一种相变存储器的读出电路及读出方法技术

本发明专利技术提供一种相变存储器的读出电路及读出方法，包括用于存储数据的目标相变存储单元；根据目标相变存储单元的当前状态产生读电流的读电路；将读电流与读参考电流进行比较，并产生读出电压信号的比较电路。在相变存储器进行读取操作时，将目标相变存储单元的字线置位到读字线电压；当读使能有效时，目标相变存储单元所在的位线将产生相应的读电流；通过比较读电流和读参考电流的大小，得到读出的电压信号。本发明专利技术不需要通过钳位的方式限制位线电压，因此能有效地加快读取过程，特别适用于使用Diode等作为选通管时相变存储器阵列位线具有较高压降的情况，避免了位线钳位等方式带来的读出时延，有利于高速相变存储器产品的实现。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，包括用于存储数据的目标相变存储单元；根据目标相变存储单元的当前状态产生读电流的读电路；将读电流与读参考电流进行比较，并产生读出电压信号的比较电路。在相变存储器进行读取操作时，将目标相变存储单元的字线置位到读字线电压；当读使能有效时，目标相变存储单元所在的位线将产生相应的读电流；通过比较读电流和读参考电流的大小，得到读出的电压信号。本专利技术不需要通过钳位的方式限制位线电压，因此能有效地加快读取过程，特别适用于使用Diode等作为选通管时相变存储器阵列位线具有较高压降的情况，避免了位线钳位等方式带来的读出时延，有利于高速相变存储器产品的实现。【专利说明】—种相变存储器的读出电路及读出方法
本专利技术涉及微电子学领域，特别是涉及。
技术介绍
相变存储器，是一种新型的阻变式非易失性半导体存储器，它以硫系化合物材料为存储介质，利用加工到纳米尺寸的相变材料在多晶态(材料呈低阻状态)与非晶态(材料呈高阻状态)时不同的电阻状态来实现数据的存储。 相变存储器是基于Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，它一般是指硫系化合物随机存储器，又被称作奥弗辛斯基电效应统一存储器。相变存储器作为一种新的存储器，由于其读写速度快，可擦写耐久性高，保持信息时间长，低功耗，非挥发等特性，特别是随着加工技术和存储单元的尺寸缩小到纳米数量级时相变存储器的这些特性也变得越来越突出，因此它被业界认为是最有发展潜力的下一代存储器。 相变存储器的基本存储单元由相变材料介质单元和选通开关单元组成。其中，相变存储器选通器件实现着存储阵列特定存储单元被选择进行读写的开关操作功能，目前被应用的选通器件包括BJT、M0SFET晶体管以及垂直D1de ( 二极管)。其中D1de作为选通管时因其极高的电流密度所能实现的工艺最高极限的4F2单元面积，极具应用潜力。 相变存储器中存储的数据(即相变单元的晶态或非晶态)要通过读出电路读取，考虑到其呈现出来的直观特性为低阻或高阻态，因此，相变存储器都是通过在读使能信号及读电路的控制下，向相变存储器存储单元输入较小量值的电流或者电压，然后测量存储单元上的电压值或电流值来实现的。 读出电路通过发送一个极低的电流值(电压值)给相变存储单元，此时读取位线的电压(电流)，如果位线电压较高(电流较小)则表示相变单元为高阻态，即“I”;如果位线电压较低(电流较大)则表示相变单元为低阻态，即“O”。然而，在读的过程中，当有电流流过相变存储单元时，相变存储单元会产生焦耳热，当焦耳热的功率大于单元的散热效率时，这种热效应会影响相变存储单元的基本状态；同时，当相变存储单元两端电压差超过某一个阈值时，相变材料内部载流子会发生击穿效应，载流子突然增加，从而表现出低阻的特性，而此时材料本身并没有发生相变。上述两个现象即所谓的读破坏现象。为了克服以上缺点，读出电路通常通过钳位的方式强制读操作时被选中存储单元所在位线的电压小于相变材料的阈值电压，从而避免读破坏现象的产生。 对于基于BJT、MOSFET选通的相变存储器，一方面由于读取电流通常很小，选通管在开启时几乎不产生压降，位线电压较小，且几乎由相变单元上的压降决定；另一方面，这种基于三端选通器件的相变存储单元在操作时其电流未流经字线路径，而是直接流至公共地。因此，一般使用位线钳位的方式控制读取时的位线电压以克服上述缺点。然而，对于基于D1de选通的相变存储器，由于D1de自身的压降，读取时位线电压被抬高到(VesT+VTHDi(XJ，其中VTHDimte为D1de的开启阈值。从而导致位线电压过高，无法完成快速钳位。 因此，如何有效解决基于D1de选通的相变存储器通过钳位方式限制位线电压所带来的位线电压过高、无法完成快速钳位问题是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决现有技术中基于D1de选通的相变存储器的位线电压被抬高而产生的影响相变存储器的速度、读破坏等问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种相变存储器的读出电路，所述相变存储器的读出电路至少包括: 目标相变存储单元，用于存储数据； 读电路，连接于所述目标相变存储单元，用于向所述目标相变存储单元提供电压，并根据所述目标相变存储单元的当前状态产生读电流； 比较电路，连接于所述读电路，用于将所述读电流与一读参考电流进行比较，以产生所述目标相变存储单元的读出电压信号。 优选地，所述目标相变存储单元包括相变电阻和二极管，其中，所述相变电阻一端连接所述读电路、另一端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接字线读电压。 优选地，所述读电路包括第一传输门及一组电流镜，所述电流镜包括第一 PMOS管和第二 PMOS管；其中，所述第一传输门的一端连接所述目标相变存储单元的位线、另一端连接所述第一 PMOS管的漏端；所述第一 PMOS管的源端连接电源，所述第一 PMOS管的栅端与所述第二 PMOS管的栅端相连并连接至所述第一 PMOS管的漏端；所述第二 PMOS管的源端连接电源、漏端连接所述比较电路。 优选地，所述比较电路包括一组电流镜，所述电流镜包括第一 NMOS管以及第二NMOS管，其中，所述第一 NMOS管的漏端连接所述读电路的输出端，所述第一 NMOS管的源端接地，所述第一 NMOS管的栅端与所述第二 NMOS管的栅端相连并连接至所述第一 NMOS管的漏端，所述第二 NMOS管的源端接地、漏端连接所述读参考电流。 更优选地，所述读参考电流由参考信号产生电路提供，所述参考信号产生电路包括参考单元、第二传输门、第三PMOS管以及第四PMOS管，其中，所述参考单元的一端连接所述目标相变存储单元的字线，所述参考单元的另一端连接所述第二传输门，所述第二传输门的另一端连接所述第三PMOS管的漏端，所述第三PMOS管的源端连接电源，所述第三PMOS管的栅端连接所述第四PMOS管的栅端并连接至所述第三PMOS管的漏端；所述第四PMOS管的源端连接电源、漏端连接所述比较电路。 更优选地，所述参考单元包括参考电阻以及参考二极管，其中，所述参考电阻的一端连接所述第二传输门、另一端连接所述参考二极管的正极，所述参考二极管的负极连接所述目标相变存储单元的字线。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种基于上述相变存储器的读出电路的读出方法，所述相变存储器的读出方法至少包括: 在所述相变存储器进行读取操作时，将所述目标相变存储单元的字线置位到所述字线读电压； 当读使能有效时，所述目标相变存储单元所在的位线将根据所述目标相变存储单元的状态产生相应的读电流，并由所述读电路读取； 藉由所述比较电路对所述读电流和读参考电流进行比较，以分辨出所述目标相变存储单元的状态并得到读出电压信号。 优选地，所述字线读电压使得读取时所述目标相变存储单元上的压降小于所述目标相变存储单元的阈值电压。 优选地，所述读电流由所述字线读电压及所述目标相变存储单元的状态确定，所述读电流满足如下关系式: Ird — Vgst/Rgst 其中，Ird为所述读电流，Vgst为所述目标相变存储单元上的压降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器的读出电路，其特征在于，所述相变存储器的读出电路至少包括：目标相变存储单元，用于存储数据；读电路，连接于所述目标相变存储单元，用于向所述目标相变存储单元提供电压，并根据所述目标相变存储单元的当前状态产生读电流；比较电路，连接于所述读电路，用于将所述读电流与读参考信号进行比较，以产生所述目标相变存储单元的读出电压信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜，陈后鹏，宋志棠，闵国全，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海市纳米科技与产业发展促进中心，
类型：发明
国别省市：上海;31