具有温度跟随特性的相变存储器读电路制造技术

本发明专利技术提供一种具有温度跟随特性的相变存储器读电路，包括：参考相变存储阵列、相变存储阵列、参考相变存储单元地址寄存模块、参考电流产生模块、钳位电压产生模块及电流比较模块。本发明专利技术的相变存储器读电路通过对大规模相变存储阵列的不同位置的环境温度采样，利用高低阻态下相变单元的温度漂移系数，使所述参考电流随环境温度变化具有恰当的自调性，此种特性兼顾了相变存储阵列不同物理位置的温度差异，避免了所述参考电流值与相变单元位线电流值的混叠，提高了所述读出电路在外界环境温度改变时的正确读取。

Phase change memory read circuit with temperature following characteristic

The present invention provides a phase change memory has the following characteristics of temperature reading circuit comprises a reference phase change memory array, a phase-change memory array, reference phase-change memory cell address register module, reference current generation module, voltage clamp current generation module and a comparison module. The phase-change memory of the invention through reading circuit for large-scale phase-change memory array in different position of the sampling environmental temperature, the temperature drift coefficient transformation unit of low resistance, so that the reference current with the ambient temperature changes can self adjust properly, the characteristics of both the temperature difference between the phase-change memory arrays in different physical locations, to avoid the reference current value of current and phase change unit bit line value of aliasing, improves the correct readout circuits in the external environment when the temperature changes.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳电子
，涉及一种适用于大规模相变存储器的具有温度跟随特性的相变存储器读电路及方法，尤其是指在存储规模较大的情况下，为了平均存储阵列各处的温度差异，并适应不同外界温度环境，产生具有一定温度自调性的参考电流，从而能够提高信息读取可靠性的方法。
技术介绍
相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末、70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，相变存储器被认为是最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品的器件。一般来说，相变存储器的读取操作是通过发送一个远低于相变所需要的电压值(电流值)给相变存储单元，并将得到的位线电流(电压)与参考电流(电压)比较后得到存储信息的而实现的。如果位线电流小于参考电流(电压高于参考电压)则表示相变单元为高阻态，即“1”；若位线电流大于参考电流(电压低于参考电压)，则表示相变单元为低阻态，即“0”。由于相变材料本身电阻率随温度变化而变化，且相变存储单元在高阻态的温度系数明显大于在低阻态的温度系数，当外界环境温度改变时，固定的参考电流(电压)适应性低，极易导致读电路读取数据的失败。进一步的，对于大规模相变存储器，读操作时流经相变单元的电能会转化为焦耳热对局部电路进行加热，导致相变存储阵列温度的不均，局部相变单元随着温度进一步变化而产生电阻漂移；所以，如何优化读电路的参考电流(电压)，使相变存储器在不同外界温度条件下产生一个合理的中间值，稳定可靠的比较出存储单元的存储数据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一种具有温度跟随特性的相变存储器读电路，以提高数据读取在环境温度变化时的可靠性。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有温度跟随特性的相变存储器读电路，所述相变存储器读电路包括：参考相变存储阵列、相变存储阵列、参考相变存储单元地址寄存模块、参考电流产生模块、钳位电压产生模块及电流比较模块；所述参考相变存储阵列包括多个参考阵列，每个参考阵列包括高阻值阵列及低阻值阵列；所述参考相变存储单元地址寄存模块用于控制所述参考相变存储阵列字线地址的选通；所述钳位电压产生模块用于提供所述参考相变存储阵列和相变存储阵列读操作时的钳位电压；所述参考电流产生模块用于获得具有温度跟随特性的参考电流；所述相变存储阵列用于产生相变存储单元的位线电流；所述电流比较模块用于在读操作下比较所述参考电流产生模块产生的参考电流及所述相变存储器中相变存储单元的位线电流，从而得到相变存储器的存储数据。作为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的一种优选方案，所述高阻值阵列和低阻值阵列均包含一个以上的参考存储单元，所述高阻值阵列中的参考存储单元通过RESET操作后实现高电阻值，所述低阻值阵列中的参考存储单元通过SET操作后实现低电阻值。进一步地，所述参考存储单元包括一个相变单元和一个选通单元，所述相变单元的一端与位线相连，另一端通过选通单元连接到地，所述选通单元的控制端与字线相连，所有所述参考存储单元的位线相互独立，同一位线上悬挂的Dummy单元和参考存储单元的总数与相变存储阵列一条位线上悬挂的总相变存储单元数相同。进一步地，所述Dummy单元与所述参考存储单元结构相同，包括一个相变单元和一个选通单元，所述相变单元的一端与位线相连，另一端通过选通单元连接到地，且所述选通单元的控制端与地相连。优选地，各个高阻值阵列中相同编号的参考存储单元，其选通单元的控制端连接到同一字线；所述各个低阻值阵列中相同编号的参考存储单元，其选通单元的控制端连接到同一字线。作为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的一种优选方案，所述相变存储阵列由多个BLOCK区块组成，每个BLOCK区块分别与一个对应的参考阵列在物理位置上靠近，从而实现所述参考相变存储阵列对所述相变存储阵列不同位置的温度采样。作为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的一种优选方案，在写操作时，每次只允许所述参考相变存储单元地址寄存模块有一个寄存器输出为1；在读操作时，每次允许所述参考相变存储单元地址寄存模块多个寄存器输出同时为1。进一步地，所述参考相变存储单元地址寄存模块输出状态根据在不同环境温度下的读操作误读率进行修正。作为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的一种优选方案，所述参考电流产生模块包含多个第一级传输门、多个第一级PMOS管、多个NMOS管和一个第二级传输门、一个第二级PMOS管，所述第一级PMOS管源端通过所述传输门连接到电源，所述第一级PMOS管采用二极管连接后栅端与第二级PMOS管栅端互联，所述NMOS管的漏端与所述对应第一级PMOS管源端相连，源端分别于所述参考相变存储阵列中对应位线相连，栅端都与所述钳位电压产生模块的输出相连。作为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的一种优选方案，通过对所述相变存储阵列不同位置的温度采样，利用所述参考相变存储阵列中高低阻相变单元的温度特性，提供具有温度跟随特性的参考电流。作为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的一种优选方案，读操作进行时，所述参考电流产生模块工作，产生参考电流；写操作时，所述参考电流产生模块关闭，不产生参考电流。作为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的一种优选方案，所述钳位电压依据所述高阻值参考阵列及低阻值参考阵列中的参考单元等效电阻可调。如上所述，本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路，具有以下有益效果：本专利技术的相变存储器读电路通过对大规模相变存储阵列的不同位置的环境温度采样，利用高低阻态下相变单元的温度漂移系数，使所述参考电流随环境温度变化具有恰当的自调性，此种特性兼顾了相变存储阵列不同物理位置的温度差异，避免了所述参考电流值与相变单元位线电流值的混叠，提高了所述读出电路在外界环境温度改变时的正确读取。附图说明图1显示为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的结构示意图。图2显示为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的参考相变存储阵列的结构示意图。图3显示为本专利技术的具有温度跟随特性的相变存储器读电路的参考电流产生模块的结构示意图。元件标号说明10参考相变存储阵列20相变存储阵列30参考相变存储单元地址寄存模块40参考电流产生模块50钳位电压产生模块60电流比较模块具体实施方式专利技术人在研究中发现，固定参考电流值的读电路虽然在室温条件下可以提供正确的读取操作，但是在温度变化的影响下，漂移的相变单元电阻会导致位线电流改变，进一步会与参考电流产生交叠。并且，对于较大规模的存储阵列，由于其物理面积较大，各个位置的环境温度会存在一定的差异，尤其是在读写操作时，电能转化为的焦耳热会对阵列的局部进行加热，从而导致不同位置的相变电阻温漂程度不同。所以，信息读取的正确性收到了极大的挑战。本专利技术实施例提供一种适用于大规模相变存储器的具有温度跟随特性的读电路。利用参考相变单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有温度跟随特性的相变存储器读电路，其特征在于，所述相变存储器读电路包括：参考相变存储阵列、相变存储阵列、参考相变存储单元地址寄存模块、参考电流产生模块、钳位电压产生模块及电流比较模块；所述参考相变存储阵列包括多个参考阵列，每个参考阵列包括高阻值阵列及低阻值阵列；所述参考相变存储单元地址寄存模块用于控制所述参考相变存储阵列字线地址的选通；所述钳位电压产生模块用于提供所述参考相变存储阵列和相变存储阵列读操作时的钳位电压；所述参考电流产生模块用于获得具有温度跟随特性的参考电流；所述相变存储阵列用于产生相变存储单元的位线电流；所述电流比较模块用于在读操作下比较所述参考电流产生模块产生的参考电流及所述相变存储器中相变存储单元的位线电流，从而得到相变存储器的存储数据。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度跟随特性的相变存储器读电路，其特征在于，所述相变存储器读电路包括：参考相变存储阵列、相变存储阵列、参考相变存储单元地址寄存模块、参考电流产生模块、钳位电压产生模块及电流比较模块；所述参考相变存储阵列包括多个参考阵列，每个参考阵列包括高阻值阵列及低阻值阵列；所述参考相变存储单元地址寄存模块用于控制所述参考相变存储阵列字线地址的选通；所述钳位电压产生模块用于提供所述参考相变存储阵列和相变存储阵列读操作时的钳位电压；所述参考电流产生模块用于获得具有温度跟随特性的参考电流；所述相变存储阵列用于产生相变存储单元的位线电流；所述电流比较模块用于在读操作下比较所述参考电流产生模块产生的参考电流及所述相变存储器中相变存储单元的位线电流，从而得到相变存储器的存储数据。2.根据权利要求1所述的具有温度跟随特性的相变存储器读电路，其特征在于：所述高阻值阵列和低阻值阵列均包含一个以上的参考存储单元，所述高阻值阵列中的参考存储单元通过RESET操作后实现高电阻值，所述低阻值阵列中的参考存储单元通过SET操作后实现低电阻值。3.根据权利要求2所述的具有温度跟随特性的相变存储器读电路，其特征在于：所述参考存储单元包括一个相变单元和一个选通单元，所述相变单元的一端与位线相连，另一端通过选通单元连接到地，所述选通单元的控制端与字线相连，所有所述参考存储单元的位线相互独立，同一位线上悬挂的Dummy单元和参考存储单元的总数与相变存储阵列一条位线上悬挂的总相变存储单元数相同。4.根据权利要求3所述的具有温度跟随特性的相变存储器读电路，其特征在于：所述Dummy单元与所述参考存储单元结构相同，包括一个相变单元和一个选通单元，所述相变单元的一端与位线相连，另一端通过选通单元连接到地，且所述选通单元的控制端与地相连。5.根据权利要求2所述的具有温度跟随特性的相变存储器读电路，其特征在于：各个高阻值阵列中相同编号的参考存储单元，其选通单元的控制端连接到同一字线；所述各个低...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琪，陈后鹏，宋志棠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31