用于非易失性存储器设备操作的方法、系统和设备技术方案

公开了用于非易失性存储器设备的操作的方法、系统和设备。在一个实施例中，在写操作中相关电子开关(CES)设备可以被置于多个存储器状态中的任何一个中。在两阶段操作期间，多个位单元可以连接到公共源电压，以将各个位单元置于预期的阻抗状态。

Methods, systems and devices for operation of nonvolatile memory devices

Methods, systems and devices for operation of non-volatile memory devices are disclosed. In one embodiment, the associated electronic switch (CES) device in write operation can be placed in any of a plurality of memory states. During the two-stage operation, multiple bit units can be connected to the common source voltage to place each bit unit in the expected impedance state.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于非易失性存储器设备操作的方法、系统和设备
本技术总体涉及利用存储器设备。
技术介绍
非易失性存储器是一类存储器，其中存储器单元或元件在提供给该器件的电力移除之后不会丢失其状态。例如，最早的计算机存储器(其由可以在两个方向上磁化的铁氧体环制成)是非易失性的。随着半导体技术发展到更高水平的小型化，铁氧体器件被放弃用于更常见的易失性存储器，例如DRAM(动态随机存取存储器)和SRAM(静态RAM)。一种类型的非易失性存储器(电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)设备)具有大单元区域并且可能需要晶体管栅极上的大电压(例如，12.0至21.0伏特)来进行写入或擦除。而且，擦除或写入时间通常为数十微秒的量级。EEPROM的一个限制因素是有限的擦除/写入周期数不能略微超过600,000次-或在大约105-106的量级。半导体工业通过对存储器阵列进行扇区化(通过这种方式使得在被称为闪存设备的“EEPROM”中可以一次擦除“页”(例如，子阵列))来消除了对EEPROM和非易失性晶体管之间的传输门(pass-gate)开关晶体管的需求。在闪存设备中，为了速度和更高的位密度，牺牲了保持随机存取(擦除/写入单个位)的能力。最近，FeRAM(铁电RAM)已经提供了低功率、相对高的写/读速度、以及超过100亿次的读/写周期的耐久性。类似地，磁存储器(MRAM)提供了高写/读速度和耐久性，但具有高成本和高功耗。这些技术例如都没有达到闪存设备的密度。因此，闪存仍为非易失性存储器的选择。然而，人们普遍认为闪存技术可能不容易在65纳米(nm)以下扩展；因此，正在积极地寻求能够缩放到更小尺寸的新的非易失性存储设备。考虑用于替换闪存设备的技术包括基于某些材料的存储器，所述材料表现出与材料相位变化(其至少部分地由晶体结构中原子的长程排序确定)相关的电阻变化。在称为相变存储器(PCM/PCRAM)设备的一种类型的可变电阻存储器中，当存储器元件短暂熔化然后冷却到导电结晶状态或非导电非晶态时，发生电阻变化。典型的材料可以变化并且可以包括GeSbTe，其中Sb和Te可以交换为周期表上相同或相似特性的其他元素。然而，这些基于电阻的存储器尚未证明在商业上有用，因为它们在导电和绝缘状态之间的转变取决于物理结构现象(例如，在高达600℃下熔化)并返回到对于许多应用中有用的存储器而言不能充分控制的固态。另一种可变电阻存储器类别包括响应于初始高“形成”电压和电流以激活可变电阻功能的材料。这些材料可包括，例如，其中x、y、z和具有不同的化学计量；过渡金属氧化物(TMO)，如CuO、CoO、VOx、NiO、TiO2、Ta2O5；和一些钙钛矿，如Cr；SrTiO3。这些存储器类型中的一些存在并落入电阻性RAM(ReRAM)或导电桥RAMS(CBRAM)分类中，以将它们与硫族化物类存储器进行区分。据推测，这些RAM中的电阻切换至少部分是由于通过电铸工艺形成连接顶部和底部导电端子的窄导电路径或细丝，尽管这种导电细丝的存在仍然是争议。由于ReRAM/CBRAM的操作可能与温度有很大关系，因此ReRAM/CBRAM中的电阻切换机制也可能高度依赖于温度。另外，由于细丝的形成和移动是随机的，这些系统可以随机地操作。其他类型的ReRAM/CBRAM也可能表现出不稳定的特性。此外，ReRAM/CBRAM中的电阻切换往往会在许多存储周期后趋于疲劳。也就是说，在存储器状态多次改变之后，导电状态和绝缘状态之间的电阻差异可能显着改变。在商业存储器设备中，这种改变可能使存储器超出规范并使其不可用。考虑到形成随时间和温度稳定的薄膜电阻切换材料的固有困难，可行的电阻切换存储器仍然是一个挑战。此外，由于高电流、电铸，在合理的温度和电压范围内没有可测量的存储器读或写窗口，以及诸如随机行为的许多其他问题，迄今为止开发的所有电阻切换机构已经固有地不适合于存储器。因此，本领域仍然需要具有低功率、高速度、高密度和稳定性的确定性的非易失性存储器，并且特别地，这种存储器可扩展到远低于65纳米(nm)的特征尺寸。附图说明在说明书的结论部分中特别指出并清楚地要求保护所要求保护的主题。然而，关于操作的组织和/或方法以及其目的、特征和/或优点，如果结合附图阅读，通过参考以下详细描述可以最好地理解，其中：图1A示出了根据实施例的CES设备的电流密度与电压的曲线图；图1B是根据实施例的CES设备的等效电路的示意图；图2是示出根据实施例的CES设备的对称操作的曲线图；图3是根据特定实施例的位单元的示意图；图4和图5是示出根据特定实施例的在CES设备上执行的读和写操作的曲线图；图6是根据实施例的可从单个字线电压选择以用于写操作的位单元的示意图；和图7是示出根据实施例的施加到位单元中的CES设备的信号的定时的信号时序图。具体实施方式在以下对附图的详细描述中参考了附图，附图形成了本专利技术的一部分，其中相同的附图标记可以表示相同和/或类似的相同部分。应当理解，例如为了说明的简单和/或清楚，附图不一定按比例绘制。例如，一些实施例的尺寸可能相对于其他实施例被夸大。此外，应该理解，可以使用其他实施例。此外，在不脱离所要求保护的主题的情况下，可以进行结构和/或其他改变。本说明书中对“要求保护的主题”的引用是指旨在由一个或多个权利要求或其任何部分涵盖的主题，并且不一定旨在表示完整的权利要求集、对权利要求集的特定组合(例如，方法权利要求，装置权利要求等)或特定权利要求。还应注意，例如，诸如上、下、顶部、底部等的方向和/或参考可用于促进对附图的讨论，并且不旨在限制所要求保护的主题的应用。因此，以下详细描述不应被视为限制所要求保护的主题和/或等同物。本公开的特定实施例结合了相关电子材料(CEM)以形成相关电子开关(CES)。在本上下文中，CES可能表现出由电子相关而不是固态结构相变(例如，相变存储器(PCM)设备中的晶体/非晶体或电阻性RAM设备中的细丝形成和传导，如以上所讨论的)引起的突变导体/绝缘体转变。与熔化/凝固或细丝形成相比，CES中的突变导体/绝缘体转变可响应于量子力学现象。在CEM存储器设备中的导电和绝缘状态之间的这种量子力学转变可以在若干方面中的任意方面中得到理解。可以根据莫特转变来理解CES在绝缘状态和导电状态之间的量子力学转变。在莫特转变中，如果发生莫特转变条件，则材料可以从绝缘状态切换到导电状态。标准可以由条件(nC)1/3a＝0.26)定义，其中nC是电子浓度，“a”是玻尔半径。如果达到了临界载流子浓度使得满足莫特标准，则可能发生莫特转变并且状态可以从高电阻/电容变为低电阻/电容。可以通过电子的局域化(localization)来控制莫特转变。当载流子被局域化时，电子之间强烈的库仑相互作用将材料的能带分裂，形成绝缘体。如果电子不再被局域化，弱的库仑相互作用可能主导频能带分裂，留下金属(导电)带。这有时被解释为“拥挤的电梯”现象。虽然电梯中只有少数人，但人们可以轻松地四处走动，这类似于导电状态。另一方面，当电梯达到一定浓度的人时，乘客不能再移动，这类似于绝缘状态。然而，应该理解，提供用于说明性目的的该经典解释，如量子现象的所有经典解释，仅仅是不完全的类比，并且所要求保护的主题不限于此方面。在本专利技术的实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：多个存储器元件，每个存储器元件包括耦合到公共源电压的第一端子和耦合到与该存储器元件相对应的位线的第二端子；以及驱动器电路，被配置为在存储器元件中的至少一个存储器元件的第一端子和第二端子间施加第一编程信号以将该存储器元件置于导电或低阻抗状态，并且被配置为在存储器元件中的所述至少一个存储器元件的第一端子和第二端子间施加第二编程信号以将该存储器元件置于绝缘或高阻抗状态，其中所述第一编程信号包括第一电压和第一电流，并且所述第二编程信号包括第二电压和第二电流，并且其中所述第一电压和所述第二电压具有相反的极性，并且所述第一电流和所述第二电流具有相反的极性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.25 US 15/334,1871.一种设备，包括：多个存储器元件，每个存储器元件包括耦合到公共源电压的第一端子和耦合到与该存储器元件相对应的位线的第二端子；以及驱动器电路，被配置为在存储器元件中的至少一个存储器元件的第一端子和第二端子间施加第一编程信号以将该存储器元件置于导电或低阻抗状态，并且被配置为在存储器元件中的所述至少一个存储器元件的第一端子和第二端子间施加第二编程信号以将该存储器元件置于绝缘或高阻抗状态，其中所述第一编程信号包括第一电压和第一电流，并且所述第二编程信号包括第二电压和第二电流，并且其中所述第一电压和所述第二电压具有相反的极性，并且所述第一电流和所述第二电流具有相反的极性。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动器电路被配置为通过在第一阶段中将所述第一编程信号施加到第一所选存储器元件以将所述第一所选存储器元件置于所述绝缘或高阻抗状态中，以及通过在第二阶段中将所述第二编程信号施加到第二所选存储器元件以将所述第二所选存储器元件置于所述导电或低阻抗状态，来将存储器元件中的各个存储器元件置于预期的阻抗状态。3.根据权利要求2所述的设备，其中响应于所述第一阶段中的所述第一编程信号，电流在第一方向上在所述第一所选存储器元件的第一端子和第二端子间流动，并且其中响应于所述第二阶段中的所述第二编程信号，电流在与所述第一方向相反的第二方向上在所述第二所选存储器元件的第一端子和第二端子间流动。4.根据权利要求2或3所述的设备，其中所述公共源电压在所述第一阶段和所述第二阶段期间连接到所述存储器元件的第一端子，并且其中所述源电压在所述第一阶段期间被设置在第一电压电平并且在所述第二阶段期间被设置在第二电压电平。5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其中所述驱动器电路还被配置为在所述第二阶段期间控制耦合到所述多个存储器元件中的所选第一组存储器元件的位线的电压，以将所述多个存储器元件中的所选第一组存储器元件维持在绝缘或高阻抗状态。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动器电路被配置为通过在第一阶段中将所述第一编程信号施加到第一所选存储器元件以将所述第一所选存储器元件置于所述低阻抗或导电状态，以及通过在第二阶段将所述第二编程信号施加到第二所选存储器元件以将所述第二所选存储器元件置于高阻抗或绝缘状态，来将所述存储器元件中的各个存储器元件置于预期的阻抗状态。7.根据权利要求6所述的设备，其中响应于所述第一阶段中的所述第一编程信号，电流在第一方向上在所述第一所选存储器元件的第一端子和第二端子间流动，并且其中响应于所述第二阶段中的所述第二编程信号，电流在与所述第一方向相反的第二方向上在所述第二所选存储器元件的第一端子和第二端子间流动。8.根据权利要求6或7所述的设备，其中所述驱动器电路还...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿齐兹·巴夫纳加尔瓦拉，卢西恩·斯弗恩，皮尤什·阿加瓦尔，阿克舍·库马尔，罗伯特·坎贝尔·艾特肯，
申请(专利权)人：ARM有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB