專利名稱：電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電阻存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體涉及一種電阻存儲(chǔ)器的激活操 作方法。
背景技術(shù)：
由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，不揮發(fā)存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)器市
場(chǎng)中的份額越來(lái)越大，其中90%以上的份額被FLASH占據(jù)。但是由于 串?dāng)_(cross talk)、以及隧穿層不能隨技術(shù)代發(fā)展無(wú)限制減薄、與 嵌入式系統(tǒng)集成等FLASH發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，迫使人們尋找性能更為優(yōu) 越的新型不揮發(fā)存儲(chǔ)器。最近，電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器(Resistive Random Access Memory,簡(jiǎn)稱為電阻存儲(chǔ)器)因?yàn)槠涓呙芏?、低成本、有?強(qiáng)的隨技術(shù)代發(fā)展能力等特點(diǎn)引起高度關(guān)注。電阻存儲(chǔ)器利用存儲(chǔ)介 質(zhì)的電阻在電信號(hào)作用下，在高阻和低阻間可逆轉(zhuǎn)換的特性來(lái)存儲(chǔ)信 號(hào)，存儲(chǔ)介質(zhì)可以有很多種，主要使用的材料有多元氧化物(如 SrZr03、 PbZrTi03、 Pr卜xCaxMn03)、 二元金屬氧化物材料。當(dāng)前電 阻存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)通過(guò)濺射、金屬熱氧化等方法制備完畢以后，存 儲(chǔ)介質(zhì)的電阻狀態(tài)為高組態(tài)，也即電阻存儲(chǔ)器的初始高祖態(tài)。
圖1所示為電阻存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)的I一V特性曲線的示意圖。 如圖1所示，曲線100表示初始高阻態(tài)的電阻存儲(chǔ)介質(zhì)的激活操作的 I-V曲線，電壓掃描方向如箭頭所示，當(dāng)電壓從0開(kāi)始向正向逐漸增 大到Vp時(shí)，電流會(huì)突然迅速增大達(dá)到鉗制電流值(也即限制電流值) I，，表明存儲(chǔ)介質(zhì)從初始高阻態(tài)突變成低阻態(tài)；我們定義此電阻轉(zhuǎn)
換過(guò)程為激活操作(Forming)過(guò)程，VF定義為該存儲(chǔ)介質(zhì)的激活電 壓(FormingVoltage);通過(guò)激活操作以后，所述電阻介質(zhì)具有存儲(chǔ) 特性。曲線101表示存儲(chǔ)介質(zhì)在激活操作以后的復(fù)位操作的I-V曲線， 當(dāng)電壓由0向負(fù)向逐漸增大到V,t時(shí)，電流達(dá)到最大值，此后電流 會(huì)突然迅速減小，表明存儲(chǔ)電阻從低阻態(tài)突變成高阻態(tài)；存儲(chǔ)介質(zhì)從 低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程稱之為復(fù)位操作(Reset), V^et為復(fù)位電 壓。曲線102表示存儲(chǔ)介質(zhì)在復(fù)位操作以后的置位操作的I-V曲線， 當(dāng)電壓由0向正向逐漸增大到Vsn時(shí)，電流會(huì)突然迅速增大達(dá)到鉗制 電流值I。，，表明存儲(chǔ)電阻從高阻態(tài)突變成低阻態(tài)；存儲(chǔ)介質(zhì)從高阻 態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程稱之為置位操作(Set), VsET為置位電壓。曲 線101和102表面電阻存儲(chǔ)介質(zhì)在激活操作以后具有存儲(chǔ)特性。通常 情況下，激活電壓VF高出VSET和V,T很多。
圖2所示為目前電阻存儲(chǔ)器的激活操作方式相對(duì)于其他操作方 式的比較圖。現(xiàn)有技術(shù)中，電阻存儲(chǔ)器的激活操作一般通過(guò)在存儲(chǔ)器 兩端施加一個(gè)電壓值大于激活電壓VF的固定脈沖寬度的電壓脈沖， 使存儲(chǔ)介質(zhì)在脈沖時(shí)間內(nèi)的電壓偏置達(dá)到或者大于激活電壓Vf，從而 實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換。如圖2所示，激活操作的脈 沖電壓的高度比正常的復(fù)位和置位操作脈沖的電壓高度高很多。因此 現(xiàn)有技術(shù)的電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法需要比正常復(fù)位和置位操作 高的電壓，主要有如下不足(1)針對(duì)激活操作的高電壓特征，電阻 存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)電路中就得增設(shè)電荷泵電路來(lái)產(chǎn)生額外的高壓；(2)當(dāng) 存儲(chǔ)器陣列較大時(shí)，需要激活操作的存儲(chǔ)器增加，激活操作的次數(shù)增 多，為保證與存儲(chǔ)介質(zhì)串聯(lián)用作選通和限流的M0S管在多次高壓操作 后的可靠性，該MOS管必須使用高壓制造工藝；(3)激活操作的電壓 較高，易損壞存儲(chǔ)介質(zhì)，甚至使其被擊穿而失去存儲(chǔ)性能。綜上所述，
現(xiàn)有技術(shù)中電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法的高電壓特性將制約電阻存 儲(chǔ)器的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種能在電阻存儲(chǔ)器的激活電壓以下完成電阻 存儲(chǔ)器激活操作的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)高電壓偏置帶來(lái)的弊端。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種電阻存儲(chǔ)器的激活操作方 法，用于具有激活電壓的電阻存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換在 所述電阻存儲(chǔ)器上，施加使存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電壓低于所述激活電壓 的電信號(hào)；所述電信號(hào)是一個(gè)脈寬為tf的寬脈沖信號(hào)，其脈寬tf大 于電阻存儲(chǔ)器均能從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需時(shí)間的上限值t。， 以確保陣列中所有電阻存儲(chǔ)器均能從高阻值轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥柚怠?br> 所述電阻存儲(chǔ)器包括所述存儲(chǔ)介質(zhì)、第一電極和第二電極。所述
電阻存儲(chǔ)器的一端串聯(lián)電流限制裝置。所述電流限制裝置為M0S選通管。
根據(jù)本發(fā)明電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法的一個(gè)實(shí)施例，所述電信
號(hào)是恒壓電壓信號(hào)；所述電阻存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換是通 過(guò)測(cè)量流過(guò)存儲(chǔ)介質(zhì)層的電流變化來(lái)表征；所述存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電 壓等于所述存儲(chǔ)介質(zhì)的電阻分壓壓降。
根據(jù)本發(fā)明電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法的又一個(gè)實(shí)施例，所述電 信號(hào)是恒流電流信號(hào)；所述電阻存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換是 通過(guò)測(cè)量偏置存儲(chǔ)介質(zhì)層兩端的電壓變化來(lái)表征；所述存儲(chǔ)介質(zhì)上的 偏置電壓等于所述恒流信號(hào)的電流值與存儲(chǔ)介質(zhì)的初始高阻態(tài)電阻 的乘積。
采用本發(fā)明電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法的技術(shù)效果是可以使電
阻存儲(chǔ)器在較低電壓下完成激活操作，電阻存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)電路中不需 要電荷泵電路來(lái)產(chǎn)生額外的高壓，并能避免因激活操作的電壓過(guò)高而 引起存儲(chǔ)介質(zhì)擊穿、失去存儲(chǔ)性能的問(wèn)題。


圖1是電阻存儲(chǔ)器存儲(chǔ)介質(zhì)的I一V特性曲線的示意圖2是現(xiàn)有電阻存儲(chǔ)器的激活操作方式相對(duì)于其他操作方式的比較
圖3是本發(fā)明電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法的電阻存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示 意圖4是本發(fā)明激活操作時(shí)電信號(hào)的偏置時(shí)間示意圖5是使用本發(fā)明第一種實(shí)施例實(shí)現(xiàn)激活操作的存儲(chǔ)介質(zhì)流過(guò)的電
流和電信號(hào)偏置時(shí)間的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖3所示為用于激活操作的電阻存儲(chǔ)單元的基本示意圖。如圖3 所示，該電阻存儲(chǔ)單元由電阻存儲(chǔ)器11和選通M0S管10組成，電阻 存儲(chǔ)器11包括第一電極12、存儲(chǔ)介質(zhì)14和第二電極16，所述第一 電極12也稱電阻存儲(chǔ)器的下電極，所述第二極16也稱電阻存儲(chǔ)器的 上電極。當(dāng)該電阻存儲(chǔ)單元選通激活操作時(shí)，電壓信號(hào)施加于電阻存 儲(chǔ)器ll的兩端；其中18a為當(dāng)電信號(hào)為恒壓電壓信號(hào)時(shí)的恒壓信號(hào)， 其中18b為當(dāng)電信號(hào)為恒流電流信號(hào)時(shí)的恒流信號(hào)；恒壓信號(hào)18a 連接在電阻存儲(chǔ)器的第一電極12和第二電極16兩端，恒流信號(hào)18b
與電阻存儲(chǔ)器11串聯(lián)，圖中所示為與第一電極12直接電連接。存儲(chǔ) 介質(zhì)14為多元氧化物(如:SrZr03、 PbZrTi03、 Prl-xCaxMn03)、 二 元金屬氧化物材料，本實(shí)施例中為CuxO (Kx《2)，它的初始高阻電 阻值為10M歐姆，遠(yuǎn)大于其高阻態(tài)電阻(幾千歐姆)，其激活電壓W 為5V，大于其置位電壓V淑2.2V。由于第一電極12和第二電極16為 金屬良導(dǎo)體材料，當(dāng)電壓信號(hào)18a偏置用于激活操作時(shí)，存儲(chǔ)介質(zhì) 14上的偏置電壓等于存儲(chǔ)介質(zhì)14的電阻分壓壓降，也即存儲(chǔ)介質(zhì)14 上的偏置電壓相當(dāng)于電壓信號(hào)18a的電壓值；當(dāng)電流信號(hào)18b偏置用 于激活操作時(shí)，存儲(chǔ)介質(zhì)14上的偏置電壓等于恒流信號(hào)18b的電流 值與存儲(chǔ)介質(zhì)14的初始高阻態(tài)電阻值的乘積。
在上述激活操作過(guò)程中，為使存儲(chǔ)介質(zhì)在向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，電流 的激增導(dǎo)致存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)特性受影響， 一般在激活操作過(guò)程中連接一 個(gè)與電阻存儲(chǔ)器串聯(lián)的限流裝置，如圖3所示，MOS選通管作為限流 裝置，其限流值的大小由MOS管的柵極上的電壓、MOS管工藝參數(shù)等 決定。同時(shí)，在實(shí)施激活操作時(shí)，存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電壓等于電阻存 儲(chǔ)器的置位電壓，或者比電阻存儲(chǔ)器的置位電壓大0. 5V的范圍內(nèi)， 存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電壓不小于電阻存儲(chǔ)器的讀操作電壓。
圖4所示為激活操作時(shí)電信號(hào)的偏置時(shí)間示意圖。圖中，實(shí)線表 示施加到存儲(chǔ)介質(zhì)層的激活操作電信號(hào)，虛線表示施加激活操作電信 號(hào)時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)層的電阻。當(dāng)激活操作電信號(hào)偏置時(shí)間保持至t。時(shí)， 該存儲(chǔ)介質(zhì)層的電阻迅速地降低，當(dāng)電阻迅速地降低時(shí)，在電阻存儲(chǔ) 器激活操作成功。在激活操作電信號(hào)的偏置時(shí)間被增至臨界時(shí)間t。 之后，該電信號(hào)不是馬上取消偏置，而是保留至?xí)r間tf， tf〉 t。， 激活操作時(shí)間等于tf。由于在某一電信號(hào)偏置下，不同電阻存儲(chǔ)器的 t。是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，通過(guò)取tf為大于t。上限的某一值，使得在
固定的時(shí)間內(nèi)，電阻存儲(chǔ)器均能從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變，因此施 加一個(gè)脈沖寬度為tf的電信號(hào)，在沒(méi)有實(shí)時(shí)測(cè)量存儲(chǔ)器從高阻態(tài)向 低阻態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)電阻存儲(chǔ)器陣列的各個(gè)電阻存儲(chǔ)器的激活操 作。其中，tf可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值確定。
圖5所示是使用恒壓電壓信號(hào)作為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)激活操作的存儲(chǔ) 介質(zhì)流過(guò)的電流和電信號(hào)偏置時(shí)間的曲線圖。所用電阻存儲(chǔ)器的激活 電壓約為5V (如圖3所示)，置位操作電壓3. IV。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的 方法使該器件可在3. 3V恒壓下完成激活。其中L50, L51和L52分別 表示不同的存儲(chǔ)單元在3. 3V恒壓下進(jìn)行激活操作時(shí)流過(guò)存儲(chǔ)介質(zhì)層 的電流和電信號(hào)偏置時(shí)間的關(guān)系曲線。可以看出，不同的存儲(chǔ)單元完 成激活所需時(shí)間不同，但都可以在3. 3V電壓偏置下完成。
在不偏離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的情況下，還可以構(gòu)成許多有很 大差別的實(shí)施例，即本發(fā)明不只限于在說(shuō)明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法，用于具有激活電壓的電阻存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換，所述電阻存儲(chǔ)器包括所述存儲(chǔ)介質(zhì)、第一電極和第二電極，其特征在于在所述電阻存儲(chǔ)器上，施加使存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電壓低于所述激活電壓的電信號(hào)；所述電信號(hào)是一個(gè)脈寬為tf的寬脈沖信號(hào)，其脈寬tf大于電阻存儲(chǔ)器均能從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需時(shí)間的上限值tc。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法，其特征在于 所述電阻存儲(chǔ)器的一端串聯(lián)電流限制裝置，所述電流限制裝置為M0S 選通管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法，其特征 在于所述電信號(hào)是恒壓電壓信號(hào)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電壓等于 所述存儲(chǔ)介質(zhì)的電阻分壓壓降。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法，其特征在于所述電阻存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換是通過(guò)測(cè)量流過(guò)存儲(chǔ)介 質(zhì)層的電流變化來(lái)表征。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法，其特征 在于所述電信號(hào)是恒流電流信號(hào)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電壓等于所述恒流信號(hào)的電流值與存儲(chǔ)介質(zhì)的初始高阻態(tài)電阻的乘積。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法，其特征在于所述電阻存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換是通過(guò)測(cè)量偏置在存儲(chǔ) 介質(zhì)層兩端的電壓變化來(lái)表征。
全文摘要
本發(fā)明涉及電阻存儲(chǔ)器的激活操作方法，屬于電阻存儲(chǔ)器領(lǐng)域，用于具有激活電壓的電阻存儲(chǔ)器從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)換，在所述電阻存儲(chǔ)器上，施加使存儲(chǔ)介質(zhì)上的偏置電壓低于所述激活電壓的脈寬為t_f的寬脈沖電信號(hào)，其脈寬t_f大于電阻存儲(chǔ)器均能從初始高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需時(shí)間的上限值t_c，以確保陣列中所有電阻存儲(chǔ)器均能從高阻值轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥柚?。本發(fā)明提供的激活操作方法具有低電壓操作的特點(diǎn)，可以使電阻存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)電路中不需要電荷泵電路來(lái)產(chǎn)生額外的高壓，并能避免因激活操作的電壓過(guò)高而引起存儲(chǔ)介質(zhì)擊穿、失去存儲(chǔ)性能等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G11C11/21GK101393769SQ20081020166
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者萬(wàn)海軍, 鵬 周, 宋雅麗, 明 尹, 林殷茵 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)