使用選擇器器件保持特性的非易失性存儲器器件感測方法
【專利說明】使用選擇器器件保持特性的非易失性存儲器器件感測方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請主張于2015年6月5日提交的題為“使用選擇器器件保持特性的電阻型存儲器器件的感測方法”的美國臨時專利申請N0.62/171，728的優(yōu)先權(quán)，以及于2014年7月7日提交的題為“場輔助超線性閾值法(Field Assisted Super linear Threshold) ”的美國臨時專利申請N0.62/012，660的優(yōu)先權(quán)，并且出于所有目的，該兩案全部內(nèi)容以引用的方式并入本申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體上涉及電子存儲器，例如，本發(fā)明描述了使用電阻型存儲器的選擇器器件的保持特性的非易失性電阻型存儲器的感測方法。
【背景技術(shù)】
[0004]雙端存儲器是近來集成電路技術(shù)領(lǐng)域中的一個創(chuàng)新。雙端存儲器技術(shù)是相對于柵極控制存儲器而言的。在柵極控制存儲器中，兩個端子之間的導(dǎo)電性通過第三端子調(diào)控，該第三端子被稱為柵極端子(gate terminal)。雙端存儲器器件在結(jié)構(gòu)和功能上與三端子器件不同。例如，一些雙端器件可以被構(gòu)造成在一對導(dǎo)電觸點之間，不同于具有與一組導(dǎo)電端子相鄰的第三端子。不同于通過施加給第三端子的刺激來操作，該雙端存儲器件可以通過在一對導(dǎo)電觸點的一個或在兩個導(dǎo)電觸點上施加刺激來控制。本發(fā)明的發(fā)明者還了解許多雙端存儲技術(shù)，例如，相變存儲器、磁阻存儲器等等。
[0005]—種具有優(yōu)良的物理特性的雙端存儲器是電阻型存儲器。然而，許多電阻型存儲技術(shù)還處于研發(fā)階段，本發(fā)明的受讓人展示了許多電阻型存儲器的技術(shù)概念，并且這些技術(shù)概念仍然處于證實或證偽相關(guān)理論的一個或多個階段。即便如此，電阻型存儲器技術(shù)具有本質(zhì)上優(yōu)于與之相競爭的半導(dǎo)體電子工業(yè)中的其它技術(shù)的前景。
[0006]隨著電阻型存儲器技術(shù)的模型被測試并得到測試結(jié)果，這些測試結(jié)果被大膽地推廣到由電阻型存儲器代替?zhèn)鹘y(tǒng)存儲器的存儲器器件中。例如，本發(fā)明的受讓人進行了與包括電阻型存儲器代替互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)或NOR存儲器的存儲器陣列的軟件模型相關(guān)的研究。軟件項目建議雙端陣列可以為電子器件帶來顯著的好處。這些好處包括減少的功率消耗，更高的存儲密度，改進的技術(shù)結(jié)點或提高的性能等等。鑒于以上所述，發(fā)明人致力于發(fā)現(xiàn)雙端存儲器可以為電子器件帶來實際的好處的發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]以下給出本說明書的簡要概述來提供本發(fā)明一些方面的基本理解。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不是對于本說明書的廣泛綜述。既不是為了說明本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元素，也不是為了列出本說明書任何特定實施例的范圍和任何權(quán)利要求的范圍。其目的是為了以簡要形式給出本發(fā)明的一些概念來作為將要給出的詳細說明的前序。
[0008]在各個實施例中，本發(fā)明提供一種對于非易失性電阻型存儲器進行感測來實現(xiàn)高的感測范圍的方法。該感測方法可以放大在易失性存儲器內(nèi)的選擇器器件的電流電壓(1-V)特性。例如，在一個或多個實施例中，該感測方法可以包括使用激活電壓來激活該選擇器器件，然后將該激活電壓降低到一個保持電壓，在該保持電壓下該選擇器器件使斷態(tài)存儲單元失活，但是仍使通態(tài)存儲單元保持活性。因此，可以利用該選擇器器件的極高的通斷比(on-offrat1)特性來感測電阻型存儲器，從而提供以前對于非易失性存儲器無法實現(xiàn)的感測范圍。
[0009]—種對于在與易失性選擇器件電串聯(lián)的非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)的感測方法，包括:在該非易失性存儲器的第一電極與第二電極之間施加第一電壓，該第一電壓的量值大于該易失性選擇器件的激活量值，從而將該易失性選擇器件從高選擇電阻切換到低選擇電阻；在該第一電極與該第二電極之間施加第二電壓，該第二電壓具有第二量值，該第二量值小于該易失性選擇器件的激活量值；以及響應(yīng)于該非易失性存儲器來確定由該非易失性存儲器存儲的數(shù)據(jù)值。
[0010]在另一個實施例中，提供一種對于一晶體管多電阻器(lTnR)陣列的讀取方法。該方法包括對lTnR存儲單元陣列的非目標位線施加干擾抑制電壓，以及對該lTnR存儲單元陣列的非目標字線施加第二干擾抑制電壓。另外，該方法可以包括在該lTnR電阻型存儲單元陣列的目標位線與目標字線之間施加激活電壓，該目標位線和目標字線分別連接到目標存儲單元。除以上內(nèi)容以外，該方法可以包括在該目標位線與該目標字線之間施加保持電壓，該保持電壓的量值小于激活電壓，以及響應(yīng)于施加該保持電壓來測量通過該目標存儲單元的讀取電流值。
[0011]以下描述和附圖將闡述本發(fā)明的某些方面。但是，這些方面僅用來指示可以應(yīng)用本發(fā)明原理的多種方式中的一些方式。從結(jié)合附圖做出的以下詳細描述中，本發(fā)明的其他優(yōu)勢和新穎特征會變得一目了然。
【附圖說明】
[0012]參照附圖對本發(fā)明的各個方面和特點進行了描述，其中，在整個說明書中類似的附圖標記用于指代類似的元件。在本說明書中詳細地描述許多具體的細節(jié)是為了提供對本發(fā)明的全面理解。然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明特定的方向可以在沒有這些細節(jié)的情況下，或者可以與其它的方法、部件、材料等相結(jié)合來實施。在其他例子中，公知的結(jié)構(gòu)和器件以方塊圖示出以便于描述本發(fā)明。
[0013]圖1是描繪了根據(jù)一個或多個所公開實施例的實例存儲單元陣列和目標感測操作的示意圖；
[0014]圖2示出了另一個實施例中的所公開的感測操作的實例感測信號的示意圖；
[0015]圖3示出了根據(jù)多個實施例的包括選擇器器件的實例非易失性電阻型存儲單元的方塊圖；
[0016]圖4描繪了包括選擇器器件的非易失性電阻型存儲器的實例1-V響應(yīng)的示意圖；
[0017]圖5示出了在一個或多個實施例中的示例性的與非易失性電阻型存儲器結(jié)合的選擇器的實例保持特性的示意圖；
[0018]圖6描繪了在另外的實施例中使用選擇器器件保持特性感測存儲單元的示例性方法的流程圖；
[0019]圖7描繪了根據(jù)額外實施例的感測lTnR存儲單元陣列的實例方法的流程圖；
[0020]圖8是示出根據(jù)其他實施例的感測lTnR存儲單元陣列時增強感測容限(sensingmargin)的實例方法的流程圖；
[0021]圖9描繪了根據(jù)所公開的實施例的存儲器器件的實例操作和控制環(huán)境的方塊圖；
[0022]圖10示出了能夠與其他各個實施例結(jié)合的示例性操作環(huán)境的方塊圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的實施例涉及對包括選擇器器件的雙端存儲器件的改進的感測方法。所公開的感測技術(shù)可以放大在該雙端選擇器器件內(nèi)的選擇器器件的特性以完成上述改進的感測方法。例如，可以實現(xiàn)大大改進的感測容限。同時，改進的感測容限可以緩解漏電流對交叉點陣列的影響，有利于實現(xiàn)更大或更高密度的存儲器陣列，更大的操作帶寬(例如，同時讀取或?qū)懭敫髷?shù)量的存儲單元的能力)，以及其他益處。
[0024]如在本文中所實施，選擇器器件可以是與非易失性存儲單元電串聯(lián)的易失性開關(guān)組件。此外，該選擇器器件通常具有大的通態(tài)電流(例如，當選擇器器件具有低電阻時)與斷態(tài)電流(例如，當選擇器器件具有高電阻時)之比。該通態(tài)電流與斷態(tài)電流之比在本文中也被稱為通/斷電流比。作為一個說明性實例，該選擇器器件可以是本發(fā)明申請的當前受讓人開發(fā)的FAST?選擇器，盡管其它選擇器器件(例如，Ovonic開關(guān)、金屬絕緣體相變(MIT)，Μ0ΤΤ絕緣體等)可以與一個或多個實施例等結(jié)合使用。
[0025]在另外的實施例中，可以通過使用激活電壓激活目標存儲單元來實現(xiàn)改進的感測方法，該激活電壓具有足以使得目標存儲單元的選擇器器件進入低選擇器電阻狀態(tài)的量值。在激活期之后，施加保持電壓，其量值小于激活電壓的量值。另外，該保持電壓可以被選擇為響應(yīng)于非易失性存儲器器件處于高存儲器電阻狀態(tài)而使得該選擇器器件進入高選擇器電阻狀態(tài)，并且響應(yīng)于非易失性存儲器器件處于低存儲器電阻狀態(tài)而使得該選擇器器件仍保持在低選擇器電阻狀態(tài)。因此，在該保持電壓處，該目標存儲單元的通/斷電流比通過該選擇器器件驅(qū)動而不是通過非易失性存儲器器件來驅(qū)動。因為該選擇器器件可以具有比非易失性存儲器器件大得多的通/斷電流比，在該保持電壓處的感測促成了對目標存儲單元的改進的感測容限。
[0026]以下將更詳細但簡要地描述了感測操作和改進的感測容限:響應(yīng)于該激活電壓和該選擇器器件處于低選擇器電阻狀態(tài)，通過該目標存儲單元的非易失性存儲器器件的存儲器電阻來確定通過目標存儲單元的電流。例如，響應(yīng)于該非易失性存儲器件具有低存儲器電阻，在該目標存儲單元處的電流將是相對較高量級的電流，并且，響應(yīng)于該非易失性存儲器器件具有高存儲電阻，在該目標存儲單元處的電流將是相對較低量值的電流。感測容限(sensing margin)通常由目標單元的通/斷電流比決定(至少在單個存儲單元的層次上)，并且非易失性存儲器件通常具有約10E3至約10E6的通/斷電流比。因此，當該非易失性存儲器件確定該目標單元的通/斷電流比時，感測容限受限于該10E3至10E6的比率。然而，相反，當該激活電壓被減小到該保持電壓時，選擇器器件可以決定目標單元的通/斷電流比。另外，該選擇器器件可以具有約10E9至約10E12范圍內(nèi)的通/斷電流比，相對于非易失性存儲器器件決定目標單元的通/斷電流比時，實現(xiàn)大得多的感測容限。
[0027]本發(fā)明涉及存儲單元陣列的改進的感測方法，其中，該陣列的各個存儲單元包括選擇器器件和雙端存儲器件。更加全面地參照所公開的實施例，雙端存儲單元可以包括電阻技術(shù)，例如電阻型開關(guān)雙端存儲單元。如在本文中所應(yīng)用，電阻型開關(guān)雙端存儲單元(也被稱為電阻型開關(guān)存儲單元或電阻型開關(guān)存儲器)包括電路組件，該電路組件具有一對導(dǎo)電觸點和導(dǎo)電觸點之間的活化區(qū)域。在電阻型開關(guān)存儲器的背景下，該雙端存儲器器件的活化區(qū)域表現(xiàn)出多個穩(wěn)定或半穩(wěn)定的電阻狀態(tài)，每個電阻狀態(tài)具有獨特的電阻。并且，可以響應(yīng)于施加到該等導(dǎo)電觸點處的適宜的電信號來形成或激活該多個狀態(tài)的各個狀態(tài)。這些電信號可以被選擇為具有適宜的特性，例如，電壓值或電流值、電壓或電流的極性、場強、場極性等，或者它們的合適的組合。電阻型開關(guān)雙端存儲器器件的實例可以包括(但并非詳盡的)電阻型隨機存取存儲器(RRAM)、相變RAM(PCRAM)和磁性RAM(MRAM)。
[0028]除了以上所述，本發(fā)明的實施例提供了一種能夠與非易失性雙端存儲器器件集成的易失性選擇器器件。該選擇器器件和非易失性存儲器器件可以具有不同的取向，但是通常被構(gòu)造為電串聯(lián)。在多個實施例中，該易失性選擇器器件或非易失性存儲單元可以是基于導(dǎo)電絲的器件。基于導(dǎo)電絲的器件的一個實例可以包括:導(dǎo)電層，例如，金屬、含有摻雜P型(或η型)硅(Si)的層(例如，p型或η型多晶硅或p型或η型多晶SiGe等)、電阻開關(guān)層(RSL)和能夠被離子化的活性金屬層。在適宜的條件下，該活性金屬層可以向該RSL提供形成導(dǎo)電絲的離子。在此類實施例中，導(dǎo)電絲(例如，由離子形成的導(dǎo)電絲)可以實現(xiàn)通過RSL的至少一個子集的導(dǎo)電性，并且基于導(dǎo)電絲的電阻可以被確定，例如，通過導(dǎo)電絲與導(dǎo)電層之間的隧穿電阻來確定。
[0029]在本發(fā)明的存儲單元的各個實施例中，含有p型或η型Si的層可以包括p型或η型多晶、ρ型或η型多晶SiGe等。RSL(在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中其也被稱為電阻型開關(guān)介質(zhì)(RSM))可以包括，例如，未摻雜非晶硅層、具有本征特性的半導(dǎo)體層、Si低價氧化物層(例如，S1x，其中X的值在0.1到2之間)等等。適宜于RSL的材料的其他實例可以包括SixGeY0z(其中，X、Y和Z表示各個適宜的正值)、硅氧化物(例如，S1N，其中N是適宜的正值)，非晶Si(a-Si)、非晶SiGe (a_SiGe)、TaOB (其中B是適宜的正值)、HfOc (其中，C是適宜的正值)、T1D(其中，D為適宜的值)、A120E(其中，E是適宜的正值)等等，或者它們的適宜的組合。
[0030]在一