阻變施密特觸發(fā)器和比較器的制造方法
【專利摘要】一種阻變元件，其能夠用在非易失性數(shù)字施密特觸發(fā)器電路或比較器電路中。施密特觸發(fā)器電路可以包括阻變電路和重置電路。阻變電路可以提供適合于施密特觸發(fā)器操作的遲滯行為。重置電路可操作地將阻變電路重置至高電阻狀態(tài)。比較器電路可包括阻變電路、重置電路和閾值設(shè)置電路。阻變電路可包括阻變元件，并且可操作地提供將輸入電壓與阻變元件的設(shè)置或設(shè)置閾值電壓進行比較的信號。閾值設(shè)置電路可操作地修改阻變元件的設(shè)置或重置閾值，從而有效地改變用于比較器電路的參考電壓。
【專利說明】
阻變施密特觸發(fā)器和比較器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一般涉及阻變元件，尤其涉及用于形成具有阻變元件的邏輯電路的方法， 以及由該方法產(chǎn)生的電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 施密特觸發(fā)器是有遲滯的比較器電路。電路的名稱為"觸發(fā)器"，因為輸出保持其 值直到輸入上升通過閾值電壓，觸發(fā)改變?yōu)橹?。電路是遲滯電路，因為它使用負(fù)反饋來阻止 轉(zhuǎn)換回去直到輸入通過較低的閾值電壓為止。
[0003] 施密特觸發(fā)器裝置能夠用在開環(huán)配置中以將噪音從數(shù)字電路中使用的信號移除， 例如，以消除由機械開關(guān)彈跳引起的信號噪音。閉環(huán)配置也可以使用施密特觸發(fā)器裝置，例 如在函數(shù)發(fā)生器和開關(guān)電源中使用的振蕩器。
[0004] 施密特觸發(fā)器可以是非反相的或反相的。在非反相施密特觸發(fā)器中，當(dāng)輸入增加 超過閾值電壓時，輸出轉(zhuǎn)變成較高的值。在反相施密特觸發(fā)器中，當(dāng)輸入增加超過閾值電壓 時，輸出轉(zhuǎn)變成較低的值。
[0005] 圖1A-圖1B說明了現(xiàn)有技術(shù)的非反相施密特觸發(fā)器電路的示意行為。圖1A示出了 施密特觸發(fā)器電路100,施密特觸發(fā)器電路100包括運算放大器110和電阻器R1和R2。由這些 電阻器提供的正反饋產(chǎn)生遲滯，遲滯由R1和R2之間的比例控制。由于運算放大器110具有不 同的輸入，因此反相輸入被接地以使參考點為零伏特。
[0006] 圖1B示出了非反相施密特觸發(fā)器電路100的響應(yīng)函數(shù)，其示出了作為輸入電壓Vin 的函數(shù)的輸出電壓Vout。當(dāng)輸入電壓Vin高于高閾值T或低于低閾值-T時，輸出電壓具有與 電路輸入電壓相同的符號，例如，輸出電壓分別為Μ或-M。當(dāng)電路輸入電壓在閾值-T和T之間 時，輸出電壓Vout取決于上次狀態(tài)，例如，如果之前Vin>T，那么Vout為Μ，并且如果之前Vin 〈-T，那么Vout為-Μ。對于反相施密特觸發(fā)器，行為是相反的。
[0007] 比較器電路可以比較兩個輸入電壓或電流并且輸出指示哪個更大的數(shù)字信號。因 此，比較器電路可包括兩個模擬輸入(例如，Vin和Vref)，和一個二進制數(shù)字輸出Vout。如果 Vin大于Vref，那么Vout是正的。如果Vin小于Vref，那么Vout為零。比較器電路能夠用在模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADCs)和振蕩器中。
[0008] 圖9A-圖9B說明了現(xiàn)有技術(shù)的比較器電路的示意行為。圖9A示出了比較器電路 900,比較器電路900包括運算放大器910和可選電阻器R。運算放大器910的差分輸入能夠用 來提供輸入電壓Vin和參考電壓Vref之間的比較。
[0009] 圖9B示出了比較器電路900的響應(yīng)函數(shù)，其示出了作為輸入電壓Vin的函數(shù)的輸出 電壓Vout。當(dāng)輸入電壓Vin大于參考電壓Vref時，輸出電壓為M。當(dāng)電路輸入電壓小于參考電 壓Vref時，輸出電壓Vout為零。
[0010] 使用基于晶體管的邏輯器件實施的施密特觸發(fā)器電路和比較器電路可能會有與 晶體管裝置相關(guān)的問題。因此，需要能夠滿足先進裝置的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的施密特觸發(fā)器電路和 比較器電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 在一些實施例中，提供了用于形成施密特觸發(fā)器電路的方法和電路。施密特觸發(fā) 器電路可包括阻變元件，阻變元件的電阻可以具有類似于施密特觸發(fā)器的非易失性遲滯行 為的非易失性遲滯行為。例如，當(dāng)輸入電壓增加和降低時，阻變元件的電阻可以被設(shè)置和重 置。
[0012] 在一些實施例中，施密特觸發(fā)器電路可以包括阻變電路和變換器電路。阻變電路 可以包括阻變元件和電流控制裝置。電流控制裝置能夠用來控制通過阻變元件的電流。輸 入電壓可以施加到阻變元件的一個端子以生成電阻遲滯曲線。可以從阻變元件的另一端子 生成輸出電壓，從而將電阻遲滯曲線變換成電壓遲滯曲線。
[0013] 在一些實施例中，變換器電路可操作地將阻變元件的值變換成希望的輸出信號。 例如，變換器電路可以包括電流源，電流源能夠經(jīng)過阻變元件以生成與阻變元件的電阻相 對應(yīng)的輸出電壓。
[0014] 在一些實施例中，可以包括可選的切換電路以在阻變電路和變換器電路之間轉(zhuǎn)換 對阻變元件的控制。
[0015] 在一些實施例中，提供了用于基于設(shè)置操作形成比較器電路的方法和電路。比較 器電路可以包括阻變元件，當(dāng)被施加的電壓(例如輸入電壓）的幅值大于設(shè)置閾值電壓(例 如能夠使阻變元件的電阻轉(zhuǎn)變成低狀態(tài)的電壓）的幅值時，阻變元件能夠改變電阻。例如， 當(dāng)輸入電壓(被施加到阻變元件的電壓)大于參考電壓(阻變元件的設(shè)置閾值電壓)時，阻變 元件的電阻可以改變至低值。
[0016] 在一些實施例中，比較器電路可以包括阻變電路、重置電路和閾值設(shè)置電路。阻變 電路可以包括阻變元件和電流控制裝置。電流控制裝置能夠用來控制通過阻變元件的電 流。輸入電壓可以被施加到阻變元件的一個端子以生成阻變特性?？梢詮淖枳冊牧硪?端子生成輸出電壓，從而將阻變行為曲線轉(zhuǎn)變成電壓轉(zhuǎn)變曲線。
[0017] 在一些實施例中，重置電路可操作地將阻變元件的值重置至高電阻狀態(tài)。高電阻 狀態(tài)能夠充當(dāng)用于阻變行為的基線，例如當(dāng)被施加的電壓大于設(shè)置閾值電壓時，允許阻變 元件的電阻轉(zhuǎn)變至低電阻狀態(tài)。
[0018] 在一些實施例中，閾值設(shè)置電路可操作地設(shè)置阻變元件的設(shè)置閾值電壓。阻變元 件的設(shè)置閾值電壓可以是阻變元件的屬性的函數(shù)，例如取決于制造工藝和阻變元件的材 料。阻變元件的設(shè)置閾值電壓還可以由之前的重置操作控制。因此閾值設(shè)置電路可以被配 置成調(diào)制阻變元件的設(shè)置閾值電壓，設(shè)置閾值電壓本質(zhì)上是比較器的參考電壓。
[0019] 在一些實施例中，可以包括可選的切換電路，以在阻變電路、重置電路和閾值設(shè)置 電路之間轉(zhuǎn)換對阻變元件的控制。
[0020] 在一些實施例中，提供了用于基于重置操作形成比較器電路的方法和電路。比較 器電路可以包括阻變元件，當(dāng)施加的電壓(例如，輸入電壓）的幅值大于重置閾值電壓(例如 能夠?qū)⒆枳冊碾娮柁D(zhuǎn)變至高狀態(tài)的電壓）的幅值時，阻變元件可以改變電阻。例如，當(dāng) 輸入電壓(例如，施加到阻變元件的電壓)大于參考電壓(阻變元件的重置閾值電壓)時，阻 變元件的電阻可以改變至高值。
[0021] 在一些實施例中，比較器電路可包括阻變電路、重置電路、變換器電路和閾值設(shè)置 電路。阻變電路可包括阻變元件和電流控制裝置。電流控制裝置能夠用來控制通過阻變元 件的電流。輸入電壓可以被施加到阻變元件的一個端子以生成阻變特性。
[0022] 在一些實施例中，變換器電路可操作地將阻變元件的值變換成希望的輸出信號。 例如，變換器電路可以包括電流源，電流源可以經(jīng)過阻變元件以生成與阻變元件的電阻相 對應(yīng)的輸出電壓。因此可以生成輸出電壓，從而將阻變行為曲線變換成電壓轉(zhuǎn)換曲線。
[0023] 在一些實施例中，重置電路可操作地將阻變元件的值重置至低電阻狀態(tài)。低電阻 狀態(tài)能夠充當(dāng)用于阻變行為的基線，例如當(dāng)被施加的電壓大于重置閾值電壓時，允許阻變 元件的電阻轉(zhuǎn)變至高電阻狀態(tài)。
[0024] 在一些實施例中，閾值設(shè)置電路可操作地設(shè)置阻變元件的重置閾值電壓。阻變元 件的重置閾值電壓可以是阻變元件的屬性的函數(shù)，例如取決于制造工藝和阻變元件的材 料。阻變元件的重置閾值電壓還可以由之前的設(shè)置操作控制。因此，閾值設(shè)置電路可以被配 置成調(diào)制阻變元件的重置閾值電壓，重置閾值電壓實質(zhì)上是比較器的參考電壓。
[0025] 在一些實施例中，可以包括可選的切換電路以在阻變電路、重置電路、變換器電路 和閾值設(shè)置電路之間轉(zhuǎn)換對阻變元件的控制。
【附圖說明】
[0026]為了便于理解，在可能的情況下，已經(jīng)使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示圖所共有的相 同元件。附圖沒有按比例并且附圖中的多種元件的相關(guān)尺寸是示意地繪制的并且沒必要按 比例。
[0027] 通過考慮下面的詳細(xì)描述連同所附附圖容易理解本發(fā)明的技術(shù)，圖中：
[0028] 圖1A-圖1B說明了現(xiàn)有技術(shù)的非反相施密特觸發(fā)器電路的示意行為；
[0029] 圖2說明了根據(jù)一些實施例的經(jīng)過雙極ReRAM單元的、作為施加到ReRAM單元的電 壓的函數(shù)的電流的曲線圖；
[0030]圖3A-圖3C說明了根據(jù)一些實施例的阻變元件的遲滯行為；
[0031]圖4A-圖4C說明了根據(jù)一些實施例的具有阻變元件的施密特觸發(fā)器電路的示意 圖；
[0032] 圖5A-圖5B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性施 密特觸發(fā)器電路的流程圖；
[0033] 圖6A-圖6C說明了根據(jù)一些實施例的具有變換器電路的非易失性施密特觸發(fā)器電 路的不意圖；
[0034] 圖7A-圖7B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性施密特觸發(fā)器電路的響應(yīng)；
[0035]圖8A-圖8B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性施 密特觸發(fā)器電路的流程圖；
[0036]圖9A-圖9B說明了現(xiàn)有技術(shù)的比較器電路的示意行為；
[0037] 圖10示出了根據(jù)一些實施例的經(jīng)過單極ReRAM單元的、作為施加到ReRAM單元的電 壓的函數(shù)的電流的曲線圖；
[0038]圖11A-圖11B說明了根據(jù)一些實施例的阻變元件的比較器行為；
[0039]圖12A-圖12C說明了根據(jù)一些實施例的具有阻變元件的比較器電路的示意圖； [0040]圖13A-圖13C說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路的非易失性比較器電路的示 意圖；
[0041] 圖14A-圖14B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)；
[0042] 圖15A-圖15B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的流程圖；
[0043] 圖16A-圖16B說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路和閾值設(shè)置電路的非易失性 比較器電路的示意圖；
[0044] 圖17說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)；
[0045] 圖18A-圖18B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的流程圖；
[0046]圖19A-圖19B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)；
[0047]圖20A-圖20B說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路和變換器電路的非易失性比 較器電路的示意圖；
[0048] 圖21A和圖21B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)；
[0049] 圖22A-圖22B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的流程圖；
[0050] 圖23A-圖23B說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路、變換器電路和閾值設(shè)置電 路的非易失性比較器電路的示意圖；
[0051] 圖24說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)；
[0052]圖25A-圖25B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的流程圖。
【具體實施方式】
[0053]下面提供了一個或多個實施例的詳細(xì)描述以及附圖。結(jié)合這類實施例提供了詳細(xì) 的描述，但是詳細(xì)的描述并不限制于任何特定的示例。范圍僅由權(quán)利要求限制，并且囊括了 很多替代物、修改和等效物。下面的描述中闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供全面的理解。出于 示例的目的提供這些細(xì)節(jié)，并且在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下，可以根據(jù) 權(quán)利要求實踐所描述的技術(shù)。出于清楚的目的，沒有詳細(xì)描述與實施例相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中 已知的技術(shù)材料，以避免本描述被不必要地模糊。
[0054]在一些實施例中，提供了用于形成施密特觸發(fā)器電路的方法，以及由該方法產(chǎn)生 的施密特觸發(fā)器電路，其中阻變元件可以作為用于信號的遲滯器件操作。例如，施密特觸發(fā) 器電路能夠使用輸入信號來設(shè)置阻變元件的電阻。由于阻變元件在設(shè)置電壓和重置電壓下 轉(zhuǎn)換狀態(tài)，因此，電阻-電壓曲線呈現(xiàn)類似于常規(guī)的施密特觸發(fā)器電路的遲滯曲線的遲滯曲 線。
[0055] 在一些實施例中，施密特觸發(fā)器電路可以包括阻變電路和變換器電路。變換器電 路可操作地將阻變電路的電阻遲滯曲線變換成電壓(或電流)遲滯曲線。例如，變換器電路 可以包括電流源，電流源能夠經(jīng)過阻變元件以生成與阻變元件的電阻相對應(yīng)的輸出電壓。 變換器電路可以被配置成生成非反相或反相施密特觸發(fā)器電路。
[0056] 阻變電路可以包括阻變元件和可選的電流控制裝置。電流控制裝置可以包括電阻 器、晶體管、或其它電路元件。電流控制裝置可操作地控制通過阻變元件的電流。例如，電流 控制裝置可以與阻變元件串聯(lián)連接，因此依靠控制通過電流控制裝置的電流來調(diào)節(jié)通過阻 變元件的電流。在一些實施例中，例如如果通過阻變元件的電流可以被阻變元件的內(nèi)電阻 限制，那么電流控制裝置可以被省去。
[0057]在典型的操作中，輸入電壓可以被施加到阻變元件，以生成電阻遲滯曲線。例如依 靠變換器電路可以從阻變元件生成輸出電壓，變換器電路將電阻遲滯曲線變換成電壓遲滯 曲線。
[0058]在一些實施例中，可以包括切換電路以在阻變電路(例如，用于將阻變元件耦接至 輸入電壓以設(shè)置阻變元件的電阻)和變換器電路(例如，用于從阻變元件的電阻生成希望的 輸出信號，例如輸出電壓)之間轉(zhuǎn)換對阻變元件的控制。
[0059] 在一些實施例中，切換操作可以是循環(huán)的，例如在阻變電路和變換器電路之間周 期地轉(zhuǎn)換。例如，切換電路能夠切換至第一位置，以將對阻變元件的控制帶至輸入電壓。可 以將第一輸入電壓施加到阻變元件，從而設(shè)置阻變元件的電阻。例如，如果輸入電壓小于設(shè) 置電壓，那么阻變元件保持在其高電阻狀態(tài)下。如果輸入電壓高于設(shè)置電壓，那么阻變元件 轉(zhuǎn)換至其高電阻狀態(tài)。
[0060] 切換電路能夠切換至第二位置，以將對阻變元件的控制帶至變換器電路。來自變 換器電路的電壓或電流能夠被施加到阻變元件，從而生成與阻變元件的電阻值相對應(yīng)的電 流或電壓。
[0061] 切換電路能夠切換回到第一位置，以根據(jù)新的輸入電壓來設(shè)置阻變元件。可以重 復(fù)切換操作以生成輸出電壓，輸出電壓具有關(guān)于輸入電壓的施密特觸發(fā)器傳遞函數(shù)。
[0062] 在一些實施例中，本發(fā)明將阻變材料的使用擴展到眾所周知的非易失性存儲器裝 置中的應(yīng)用之外，并且將阻變材料應(yīng)用到混合晶體管-阻變邏輯電路的實施。提供了形成阻 變施密特觸發(fā)器電路的方法，它可以表示走向真正的混合晶體管-阻變電子器件的實施的 基礎(chǔ)構(gòu)建塊。
[0063] 在一些實施例中，本施密特觸發(fā)器電路是數(shù)字裝置(與常規(guī)模擬施密特觸發(fā)器相 反），本施密特觸發(fā)器電路生成數(shù)字形式的電阻曲線或輸出電壓曲線。換句話說，輸出電阻 或電壓是脈沖的，例如從得到輸入值以設(shè)置電阻和生成輸出電壓的循環(huán)操作切換。輸入電 壓可以是數(shù)字的(例如脈沖的），或模擬的(例如連續(xù)的）。
[0064] 本施密特觸發(fā)器電路能夠消除對外部參考電壓的需要，因為用于阻變元件的低電 阻狀態(tài)(LRS)和高電阻狀態(tài)(HRS)的閾值是觸發(fā)器電路的閾值。與傳統(tǒng)的施密特觸發(fā)器相 比，本施密特觸發(fā)器電路具有緊湊的結(jié)構(gòu)。本施密特觸發(fā)器電路可以被設(shè)計成通過改變阻 變元件的極性或通過改變變換器電路的極性反相或不反相。本施密特觸發(fā)器電路可以是非 易失性的，例如信息存儲在非易失性的電阻改變中。
[0065] 阻變元件的非易失性行為能夠允許實施非易失性數(shù)字施密特觸發(fā)器電路(例如， 使用阻變元件作為遲滯器件的施密特觸發(fā)器電路）。在下面提供對阻變元件的描述(在電阻 存儲器裝置的情況下），以闡明阻變元件的行為，并且允許理解阻變元件在采樣保持電路中 的結(jié)合。
[0066] 呈現(xiàn)阻變特性的阻變隨機訪問存儲器(ReRAM)單元通常包括構(gòu)成堆疊的多個層。 這種堆疊結(jié)構(gòu)有時候被描述成金屬-絕緣體-金屬(ΜΠΟ結(jié)構(gòu)。具體地，堆疊包括兩個作為電 極操作的導(dǎo)電層。這些層可以包括金屬和/或其它導(dǎo)電材料。堆疊還包括布置在電極之間的 絕緣體層。絕緣體層呈現(xiàn)阻變屬性，該阻變屬性表征為形成這層的材料的不同的電阻狀態(tài)。 正因如此，這個絕緣體層通常被稱為阻變層。這些電阻狀態(tài)可以被用來表示一位或多位信 息。絕緣體層的阻變屬性被認(rèn)為取決于這層中的多種缺陷(defect)的存在和分布。例如，層 中的氧空缺的不同分布可以反映層的不同的電阻狀態(tài)，并且這些狀態(tài)對于存儲器應(yīng)用來說 可以是足夠穩(wěn)定的。
[0067]為了實現(xiàn)阻變層中的缺陷的某個濃度，通常層已經(jīng)沉積有已經(jīng)存在于層中的缺 陷，即，預(yù)先形成的缺陷。換句話說，缺陷在層形成期間被引入到層中。例如，嚴(yán)格控制原子 層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、或用來維持在后端線(BE0L)熱預(yù)算內(nèi)的一些其它的低 溫工藝可以被用來沉積堆疊的絕緣體層。特別是在非常薄的阻變層(例如，小于100埃）中， 要精確地重復(fù)控制這些缺陷的形成是困難的。例如，當(dāng)ALD被用來形成阻變層時，一些未反 應(yīng)的前驅(qū)體會留下含碳的殘余物，含碳的殘余物會影響沉積層的電阻特性。而且，即使有可 能，精確地重復(fù)實現(xiàn)部分飽和也可能是非常困難的。在PVD的情況下，濺射靶材趨向于磨損， 從而影響沉積速率并引起在產(chǎn)生的阻變層中的變化。
[0068] 形成非易失性存儲器元件的方法可以涉及在堆疊退火期間將氧氣從前驅(qū)體層(例 如，用來形成或更具體地變換成阻變層)轉(zhuǎn)移到電極。退火環(huán)境可包括一些氫氣以控制退火 后組織內(nèi)的氧氣的分布。
[0069] 如上所述，氧氣從前驅(qū)體層擴散到電極使得前驅(qū)體層變換成阻變層。前驅(qū)體層可 包括在氧空缺或一些其它缺陷在該層內(nèi)形成以前不能起阻變層作用的化學(xué)當(dāng)量氧化物或 近化學(xué)當(dāng)量氧化物。這個氧化物的金屬的負(fù)電性可以比用來捕集前驅(qū)體水平擴散出的氧氣 的電極的金屬更高。至少在氧氣轉(zhuǎn)移之前，電極可以大體上沒有氧氣，但是電極可以在退火 期間形成氧化物。
[0070] 堆疊可以具有活性電極和惰性電極，活性電極在退火期間接收一些氧氣，惰性電 極基本上不參與氧氣轉(zhuǎn)移。惰性電極可以被稱為耐氧電極并且可以由氮化鈦、氮化鉭、鉑、 金等等制成。用于惰性電極的其它適合材料包括多種導(dǎo)電氧化物，例如，氧化銥和氧化釕。 在一些實施例中，惰性電極包括面向阻變層的氧化物亞層。電極的其余部分可以由這個氧 化物金屬形成并且基本上無氧。例如，初始組織可以由金屬制造并且然后被預(yù)處理以形成 氧化物層，由此產(chǎn)生惰性電極。然后這個電極接收前驅(qū)體層和在前驅(qū)體層上方形成的另一 活性電極。在隨后的退火期間，惰性電極不經(jīng)歷任何顯著的氧氣轉(zhuǎn)移，而活性電極從前驅(qū)體 層接收氧氣，由于前驅(qū)體層失去氧氣，因此它變換成阻變氧化物層。
[0071] 如果具有保護氧化物層的惰性電極是堆疊中首先形成的電極(例如，底部電極）， 那么它會作為金屬層首先被沉積，然后在氧氣中進行短的低溫退火。另一方面，如果惰性電 極是堆疊中最后形成的電極(即，頂部電極），那么它的沉積可以在氧氣環(huán)境下開始(在含氧 等離子體中濺射）以形成最初的氧化物亞層，隨后在惰性環(huán)境中沉積以形成電極的剩余金 屬(和無氧)部分。
[0072] 活性電極可由與氧氣發(fā)生反應(yīng)的材料制成以形成非導(dǎo)電氧化物。適合材料的一些 示例包括錯，鈦、鉭、絡(luò)、鐠、鉬、媽、和銀。
[0073] 前驅(qū)體層可以由諸如氧化鉭(Ta205)、氧化鈮(Nb205)、二氧化鈦(Ti02)、二氧化鉿 (Η??2)、鈦酸鍶(SrTi03)、或其它適合的過渡金屬氧化物、鈣鈦礦錳氧化物或稀土元素氧化 物等的材料制成。前驅(qū)體層可包括化學(xué)當(dāng)量的氧化物或近化學(xué)當(dāng)量的氧化物。例如，在它被 退火之前，前驅(qū)體層中的氧空缺可具有小于0.1原子百分比的濃度。
[0074] 退火可以在完全成形的堆疊或部分成形的堆疊上進行，完全成形的堆疊包括兩個 電極和前驅(qū)體層，部分成形的堆疊只包括一個電極(第二個電極在退火之后形成）。這些堆 疊中還可以存在其它類型的層。如上所述，退火在相對溫和的條件下進行，以實現(xiàn)對一個或 多個活性層和前驅(qū)體層之間的氧擴散的更好控制。退火可以在前驅(qū)體層中形成有梯度的氧 空缺成分。
[0075] 當(dāng)某個轉(zhuǎn)換電壓(例如，設(shè)置電壓或重置電壓)被施加到阻變層時，阻變層改變它 的電阻狀態(tài)，如下面進一步講解的。被施加的電壓引起層內(nèi)或在它與其它器件的兩個交界 面中的一個或兩個處的局部加熱。不受任何特定理論限制地，電場和局部加熱(兩者都由被 施加的電壓引起)的組合導(dǎo)致阻變層內(nèi)和/或其交界面處的多個導(dǎo)電通路的形成和損壞。依 靠移除阻變層內(nèi)的缺陷(例如，氧空缺)和通過阻變層與相鄰層形成的一個或多個交界面來 建立和損壞這些導(dǎo)電通路。
[0076] 交界面可以是惰性交界面或活性交界面。惰性交界面一般沒有通過這個交界面的 任合顯著的缺陷轉(zhuǎn)移。雖然缺陷可以存在于形成這個交界面的一個或兩個層中，但是當(dāng)轉(zhuǎn) 換電壓、讀電壓或其它類型的電壓被施加到ReRAM單元時，這些缺陷不會通過惰性交界面交 換?；钚越唤缑嬉话憬?jīng)歷通過這個交界面的缺陷轉(zhuǎn)移。當(dāng)阻變層包括含氧材料(例如，金屬 氧化物)時，活性交界面由氧氣活性材料(例如，鈦)形成。惰性交界面可以由非氧氣活性材 料形成，它可以是電極或擴散阻礙層的一部分。在一些實施例中，通過活性交界面的缺陷通 量比通過惰性交界面的缺陷通量大兩個或更多數(shù)量級。正因為如此，"惰性"和"活性"的命 名慣例是相對的。
[0077] 當(dāng)缺陷通過活性交界面移進和移出阻變層時，惰性交界面提供對阻變層的控制。 例如，當(dāng)轉(zhuǎn)換電壓被施加到阻變層以便使它的電阻減小時，活性交界面允許缺陷流到層中。 缺陷通常被施加到層的電勢能驅(qū)動并且形成通過層的導(dǎo)電通路。這個流動的方向可以由轉(zhuǎn) 換電壓的極性和/或由缺陷的電荷(例如，帶正電氧空缺)確定。同時，盡管在驅(qū)動勢能的作 用下，第二惰性交界面也阻止缺陷從層逃脫。如果兩個交界面都是活性的并都允許缺陷通 過，那么阻變層可以在一個交界面獲得缺陷并且在另一個交界面失去缺陷。在這種情況下， 層可能永遠不能夠獲得足夠的缺陷來形成導(dǎo)電通路。
[0078] 上面的方案可以以非常類似的方式應(yīng)用到重置操作，在重置操作期間阻變層被帶 到它的高電阻狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)換電壓被施加到層以便增加它的層電阻時，活性交界面允許缺陷 流出層。缺陷還可以被施加到層的電勢能驅(qū)動，如上面描述的。缺陷的失去可能最終損壞層 中的導(dǎo)電通路。同時，盡管在驅(qū)動勢能的作用下，第二惰性交界面也阻止缺陷進入層。如果 兩個交界面都是活性的并且允許缺陷在重置操作期間通過，那么阻變層可以在一個交界面 獲得缺陷而在另一個交界面處失去缺陷，在這種情況下，層可能永遠不能夠失去足夠的缺 陷以便損壞它的導(dǎo)電通路。
[0079] 交界面阻擋缺陷（作為惰性交界面）或允許缺陷擴散通過交界面（作為活性交界 面)的能力取決于形成這個交界面的層以及阻變層的屬性。通常導(dǎo)電電極被用來形成活性 交界面和惰性交界面。這些電極可以被稱為活性電極或惰性電極并且用來形成這些電極的 材料可以被稱為活性材料和惰性材料。應(yīng)注意的是，這個術(shù)語（即活性和惰性)主要指的是 交界面的缺陷移動屬性。一些示例的惰性電極材料包括參雜多晶硅、鉑、釕、氧化釕、金、銥、 銅、銀、和鎢。示例的活性電極材料包括鈦。而且，一些材料可以被定義成半惰性的，包括氮 化鉭、鉭硅氮化物、和鎢硅氮化物。在含氧阻變材料的情況下，例如，金屬氧化物，活性材料 也可以被稱為氧氣活性材料，因為氧氣或氧空缺通過活性交界面交換。鈦是氧氣活性材料 的一個示例，然而也可使用其他示例。
[0080]為了更好的理解與形成下面進一步描述的非易失性存儲器元件的方法相關(guān)聯(lián)的 多種特征和結(jié)構(gòu)，提供了對ReRAM單元和它們的轉(zhuǎn)換機制的簡要描述。ReRAM是非易失性存 儲器類型，它包括呈現(xiàn)阻變特性的電介質(zhì)材料。電介質(zhì)(通常是絕緣體)可以被制成在被施 加足夠高的電壓之后導(dǎo)通一個或多個細(xì)絲(filament)或?qū)щ娡?。?dǎo)電通路的形成可以產(chǎn) 生于不同的機制，包括在下面進一步描述的缺陷、金屬迀移、和其它機制。一旦一個或多個 細(xì)絲或?qū)щ娡沸纬稍诖鎯ζ餮b置的電介質(zhì)器件中，這些細(xì)絲或?qū)щ娡房梢酝ㄟ^施加某 些電壓而被重置(或損壞，導(dǎo)致高電阻)或設(shè)置(或再形成，導(dǎo)致較低的電阻）。不受任何特定 理論限制地，阻變被認(rèn)為與阻變層內(nèi)的，和在一些實施例中由于阻變電壓而橫穿一個形成 的交界面(當(dāng)轉(zhuǎn)換電壓被施加到層時）的缺陷迀移相對應(yīng)。
[0081 ]圖2示出了根據(jù)一些實施例的經(jīng)過雙級ReRAM單元的、作為被施加到ReRAM單元的 電壓的函數(shù)的電流的曲線。金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)首先被制造成使得一定量的缺陷 嵌入在絕緣體層中。電壓可以被施加到MIM結(jié)構(gòu)，以例如通過將絕緣體層變成轉(zhuǎn)換層來從 Μ頂結(jié)構(gòu)形成電阻存儲器裝置。通過施加形成電壓Vform，隨機分布的缺陷能夠被轉(zhuǎn)變成較 低的電阻配置，例如采用細(xì)絲形式。
[0082] 較低電阻配置230可以被表征為用于電阻存儲器裝置的低電阻狀態(tài)(LRS)224,即 使當(dāng)電壓降低時低電阻狀態(tài)(LRS)224也繼續(xù)存在。LRS能夠表示存儲器裝置的邏輯狀態(tài)，例 如邏輯零（"0"）。
[0083] 在LRS下，當(dāng)另一電壓（例如Vreset)被施加時，電阻能夠轉(zhuǎn)變226成高電阻狀態(tài) (HRS)212,高電阻狀態(tài)212具有高電阻配置250,即使在電壓降低時高電阻狀態(tài)212也繼續(xù)存 在。HRS可以表示存儲器裝置的另一邏輯狀態(tài)，例如邏輯一（"1"）。重置電壓Vreset小于形成 電壓Vform。
[0084] 在HRS下，當(dāng)另一電壓（例如Vset)被施加時，電阻可以轉(zhuǎn)變228回到低電阻狀態(tài) (LRS)224,即使在電壓降低時低電阻狀態(tài)224也繼續(xù)存在。設(shè)置電壓Vset也小于形成電壓 Vform〇
[0085] 總的來說，ReRAM單元可以在它的LRS和HRS之間來回多次轉(zhuǎn)換。例如，當(dāng)希望"接 通"單元(例如為了具有LRS)時，可以通過將設(shè)置電壓Vset施加到電極來進行設(shè)置操作。設(shè) 置電壓的施加在阻變層中形成一個或多個導(dǎo)電通路。如果希望"關(guān)閉" ReRAM單元(例如為了 改變成HRS)，可以通過將重置電壓Vreset施加到電極來進行重置操作。重置電壓的施加能 夠毀壞阻變層中的導(dǎo)電通路。
[0086] 重置電壓和設(shè)置電壓的極性在單極存儲器裝置(未示出）中可以是相同的，或者在 雙極裝置中可以是不同的。不受任何特定理論限制地，阻變被認(rèn)為是由于細(xì)絲形成和毀壞 而發(fā)生，而細(xì)絲形成和毀壞是由電場的施加而引起的。
[0087] 在這些狀態(tài)中的每個中（在轉(zhuǎn)換操作之間），可以進行一次或多次讀操作或一次都 不進行讀操作。在讀操作期間，通過將感測電壓施加到它的電極，可以感測到ReRAM單元的 狀態(tài)，或更具體地阻變層其電阻的電阻狀態(tài)。感測電壓有時候被稱為讀電壓Vread。
[0088] 在一些實施例中，設(shè)置電壓Vset在大約lOOmV和10V之間，或更具體地在大約500mV 和5V之間。設(shè)置電壓脈沖的長度可以小于大約100毫秒，或更具體地小于大約5毫秒，甚至是 小于大約100納秒。讀電壓Vread可以在設(shè)置電壓Vset的大約0.1和0.5之間。在一些實施例 中，讀電流（Ι0Ν和I0FF)大于大約1mA，或更具體地大于大約5mA，以允許相當(dāng)小的感測放大 器快速檢測到狀態(tài)。讀電壓脈沖的長度可以與對應(yīng)的設(shè)置電壓脈沖的長度相差無幾，或可 以比寫電壓脈沖更短。ReRAM單元應(yīng)該能夠在LRS和HRS之間無故障地循環(huán)至少大約103次， 或更具體地至少大約107次。在熱應(yīng)力高達85°C而電應(yīng)力小時(例如不斷施加讀電壓），數(shù)據(jù) 保留時間應(yīng)為至少大約5年，或更具體地至少大約10年。其它考慮可以包括低電流泄露，例 如在HRS下對于每20A的氧化物厚度，在0.5V下測量的電流泄露小于大約40A/cm2。
[0089] 在一些實施例中，阻變元件(例如包括電阻存儲器裝置，該電阻存儲器裝置具有布 置在兩個電極之間的阻變元件)能夠被用在施密特觸發(fā)器電路中。阻變元件(或電阻存儲器 裝置)的非易失性遲滯特性能夠被用來生成施密特觸發(fā)器電路的遲滯轉(zhuǎn)移功能。
[0090] 圖3A-圖3C說明了根據(jù)一些實施例的阻變元件的遲滯行為。圖3A示出了阻變裝置 的示意圖，該阻變裝置包括電介質(zhì)層330,電介質(zhì)層330布置在兩個電極320和430之間。電介 質(zhì)層330能夠作為阻變元件操作，例如形成和離解導(dǎo)電細(xì)絲以改變電阻。如圖3B和圖3C示出 了作為被施加到電極320和340的輸入電壓的函數(shù)的阻變裝置的電阻響應(yīng)。阻變裝置是雙極 阻變裝置，意思是設(shè)置電壓和重置電壓具有相反的極性。圖3B中，設(shè)置電壓Vset是負(fù)的而重 置電壓Vreset是正的。當(dāng)輸入電壓Vin大于重置電壓Vreset時，電阻從低值(LRS)轉(zhuǎn)換為高 值(HRS)。當(dāng)輸入電壓Vin的幅值大于（例如，更負(fù)于）設(shè)置電壓Vset的幅值時，電阻從高值 (HRS)轉(zhuǎn)換到低值(LRS)。電阻響應(yīng)形成非反相遲滯曲線。
[0091] 圖3C中，設(shè)置電壓Vset是正的而重置電壓Vreset是負(fù)的。當(dāng)輸入電壓Vin大于設(shè)置 電壓Vset時，電阻從高值(HRS)轉(zhuǎn)換到低值(LRS)。當(dāng)輸入電壓Vin的幅值大于(例如，更負(fù) 于)重置電壓Vreset的幅值時，電阻從低值(LRS)轉(zhuǎn)換為高值(HRS)。電阻響應(yīng)形成反相遲滯 曲線。因此，通過改變阻變裝置的極性能夠?qū)崿F(xiàn)非反相或反相響應(yīng)。
[0092]圖4A-圖4C說明了根據(jù)一些實施例的具有阻變元件的施密特觸發(fā)器電路的示意 圖。圖4A示出了施密特觸發(fā)器電路400的示意框圖，施密特觸發(fā)器電路400包括阻變元件420 和電流控制電路410。如同示出的，施密特觸發(fā)器電路400具有遲滯電阻-電壓轉(zhuǎn)移特性，例 如具有輸入電壓Vin和輸出電阻Rrs。在一些實施例中，可以省去電流控制電路410。
[0093]圖4B示出了施密特觸發(fā)器電路400的示例，施密特觸發(fā)器電路400包括耦接至電阻 器415的阻變元件425(阻變元件425布置在兩個電極之間）。阻變元件425可具有可變電阻 Rrs，由通過阻變元件的電流設(shè)置可變電阻Rrs。電阻器415能夠控制通過阻變元件410的電 流?？蓮碾娮杵?15得到輸出電壓Vout。
[0094]圖4C示出了施密特觸發(fā)器電路400的示例，施密特觸發(fā)器電路400包括耦接至控制 晶體管416的阻變元件425(阻變元件425布置在兩個電極之間）。阻變元件425可以具有可變 電阻Rrs，由通過阻變元件的電流設(shè)置可變電阻Rrs。電路可以連接至輸入電壓Vin和用于晶 體管416的門電壓Vg。通過阻變元件410的電流可被控制晶體管416的門電壓Vg控制?？蓮目?制晶體管416得到輸出電壓Vout。
[0095]圖5A-圖5B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性施 密特觸發(fā)器電路的流程圖。阻變元件可以是布置在兩個電極之間的絕緣體或電介質(zhì)層。描 述的流程圖是對用來形成上述存儲器裝置的技術(shù)的一般性描述。流程圖描述用于形成取樣 維持電路的技術(shù)，該取樣維持電路一般包括阻變元件和其它的支持電路，例如電流控制裝 置。盡管描述了某些加工技術(shù)和規(guī)范，但是應(yīng)理解的是，也可以使用多種其它技術(shù)和文中描 述的技術(shù)的修改。
[0096] 圖5A示出了具有阻變元件的非易失性施密特觸發(fā)器電路的形成。施密特觸發(fā)器電 路可以取樣輸入電壓，并且設(shè)置與輸入電壓相對應(yīng)的阻變元件的電阻。阻變元件的響應(yīng)時 間可以是短的，例如，以皮秒范圍量級，取樣操作可以被視為瞬間的。
[0097] 操作500形成非易失性施密特觸發(fā)器電路。非易失性施密特觸發(fā)器電路可包括阻 變裝置和電流控制裝置，其中阻變裝置被配置成接受輸入電壓。電流控制裝置可以被配置 成生成輸出電壓。
[0098] 阻變元件可包括絕緣體層，例如1102、!1?)2、211〇2)1203、鈦酸鍶(31'0)、銦鎵鋅氧 化物（IGZ0)、或Sn02的金屬氧化物層。絕緣體層可包括過渡金屬氧化物。絕緣體層的厚度可 以在3nm和30nm之間。在一些實施例中，絕緣體層可包括金屬和金屬氧化物層、氧屬元素和 鈣鈦礦層的任意組合。
[0099] 在形成絕緣體層之后可選地進行處理。處理可包括等離子體處理或高溫處理。例 如，處理可包括在氧氣環(huán)境中在300C下快速熱氧化。處理可以在第一電極層的沉積之后在 原位置進行。處理可包括氧自由基退火，例如氧氣環(huán)境中的等離子體退火。
[0100] 在一些實施例中，可以通過PVD或ALD工藝沉積絕緣體層。例如，ALD工藝可包括03 氧化劑，沉積溫度為大約250-300C，并且使用四（乙基甲基氨基)鋯(TEMAZ)前驅(qū)體、三(二甲 基氨基）環(huán)戊二烯基鋯前驅(qū)體、四（乙基甲基氨基）鉿(TEMAHf)前驅(qū)體、四（二甲基氨基）鉿 (TDMAHf)前驅(qū)體。
[0101] 絕緣體可形成于兩個電極之間。電極可以是多晶硅層或含金屬層。例如，電極可以 是高度參雜的多晶硅層，使用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)類型的多晶硅 沉積技術(shù)形成高度參雜的多晶硅層。替代地，電極可以包括TiN、TaN、Ni、Pt、或Ru。也可使用 其他元素，例如!^1、1〇02、1、？〇17-3丨、113丨1了 &3丨~或可使用?￥0或其它工藝形成的它們 的任意組合、混合物或合金，以及它們。其它加工技術(shù)，例如，ALD、脈沖層沉積(PLD)、物理氣 相沉積(PVD)、CVD、蒸發(fā)等也能夠用來沉積電極。電極可具有任何厚度，例如在大約5nm和大 約500nm厚之間。
[0102] 圖5B示出了具有阻變元件的非易失性施密特觸發(fā)器電路的操作。在輸入電壓被施 加到施密特觸發(fā)器電路之后，可提供電阻響應(yīng)。
[0103] 操作530提供具有阻變裝置和電流控制裝置的電路。電路可以是非易失性施密特 觸發(fā)器電路。操作540將輸入電壓施加到電路，以實現(xiàn)施密特觸發(fā)器功能，其中電路具有電 阻-電壓曲線的轉(zhuǎn)移功能。
[0104] 在一些實施例中，非易失性施密特觸發(fā)器電路可包括變換器電路，變換器電路可 操作地對阻變電路的電阻響應(yīng)進行變換，例如以從電阻輸出Rrs生成電壓輸出Vout。因此當(dāng) 接收到輸入信號，例如輸入電壓時，可從阻變元件的設(shè)置電阻生成輸出電壓，其中阻變元件 已經(jīng)被設(shè)置成具有與輸入信號相對應(yīng)的電阻。輸出電壓響應(yīng)可以是非線性的，因為如上面 討論的，阻變元件的典型響應(yīng)是非線性的?？捎镁哂泻线m的補償響應(yīng)的附加電路來實現(xiàn)線 性響應(yīng)。
[0105] 變換器電路可包括電壓源(連續(xù)的或脈沖的）、電流源(連續(xù)的或脈沖的）或任何其 它的電路。例如，電阻存儲器裝置的讀電路可被用來將阻變元件的電阻變換成電壓或電流。 在取樣時間段之后(例如，在阻變元件響應(yīng)取樣信號之后），可以向阻變元件提供變換器電 路。
[0106] 圖6A-圖6C說明了根據(jù)一些實施例的具有變換器電路的非易失性施密特觸發(fā)器電 路的示意圖。圖6A示出了電路600的簡化的框圖，電路600能夠使用阻變元件提供非易失性 施密特觸發(fā)器功能。電路600可包括阻變電路610，例如，具有阻變元件的電路。阻變電路610 還可包括電流控制電路，以控制經(jīng)過阻變元件的電流。阻變電路610可操作地接受輸入電壓 Vin，并提供與輸入信號Vin相對應(yīng)的電阻響應(yīng)Rrs。阻變電路610可與上面討論的具有電阻-電壓轉(zhuǎn)移功能的電路相似。
[0107] 電路600可包括變換器電路630,變換器電路630可操作地對阻變電路610進行變 換，例如將阻變元件的電阻變換成希望的響應(yīng)，例如輸出電壓或輸出電流。變換器電路630 可包括電壓源或電流源，電壓源或電流源是連續(xù)的或脈沖的，并且能夠向阻變元件提供信 號以生產(chǎn)電壓或電流，該電壓或電流與阻變元件的電阻的值相對應(yīng)。例如，如果變換器電路 包括線性電流源，那么可以生成與電阻成線性比例的電壓。如果變換器電路包括非線性源， 那么可生成對電阻的非線性信號。
[0108] 在一些實施例中，當(dāng)施加輸入電壓Vin時，阻變電路610可生成電阻響應(yīng)Rrs，電阻 響應(yīng)Rrs具有與輸入信號Vin相對應(yīng)的電阻值。變換器電路630可將電阻Rrs變換成希望的信 號，例如輸出電壓Vout。
[0109] 圖6B示出了電路605的簡化電路圖，電路605能夠使用阻變元件提供非易失性施密 特觸發(fā)器功能。電路605可包括阻變電路，例如，具有阻變元件615和晶體管617的電路，晶體 管617作為電流控制電路，用來控制經(jīng)過阻變元件615的電流。阻變電路可操作地接受輸入 電壓Vin，以將阻變元件615的電阻設(shè)置成與輸入信號Vin相對應(yīng)，例如作為輸入信號Vin的 函數(shù)。
[0110]電路605可包括變換器電路635,變換器電路635可將阻變元件615的電阻值變換成 希望的輸出信號。變換器電路635可包括電壓源637或638,電壓源637或638能夠提供信號， 以從阻變元件615生成希望的信號。可以包括一組開關(guān)680A和680B，以使阻變元件615在阻 變電路(包括Vin和晶體管617)和變換器電路635之間切換。在一個切換位置中，變換器電路 635被配置成控制阻變元件615,例如，用于將電壓或電流施加到阻變元件615。在其它切換 位置中，阻變電路被配置成控制阻變元件615,例如用于將阻變元件設(shè)置成具有與輸入電壓 Vin相對應(yīng)的電阻。
[0111] 在一些實施例中，操作中，當(dāng)施加輸入電壓Vin時，阻變元件615的電阻被設(shè)置成與 電壓Vin相互關(guān)聯(lián)的電阻Rrs。然后變換器電路635能夠?qū)⒃O(shè)置電阻變換成希望的輸出，例如 輸出電壓。
[0112] 圖6C示出了電路605的簡化電路圖，電路605能夠使用阻變元件提供非易失性施密 特觸發(fā)器功能。電路605可包括阻變電路，例如，具有阻變元件615和晶體管618的電路，晶體 管618能夠作為電流控制電路，用來控制經(jīng)過阻變元件615的電流。電路606的操作與前面的 電路605相似。
[0113] 圖7A-圖7B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性施密特觸發(fā)器電路的響應(yīng)。輸出電 壓Vout被示出為輸入電壓Vin的函數(shù)。響應(yīng)曲線具有遲滯形式，在輸入電壓的設(shè)置電壓和重 置電壓下，在輸出電壓的HRS和LRS值之間轉(zhuǎn)換。可取決于阻變裝置的極性生成非反相（圖 7A)和反相（圖7B)遲滯響應(yīng)。
[0114]圖8A-圖8B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性施 密特觸發(fā)器電路的流程圖。圖8A示出了具有阻變元件的非易失性施密特觸發(fā)器電路的形 成。施密特觸發(fā)器電路可操作地接受輸入電壓，并且生產(chǎn)具有遲滯曲線的輸出電壓。
[0115] 操作800形成非易失性施密特觸發(fā)器電路。非易失性施密特觸發(fā)器電路可包括阻 變電路和變換器電路。阻變電路可操作以響應(yīng)于輸入電壓Vin生成電阻Rrs。變換器電路可 操作地將阻變電路的電阻變換成輸出電壓。還可以包括切換電路，以在變換器電路和阻變 電路之間切換對阻變元件的控制。
[0116] 非易失性施密特觸發(fā)器電路可作為施密特觸發(fā)器電路操作，例如包括取樣輸入電 壓和生成具有施密特觸發(fā)器響應(yīng)曲線的輸出電壓的功能。
[0117] 圖8B示出了具有阻變元件的非易失性施密特觸發(fā)器電路的操作。輸入電壓被施加 到施密特觸發(fā)器電路，它可用來設(shè)置阻變元件的電阻。
[0118] 操作830提供具有阻變電路和變換器電路的電路。電路可以是非易失性施密特觸 發(fā)器電路。操作840將輸入電壓施加到阻變元件以設(shè)置阻變元件的電阻。可以進行可選的切 換操作，以控制阻變元件轉(zhuǎn)換到阻變電路。
[0119] 操作850例如通過將電流或電壓施加到阻變元件來讀阻變元件，從而將阻變電路 的電阻變換成輸出電壓?？梢赃M行可選的切換操作，以使對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至變換器 電路。
[0120] 在一些實施例中，切換操作可以是循環(huán)的，例如周期地在阻變電路和變換器電路 之間轉(zhuǎn)換。切換操作能夠生成數(shù)字施密特觸發(fā)器輸出，由于切換操作數(shù)字施密特觸發(fā)器輸 出是脈沖輸出。輸入電壓可以是模擬的或數(shù)字的。
[0121 ] 在一些實施例中，提供了形成比較器電路的方法，和由該方法產(chǎn)生的比較器電路， 其中阻變元件的屬性(例如，設(shè)置或重置閾值電壓)可以被用作參考信號。例如，比較器電路 可將輸入信號與阻變元件的設(shè)置或重置閾值電壓相比較。進一步，可以分別通過之前的重 置或設(shè)置操作來修改設(shè)置或重置閾值電壓，由此產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)參考電壓的比較器電路。
[0122] 在一些實施例中，比較器電路還可包括重置電路，重置電路可操作地設(shè)置或重置 阻變元件的電阻狀態(tài)。例如，可包括重置電路以在進行比較器操作之前設(shè)置阻變元件，例如 將阻變元件置于低電阻狀態(tài)（高電導(dǎo)率狀態(tài)）。阻變元件被置于作為初始狀態(tài)的低電阻狀 態(tài)。輸入電壓可以開始增加(在幅值方面，正值更高或負(fù)值更低），直到達到重置閾值電壓為 止，這可以從阻變元件生成響應(yīng)。替代地，可以包括重置電路，以在進行比較器操作之前重 置阻變元件，例如，將阻變元件置于高的電阻狀態(tài)(低電導(dǎo)率狀態(tài)）。阻變元件被置于作為初 始狀態(tài)的高電阻狀態(tài)。輸入電壓可開始增加(在幅值方面，正值更高或負(fù)值更低），直到達到 設(shè)置閾值電壓為止，這可以從阻變元件生成響應(yīng)。
[0123] 阻變電路可包括阻變元件和可選的電流控制裝置。電流控制裝置可包括電阻器、 晶體管或其它電路元件。電流控制裝置可操作地控制通過阻變元件的電流。例如，電流控制 裝置可以與阻變元件串聯(lián)連接，因此依靠對通過電流控制裝置的電流進行控制來調(diào)節(jié)通過 阻變元件的電流。在一些實施例中，例如，如果通過阻變元件的電流可以通過阻變元件的內(nèi) 電阻限制，電流控制裝置可以被省去。
[0124] 在典型的操作中，輸入電壓可以被施加到阻變元件。例如，當(dāng)輸入電壓超過(在幅 值方面)阻變元件的設(shè)置或設(shè)置閾值電壓時，可以從阻變元件生成輸出響應(yīng)。
[0125] 在一些實施例中，可以包括切換電路以在阻變電路(例如，用于將阻變元件耦接至 輸入電壓以設(shè)置阻變元件的電阻)和重置電路(例如，用于將阻變元件設(shè)置為希望的初始狀 態(tài))之間轉(zhuǎn)換對阻變元件的控制。
[0126] 在一些實施例中，可以進行一次切換操作，例如首先切換至重置電路以設(shè)置用于 阻變元件的初始值，然后切換至阻變電路以執(zhí)行比較器功能。
[0127] 在一些實施例中，切換操作可以是循環(huán)的，例如周期地在重置電路(用來設(shè)置用于 阻變元件的初始值)和阻變電路(用來執(zhí)行比較器功能)之間轉(zhuǎn)換。例如，可以在每個比較器 功能之后執(zhí)行重置功能。
[0128] 在一些實施例中，本發(fā)明使阻變材料的使用擴展到眾所周知的非易失性存儲器裝 置中的應(yīng)用之外，并且將阻變材料應(yīng)用到混合晶體管-阻變邏輯電路的實施。提供了形成阻 變比較器電路的方法，它可以表示走向真正的混合晶體管-阻變電子器件的實施的基礎(chǔ)構(gòu) 件塊。
[0129] 在一些實施例中，本比較器電路可以是數(shù)字裝置(與常規(guī)模擬比較器相反），本比 較器生成數(shù)字形式的比較器輸出電壓曲線。換句話說，輸出電阻或電壓是脈沖的，例如從得 到輸入值以設(shè)置電阻和生成輸出電壓的循環(huán)操作切換。輸入電壓可以是數(shù)字的（例如，脈沖 的)或模擬的（例如，連續(xù)的）。本比較器電路可以基于阻變元件的設(shè)置閾值電壓或基于阻變 元件的重置閾值電壓。
[0130] 與傳統(tǒng)比較器相比，本比較器電路可具有緊湊的結(jié)構(gòu)。本比較器電路可消除對外 部參考電壓的需要，因為用于阻變元件的低電阻狀態(tài)(LRS)和高電阻狀態(tài)(HRS)的閾值是比 較器電路的閾值。進一步，設(shè)置和重置閾值電壓可以由阻變元件的屬性決定，在重置/設(shè)置 階段期間也可分別由之前的重置/設(shè)置操作控制。因此，通過施加適合的電氣控制，Vset_ threshold和Vreset_threshoId可以被調(diào)制，例如通過改變比較器的參考電壓Vref產(chǎn)生調(diào) 制。
[0131 ]圖10說明了根據(jù)一些實施例的經(jīng)過單極ReRAM單元的、作為被施加到ReRAM單元的 電壓的函數(shù)的電流的曲線。較低的電阻配置1030可以表征成用于電阻存儲器裝置的低電阻 狀態(tài)(LRS)1024。
[0132] 在LRS下，當(dāng)另一電壓(例如Vreset)被施加時，電阻可以轉(zhuǎn)變1026至具有高電阻配 置1050的高電阻狀態(tài)(HRS) 1012。在HRS下，當(dāng)另一電壓(例如Vset)被施加時，電阻可以轉(zhuǎn)變 1028回到低電阻狀態(tài)(LRS) 1024。
[0133] 圖11A-圖11B說明了根據(jù)一些實施例的阻變元件的比較器行為。這些圖示出了作 為被施加到阻變元件的電極的輸入電壓的函數(shù)的阻變裝置的電阻響應(yīng)。阻變裝置可以是單 極或雙極阻變裝置。圖11A中，當(dāng)輸入電壓Vin(在幅值方面)大于設(shè)置電壓Vset時，電阻從高 值(HRS)轉(zhuǎn)換到低值(LRS)。圖11B中，當(dāng)輸入電壓Vin(在幅值方面)大于重置電壓Vreset時， 電阻從低值(LRS)轉(zhuǎn)換到高值(HRS)。
[0134] 圖12A-圖12C說明了根據(jù)一些實施例的具有阻變元件的比較器電路的示意圖。圖 12A示出了比較器電路1200的示意框圖，比較器電路1200包括阻變元件1220和電流控制電 路1210。如同示出的，比較器電路1200具有電阻-電壓轉(zhuǎn)移特性，例如，具有輸入電壓Vin和 輸出電阻Rrs。在一些實施例中，電流控制電路1210可以被省去。
[0135] 圖12B示出了比較器電路1200的示例，比較器電路1200包括耦接至電阻器1215的 阻變元件1225(阻變元件1225布置在兩個電極之間）。阻變元件1225可具有可變電阻Rrs，可 以憑借通過阻變元件的電流設(shè)置可變電阻Rrs。電阻器1215能夠控制能夠通過阻變元件 1210的電流?？梢詮碾娮杵?215得到輸出電壓Vout。
[0136] 圖12C示出了比較器電路1200的示例，比較器電路1200包括耦接至控制晶體管 1216的阻變元件1225(阻變元件1225布置在兩個電極之間）。電路可以連接至輸入電壓Vin 和用于晶體管1216的門電壓Vg?？梢詰{借控制晶體管1216的門電壓Vg對通過阻變元件1210 的電流進行控制?？梢詮目刂凭w管1216得到輸出電壓Vout。
[0137] 圖13A-圖13C說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路的非易失性比較器的示意 圖。圖13A示出了電路1300的簡化框圖，電路1300能夠使用阻變元件提供非易失性比較器功 能。電路1300可包括阻變電路1310，例如具有阻變元件的電路。阻變電路1310還可包括電流 控制電路，以控制經(jīng)過阻變元件的電流。阻變電路1310可操作地接受輸入電壓Vin，并提供 與輸入信號Vin相對應(yīng)的電阻響應(yīng)Rrs。阻變電路1310可以與上面討論的具有電阻-電壓轉(zhuǎn) 移功能的電路相似。
[0138] 電路1300可包括重置電路1330,重置電路1330可操作地重置阻變電路1310,例如， 重置阻變電路1310中的阻變元件的電阻。重置電路1330可包括電壓源或電流源，電壓源或 電流源是連續(xù)的或脈沖的，并且可提供信號以使阻變元件轉(zhuǎn)變至高電阻狀態(tài)。
[0139] 在一些實施例中，重置電路1330可以重置阻變電路1310,例如等于或大于(在幅值 方面)能夠設(shè)置或重置阻變元件的電壓的電壓可以被施加到阻變元件以將阻變元件分別置 于低或高電阻值。當(dāng)重置阻變元件時，阻變電路1310可生成電阻響應(yīng)Rrs，電阻響應(yīng)Rrs具有 與輸入信號Vin相對應(yīng)的電阻值。
[0140]圖13B示出了電路1305的簡化電路圖，電路1305使用阻變元件提供非易失性比較 器功能。電路1305可包括阻變電路，例如，具有阻變元件1315和晶體管1317的電路，晶體管 1317作為電流控制電路，用來控制經(jīng)過阻變元件1315的電流。阻變電路可操作地接受輸入 電壓Vin以將阻變元件1315的電阻設(shè)置成與輸入信號Vin相對應(yīng)，例如作為輸入信號Vin的 函數(shù)。
[0141] 電路1305可包括重置電路1335,重置電路1335能夠?qū)⒆枳冊?315的電阻值重置 至初始值。重置電路1335可包括電壓源1337或1338,電壓源1337或1338能夠提供電壓或電 流以設(shè)置或重置阻變元件1315?？梢园ㄒ唤M開關(guān)1380A和1380B以使阻變元件1315在阻變 電路(包括Vin和晶體管1317)和重置電路1335之間切換。在一個切換位置中，重置電路1335 被配置以控制阻變元件1315,例如用于將電壓或電流施加到阻變元件1315。在另一切換位 置中，阻變電路被配置以控制阻變元件1315,例如，用于將阻變元件設(shè)置成具有與輸入電壓 Vin相對應(yīng)的電阻。
[0142] 在一些實施例中，操作中，在重置阻變元件的電阻之后，當(dāng)施加輸入電壓Vin時，阻 變元件1315的電阻被設(shè)置成與電壓Vin相互關(guān)聯(lián)的電阻Rrs。
[0143] 圖13C示出了電路1305的簡化的電路圖，電路1305能夠使用阻變元件提供非易失 性比較器功能。電路1306可以包括阻變電路，例如具有阻變元件1315和電阻器1318的電路， 電阻器1318能夠作為電流控制電路，用來控制經(jīng)過阻變元件1315的電流。電路1306的操作 可以與前面的電路1305類似。
[0144] 在一些實施例中，提供了比較器電路，比較器電路基于阻變元件的設(shè)置閾值。當(dāng)輸 入電壓(在幅值方面)大于阻變元件的設(shè)置閾值電壓時，可以發(fā)生電壓轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致在輸入電 壓和設(shè)置閾值電壓之間的比較器功能。
[0145] 圖14A-圖14B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)。輸出電阻R或 輸出電壓Vout被示出為輸入電壓Vin的函數(shù)。響應(yīng)曲線具有比較器形式，在輸入電壓的設(shè)置 電壓下，在輸出電壓的HRS和LRS值之間轉(zhuǎn)換。
[0146] 圖15A-圖15B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的其它流程圖。圖15A示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的形成。比較 器電路可操作地接受輸入電壓，并且生成具有比較器曲線的輸出電壓。
[0147] 操作1500形成非易失性比較器電路。非易失性比較器電路可包括阻變元件和重置 電路。重置電路可操作地將阻變電路中的阻變元件重置至高的電阻狀態(tài)。阻變電路可操作 以響應(yīng)于輸入電壓Vin生成輸出電壓Vout。也可以包括切換電路，以在重置電路和阻變電路 之間切換對阻變元件的控制。
[0148] 非易失性比較器電路可作為比較器電路操作，例如包括取樣輸入電壓和生成具有 比較器響應(yīng)曲線的輸出電壓的功能。
[0149] 圖15B示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的操作。輸入電壓被施加到比 較器電路，比較器電路能夠被用來生成輸入電壓和阻變元件的設(shè)置閾值電壓之間的比較器 輸出。
[0150] 操作1530提供具有阻變電路和重置電路的電路。電路可以是非易失性比較器電 路。操作1540重置阻變電路，例如將重置電壓施加到阻變元件以使阻變元件轉(zhuǎn)變至高電阻 狀態(tài)?？梢赃M行可選的切換操作，以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至重置電路。
[0151] 操作1540將輸入電壓施加到阻變元件以生成輸入電壓和阻變元件的設(shè)置閾值電 壓之間的比較器輸出。可以進行可選的切換操作，以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至阻變電路。 在一些實施例中，切換操作可以進行一次。在一些實施例中，切換操作可以是循環(huán)的。
[0152] 在一些實施例中，可以包括閾值設(shè)置電路以改變比較器電路的設(shè)置或重置閾值。 由于可以通過之前的重置或設(shè)置操作分別改變設(shè)置或重置閾值，因此閾值設(shè)置電路可以與 可控重置電路相似。
[0153] 圖16A-圖16B說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路和閾值設(shè)置電路的非易失性 比較器電路的示意圖。圖16A示出了電路1600的簡化框圖，電路1600能夠使用阻變元件提供 非易失性比較器功能。電路1600可以包括阻變電路1610,例如具有阻變元件的電路。阻變電 路1610還可以包括電流控制電路以控制經(jīng)過阻變元件的電流。阻變電路1610可操作地接受 輸入電壓Vin，并且提供與輸入信號Vin相對應(yīng)的輸出響應(yīng)Vout。
[0154] 電路1600可以包括重置電路1630,重置電路1630可操作地重置阻變元件的電阻狀 態(tài)。因此，可以包括重置電路以在施加輸入電壓之前重置阻變元件，例如，將阻變元件置于 高電阻狀態(tài)(低電導(dǎo)率狀態(tài)）中。
[0155] 電路1600可包括閾值設(shè)置電路1640，閾值設(shè)置電路1640可操作地修改阻變電路 1610的設(shè)置閾值，例如，改變阻變元件從HRS轉(zhuǎn)換至LRS時的電壓。閾值設(shè)置電路1640可以包 括電壓源或電流源，電壓源或電流源是連續(xù)的或脈沖的，并且可以向阻變元件提供信號以 生成與阻變元件的電阻的值相對應(yīng)的電壓或電流。
[0156] 在一些實施例中，在將阻變電路重置到高電阻狀態(tài)之后，當(dāng)施加輸入電壓Vin時， 阻變電路1610能夠生成輸出電壓響應(yīng)Vout，輸出電壓響應(yīng)Vout表示與阻變元件的設(shè)置電壓 的比較器信號。
[0157] 圖16B示出了電路1605的簡化電路圖，電路1605能夠使用阻變元件提供非易失性 比較器功能。電路1605可以包括阻變電路，例如，具有阻變元件1615和晶體管1617(或電阻 器，未示出）的電路，晶體管1617作為電流控制電路，用來控制經(jīng)過阻變元件1615的電流。阻 變電路可操作地接受輸入電壓Vin以將阻變元件的電阻設(shè)置成與輸入信號Vin相對應(yīng)，例如 為輸入信號Vin的函數(shù)。
[0158] 電路1605可包括重置電路1635,重置電路1635能夠重置阻變元件1615。重置電路 1635可包括電壓源1637或1638?？梢园ㄒ唤M開關(guān)1680A和1680B以在阻變電路(包括Vin和 晶體管1617)和重置電路1635之間切換阻變元件1615。
[0159] 電路1605可包括閾值設(shè)置電路1635,閾值設(shè)置電路1635能夠修改阻變元件1615的 設(shè)置閾值。閾值設(shè)置電路1635可包括電壓源1637或1638?？梢园ㄒ唤M開關(guān)1680A和1680B 以在阻變電路(包括Vin和晶體管1617)和閾值設(shè)置電路1635之間切換阻變元件1615。
[0160] 在一些實施例中，操作時，阻變元件的設(shè)置閾值被修改成希望的值。阻變元件還被 重置至高電阻狀態(tài)。然后當(dāng)施加輸入電壓Vin時，輸出電壓可以被生成，輸出電壓具有輸入 電壓和設(shè)置閾值電壓之間的比較形式。
[0161] 圖17說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)。輸出電壓Vout被示出 為輸入電壓Vin的函數(shù)。響應(yīng)曲線具有比較器形式，在設(shè)置閾值電壓下，在零和Vm之間轉(zhuǎn)換。 示出了不同的設(shè)置閾值電壓Vsetl、Vset2、和Vset3,表示具有不同設(shè)置閾值操作的不同響 應(yīng)曲線。
[0162] 圖18A-圖18B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的流程圖。圖18A示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的形成。比較器電 路可操作地接受輸入電壓，并且生成具有比較器曲線的輸出電壓。
[0163] 操作1800形成非易失性比較器電路。非易失性比較器電路可包括阻變電路，重置 電路，和設(shè)置閾值電路。阻變電路可以操作以響應(yīng)于輸入電壓Vin生成電阻Rrs。重置電路可 操作地將阻變元件重置至高電阻狀態(tài)。設(shè)置閾值電路可操作地修改阻變元件的設(shè)置閾值電 壓。還可以包括切換電路以在重置電路、閾值設(shè)置電路和阻變電路之間切換對阻變元件的 控制。
[0164] 非易失性比較器電路可作為比較器電路操作，例如，包括取樣輸入電壓和生成具 有比較器響應(yīng)曲線的輸出電壓的功能。
[0165] 圖18B示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的操作。輸入電壓被施加到比 較器電路，比較器電路可以被用來生成輸入電壓和阻變元件的重置閾值電壓之間的比較器 輸出。
[0166] 操作1830提供具有阻變電路、重置電路和閾值設(shè)置電路的電路。電路可以是非易 失性比較器電路。
[0167] 操作1840設(shè)置，例如修改用于阻變元件的閾值電壓?？梢栽陂撝翟O(shè)置操作之前，進 行可選的切換操作來將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至設(shè)置閾值電路。
[0168] 操作1850重置阻變電路的電阻，從而將阻變元件置于高電阻狀態(tài)。可以進行可選 的切換操作，以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至重置電路。
[0169] 操作1860將輸入電壓施加到阻變元件以生成輸出電壓，輸出電壓是由于輸入電壓 和設(shè)置閾值電壓之間的比較產(chǎn)生的?？梢赃M行可選的切換操作以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換 至阻變電路。
[0170] 在一些實施例中，切換操作可以進行一次或是循環(huán)的。例如，可以進行一次閾值設(shè) 置操作，并且重置操作可以是循環(huán)的（例如在生成輸出電壓之前）。
[0171] 在一些實施例中，提供了比較器電路，比較器電路基于阻變元件的重置閾值。當(dāng)輸 入電壓(在幅值方面)大于阻變元件的重置閾值電壓時，可以發(fā)生電壓轉(zhuǎn)變，從而引起輸入 電壓和重置閾值電壓之間的比較器功能。
[0172]圖19A-圖19B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)。輸出電阻R或 輸出電壓Vout被示出為輸入電壓Vin的函數(shù)。響應(yīng)曲線具有比較器形式，在輸入電壓的重置 電壓下，從輸出電壓的LRS值和HRS值轉(zhuǎn)換。
[0173]圖20A-圖20B說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路和變換器電路的非易失性比 較器電路的示意圖。圖20A示出了電路2000的簡化框圖，電路2000能夠使用阻變元件提供非 易失性比較器功能。電路2000可以包括阻變電路2010，例如具有阻變元件的電路。阻變電路 2010還可以包括電流控制電路以控制經(jīng)過阻變元件的電流。阻變電路2010可操作地接受輸 入電壓Vin，并且提供與輸入信號Vin相對應(yīng)的輸出響應(yīng)Vout。
[0174] 電路2000可以包括重置電路2030,重置電路2030可操作地重置阻變元件的電阻狀 態(tài)。因此，可以包括重置電路以在施加輸入電壓之前設(shè)置阻變元件，例如將阻變元件置于低 電阻狀態(tài)。
[0175] 電路2000可以包括變換器電路2050,變換器電路2050可操作地將非易失性電阻值 變換成任何希望的輸出。例如，具有電流源的變換器電路可以耦接至阻變元件以生成輸出 電壓，例如將輸出電阻變換成輸出電壓。
[0176] 在一些實施例中，在將阻變電路重置至低電阻狀態(tài)之后，當(dāng)施加輸入電壓Vin時， 阻變電路2010能夠生成輸出電阻響應(yīng)Rrs，輸出電阻響應(yīng)Rrs能夠被變換成輸出電壓Vout， 輸出電壓Vout表示與阻變元件的重置電壓的比較器信號。
[0177] 圖20B示出了電路2005的簡化電路圖，電路2005能夠使用阻變元件提供非易失性 比較器功能。電路2005可以包括阻變電路，例如具有阻變元件2015和晶體管2017(或電阻 器，未示出）的電路，晶體管2017作為電流控制電路，用來控制經(jīng)過阻變元件2015的電流。阻 變電路可操作地接受輸入電壓Vin以將阻變元件2015的電阻設(shè)置成與輸入信號Vin相對應(yīng)， 例如作為輸入信號Vin的函數(shù)。
[0178] 電路2005可以包括重置電路2035,重置電路2035能夠重置阻變元件2015。重置電 路2035可以包括電壓源2037或2038。可以包括一組開關(guān)2080A和2080B以使阻變元件2015在 阻變電路(包括Vin和晶體管2017)和重置電路2035之間切換。
[0179] 電路2005可以包括變換器電路2055,變換器電路2055可以將非易失性電阻值變換 成任何希望的輸出。變換器電路2055可以包括電壓源2057或2058?？梢园ㄒ唤M開關(guān)2080A 和2080B，以使阻變元件2015在阻變電路(包括Vin和晶體管2017)和變換器電路2055之間切 換。
[0180] 在一些實施例中，操作中，阻變元件的重置閾值被修改成希望的值。阻變元件被重 置至低電阻狀態(tài)。然后當(dāng)施加輸入電壓Vin時，可以生成輸出電壓，輸出電壓具有輸入電壓 和重置閾值電壓之間的比較形式。
[0181] 圖21A和圖21B說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)。在圖21A中， 輸出電阻Rrs被示出為輸入電壓Vin的函數(shù)。響應(yīng)曲線顯示了阻變元件的重置轉(zhuǎn)變，即在重 置閾值電壓下從LRS轉(zhuǎn)換至HRS。在圖21B中，輸出電壓Vout被示出為輸入電壓Vin的函數(shù)。響 應(yīng)曲線具有比較器形式，在重置閾值電壓下在零和Vm之間轉(zhuǎn)換。電壓響應(yīng)可以是由變換器 電路產(chǎn)生的，變換器電路將電阻響應(yīng)Rrs變換成電壓響應(yīng)Vout。
[0182] 圖22A-圖22B說明了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的流程圖。圖22A示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的形成。比較器電 路可操作地接受輸入電壓，并且生成具有比較器曲線的輸出電壓。
[0183] 操作2200形成非易失性比較器電路。非易失性比較器電路可以包括阻變電路、重 置電路和變換器電路。重置電路可操作地將阻變電路中的阻變元件設(shè)置成低電阻狀態(tài)。阻 變電路可操作以響應(yīng)于輸入電壓Vin生成電阻輸出Rrs。變換器電路可操作地將電阻響應(yīng)變 換成電壓響應(yīng)。還可以包括切換電路，以在重置電路、變換器電路和阻變電路之間切換對阻 變元件的控制。
[0184] 非易失性比較器電路可作為比較器電路操作，例如包括取樣輸入電壓和生成具比 較器響應(yīng)曲線的輸出電壓的功能。
[0185] 圖22B示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的操作。輸入電壓被施加到比 較器電路，比較器電路能夠用來生成輸入電壓和阻變元件的重置閾值電壓之間的比較器輸 出。
[0186] 操作2230提供具有阻變電路、重置電路和變換器電路的電路。電路可以是非易失 性比較器電路。操作2240重置阻變電路，例如將設(shè)置電壓施加到阻變元件以使阻變元件轉(zhuǎn) 變至低電阻狀態(tài)?？梢赃M行可選的切換操作以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至重置電路。
[0187] 操作2250將輸入電壓施加到阻變元件以生成輸入電壓和阻變元件的設(shè)置閾值電 壓之間的比較器輸出?？梢赃M行可選的切換操作，以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至阻變電路。 在一些實施例中，切換操作可以進行一次。在一些實施例中，切換操作可以是循環(huán)的。
[0188] 操作2260將電阻輸出變換成電壓輸出?？梢赃M行可選的切換操作以將對阻變元件 的控制轉(zhuǎn)換至變換器電路。在一些實施例中，切換操作可以進行一次。在一些實施例中，切 換操作可以是循環(huán)的。
[0189] 在一些實施例中，可以包括閾值設(shè)置電路以改變比較器電路的設(shè)置或重置閾值。 由于可以通過之前的重置或設(shè)置操作分別改變設(shè)置或重置閾值，因此閾值設(shè)置電路可以與 可控重置電路相似。
[0190]圖23A-圖23B說明了根據(jù)一些實施例的具有重置電路、變換器電路和閾值設(shè)置電 路的非易失性比較器電路的示意圖。圖23A示出了電路2300的簡化框圖，電路2300能夠使用 阻變元件提供非易失性比較器功能。電路2300可以包括阻變電路2310,例如具有阻變元件 的電路。阻變電路2310還可以包括電流控制電路，以控制經(jīng)過阻變元件的電流。阻變電路 2310可操作地接受輸入電壓Vin，并且提供與輸入信號Vin相對應(yīng)的輸出響應(yīng)Vout。
[0191] 電路2300可以包括重置電路2330,重置電路2330可操作地重置阻變元件的電阻狀 態(tài)。因此，可以包括重置電路以在施加輸入電壓之前重置阻變元件，例如將阻變元件置于高 電阻狀態(tài)(低電導(dǎo)率狀態(tài)）。
[0192] 電路2300可包括閾值設(shè)置電路2340,閾值設(shè)置電路2340可操作地修改阻變電路 2310的設(shè)置閾值，例如改變阻變元件從HRS轉(zhuǎn)換至LRS時的電壓。閾值設(shè)置電路2340可包括 電壓源或電流源，電壓源或電流源是連續(xù)的或脈沖的，并且可以向阻變元件提供信號以生 成與阻變元件的電阻的值相對應(yīng)的電壓或電流。
[0193] 電路2300可以包括變換器電路2350,變換器電路2350能夠?qū)⒎且资噪娮柚底儞Q 成任何希望的輸出。
[0194] 在一些實施例中，設(shè)置閾值電壓被修改成希望的參考電壓值。在將阻變電路重置 為低電阻狀態(tài)之后，當(dāng)施加輸入電壓Vin時，阻變電路2310能夠生成輸出電壓響應(yīng)Vout，輸 出電壓響應(yīng)Vout表示與阻變元件的重置電壓的比較器信號。
[0195] 圖23B示出了電路2305的簡化電路圖，電路2305能夠使用阻變元件提供非易失性 比較器功能。電路2305可以包括阻變電路，例如具有阻變元件2315和晶體管2317(或電阻 器，未示出）的電路，晶體管2317作為電流控制電路，用來控制經(jīng)過阻變元件2315的電流。阻 變電路可操作地接受輸入電壓Vin以將阻變元件2315的電阻設(shè)置成與輸入信號Vin相對應(yīng)， 例如作為輸入信號Vin的函數(shù)。
[0196] 電路2305可包括重置電路2335,重置電路2335能夠設(shè)置阻變元件2315。重置電路 2335可包括電壓源2337或2338?？梢园ㄒ唤M開關(guān)2380A和2380B以使阻變元件2315在阻變 電路(包括Vin和晶體管2317)和重置電路2335之間切換。
[0197] 電路2305可包括閾值設(shè)置電路2335,閾值設(shè)置電路2335能夠修改阻變元件2315的 重置閾值。閾值設(shè)置電路2335可包括電壓源2337或2338?？梢园ㄒ唤M開關(guān)2380A和2380B 以使阻變元件2315在阻變電路(包括Vin和晶體管2317)和閾值設(shè)置電路2335之間切換。
[0198] 電路2305可包括變換器電路2355,變換器電路2355可將非易失性電阻值變換成任 何希望的輸出。變換器電路2355可包括電壓源2357或2358?？砂ㄒ唤M開關(guān)2380A和2380B 以使阻變元件2315在阻變電路(包括Vin和晶體管2317)和變換器電路2355之間切換。
[0199] 在一些實施例中，操作中，阻變元件的重置閾值可以被修改為希望的值。還可以將 阻變元件設(shè)置為低電阻狀態(tài)。然后當(dāng)施加輸入電壓Vin時，可以生成輸出電阻，輸出電阻可 以被變換成輸出電壓，輸出電壓具有輸入電壓和重置閾值電壓之間的比較形式。
[0200] 圖24說明了根據(jù)一些實施例的非易失性比較器電路的響應(yīng)。輸出電壓Vout被示出 為輸入電壓Vin的函數(shù)。響應(yīng)曲線具有比較器形式，在重置閾值電壓下從Vm轉(zhuǎn)換至零。示出 了不同的重置閾值電壓Vresetl、Vreset2、和Vreset3,表示具有不同重置閾值操作的不同 響應(yīng)曲線。
[0201] 圖25A-圖25B示出了根據(jù)一些實施例的用于形成和操作具有阻變元件的非易失性 比較器電路的流程圖。圖25A示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的形成。比較器電 路可操作地接受輸入電壓，并且生成具有比較器曲線的輸出電壓。
[0202] 操作2500形成非易失性比較器電路。非易失性比較器電路可包括阻變電路、重置 電路、變換器電路和設(shè)置閾值電路。阻變電路可操作以響應(yīng)于輸入電壓Vin生成電阻Rrs。重 置電路可操作地將阻變元件重置至高電阻狀態(tài)。設(shè)置閾值電路可操作地修改阻變元件的設(shè) 置閾值電壓。變換器電路可操作地將電阻值變換為電壓或電流值。還可以包括切換電路，以 在重置電路、變換器電路、閾值設(shè)置電路和阻變電路之間切換對阻變元件的控制。
[0203] 非易失性比較器電路可作為比較器電路操作，例如包括取樣輸入電壓和生成具有 比較器響應(yīng)曲線的輸出電壓的功能。
[0204] 圖25B示出了具有阻變元件的非易失性比較器電路的操作。輸入電壓被施加到比 較器電路，比較器電路能夠用來生成輸入電壓和阻變元件的重置閾值電壓之間的比較器輸 出。
[0205] 操作2530提供具有阻變電路、重置電路、變換器電路和閾值設(shè)置電路的電路。電路 可以是非易失性比較器電路。
[0206] 操作2540設(shè)置，例如修改用于阻變元件的重置閾值電壓?？梢栽陂撝翟O(shè)置操作之 前進行可選的切換操作，以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至設(shè)置閾值電路。
[0207] 操作2550重置阻變電路的電阻，從而將阻變元件置于低電阻狀態(tài)。可以進行可選 的切換操作以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至重置電路。
[0208]操作2560將輸入電壓施加到阻變元件以生成輸出電阻，輸出電阻是由于阻變元件 的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的?？梢赃M行可選的切換操作以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至阻變電路。
[0209] 操作2570將輸出電阻變換成希望的值，例如輸出電壓?？梢赃M行可選的切換操作 以將對阻變元件的控制轉(zhuǎn)換至變換器電路。
[0210] 在一些實施例中，切換操作可以進行一次或是循環(huán)的。例如，閾值設(shè)置操作可以進 行一次，并且重置操作可以是循環(huán)的（例如在生成輸出電壓之前）。
[0211] 盡管出于清楚理解的目的在一些細(xì)節(jié)中描述了上述示例，但是本發(fā)明并不限于提 供的細(xì)節(jié)。存在實施本發(fā)明的很多替代方式。公開的示例是解說性的而非限制性的。
【主權(quán)項】
1. 一種電路，所述電路包括： 阻變電路， 其中所述阻變電路包括阻變元件， 其中所述阻變元件包括高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)； 變換器電路， 其中所述變換器電路可操作地提供與所述阻變元件成比例的電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述阻變電路還包括電流控制裝置。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述電流控制裝置包括電阻器或晶體管。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電路將輸入電壓接受到所述阻變元件的第一 端子端，其中所述電路在所述阻變元件的第二端子端處提供輸出電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括切換電路，其中所述切換電路被配置成允許所述 變換器電路連接至所述阻變元件。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述變換器電路包括電流源，所述電流源提供通 過所述阻變元件的電流。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述阻變元件被配置成提供非反相施密特觸發(fā)器 功能。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述阻變元件被配置成提供反相施密特觸發(fā)器功 能。9. 一種比較器電路，所述比較器電路包括： 阻變電路， 其中所述阻變電路包括阻變元件， 其中所述阻變元件包括高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)， 其中所述阻變元件被配置成在設(shè)置電壓下從所述高電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變至所述低電阻狀態(tài)； 重置電路， 其中所述重置電路可操作地將所述阻變元件置于所述高電阻狀態(tài)； 閾值設(shè)置電路， 其中所述閾值設(shè)置電路可操作地改變所述設(shè)置電壓。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的比較器電路，其中，所述阻變電路還包括電流控制裝置。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的比較器電路，其中，所述電流控制裝置包括電阻器或晶體 管。12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的比較器電路，其中，所述比較器電路將輸入電壓接受到所述 阻變元件的第一端子端，其中所述比較器電路在所述阻變元件的第二端子端處提供輸出電 壓。13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的比較器電路，所述比較器電路還包括切換電路，其中所述切 換電路被配置成允許所述重置電路或所述閾值設(shè)置電路連接至所述阻變元件。14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的比較器電路，其中，所述重置電路包括電壓源或電流源，所述 電壓源或電流源提供通過所述阻變元件的電流。15. -種比較器電路，所述比較器電路包括： 阻變電路， 其中所述阻變電路包括阻變元件， 其中所述阻變元件包括高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)， 其中所述阻變元件被配置成在設(shè)置電壓下從所述低電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變至所述高電阻狀態(tài)； 重置電路， 其中所述重置電路可操作地將所述阻變元件置于所述低電阻狀態(tài)； 變換器電路， 其中所述變換器電路可操作地提供與所述阻變元件成比例的電壓； 閾值設(shè)置電路， 其中所述閾值設(shè)置電路可操作地改變所述設(shè)置電壓。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的比較器電路，其中，所述阻變電路還包括電流控制裝置，其 中所述電流控制裝置包括電阻器或晶體管。17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的比較器電路，其中，所述比較器電路將輸入電壓接受到所述 阻變元件的第一端子端，其中所述比較器電路在所述阻變元件的第二端子端處提供輸出電 壓。18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的比較器電路，所述比較器電路還包括切換電路，其中所述切 換電路被配置成允許所述重置電路、所述變換器電路、或所述閾值設(shè)置電路連接至所述阻 變元件。19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的比較器電路，其中，所述變換器電路包括電流源，所述電流 源提供通過所述阻變元件的電流。20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的比較器電路，其中，所述重置電路包括電壓源或電流源，所 述電壓源或電流源提供通過所述阻變元件的電流。
【文檔編號】H03K3/037GK105900338SQ201480072914
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】F·納爾迪, 王云
【申請人】分子間公司