阻变存储单元、阻变存储阵列的操作方法和装置

本发明涉及半导体器件及集成电路，尤其涉及一种阻变存储单元、阻变存储阵列的操作方法和装置。

背景技术：

1、阻变存储器(rram，resistance random access memory)的原理是利用某些薄膜材料在外界电激励的作用下出现不同的电阻状态(或电导值)从而实现数据的存储。一方面，rram易于实现三维立体集成和多值存储，有利于提高集成密度，因此，在半导体器件尺寸越来越小的发展趋势下，rram逐步成为关注的焦点；另一方面，以往的数据处理都是基于结构化数据的处理过程，即存储的数据都是具有高度组织、整齐格式化的数据，例如0、1存储，随着人工神经网络的发展，需要对大量非结构化数据的实时处理，尤其是针对视觉、语音等实时非结构化数据的在线处理，另外，人工神经网络在训练中的权重更新过程可利用rram的电导连续可调来实现，因此，阻变存储器因其具有编程能耗低、电导可连续调节的优点，适用于大量非结构化数据的存储，有利于深度神经网络在非结构化数据处理上的高效应用。

2、在目前利用rram编程的过程中，可采用电脉冲扫描的方式对rram进行编程，已有的编程方案基本可分为两类：持续施加多个参数相同的脉冲或施加多个参数不同的脉冲；前者通过一系列脉冲和读操作，可将rram器件的电导精准调节至目标电导，但会造成时间延迟和能量损耗；后者通过改变脉宽和幅值缓解rram的v-i特性曲线所表现出的非线性和非对称性，降低了编程所需脉冲数，但由于rram导电细丝形成和断裂的随机性，导致任意电导之间转换存在较大误差，仍然需要通过写验证提高编程精度，不仅给外围电路的设计带来额外的负担，也造成了时延和能量损耗。

3、可见，针对rram的编程方案导致rram在数据读写上时间延迟长，或读写不准确，编程所需要的能量损耗高，由此可知，现有针对rram的编程效率不够高。

技术实现思路

1、本发明提供一种阻变存储单元、阻变存储阵列的操作方法和装置，用以解决现有技术中针对rram的编程方案需要持续施加多个参数相同的脉冲或施加多个参数不同的脉冲导致编程时延长、读写不准确的缺陷，提高rram的编程效率。

2、本发明提供一种阻变存储单元的操作方法，包括：

3、读取阻变存储单元的当前电导；

4、根据目标电导与所述当前电导之间的变化量，得到所述变化量符合预设对应关系的脉冲宽度；其中，所述预设对应关系为关于电导变量与编程脉冲宽度变量之间的关系；

5、按照所述脉冲宽度对所述阻变存储单元施加编程脉冲，以使所述阻变存储单元的当前电导调整至所述目标电导。

6、根据本发明提供的一种阻变存储单元的操作方法，所述预设对应关系是按照如下步骤得到的，包括：

7、获取所述阻变存储单元的电导变化观测数据集；

8、针对所述电导变化观测数据集进行曲线拟合，得到关于所述阻变存储单元的电导变量与编程脉冲宽度变量之间的所述预设对应关系。

9、根据本发明提供的一种阻变存储单元的操作方法，所述按照所述脉冲宽度对所述阻变存储单元施加编程脉冲，以使所述阻变存储单元的当前电导调整至所述目标电导，包括：

10、按照所述脉冲宽度对所述阻变存储单元的字线施加字线脉冲，对所述阻变存储单元的位线施加位线脉冲，对所述阻变存储单元的源线接地，完成对所述阻变存储单元的set操作。

11、根据本发明提供的一种阻变存储单元的操作方法，所述按照所述脉冲宽度对所述阻变存储单元施加编程脉冲，以使所述阻变存储单元的当前电导调整至所述目标电导，包括：

12、按照所述脉冲宽度对所述阻变存储单元的源线施加源线脉冲，对所述阻变存储单元的字线施加字线脉冲，对所述阻变存储单元的位线接地，完成对所述阻变存储单元的reset操作。

13、根据本发明提供的一种阻变存储单元的操作方法，所述读取阻变存储单元的当前电导，包括：

14、响应于编程请求指令，对所述阻变存储单元施加读取脉冲；

15、在读取脉冲作用下，检测所述阻变存储单元的实时电导；所述实时电导为所述当前电导。

16、本发明还提供一种阻变存储阵列的操作方法，所述阻变存储阵列包括按照行列顺序排布的多个阻变存储单元，所述方法包括：

17、针对所述阻变存储阵列的每一列中满足第一状态的阻变存储单元执行单脉冲set操作；其中，所述第一状态表示阻变存储单元的当前电导小于各自的目标电导；

18、在对所有列完成所述单脉冲set操作的情况下，对每一行中满足第二状态的阻变存储单元执行单脉冲reset操作，以完成对所述阻变存储阵列的并行编程操作；其中，所述第二状态表示阻变存储单元的当前电导大于各自的目标电导。

19、本发明还提供一种阻变存储阵列的操作方法，所述阻变存储阵列包括依序排布的多个阻变存储单元，所述方法包括：

20、针对所述阻变存储阵列的每一行中满足第二状态的阻变存储单元执行单脉冲reset操作；其中，所述第二状态表示阻变存储单元的当前电导大于各自的目标电导；

21、在对所有行完成所述单脉冲reset操作的情况下，对每一列中满足第一状态的阻变存储单元执行单脉冲set操作，以完成对所述阻变存储阵列的并行编程操作；其中，所述第二状态表示阻变存储单元的当前电导小于各自的目标电导。

22、本发明还提供一种阻变存储单元的操作装置，包括阻变存储单元和控制器，所述控制器中存储有计算机程序，所述控制器执行所述计算机程序时实现上述阻变存储单元的操作方法实施例中的各步骤。

23、本发明还提供一种阻变存储阵列的操作装置，包括阻变存储阵列和控制器，所述阻变存储阵列包括依序排布的多个阻变存储单元，所述控制器中存储有计算机程序，所述控制器执行所述计算机程序时实现上述阻变存储阵列的操作方法实施例中的各步骤。

24、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述阻变存储单元的操作方法或阻变存储阵列的操作方法。

25、本发明提供的阻变存储单元、阻变存储阵列的操作方法和装置，通过预先设定电导变量与脉冲宽度之间的对应关系，根据阻变存储单元的当前电导与希望达到的目标电导之间的大小关系，在上述预先设定的对应关系上寻找与该大小关系对应的脉冲宽度，按照该脉冲宽度对阻变存储单元施加编程脉冲，实现对阻变存储单元的编程。相对于传统的持续施加多个参数相同的脉冲或时间多个参数不同的脉冲来对阻变存储单元进行编程操作的技术方案，本发明所提出的方法仅需要施加一次脉冲(即单脉冲)操作即可实现对阻变存储单元的编程，从而在确保编程精度的同时，极大地提高编程速度，提高了阻变存储单元的编程效率。

技术特征：

1.一种阻变存储单元的操作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的阻变存储单元的操作方法，其特征在于，所述预设对应关系是按照如下步骤得到的，包括：

3.根据权利要求1所述的阻变存储单元的操作方法，其特征在于，所述按照所述脉冲宽度对所述阻变存储单元施加编程脉冲，以使所述阻变存储单元的当前电导调整至所述目标电导，包括：

4.根据权利要求1所述的阻变存储单元的操作方法，其特征在于，所述按照所述脉冲宽度对所述阻变存储单元施加编程脉冲，以使所述阻变存储单元的当前电导调整至所述目标电导，包括：

5.根据权利要求1所述的阻变存储单元的操作方法，其特征在于，所述读取阻变存储单元的当前电导，包括：

6.根据权利要求1至5任一项所述的阻变存储单元的操作方法，其特征在于，所述预设对应关系包括所述阻变存储单元的电导增强特性变化关系和电导抑制特性变化关系。

7.一种阻变存储阵列的操作方法，其特征在于，所述阻变存储阵列包括按照行列顺序排布的多个阻变存储单元，所述方法包括：

8.一种阻变存储阵列的操作方法，其特征在于，所述阻变存储阵列包括依序排布的多个阻变存储单元，所述方法包括：

9.一种阻变存储单元的操作装置，包括阻变存储单元和控制器，其特征在于，所述控制器中存储有计算机程序，所述控制器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述的阻变存储单元的操作方法的步骤。

10.一种阻变存储阵列的操作装置，包括阻变存储阵列和控制器，所述阻变存储阵列包括依序排布的多个阻变存储单元，其特征在于，所述控制器中存储有计算机程序，所述控制器执行所述计算机程序时实现权利要求7至8任一项所述的阻变存储阵列的操作方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种阻变存储单元、阻变存储阵列的操作方法和装置，通过读取阻变存储单元的当前电导；根据目标电导与当前电导之间的变化量，得到变化量符合预设对应关系的脉冲宽度；其中，预设对应关系为关于电导变量与编程脉冲宽度变量之间的关系；按照脉冲宽度对阻变存储单元施加编程脉冲，以使阻变存储单元的当前电导调整至目标电导。相对于传统的持续施加多个参数相同的脉冲或时间多个参数不同的脉冲来对阻变存储单元进行编程操作的技术方案，本发明所提出的方法仅需要施加一次脉冲操作即可实现对阻变存储单元的编程，从而在确保编程精度的同时，极大地提高编程速度，提高了阻变存储单元的编程效率。

技术研发人员：刘力锋,褚光远,韩德栋,张兴
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13