存储单元、存储器及向存储单元写数据的方法技术

本发明专利技术涉及一种存储单元，此存储单元具有可编程固态电解质层、写入线和在该固态电解质层和该写入线之间配置的可控开关，该可控开关具有连接到选择线的控制输入；该开关具有限制元件，其在写操作中将通过该固态电解质层的电流限于预定的电荷量。一种存储器，其具有字线解码器、位线解码器、位线、字线、存储单元，其中存储单元包括可编程固态电解质层和具有浮栅的晶体管，该晶体管的栅极与字线连接，该晶体管的第一端子与该固态电解质层连接，该晶体管的第二端子与位线连接，位线与输入／输出驱动器连接，该浮栅为限制元件，其通过在写操作时将该浮栅电势增加至超过字线上电压而将流过该固态电解质层的电流限于预定量的电荷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及存储单元、具有存储单元的存储器以及向存储单元写数据的方法。
技术介绍
包括固态电解质材料的存储单元已知为可编程金属化存储单元(PMC存储单元)。包括PMC存储单元的存储装置已知为导电桥接随机存取存储装置(CBRAM)。在PMC存储单元中存储不同状态是基于根据所施加电场在电极之间的电解质材料之中建立或消除导电通路。虽然电解质材料通常具有高电阻，但是电极之间的导电通路可以被调整为较低的电阻。因此，PMC存储单元可根据PMC存储单元的电阻设置为不同的状态。典型的，PMC存储单元的这两种状态是时间上充分稳定的，即数据可以被永久性的储存。PMC存储单元通常通过施加正或负电压到固态电解质层上进行操作。为了在PMC存储单元中存储数据，施加合适的编程电压到PMC存储单元，这导致在固态电解质材料中产生导电通路，对应于低电阻的第一状态的设定，从而将该PMC存储单元置于编程状态。为了在PMC存储单元中存储具有高电阻的第二状态，可以施加擦除电压，使得PMC存储单元的电阻变回对应于第二状态(擦除状态)的高电阻。为了从PMC存储单元中读取数据，可施加低于编程电压的读取电压。利用该读取电压，可检测通过PMC存储单元的电阻的电流，并将其与PMC存储单元的低或高电阻状态相关联。PMC存储单元的编程依赖于电流和电流的持续时间。PMC存储单元的电阻依赖于电流的值和电流的持续时间。因此，PMC存储单元的编程状态和PMC存储单元的功能的长期稳定性依赖于写操作。需要一种改进的存储单元、改进的存储器以及向存储单元写数据的改进的方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了改进的存储单元、改进的存储器以及向存储单元写数据的改进的方法。更具体而言，本专利技术的实施例提供了一种具有衬底的存储单元，该衬底具有可编程固态电解质层、具有写入线以及在固态电解质层和写入线之间设置的可控开关。该可控开关具有连接到选择线的控制输入。该开关具有限制元件，其在写操作中将流过固态电解质层的电流限于预定量电荷。本专利技术的另一个实施例涉及一种包含衬底的存储单元，该衬底具有可编程固态电解质层；写入线；选择线；包括漏极、源极和浮栅的晶体管。晶体管的源极和漏极连接到写入线并连接到固态电解质层。该电解质层与电源连接。晶体管的浮栅限制在固态电解质层的写操作中流过固态电解质层的电流。本专利技术的另一个实施例涉及一种存储器，其具有字线解码器；位线解码器；位线和字线，分别与字线解码器或位线解码器相连接；存储单元。其中存储单元包括可编程固态电解质层和可控开关，其中该开关的控制输入与字线连接，其中该开关的第一端子与固态电解质层连接，其中该开关的第二端子与位线连接。位线与输入/输出驱动器连接。所述开关包括限制元件，其限制在写操作过程中流过固态电解质层的电流。本专利技术的另一个实施例涉及一种存储器，其包括字线解码器；位线解码器；位线和字线，分别与字线解码器或位线解码器相连接。另外，该存储器还具有存储单元，其中存储单元包括可编程固态电解质层和具有浮栅的晶体管。该晶体管的栅极与字线连接。该晶体管的第一端子与固态电解质层连接。该晶体管的第二端子与位线连接。位线与输入/输出驱动器连接。该浮栅晶体管限制在写操作过程中流过固态电解质层的电流。本专利技术的另一实施例涉及一种向存储单元写数据的方法，其中存储单元包括可编程固态电解质层。在写操作中，流过固态电解质层的电流被限于预定量的电荷。因此，可防止损坏和退化效应。附图说明通过结合附图参考详细描述和权利要求，将获得对于本专利技术的更完整的理解。其中附图中的相似的附图标记指代类似的元件，以及 图1描述了可编程固态电解质层；图2描述了写和擦除数据的电流和偏压以及可编程固态电解质层的示意图；图3描述了具有存储元件的存储器的局部视图；图4描述了存储元件和写及擦除电路的详细视图；图5描述了在写、擦除和写操作中位线的阈值电压图；图6描述了在对浮栅编程之前以及之后，字线的阈值电压和位线的电流为栅极电压的函数；图7A-D描述了写入数据的电压和电流图；图8A-C描述了读取数据的电压和电流图；以及图9描述了具有浮栅的场效应晶体管。熟练的技术人员能理解，为了简洁和清楚，元件被在图中示出，并且不需要按比例绘制。例如，一些元件和图的大小相对于其它元件做了夸张以有助于改善对本专利技术实施例的理解。具体实施例方式本专利技术实施例将就各种功能性元件进行描述。应该理解的是这种功能性元件可以采用任意数目的配置成执行指定功能的硬件和结构元件实现。图1描述了包括在衬底41上的第一电极2、第二电极4和可编程固态电解质层3的可编程结构1的实施例。衬底41可由半导体材料(即硅)制成。第一电极2可包括可溶性金属离子，并且在一个实施例中在编程操作中可与例如高电位连接。第二电极4在此实施例中可连接比高电位低的地电位。在此实施例中，第一电极2作为阳极而第二电极4作为阴极。可编程结构1可用于存储信息并且因此可用于存储器中。例如，在一个实施例中，可编程结构可用于存储器，如用于DRAM、SRAM、PROM、EEPROM、Flash存储器或此类存储器的任何组合。另外，在一个实施例中，在这里描述的可编程结构可用于其它应用，这些应用中期望对电路的一部分的电性能进行编程或改变。在一个实施例中，电解质层3可由这样的材料形成，所述材料在施加足够高电压时传导离子。合适的材料包括聚合物、玻璃(glasses)和半导体材料。在本专利技术的一个示例性实施例中，电解质层3可由硫族化物材料形成，如硫化物或硒化物。硫族化物可包括硫、硒和碲的化合物，例如，尤其是各种组分的GeSe、AsS、GeAsTe、AlGeAsTe、GeTeSb。电解质层3还可包括溶解的和/或分散的导电材料。例如，电解质层3可包括固溶体，此固溶体包括溶解的金属和/或金属离子。硫族化物材料可包括银、铜或这些材料的组合物。在一个实施例中，第一电极2和第二电极4可由任何合适的导电材料形成。如，第一电极2和第二电极4可由掺杂多晶硅或金属形成。在本专利技术的一个实施例中，这些电极中的一个，如第一电极2可由包含金属的材料形成，当在所述电极之间施加足够的偏压时，该金属溶解在电解质层3中。第二电极4由相对惰性的材料形成，该材料在可编程结构1的读、写或擦除操作中不溶解。第一电极2在将可编程结构1的电特性由高电阻(第一状态)永久地改变为低电阻(第二状态)的写操作中作为阳极。第一电极2可包括含银的材料，银在写操作中溶于电解质层3。第二电极4在写操作中作为阴极，并且可包括惰性材料，例如钨、镍、钼、铂、金属硅化物等。在一个实施例中，该可编程结构可以如下列方式配置，即当在电极2、4之间施加的偏压比阈值电压V1大时，该可编程结构的电阻被改变。例如，当施加比阈值电压V1大的电压时，第一电极2的导电离子会溶于电解质层3中并且在第一和第二电极2、4之间形成导电通路5。在基础反应中，如果将高压施加于第一电极，那么在第二电极4处发生的氧化还原反应将驱使金属离子从起反应的第一电极2到离子导体层3中。因此，在电解质层3中可形成导电通路。结果是在第一和第二电极2、4之间产生导电桥，减小了可编程结构1的电阻。如果反向电压施加于可编程结构1，那么导电通路5可溶解，因此增加了可编程结构1的电阻到高电阻状态。图2示出了根据本专利技术一实施例的可编本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元，其包括可编程固态电解质层、写入线和设置在固态电解质层和写入线之间的可控开关，该可控开关包括与选择线连接的控制输入；该开关包括限制元件，该限制元件在写操作中将流过固态电解质层的电流限于预定量的电荷。

【技术特征摘要】
DE 2006-3-14 102006011688.7;US 2006-3-14 11/3753651.一种存储单元，其包括可编程固态电解质层、写入线和设置在固态电解质层和写入线之间的可控开关，该可控开关包括与选择线连接的控制输入；该开关包括限制元件，该限制元件在写操作中将流过固态电解质层的电流限于预定量的电荷。2.一种存储单元，其包括可编程固态电解质层、写入线、选择线以及具有漏极、源极和浮栅的晶体管，该晶体管的源极和漏极与写入线和该固态电解质层相连接；该电解质层与电源连接；该晶体管的浮栅将该固态电解质层的写操作期间流过该固态电解质层的电流限于预定量的电荷。3.权利要求2所述的存储单元，在所述浮栅和固态电解质层之间具有氧化物层，该氧化物层的厚度小于4nm。4.权利要求2所述的存储单元，在所述浮栅和固态电解质层之间具有氧化物层，该氧化物层的厚度小于2nm。5.权利要求2所述的存储单元，包括具有浮栅的晶体管，其起始电压在预定量的电流流过该固态电解质层后，增加至超过施加于该晶体管的栅极的控制电压。6.一种存储器，其包括字线解码器、位线解码器、位线、字线和存储单元，其中存储单元包括可编程固态电解质层和可控开关，其中该开关的控制输入与字线连接，其中该开关的第一端子与该固态电解质层连接，其中该开关的第二端子与位线连接，其中位...

【专利技术属性】
技术研发人员：R西曼齐克，
申请(专利权)人：奇梦达股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]