專利名稱：一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于CeRAM的 TMO材料行為模型。
技術(shù)背景過渡金屬氧化物TMO (transition-metal oxides),例如NiO (氧化鎳)等，是 最近幾年新開發(fā)的一類材料。從宏觀上來看，在外界電壓變化下，TMO材料的電 阻表現(xiàn)出由低阻向高阻或是由高阻向低阻轉(zhuǎn)化的特性，亦即具有"開""關(guān)"兩 種狀態(tài)。如附圖1所示，以O(shè)N表示"開"，即低阻狀態(tài)，以O(shè)FF表示"關(guān)"，即 高阻狀態(tài)。兩個(gè)狀態(tài)的電流大小差異一般在100倍左右。假設(shè)TMO電阻最開始 處于OFF狀態(tài)，隨著電壓的升高，流過TMO電阻的電流將沿曲線段④上升，經(jīng) 過曲線段③后，當(dāng)外界電壓大于vset (設(shè)置電壓)值時(shí)，電流將沿曲線段⑤突變 到曲線段⑥，即進(jìn)入ON狀態(tài)。此后，如果電壓繼續(xù)上升，則TMO電阻保持在 ON狀態(tài)，電流沿曲線段⑥上升；如果電壓下降，則TMO電阻保持在ON狀態(tài)， 電流從曲線段⑥經(jīng)過虛線段到達(dá)曲線段①，并按此曲線變化。當(dāng)TMO電阻處于 ON狀態(tài)時(shí)，如果從O開始施加電壓，隨著電壓的升高，流過TMO電阻的電流將 沿曲線段①上升，當(dāng)外界電壓大于vreset (重置電壓)值時(shí)，電流將沿曲線段② 突變到曲線段③，TMO電阻從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)化為OFF狀態(tài)。此后，隨著電壓的升高， 流過TMO電阻的電流將沿曲線段③上升，當(dāng)外界電壓大于vset (設(shè)置電壓)值 時(shí)，電流將沿曲線段⑤突變到曲線段⑥，即進(jìn)入ON狀態(tài)。如果在曲線段③時(shí)， 外界電壓沒有超過vset (設(shè)置電壓)時(shí)便下降，則TMO電阻保持在OFF狀態(tài)，沿曲線段③進(jìn)入曲線段④并沿曲線段④繼續(xù)下降，這個(gè)過程和vreset (重置電壓) 值無關(guān)。應(yīng)用此種電阻材料可以制造出新型存儲(chǔ)器件或是新型邏輯器件等半導(dǎo)體集 成電路，例如CeRAM (阻性相關(guān)電子隨機(jī)存儲(chǔ)器)。然而此種材料屬于新型材料， 還沒有能提供給設(shè)計(jì)者用于描述元件電流—電壓特性的電學(xué)模型。本發(fā)明旨在填 補(bǔ)此處空白。. 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，為實(shí)現(xiàn)所述 目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，所述TMO材料行為模型有TE和 BE兩個(gè)節(jié)點(diǎn)， 一個(gè)描述TMO材料導(dǎo)通狀態(tài)下電阻行為的非線性電阻元件Ron連 接在TE和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)Sl之間； 一個(gè)描述TMO材料關(guān)斷狀態(tài)下電阻行為的非線性 電阻元件Roff連接在TE和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)S2之間； 一個(gè)選通Ron的電壓控制開關(guān)Gsl 連接在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)Sl和BE之間，其控制電壓輸入點(diǎn)為CS1; —個(gè)選通Roff的控制 開關(guān)Gs2連接在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)S2和BE之間，其控制電壓輸入點(diǎn)為CS2;控制電壓源 Ecsl連接在CSl上；控制電壓源Ecs2連接在CS2上； 一個(gè)信號(hào)隔離電壓源Es印 的輸入端連接到TE和BE，輸出端為in+和in-。所述控制電壓源Ecsl作為控制開關(guān)Gsl的控制信號(hào)電壓，其電壓輸出由如下 的表達(dá)式?jīng)Q定V(Ecsl)二 2.5 X Rs X abs{ sgn[ V(in+,in-)-vreset ]+sgn[ V(in+,in-)-vset ]}其中，初始電阻狀態(tài)Rs是描述TMO材料初始狀態(tài)的參數(shù)，重置電壓vreset 和設(shè)置電壓vset是描述TMO材料行為的參數(shù)。所述控制電壓源Ecs2作為控制開關(guān)Gs2的控制信號(hào)電壓，其電壓輸出由如下—V(Ecsl)。所述信號(hào)隔離電壓源Es印是壓控電壓源，用于隔離輸入電壓和作為內(nèi)部控 制信號(hào)的電壓，其控制輸入為TE和BE兩端的電壓V(TE,BE)，其輸出為V(in+,in-)= V(TE,BE)，該電壓是控制電壓源Ecsl和Ecs2的控制信號(hào)。本發(fā)明可以良好的模擬TMO材料的電學(xué)行為，并可以方便的應(yīng)用在電路仿 真工具中，仿真速度快，收斂性好。同時(shí)本發(fā)明應(yīng)用了新型的TMO材料和CeRAM 單元，在國內(nèi)外均屬于新穎且空白的領(lǐng)域，有利于占據(jù)前沿技術(shù)中的領(lǐng)先地位。


圖l是TMO材料的龜流一電壓行為曲線； 圖2是TMO電阻行為模型等效電路。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，下面結(jié)合附圖對(duì)本 發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖2是TMO電阻行為模型等效電路，該模型包括兩條支路，分別是代表ON 狀態(tài)的Ron電阻支路和代表OFF狀態(tài)的Roff電阻支路，這兩條支路分別用壓控開 關(guān)Gsl和壓控開關(guān)Gs2選通。當(dāng)開關(guān)的控制電壓為5V時(shí)開關(guān)合上，相應(yīng)分支導(dǎo) 通；當(dāng)開關(guān)控制電壓為OV時(shí)開關(guān)斷開，相應(yīng)分支斷開。Ron電阻描述了ON狀態(tài) 下TMO材料的電流一電壓行為，Roff電阻描述了 OFF狀態(tài)下TMO材料的電流一 電壓行為。任何時(shí)候Gsl和Gs2當(dāng)中有且只有一個(gè)是合上的，不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)合上 或同時(shí)斷開的情況，控制電壓源Ecs2的表達(dá)式保證了這一點(diǎn)，即V(Ecs2)=5_ V(Ecsl)，當(dāng)V(Ecsl)二O時(shí)，V(Ecs2) = 5;當(dāng)V(Ecsl) = 5時(shí)，V(Ecs2) = 0控制電壓源ECSl電壓輸出由如下的表達(dá)式?jīng)Q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)，我們?nèi)菀字廊缟系谋磉_(dá)式將控制開關(guān)Gsl在輸入 電壓大于vreset且小于vset時(shí)關(guān)閉，也就是將Ron支路關(guān)斷，Roff支路導(dǎo)通。同 時(shí)如果初始狀態(tài)是OFF(即Rs=0)， Gsl也是關(guān)斷的。如果輸入電壓是小于vreset 或大于vset，且初始狀態(tài)是ON (即Rs = l)，則控制電壓源Ecsl使Gsl合上，Ron支路導(dǎo)通。以上實(shí)施例是供理解本發(fā)明之用，并非是對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)領(lǐng)域的技術(shù) 人員，在權(quán)力要求所述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還可以作出多種變化或變形，所有等 同的變化或變行都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，其特征在于，所述模型有TE和BE兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)描述TMO材料導(dǎo)通狀態(tài)下電阻行為的非線性電阻元件Ron連接在TE和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)S1之間；一個(gè)描述TMO材料關(guān)斷狀態(tài)下電阻行為的非線性電阻元件Roff連接在TE和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)S2之間；一個(gè)選通Ron的電壓控制開關(guān)Gs1連接在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)S1和BE之間，其控制電壓輸入點(diǎn)為CS1；一個(gè)選通Roff的控制開關(guān)Gs2連接在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)S2和BE之間，其控制電壓輸入點(diǎn)為CS2；控制電壓源Ecs1連接在CS1上；控制電壓源Ecs2連接在CS2上；一個(gè)信號(hào)隔離電壓源Esep的輸入端連接到TE和BE，輸出端為in+和in-。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，其特 征在于，所述控制電壓源Ecsl作為控制開關(guān)Gsl的控制信號(hào)電壓，其電壓輸出由 如下的表達(dá)式?jīng)Q定.-V(Ecsl)二 2.5 X Rs X abs{ sgn[ V(in+,in-)-vreset ]+sgn[ V(in+,in-卜vset ]} 其中，初始電阻狀態(tài)Rs是描述TMO材料初始狀態(tài)的參數(shù)，重置電壓vreset 和設(shè)置電壓vset是描述TMO材料行為的參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，其特 征在于，所述控制電壓源Ecs2作為控制開關(guān)Gs2的控制信號(hào)電壓，其電壓輸出由 如下的表達(dá)式?jīng)Q定V(Ecs2)=5—V(Ecsl)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，其特 征在于，所述信號(hào)隔離電壓源Esep是壓控電壓源，用于隔離輸入電壓和作為內(nèi) 部控制信號(hào)的電壓，其控制輸入為TE和BE兩端的電壓V(TE,BE)，其輸出為 V(in+,in-)= V(TE,BE)，該電壓是控制電壓源Ecsl和Ecs2的控制信號(hào)。 全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于CeRAM的TMO材料行為模型，屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)和制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明用于描述TMO材料在不同電壓下表現(xiàn)的電阻行為特性，可以用于電路設(shè)計(jì)與仿真的工具軟件。本發(fā)明可以良好的模擬TMO材料的電學(xué)行為，并可以方便的應(yīng)用在電路仿真工具中，仿真速度快，收斂性好。同時(shí)本發(fā)明應(yīng)用了新型的TMO材料和CeRAM單元，在國內(nèi)外均屬于新穎且空白的領(lǐng)域，有利于占據(jù)前沿技術(shù)中的領(lǐng)先地位。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101329701SQ200810116350
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者任天令, 王林凱, 章英杰, 澤 賈, 陳弘毅 申請人:清華大學(xué)