專利名稱：阻變存儲器中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種阻變存儲器中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路。
背景技術(shù)：
阻變存儲器(RRAM)是一種新型的非揮發(fā)存儲器，因其結(jié)構(gòu)簡單，與CMOS工藝兼容性好，可縮性好，因此阻變存儲器得到了廣泛的研究。阻變存儲器，有四種基本操作:單元的初始化操作(forming);置位操作(set)，主要實現(xiàn)置低阻；復位操作(reset)，實現(xiàn)置高阻；讀操作(read)。當前對于大多數(shù)變阻材料，set操作性能較好,速度達到IOns,成功率可以達到100%，但對于reset操作，性能并不理想，主要有兩個缺點:第一，操作時間長，且分布范圍廣，一般reset操作要達到IOOus左右,而且同一個陣列中，不同單元reset時間近似正態(tài)分布在IOOns-1ms ;第二，reset成功率低，對于WOx阻變材料的組編存儲器，一次reset成功率小于30%，這樣就需要多種算法來提高成功率；第三，高阻的離散性大，高阻區(qū)間為IOOk歐姆至IOM歐姆，高阻區(qū)間窗口達到100倍。為了解決這些問題，一些學者已經(jīng)提出了以下三種方案:(I)連續(xù)等幅的復位方案，其原理如圖1(a)所示:如果一次復位操作不成功，則重復多次復位操作，直至成功。這種方案的優(yōu)點在于提升了復位操作的成功率，但是還是有一部分單元，無論增加多少次復位操作都不能成功復位，因此考慮通過增加復位操作的幅度來提升成功率。(2)斜坡脈沖的復位方案，其原理如圖1(b)所示:當要實現(xiàn)高阻時，第一次用-0.9V方波復位后驗證現(xiàn)沒有達到臨界值IM歐姆的高阻，則用高0.1V的-1.0V方波脈沖再復位，如果驗證成功則中斷操作，否則繼續(xù)升高0.1V。這種方案提高了復位操作的成功率，成功率可以達到90%以上，而且提升了高阻的阻值，擴大了阻值窗口，改善了阻值離散性。該方案的缺點是:多次reset使寫操作時間延長了兩倍以上，從之前的Ius惡化至2us，操作速度減半；一次高阻平均需要兩次reset操作，器件的耐久性低至以前的一半，存儲器讀寫次數(shù)減半。(3)增加脈寬的復位方案，其原理如圖1(c)所示，進行一次復位操作，驗證后發(fā)現(xiàn)沒有達到理想的阻值，然后增加復位操作脈沖時間Treset，如果還不成功，則再次增加脈沖寬度，最多增加兩次，如果還不能成功，則以最寬的脈沖繼續(xù)重復復位。這樣的方案也可以提升復位操作成功率，但是效果一般不如斜坡脈沖方案有效。該方案的缺點是:復位操作時間一般達到lOOus，如果再通過增加脈沖寬度來提高成功率，嚴重降低reset速度；對復位操作效果有限，對置位操作效果較為明顯，因此對于復位操作較長的變阻材料，此方案不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種具有復位操作快、器件耐久性高的阻變存儲器中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路。根據(jù)本發(fā)明實施例的阻變存儲器中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路，包括:穩(wěn)壓電路、電阻、電流鏡、電容、選通管、變阻單元以及晶體管，其中:所述穩(wěn)壓電路的輸出端通過所述電阻接入所述電流鏡的輸入端，所述電流鏡的輸出端并聯(lián)所述電容，同時所述電流鏡的輸出端還通過所述選通管加在所述變阻單元上，所述變阻單元的另一端經(jīng)過所述晶體管接地。本發(fā)明的阻變存儲器中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路具有如下優(yōu)點:1、采用梯形波最符合RRAM單元器件特性，因此一個脈沖就可以實現(xiàn)理想高阻。RRAM單元復位操作實現(xiàn)高阻值與所加電壓幅度正比，單元積累足夠能量才能實現(xiàn)阻值轉(zhuǎn)變。梯形波在同樣的脈沖時間內(nèi)幅度更高，施加的能量更大，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的高阻。2、因為僅需一次復位，那么器件的復位操作時間最短，速度更快，且耐久性最高。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是現(xiàn)有的RRAM中復位方案的原理圖；圖2是本發(fā)明的RRAM中連續(xù)斜坡脈沖式的復位方案的原理圖；和圖3是本發(fā)明的RRAM中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路的電路圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。如背景技術(shù)中提到的，現(xiàn)有方案均采用方波脈沖，采用了多次復位操作，而本發(fā)明首次使用了梯形波脈沖，僅需一次復位，就可以實現(xiàn)理想高阻。本發(fā)明提出的RRAM中連續(xù)斜坡脈沖式的復位方案的原理圖如圖2所示，需要復位操作時，采用如下所示梯形波進行復位，梯形波在一個脈沖的時間內(nèi)，幅度由0.7V增加值
1.2V，覆蓋了復位操作的可選電壓范圍。根據(jù)本發(fā)明實施例的RRAM中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路的電路圖如圖3所示，包括:穩(wěn)壓電路100、電阻200、電流鏡300、電容400、選通管500、變阻單元600以及晶體管700，其中:穩(wěn)壓電路100的輸出端通過電阻200接入電流鏡300的輸入端，電流鏡300的輸出端并聯(lián)電容400，同時電流鏡300的輸出端還通過選通管500加在變阻單元600上，該變阻單元600的另一端經(jīng)過晶體管700接地。
該寫電路中，穩(wěn)壓電路100和電阻200產(chǎn)生穩(wěn)定的輸入電流，而電流鏡300對輸出端的電容400充電，可以得到一個幅度不斷增加的斜坡式輸出電壓，通過選通管500加在變阻單元600上，構(gòu)成連續(xù)斜坡寫脈沖。變阻單元600另一端接的晶體管700，在陣列里，選擇要被操作的單元，同時在置位操作時，通過控制其柵極輸入電壓，可以實現(xiàn)限流，防止電流過大引起的低阻偏低問題。綜上所述，本發(fā)明的RRAM中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路具有如下優(yōu)點:1、采用梯形波最符合RRAM單元器件特性，因此一個脈沖就可以實現(xiàn)理想高阻。RRAM單元復位操作實現(xiàn)高阻值與所加電壓幅度正比，單元積累足夠能量才能實現(xiàn)阻值轉(zhuǎn)變。梯形波在同樣的脈沖時間內(nèi)幅度更高，施加的能量更大，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的高阻。2、因為僅需一次復位，那么器件的復位操作時間最短，速度更快，且耐久性最高。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
權(quán)利要求
1.一種阻變存儲器中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路，其特征在于，包括:穩(wěn)壓電路、電阻、電流鏡、電容、選通管、變阻單元以及晶體管，其中: 所述穩(wěn)壓電路的輸出端通過所述電阻接入所述電流鏡的輸入端，所述電流鏡的輸出端并聯(lián)所述電容，同時所述電流鏡的輸出端還通過所述選通管加在所述變阻單元上，所述變阻單元的另一端經(jīng)過所述晶體管接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種阻變存儲器中連續(xù)斜坡脈沖式寫電路，包括穩(wěn)壓電路、電阻、電流鏡、電容、選通管、變阻單元以及晶體管，其中穩(wěn)壓電路的輸出端通過電阻接入電流鏡的輸入端，電流鏡的輸出端并聯(lián)電容，同時電流鏡的輸出端還通過選通管加在變阻單元上，變阻單元的另一端經(jīng)過晶體管接地。本發(fā)明具有復位操作快、器件耐久性高的優(yōu)點。
文檔編號G11C16/06GK103208308SQ20131017333
公開日2013年7月17日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者焦斌, 于杰, 吳華強 申請人:清華大學