非揮發(fā)性記憶單元以及非揮發(fā)性記憶裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種記憶體架構(gòu)。特別是關(guān)于一種非揮發(fā)性的記憶體架構(gòu)及相關(guān)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]記憶體是電子計算機中的重要組成元件，隨著各種應(yīng)用的情況不同，發(fā)展出了許多不同的記憶體架構(gòu)。例如，動態(tài)隨機存取記憶體(Dynamic Random AccessMemory, DRAM)、靜態(tài)隨機存取記憶體(Static Random-Access Memory, SRAM)、只讀記憶體(Read-Only Memory, ROM)及快閃記憶體(Flash Memory)等。
[0003]其中，只讀記憶體及快閃記憶體屬于非揮發(fā)性記憶體，在裝置斷電后能可記錄其中的數(shù)據(jù)。一般來說，上述兩種非揮發(fā)性記憶體在數(shù)據(jù)保存上較穩(wěn)定且省電，但較不易復(fù)寫且讀寫速度較慢。
[0004]動態(tài)隨機存取記憶體與靜態(tài)隨機存取記憶體等揮發(fā)性記憶體，因為讀寫速度較快，通常作為與處理器搭配的主要記憶體。動態(tài)隨機存取記憶體的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單(僅須一個晶體管與一個電容)、儲存密度高以及單位容量的成本較低。在現(xiàn)實中，動態(tài)隨機存取記憶體的電容經(jīng)常周期性地充電，導(dǎo)致耗電量較大的缺點。
[0005]相較之下，靜態(tài)隨機存取記憶體只要保持通電，里面儲存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持，不需要周期性對電容充電。此外，靜態(tài)隨機存取記憶體通常具有較快的讀取速度(高于動態(tài)隨機存取記憶體)以及非常低的維持功耗。當電力供應(yīng)停止時，傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機存取記憶體儲存的數(shù)據(jù)仍會消失。傳統(tǒng)由六個晶體管組成的靜態(tài)隨機存取記憶體SRAM)還存在了一些問題，例如當記憶單元雜訊容限(Static noise margin, SNM)設(shè)計不足時，儲存點容易受外部位線干擾，導(dǎo)致讀取時破壞原來儲存數(shù)據(jù)。因此，傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機存取記憶體仍有許多改進空間。
[0006]隨著移動裝置往薄型化及輕量化發(fā)展，電子裝置上的空間極為有限，且元件的耗電問題更受到重視。需要有合適的記憶體能更提供較高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定度且具有較快的讀取速度，此外能解決傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機存取記憶體所存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]近來，隨著現(xiàn)有的記憶體技術(shù)面臨到尺度上的物理極限，發(fā)展新的記憶體技術(shù)成為目前相關(guān)領(lǐng)域重要的研發(fā)課題，其中憶阻性記憶體因結(jié)構(gòu)單純、低功耗等優(yōu)勢，受到廣泛的研究。為了解決上述的問題，本發(fā)明提出一種基于憶阻器的非揮發(fā)性記憶裝置及記憶單元，其可用于各種集成電路上的應(yīng)用(例如用來控制可編程電路中的切換開關(guān)、或是用于內(nèi)容可定址記憶體中)，本發(fā)明的非揮發(fā)性記憶裝置及記憶單元具備有類似靜態(tài)隨機存取記憶體的快速讀取特性且內(nèi)部數(shù)據(jù)不需經(jīng)常性地動態(tài)更新，且在斷電后仍可利用憶阻器保存數(shù)據(jù)內(nèi)容。此外，當非揮發(fā)性記憶單元進行恢復(fù)操作，施加于憶阻器上的為受限制的箝位電壓，當恢復(fù)操作時用來確保憶阻器兩端的跨壓低于某一限定值，以避免憶阻器因為過大的電壓輸入而改變狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明的一方面為一種非揮發(fā)性記憶單元，其包含鎖存結(jié)構(gòu)、第一讀寫電路、第二讀寫電路、第一憶阻器以及第二憶阻器。鎖存結(jié)構(gòu)具有一儲存節(jié)點與一反向儲存節(jié)點，用以在該非揮發(fā)性記憶單元于一工作電壓下，儲存一對位數(shù)據(jù)，鎖存結(jié)構(gòu)電性耦接至一字符讀取線。第一讀寫電路電性耦接至一位線、一第一控制線與該鎖存結(jié)構(gòu)。第二讀寫電路電性耦接至一反位線、該第一控制線與該鎖存結(jié)構(gòu)。第一憶阻器電性耦接至該第一讀寫電路與一第二控制線。第二憶阻器電性耦接至該第二讀寫電路與該第二控制線。在非揮發(fā)性記憶單元于斷電狀態(tài)下，該第一憶阻器、該第二憶阻器用以儲存該對位數(shù)據(jù)。當字符讀取線的電壓準位為工作電壓時，位線、第一控制線與第二控制線控制第一讀寫電路，以將儲存節(jié)點的數(shù)據(jù)寫入第一憶阻器，或該第一憶阻器的數(shù)據(jù)讀取至儲存節(jié)點，反位線、第一控制線與第二控制線控制第二讀寫電路，以將反向儲存節(jié)點的數(shù)據(jù)寫入第二憶阻器，或?qū)⒌诙涀杵鞯臄?shù)據(jù)讀取至反向儲存節(jié)點。
[0009]本發(fā)明的一方面為一種非揮發(fā)性記憶單元，其包含一鎖存結(jié)構(gòu)、第五晶體管、第六晶體管、第一憶阻器、第七晶體管、第八晶體管以及第二憶阻器。此一鎖存結(jié)構(gòu)包含第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管以及第四晶體管，第一晶體管與第二晶體管形成第一反向器，第三晶體管與第四晶體管形成第二反向器其與第一反向器交錯耦合，第一晶體管與第三晶體管耦接至字符讀取線。第五晶體管具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該第二晶體管，其第二端耦接至系統(tǒng)接地端，其控制端耦接至第一控制線。第六晶體管具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該第二晶體管以及該第五晶體管的第一端，其控制端耦接至位線。第一憶阻器經(jīng)寫入操作而具有一第一阻值，耦接于該第六晶體管的第二端與第二控制線之間。第七晶體管具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該第四晶體管，其第二端耦接至該系統(tǒng)接地端，其控制端耦接至第一控制線。第八晶體管具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該第四晶體管以及該第七晶體管的第一端，其控制端耦接至一反位線。第二憶阻器經(jīng)寫入操作而具有第二阻值，第一阻值與第二阻值相異且邏輯上互補，耦接于第八晶體管的第二端與第二控制線之間。
[0010]本發(fā)明的另一方面為一種非揮發(fā)性記憶裝置，其包含多個如上所述的非揮發(fā)性記憶單元，每一非揮發(fā)性記憶單元用以儲存一個位的數(shù)據(jù)，每一非揮發(fā)性記憶單元分別耦接至各自對應(yīng)的一字符讀取線、一位線、一反位線、一第一控制線、一第二控制線以及一系統(tǒng)接地端。
[0011]綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。通過上述技術(shù)方案，可達到相當?shù)募夹g(shù)進步，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值。
【附圖說明】
[0012]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例所繪示的非揮發(fā)性記憶裝置的示意圖；
[0014]圖2繪示圖1中非揮發(fā)性記憶裝置的其中一個非揮發(fā)性記憶單元的進一步示意圖；
[0015]圖3繪示根據(jù)本發(fā)明另一實施例中其中一個非揮發(fā)性記憶單元的示意圖；
[0016]圖4A繪示根據(jù)一實施例中非揮發(fā)性記憶單元進行恢復(fù)操作以讀取非揮發(fā)性位數(shù)據(jù)時的相關(guān)信號時序圖；
[0017]圖4B繪示在非揮發(fā)性記憶單元進行恢復(fù)操作的開關(guān)狀態(tài)示意圖；
[0018]圖5A繪示根據(jù)一實施例中非揮發(fā)性記憶單元進行寫入操作時的相關(guān)信號時序圖；
[0019]圖5B繪示在非揮發(fā)性記憶單元對第一憶阻器進行寫入操作時的開關(guān)狀態(tài)示意圖；以及
[0020]圖5C繪示在非揮發(fā)性記憶單元對第二憶阻器進行寫入操作時的開關(guān)狀態(tài)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下文是舉實施例配合所附附圖作詳細說明，以更好地理解本發(fā)明的實施方式，但所提供的實施例并非用以限制本揭露所涵蓋的范圍，而結(jié)構(gòu)操作的描述非用以限制其執(zhí)行的順序，任何由元件重新組合的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的范圍。此外，根據(jù)業(yè)界的標準及慣常做法，附圖僅以輔助說明為目的，并未依照原尺寸作圖，實際上各種特征的尺寸可任意地增加或減少以便于說明。下述說明中相同元件將以相同的符號標示來進行說明以便于理解。
[0022]此外，在本文中所使用的用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相關(guān)列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。
[0023]于本文中，當一元件被稱為“連接”或“耦接”時，可指“電性連接”或“電性耦接”?！斑B接”或“耦接”亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用“第一”、“第二”、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區(qū)別以相同技術(shù)用語描述的元件或操作。
[0024]請參閱圖1，其為根據(jù)本發(fā)明一實施例所繪示的非揮發(fā)性記憶裝置100的示意圖。如圖1所示，非揮發(fā)性記憶裝置100，其包含多個非揮發(fā)性記憶單元(Non-Volatile MemoryCe