储器单元相比具有较高的路径电阻，因此采样电压vsample可以 相对大。相反地，具有近端定位的电流路径的存储器单元与具有远端定位的 电流路径的存储器单元相比具有较低的路径电阻，因此采样电压vsample可 以相对小。
[0097]
调压器rg可以包括放大器和第一nmos晶体管nm1。
[0098]
选择开关ssw可以选择性地形成用于通过调压器rg将采样电压 vsample供应到存储器单元cell的电路径。
[0099]
路径电阻器rpara可以指存储器单元的参照式2描述的路径电阻。
[0100]
采样电路sc可以包括第一开关sw1至第四开关sw4、以二极管形式连 接的第二nmos晶体管nm2、第三nmos晶体管nm3以及电容器c。当选 择开关ssw闭合时，采样电压vsample可以被供应到存储器单元cell，并 且采样电流isample可以流过存储器单元cell。此时，当第一开关sw1和 第二开关sw2闭合时，电容器c可以利用流过存储器单元cell的采样电流 isample进行充电。
[0101]
采样电流isample可以被表达为如以下式3中所示。
[0102]
[式3]
[0103][0104]
在这种情况下，vsample可以是基于存储器单元的位置确定的采样电压， vhold可以是在存储器单元两端的保持电压，rpara可以是路径电阻，rdyn 可以代表存储器单元的电阻。
[0105]
保持电压vhold可以根据存储器单元的特性而具有固定值。同时，尽管 路径电阻器rpara取决于存储器单元的位置，但采样电压vsample是基于存 储器单元的位置确定的电压，因而采样电流isample可以具有以其补偿存储器 单元的位置的值。因此，采样电流isample可以是根据存储器单元的电阻rdyn 而变化的值。
[0106]
例如，当存储器单元的电阻rdyn较高时，采样电流isample可以相对地 减小。当存储器单元的电阻rdyn较低时，采样电流isample可以相对地增大。 例如，存储器单元的电阻
rdyn可以通过检测采样电流isample来采样。
[0107]
当选择开关ssw断开并且路径开关psw闭合时，电源电压vpp可以被 供应到存储器单元cell。此时，当第一开关sw1和第二开关sw2断开并 且第三开关sw3和第四开关sw4闭合时，存储在电容器c中的电荷可以被 释放。因此，可以产生与采样电流isample对应的附加编程电流ib。因此， 附加编程电流ib可以是其大小根据存储器单元的电阻rdyn被调整的电流。
[0108]
偏置电流电路bc可以包括第五开关sw5、电流镜cm和电流源cs。 电流镜cm可以包括第四nmos晶体管nm4和以二极管形式连接的第五 nmos晶体管nm5。当第五开关sw5在电源电压vpp被供应到存储器单元 cell时闭合时，电流源cs可以连接到被选字线。与偏置电流ibias对应的 初始编程电流ia可以由电流镜cm产生。
[0109]
因此，当电源电压vpp被供应到存储器单元时，在存储器单元中流动的 最终编程电流icell可以对应于初始编程电流ia与附加编程电流ib之和 (icell＝ia+ib)。通过将根据存储器单元的电阻rdyn缩放的附加编程电流ib 与初始编程电流ia相加，存储器装置在编程操作期间根据存储器单元的电阻 rdyn改变编程特性，以补偿存储器单元的位置。
[0110]
此外，因为采样电流isample具有以其补偿存储器单元的位置的值，所 以存储器装置可以在编程操作期间根据存储器单元cell的电流路径来补偿 编程特性的改变。
[0111]
在下文中，将参照图13至图15更详细地描述根据本发明构思的实施例 的存储器装置的操作。
[0112]
图13至图15是用于描述根据示例实施例的存储器装置的编程操作的图。 根据本公开的实施例的存储器装置可以按照划分为采样时段和编程时段进行 操作。图13和图14是用于描述存储器装置的在采样时段中的操作的图，图 15是用于描述存储器装置的在编程时段中的操作的图。
[0113]
参照图13和图14，当存储器装置600a在采样时段中操作时，选择开关 ssw、第一开关sw1和第二开关sw2可以闭合。在这种情况下，可以将基于 存储器单元cell的位置确定的采样电压vsample供应到存储器单元cell。 当将采样电压vsample供应到存储器单元cell时，其大小根据存储器单元 的电阻rdyn被调整的采样电流isample可以在存储器单元cell中流动(icell＝isample)。
[0114]
例如，当存储器单元的电阻为低电阻a时，第一采样电流isample_a可以 在存储器单元cell中流动。当存储器单元的电阻为中间电阻b时，第二采 样电流isample_b可以在存储器单元cell中流动。当存储器单元的电阻为高 电阻c时，第三采样电流isample_c可以在存储器单元cell中流动。第二采 样电流isample_b的幅值可以比第一采样电流isample_a的幅值低并且比第三 采样电流isample_c的幅值高。
[0115]
可以利用采样电流isample对电容器c充电。可以通过检测被采样电流 isample充电的电容器c的电荷量对存储器单元的电阻rdyn进行采样。
[0116]
参照图15，当存储器装置600b在采样时段之后在编程时段中操作时， 可以断开选择开关ssw，并且可以闭合路径开关psw。在这种情况下，可以 将电源电压vpp供应到存储器单元cell。此外，可以断开第一开关sw1和 第二开关sw2，并且可以闭合第三开关sw3至第五开关sw5。
[0117]
采样电路sc可以通过释放充入电容器c中的电荷来产生附加编程电流 ib。偏置电
流电路bc可以产生与偏置电流ibias对应的初始编程电流ia。
[0118]
因此，当存储器装置600b在编程时段中操作时，在存储器单元cell 中流动的最终编程电流icell可以对应于初始编程电流ia与附加编程电流ib 之和(icell＝ia+ib)。
[0119]
因为最终编程电流icell是其大小根据存储器单元的电阻rdyn被调整的 电流，所以存储器装置600b可以在编程操作期间根据存储器单元的电阻rdyn 来补偿编程特性的改变。
[0120]
另外，因为最终编程电流icell是考虑到存储器单元cell的电流路径而 确定的电流，所以存储器装置600b可以在编程操作期间根据存储器单元的电 流路径来补偿编程特性的改变。
[0121]
图16a至图16c是用于描述根据示例实施例的存储器装置的编程操作的 图。
[0122]
参照图16a，可以将被选字线wl预充电至第一电压电平，可以将被选 位线bl预充电至第二电压电平。结果，可以在采样时段的第一时段d1中在 被选存储器单元cell的相对端供应比阈值电压高的第三电压δv3。当在被 选存储器单元cell两端供应比阈值电压高的第三电压δv3时，可以使被选 存储器单元cell导通。例如，阈值电压可以表示在被选存储器单元cell 导通时的电压。
[0123]
当被选存储器单元cell导通时，可以在采样时段的第二时段d2中将 采样电压vsample供应到存储器单元cell。采样电压vsample可以比第三 电压δv3低。通过采样电压vsample，其大小根据存储器单元的电阻rdyn 被调整的第一采样电流isample1可以在被选存储器单元cell中流动。例如， 第一采样电流isample1可以是当存储器单元的电阻rdyn为高时流过存储器 单元的电流。
[0124]
在采样时段之后的编程时段中，可以将电源电压vpp供应到存储器单元。 通过电源电压vpp，可以在被选存储器单元cell的相对端供应比第三电压 δv3高的第四电压δv4。采样电压vsample可以比第四电压δv4低。
[0125]
同时，存储器装置可以在编程时段中产生与第一采样电流isample1对应 的附加编程电流。附加编程电流可以是其大小根据存储器单元的电阻rdyn 被调整的电流。此外，存储器装置可以连接用于在编程时段期间将偏置电流 供应到被选字线的电流源。与偏置电流对应的初始编程电流可以由电流镜产 生。
[0126]
在编程时段中，在存储器单元中流动的第一最终编程电流ipgm1可以对 应于附加编程电流与初始编程电流一起的和。
[0127]
将基于与图16a相比较的不同之处来描述图16b和图16c。参照图16b， 在采样时段中，第二采样电流isample2可以是当存储器单元的电阻rdyn为 中间电阻时流过存储器单元的电流。存储器装置可以产生与第二采样电流 isample2对应的附加编程电流。第二采样电流isample2的幅值可以比第一采 样电流isample1的幅值高。
[0128]
在采样时段之后的编程时段中，附加编程电流可以在流动于存储器单元 中的第二最终编程电流ipgm2中与初始编程电流一起流动。第二最终编程电 流ipgm2的幅值可以比第一最终编程电流ipgm1的幅值高。
[0129]
参照图16c，在采样时段中，第三采样电流isample3可以是当存储器单 元的电阻rdyn为低时在存储器单元中流动的电流。存储器装置可以产生与第 三采样电流isample3对应的附加编程电流。第三采样电流isample3的幅值可 以比第一采样电流isample1的幅
值和第二采样电流isample2的幅值高。
[0130]
在采样时段之后的编程时段中，附加编程电流可以在流动于存储器单元 中的第三最终编程电流ipgm3中与初始编程电流一起流动。第三最终编程电 流ipgm3的幅值可以比第一最终编程电流ipgm1的幅值和第二最终编程电流 ipgm2的幅值高。
[0131]
图17a示出了根据示例实施例的基于存储器单元的电阻的焦耳热。在图 17a中，rdyn_typ是确定(动态的)电阻rdyn的类型的参考电压。本发明 构思的示例实施例的存储器装置可以随着存储器单元的电阻rdyn越低而使 编程电流增大，并且随着存储器单元的电阻rdyn越高而使编程电流减小。
[0132]
如图17a中所示，因为编程电流随着存储器单元的电阻rdyn越低而增 大，所以可以在存储器单元中产生足够的焦耳热。相反地，存储器单元的电 阻rdyn越高，编程电流减小得越多，从而防止在存储器单元中产生过量的焦 耳热。
[0133]
图17b示出了根据示例实施例的根据存储器单元的电阻的存储器单元的 分布。基于中间电阻rdyn2，在具有比中间电阻rdyn2低的电阻rdyn1的存 储器单元(区域“a”)中可以产生足够的焦耳热，使得分布的区域“a”可以 向右移动。因此，可以正常地执行编程操作。相反，可以防止在具有比中间 电阻rdyn2高的电阻rdyn3的存储器单元(区域“b”)中产生过量的焦耳热， 使得分布的区域“b”可以向左移动。因此，可以改善存储器单元的持久性/ 耐久性。总的来说，存在使存储器单元的分布变窄的效果。
[0134]
图18是示出存储器装置的示例的图，图19是示出根据本公开的实施例 的存储器装置的操作的流程图。
[0135]
参照图18和图19，当对被选字线和被选位线预充电时，可以在被选存 储器单元cell两端供应比阈值电压高的电压。当在被选存储器单元cell 两端供应比阈值电压高的电压时，可以使被选存储器单元cell导通(s110)。
[0136]
当存储器装置700在采样时段中操作时，可以闭合选择开关ssw、第一 开关sw1和第二开关sw2。在这种情况下，调压器rg可以将基于存储器单 元的位置确定的采样电压vsample供应到存储器单元cell。
[0137]
当采样电压vsample被供应到存储器单元cell时，其大小根据存储器 单元的电阻rdyn被调整的采样电流isample可以流过存储器单元cell。可 以利用采样电流isample对电容器c充电。可以通过检测采样电流isample对 存储器单元的电阻rdyn进行采样(s120)。
[0138]
当在采样时段之后的编程时段中断开选择开关ssw并且闭合路径开关 psw时，可以将电源电压vpp供应到存储器单元。在这种情况下，可以断开 第一开关sw1和第二开关sw2，并且可以闭合第三开关sw3至第五开关 sw5。
[0139]
采样电路sc可以通过释放充入电容器c中的电荷来产生附加编程电流。 偏置电流电路bc可以产生与偏置电流ibias对应的初始编程电流。因此，在 编程时段中，存储器装置可以通过将基于采样电流isample确定的附加编程电 流与初始编程电流相加来确定最终编程电流(icell＝ipgm)。存储器装置可以 将最终编程电流供应到被选存储器单元(s130)。
[0140]
图20是示意性地示出包括根据示例实施例的存储器装置的电子装置的 框图。
[0141]
根据图20中示出的示例实施例的计算机设备1000可以包括显示器1010、 输入/输出单元1020、存储器1030、处理器1040、端口1050等。此外，计算 机设备1000还可以包括有
线/无线通信装置、电源装置等。在图20中示出的 组件之中，端口1050可以是针对计算机设备1000与视频卡、声卡、存储器 卡、usb装置等通信而提供的装置。除了普通台式计算机或膝上型计算机之 外，计算机设备1000还可以是涵盖智能电话、平板pc、智能可穿戴装置等 的设备。
[0142]
处理器1040可以执行特定操作、指令、任务等。处理器1040可以是中 央处理单元(cpu)或微处理器单元(mcu)、片上系统(soc)等，并且可 以通过总线1060与连接到端口1050的其他装置以及显示器1010、输入/输出 单元1020和存储器1030通信。
[0143]
存储器1030可以是存储计算机设备1000的操作所需要的数据、多媒体 数据等的存储介质。存储器1030的示例包括诸如随机存取存储器(ram) 的易失性存储器或诸如闪存的非易失性存储器等。存储器1030的其他示例包 括固态驱动器(ssd)、硬盘驱动器(hdd)和光学驱动器(odd)中的至少 一种作为存储装置。输入/输出单元1020可以包括为用户提供的诸如键盘、 鼠标和触摸屏的输入装置以及诸如显示器、音频输出单元等的输出装置。
[0144]
存储器1030可以包括通过利用相变材料的电阻改变来写入/删除和读取 数据的相变存储器装置。在图20中示出的示例实施例中，存储器1030可以 包括根据以上参照图1至图19描述的各种实施例的存储器装置。
[0145]
如以上所阐述的，根据示例实施例，当存储器装置对被选存储器单元进 行编程时，可以根据被选存储器单元的电阻不同地确定编程电流的幅值。因 此，存储器装置具有在编程操作期间根据被选存储器单元的电阻来补偿编程 特性的改变的效果。
[0146]
另外，当存储器装置确定编程电流时，存储器装置可以考虑被选存储器 单元的位置。因此，存储器装置具有在编程操作期间根据被选存储器单元的 位置来补偿编程特性的改变的效果。
[0147]
尽管以上已经示出和描述了示例实施例，但对本领域技术人员而言将明 显的是，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明构思的范围的情况下，可 以做出修改和变化。