用于读取阵列中的电阻开关器件的电路和方法技术

用于检测交叉阵列中的电阻开关器件的电阻状态的读取电路利用了跨阻抗等电位预放大器，其中该跨阻抗等电位预放大器连接至该阵列中的该电阻开关器件的选中列线。该等电位预放大器输送检测电流，同时将该选中列线保持在接近于施加至该阵列的未选中行线的偏置电压的参考电压。参考电阻器选择性地连接至该等电位预放大器，用于设置参考电流，其中该等电位预放大器被设置为产生具有幅度的预放大器输出电压，该幅度依赖于该检测电流是否小于或大于该参考电流。电压比较器连接至该等电位预放大器，用于将预放大器输出电压与设置参考电压进行比较，并且生成比较器输出电压，该比较器输出电压表示该电阻开关器件的电阻状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】用于检测交叉阵列中的电阻开关器件的电阻状态的读取电路利用了跨阻抗等电位预放大器，其中该跨阻抗等电位预放大器连接至该阵列中的该电阻开关器件的选中列线。该等电位预放大器输送检测电流，同时将该选中列线保持在接近于施加至该阵列的未选中行线的偏置电压的参考电压。参考电阻器选择性地连接至该等电位预放大器，用于设置参考电流，其中该等电位预放大器被设置为产生具有幅度的预放大器输出电压，该幅度依赖于该检测电流是否小于或大于该参考电流。电压比较器连接至该等电位预放大器，用于将预放大器输出电压与设置参考电压进行比较，并且生成比较器输出电压，该比较器输出电压表示该电阻开关器件的电阻状态。【专利说明】
技术介绍
忆阻器件或忆阻器是具有电可开关的器件电阻的新型开关器件。忆阻器件从科学角度和技术角度都是令人关注的，并且在非易失性存储器(NVM)领域和其它领域具有前景。随着当今闪存技术达到其规模极限，急需能满足未来应用所需的存储容量和存储速度的新存储器技术。使用电阻开关器件(例如忆阻器)的存储器是满足这种需要的有前景的候选。对于NVM应用而言，许多纳米级电阻开关器件可以形成在二维阵列(例如交叉结构)中，以提供非常高的存储容量。然而，可靠地读取阵列中被选中电阻开关器件的电阻状态已成为主要挑战，因为其它开关器件在阵列中的存在可能形成泄漏电流路径，泄漏电流路径会显著降低读取操作的信噪比。【专利附图】【附图说明】图1是作为一种电阻开关器件的忆阻器件示例的示意性剖视图；图2是包含多个电阻开关器件的交叉结构的示意图；图3是代表电阻开关器件的交叉结构的抽象的示意图；图4是用于读取交叉结构中被选中电阻开关器件的具有跨阻抗等电位预放大器的电子电路的示意图；图5是示出使用图4的电路读取交叉结构中被选中电阻开关器件的过程的流程图；以及图6是图4的用于读取交叉结构中被选中电阻开关器件的电子电路的实现方式的示意图。【具体实施方式】下面的描述提供一种用于读取开关器件阵列中的电阻开关器件的电阻状态的具有跨阻抗预放大器的电路，以及用于执行读取操作的相应方法。在一些实施例中，读取电路可以提供代表开关器件的电阻状态的数字输出。例如，数字“O”可以表示该器件处于高电阻状态或者“关断(OFF)”状态，而数字“ I”可以表示该器件处于低电阻状态或“接通(0N)”状态。在一些实施例中，电阻开关器件可以是双极忆阻器件(或忆阻器)。本专利技术中使用的忆阻器件是具有代表其开关状态的电阻的开关器件，并且电阻取决于向器件施加的电压和电流的历史。术语“双极”指器件可以通过施加一个极性的开关电压而从低阻态(LRS)被切换至高阻态(HRS)，并且可以通过施加相对极性的开关电压而从高阻态切换至低阻态。图1以示意图形式示出双极忆阻器件100的示例。在图1所示的实施例中，忆阻器件是具有上电极120和下电极110的双端器件。在这两个电极之间布置有源区122，在有源区122这里发生切换行为。开关器件100的有源区122包括开关材料以及弱电离导体，开关材料可以是半导电的或者名义上绝缘的。开关材料包含掺杂剂，掺杂剂可以在足够强的电场下被驱使漂移通过开关材料，这导致忆阻器件的电阻变化。忆阻器件100可以用作例如用于存储数字信息的非易失性存储器单元。这样的存储器单元可以合并到交叉结构中，以提供大存储容量，如图2所示。许多不同的具有各自适合的掺杂剂的材料可以用作开关材料。表现适合的开关属性的材料包括过渡金属和稀土金属的氧化物、硫化物、硒化物、氮化物、碳化物、磷化物、砷化物、氯化物和溴化物。适合的开关材料还包括诸如Si和Ge之类的元素半导体，以及诸如II1-V和I1-VI族化合物半导体之类的化合物半导体。可能的开关材料的列表不是穷举，并且不限制本专利技术的范围。用来改变开关材料的电特性的掺杂剂种类取决于选中的开关材料的具体类型，并且可以是阳离子、阴离子或空位或者是作为电子施主或电子受主的杂质。例如，在诸如TiO2的过渡金属氧化物的情况下，掺杂剂种类可以是氧空位。对于GaN来说，掺杂剂种类可以是氮化物空位或二价硫离子。对于化合物半导体来说，掺杂剂可以是η型杂质或P型杂质。通过控制有源区122的开关材料中氧空位的浓度和分布，纳米级开关器件100可以在接通状态和关断状态之间切换。当在上电极120和下电极110之间施加DC开关电压时，跨越有源区122形成电场。开关电压和开关电流可以由开关电路200控制。如果跨越有源区122的电场具有足够的强度和适当的极性，则可以驱动氧空位通过开关材料向上电极120漂移，从而将器件转变成接通状态。作为示例，如图1所示，在一个实施例中开关材料可以是Ti02。在此情况下，开关材料可以携带并且可以被运输穿过开关材料的掺杂剂是氧空位(I2+)。开关器件的有源区122具有两个子区或子层:主区域124和副区域126。主区域124是切换行为发生的主要位置。在器件的原始形成状态中，主区域124具有相对低的掺杂剂浓度，而副区域126具有相对高的掺杂剂水平。副区域126起掺杂剂源/漏的作用。在切换操作期间，掺杂剂可以从副区域126驱动到主区域124内，或者从主区域驱动至副区域内，以改变主区域中的掺杂剂分布，从而改变跨越主区域的电导率。如果电场的极性逆转，则掺杂剂可以以相反的方向漂移穿过开关材料，并且离开上电极120，从而将器件转变成关断状态。以此方式，切换是可逆的且可以反复。由于使掺杂剂漂移需要相对大的电场，所以在移除开关电压以后，掺杂剂的位置在开关材料中保持稳定。切换是双极的，因为使用相反极性的电压将器件切换为接通和关断。开关器件100的状态可以通过向下电极110和上电极120施加读取电压以检测跨越这两个电极的电阻来读取。读取电压通常比使离子掺杂剂在上电极和下电极之间漂移所需的阈值电压低得多，使得读取操作不改变开关器件的电阻状态。对于受益于具有高密度开关器件的各种应用而言，忆阻开关器件可以被形成为阵列。图2示出忆阻开关器件的二维阵列160的示例。阵列160具有沿第一方向延伸的大体平行的第一组161纳米线162和沿与第一方向形成一角度(例如90度)的第二方向延伸的大体平行的第二组163纳米线164。一组纳米线可以被标记为行线，另一组可以被标记为列线。这两层纳米线162和164形成二维网格，该二维网格通常被称为交叉结构，第一层中的每条纳米线162与第二层的多条纳米线164相交，第二层中的每条纳米线164与第一层中的多条纳米线162相交。在纳米线162和纳米线164的每个交叉位置处可以形成忆阻开关器件166。开关器件166具有第二组163纳米线作为其上电极，具有第一组161纳米线作为下电极，并且具有在这两条纳米线之间的包含开关材料的有源区172。二维阵列中的每个忆阻器件166可以通过对形成忆阻器件的电极的行线和列线进行选择来唯一地寻址。如上面提到的，因使用交叉存储器结构产生的一项挑战是，可能难以可靠地读取阵列中被选中器件的电阻状态。为了检测被选中器件的电阻状态，可以经由器件的行线和列线向器件施加检测电压，并且可以监测流经选中器件的电流来确定器件的电阻。然而，存在与选中行线或选中列线连接的其它开关器件。那些被称为“半选中器件”的器件可以形成泄漏电流路径，并且可能难以将流经选中器件的电流与泄漏电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测交叉阵列中的电阻开关器件的电阻状态的读取电路，包括：跨阻抗等电位预放大器，连接至所述阵列中的电阻开关器件的选中列线，用于输送检测电流，同时将所述选中列线保持在与施加至所述阵列中的未选中行线的偏置电压接近的参考电压；参考电阻器，选择性地连接至所述等电位预放大器，用于设置参考电流，其中所述等电位预放大器被设置为产生具有幅度的预放大器输出电压，所述幅度取决于所述检测电流是小于还是大于所述参考电流；以及电压比较器，连接至所述等电位预放大器，用于将所述预放大器输出电压与设置参考电压进行比较，并且生成表示所述电阻开关器件的电阻状态的比较器输出电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·佩纳，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：
国别省市：