实施铁电选择晶体管的非易失性模拟电阻式存储器基元制造技术

一种器件包括非易失性模拟电阻式存储器基元。非易失性模拟电阻式存储器器件包括电阻式存储器器件和选择晶体管。电阻式存储器器件包括第一端子和第二端子。电阻式存储器器件具有可调节电导。选择晶体管是包括栅极端子、源极端子和漏极端子的铁电场效应晶体管(FeFET)器件。FeFET器件的栅极端子连接到字线。FeFET器件的源极端子连接到源极线。FeFET器件的漏极端子连接到电阻式存储器器件的第一端子。电阻式存储器器件的第二端子连接到位线。阻式存储器器件的第二端子连接到位线。阻式存储器器件的第二端子连接到位线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】实施铁电选择晶体管的非易失性模拟电阻式存储器基元


[0001]本公开一般涉及用于神经形态计算的非易失性模拟电阻式存储器基元，以及用于非易失性模拟电阻式存储器基元的电阻式存储器器件的电导调节的技术。

技术介绍

[0002]诸如神经形态计算系统和人工神经网络(ANN)系统的信息处理系统被用在诸如用于认知识别和计算的机器学习和推理处理的各种应用中。这样的系统是基于硬件的系统，其通常包括并行操作以执行各种类型的计算的大量高度互连的处理元件(称为“人工神经元”)。使用提供突触权重的人工突触器件来连接人工神经元(例如，突触前神经元和突触后神经元)，其中该突触权重表示人工神经元之间的连接强度。突触权重可以使用表现出非易失性和多级存储器特性的模拟存储器元件来实施，诸如可调节电阻式存储器器件。

技术实现思路

[0003]本公开的实施例包括：包括铁电选择晶体管和电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元、用于对包括铁电选择晶体管和电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元进行编程和读取的方法、以及包括具有铁电选择晶体管和电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元的阵列的计算系统。
[0004]在示例性实施例中，一种器件包括非易失性模拟电阻式存储器基元。非易失性模拟电阻式存储器器件包括电阻式存储器器件和选择晶体管。电阻式存储器器件包括第一端子和第二端子。电阻式存储器器件包括可调节电导。选择晶体管包括铁电场效应晶体管(FeFET)器件，该FeFET器件包括栅极端子、源极端子和漏极端子。FeFET器件的栅极端子连接到字线。FeFET器件的源极端子连接到源极线。FeFET器件的漏极端子连接到电阻式存储器器件的第一端子。电阻式存储器器件的第二端子连接到位线。
[0005]另一示例性实施例包括一种方法，该方法包括在字线上施加编程脉冲以对耦合到字线的非易失性模拟电阻式存储器基元进行编程。非易失性模拟电阻式存储器基元包括选择晶体管和电阻式存储器器件，该选择晶体管包括连接到字线的FeFET器件，该电阻式存储器器件连接到FeFET器件。施加编程脉冲导致：响应于从字线施加到FeFET器件的编程脉冲，调制FeFET器件的极化状态，其中FeFET器件的极化状态的调制导致对用于调节电阻式存储器器件的电导的编程电流的调制；以及通过由经调制的编程电流递增地(incrementally)改变电阻式存储器器件的电导来调节电阻式存储器器件的电导，该经调制的编程电流是响应于施加到FeFET器件的每个编程脉冲在FeFET器件的激活时生成。
[0006]在结合附图阅读的示例性实施例的以下详细描述中将描述其它实施例。
附图说明
[0007]图1示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的计算系统，该计算系统包括可实施铁电选择晶体管及电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元的阵列。
[0008]图2A示意性地示出了反向传播过程的正向(forward)传递操作，其可以使用图1的计算系统来执行。
[0009]图2B示意性地示出了反向传播过程的反向(backward)传递操作，其可以使用图1的计算系统来执行。
[0010]图2C示意性地示出了反向传播过程的权重更新操作，其可以使用图1的计算系统来执行。
[0011]图3示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的实施铁电选择晶体管和电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元。
[0012]图4示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的可在非易失性模拟电阻式存储器基元中实施的电阻式存储器器件。
[0013]图5示意性地示出了根据本公开的另一示例性实施例的可在非易失性模拟电阻式存储器基元中实施的电阻式存储器器件。
[0014]图6是根据本公开的示例性实施例的可以被实施为非易失性模拟电阻式存储器基元中的选择晶体管的FeFET器件的示意图。
[0015]图7A、7B和7C示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的利用FeFET器件的铁电层中的多畴部分极化切换来调制FeFET器件的沟道电导的方法，其中：
[0016]图7A以图的方式示出了根据本公开的示例性实施例的FeFET器件的沟道电导，其作为施加到FeFET器件的栅电极的多个相同编程脉冲的脉冲数的函数；
[0017]图7B示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的FeFET的铁电层的不同极化状态，其由响应于图7A中所示的增加的增强(potentiation)脉冲计数的部分极化切换所导致。
[0018]图7C示意性地示出了根据本公开的另一示例性实施例的FeFET的铁电层的不同极化状态，其由响应于增加的增强脉冲计数的部分极化切换所导致，所述增强脉冲具有与图7A中所示的增强脉冲相反的极性。
[0019]图8A是示出了根据本公开的示例性实施例的用于对实施铁电选择晶体管及电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元进行编程的方法的时序图。
[0020]图8B是示出了根据本公开的示例性实施例的用于对实施铁电选择晶体管及电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元的状态进行读取的方法的时序图。
[0021]图9示意性地示出了根据本公开的另一示例性实施例的实施铁电选择晶体管及电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元。
[0022]图10示意性地示出了根据本公开的另一示例性实施例的实施铁电选择晶体管及电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元。
[0023]图11A是示出了根据本公开的示例性实施例的用于使用增强脉冲流以增加电阻式存储器器件的电导来对图10的非易失性模拟电阻式存储器基元进行编程的方法的时序图。
[0024]图11B是示出了根据本公开的示例性实施例的用于使用抑制(depression)脉冲流以降低电阻式存储器器件的电导来对图10的非易失性模拟电阻式存储器基元进行编程的方法的时序图。
具体实施方式
[0025]现在将关于包括铁电选择晶体管和电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元、用于对包括铁电选择晶体管和电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元进行编程和读取的方法、以及包括具有铁电选择晶体管和电阻式存储器器件的非易失性模拟电阻式存储器基元的阵列的计算系统来进一步详细描述本公开的实施例。如下面进一步详细解释的，铁电选择晶体管(这里可替换地称为FeFET选择晶体管)被配置为使用包括相同编程脉冲(例如，相同的振幅和脉冲宽度)的编程脉冲方案来提高模拟电阻式存储器器件的电导调节的线性。
[0026]应当理解，附图中所示的各种特征是未按比例绘制的示意图。另外，为了便于说明和解释，通常用于实施FeFET器件、电阻式存储器器件以及如附图中示意性示出的其它器件或结构和系统部件的类型中的一个或多个层、结构、区域、特征等可能未在给定附图中明确示出。这并不意味着从实际器件或结构中省略了未明确示出的任何层、结构、区域、特征等。此外，在所有附图中使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的特征、元件或结构，因此，对于每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种器件，其包括：非易失性模拟电阻式存储器基元，其包括：电阻式存储器器件，其包括第一端子和第二端子，其中所述电阻式存储器器件包括可调节电导；以及选择晶体管，其包括铁电场效应晶体管FeFET器件，所述FeFET器件包括栅极端子、源极端子和漏极端子；其中，所述FeFET器件的所述栅极端子连接到字线；其中，所述FeFET器件的所述源极端子连接到源极线；其中，所述FeFET器件的所述漏极端子连接到所述电阻式存储器器件的所述第一端子；以及其中，所述电阻式存储器器件的所述第二端子连接到位线。2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述电阻式存储器器件包括电阻式切换器件。3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述电阻式切换器件包括双向可调节电导。4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述电阻式存储器器件包括相变存储器器件。5.一种器件，其包括：非易失性模拟电阻式存储器基元，其包括：电阻式存储器器件，其包括第一端子和第二端子；第一选择晶体管，其包括第一铁电场效应晶体管FeFET器件，所述第一FeFET器件包括栅极端子、源极端子和漏极端子；第二选择晶体管，其包括第二FeFET器件，所述第二FeFET器件包括栅极端子、源极端子和漏极端子；其中，所述第一FeFET器件的所述栅极端子连接到第一字线，并且所述第二FeFET器件的所述栅极端子连接到第二字线；其中，所述第一FeFET器件的所述源极端子连接到第一源极线，并且所述第二FeFET器件的所述源极端子连接到第二源极线；其中，所述第一FeFET器件和所述第二FeFET器件的所述漏极端子连接到所述电阻式存储器器件的所述第一端子；以及其中，所述电阻式存储器器件的所述第二端子连接到位线。6.根据权利要求5所述的器件，其中，所述第一FeFET器件包括N型器件，其中所述第二FeFET器件包括P型器件，并且其中电阻式存储器器件包括电阻式切换器件，所述电阻式切换器件包括双向可调节电导。7.一种系统，包括：包括非易失性电阻式存储器的计算系统，所述非易失性电阻式存储器包括非易失性模拟电阻式存储器基元的阵列，其中，每个非易失性模拟电阻式存储器基元包括：电阻式存储器器件，其包括第一端子和第二端子，其中所述电阻式存储器器件包括可调节电导；以及至少第一选择晶体管，所述第一选择晶体管包括第一铁电场效应晶体管FeFET器件，所述第一FeFET器件包括栅极端子、源极端子和漏极端子；其中，所述第一FeFET器件的所述栅极端子连接到第一字线；
其中，所述第一FeFET器件的所述源极端子连接到第一源极线；其中，所述FeFET器件的所述漏极端子连接到所述电阻式存储器器件的所述第一端子；以及其中，所述电阻式存储器器件的所述第二端子连接到位线。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述计算系统包括神经形态计算系统，其中所述非易失性模拟电阻式存储器基元包括存储突触权重的人工突触元件，所述突触权重表示所述神经形态计算系统的人工神经元之间的连接强度，其中所述突触权重由所述非易失性模拟电阻式存储器基元的所述电阻式存储器器件的电导值来编码。9.根据权利要求7所述的系统，其中，每个非易失性模拟电阻式存储器基元还包括：第二选择晶体管，其包括第二FeFET器件，所述第二FeFET器件包括栅极端子、源极端子和漏极端子；其中，所述第二FeFET器件的所述栅极端子连接到第二字线；其中，所述第二FeFET器件的所述源极端子连接到第二源极线；以及其中，所述第二FeFET器件的所述漏极端子连接到所述电阻式存储器器件的所述第一端子。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一FeFET器件包括N型器件，其中，所述第二FeFET器件包括P型器件，并且其中，所述电阻式存储器器件包括电阻式切换器件，所述电阻式切换器件包括双向可调节电导。11.一种方法，包括：在字线上施加编程脉冲以对耦合到所述字线的非易失性模拟电阻式存储器基元进行编程，其中，所述非易失性模拟电阻式存储器基元包括选择晶体管和电阻式存储器器件，所述选择晶体管包括连接到所述字线的铁电场效应晶体管FeFET器件，所述电阻式存储器器件连接到所述FeFET器件；其中，施加所述编程脉冲导致：响应于从所述字线施加到所述FeFET器件的所述编程脉冲，调制所述FeFET器件的极化状态，其中所述FeFET器件的所述极化状态的所述调制导致对用于调节所述电阻式存储器器件的电导的编程电流的调制；以及通过由经调制的编程电流递增地改变所述电阻式存储器器件的所述电导来调节所述电阻式存储器器件的所述电导，所述经调制的编程电流是响应于施加到所述FeFET器件的每个编程脉冲在所述FeFET器件的激活时生成。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述编程脉冲包括具有相同振幅和相同脉冲宽度的电压脉冲的序列。13.根据权利要求11所述的方法，还包括：在调节所述电阻式存储器器件的所述电导之前执行预循环过程以调制所述FeFET器件的所述极化状态，其中，所述预循环过程包括从所述字线向所述FeFET器件施加一个或多个脉冲以将所述FeFET器件的所述极化状态从初始极化状态调制到目标极化状态，而不在所述预循环过程期间接通所述FeFET器件。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述目标极化状态对应于所述FeFET器件的目标阈值电压和相关联的沟道电导，其中，从所述目标极化状态开始，所述FeFET器件响应于被施加到所述FeFET器件的所述编程脉冲而表现出所述FeFET器件的所述沟道电导的基本
上线性增加，以进一步调制所述FeFET器件的所述极化，并且从而调制被生成以调节所述电阻式存储器器件的所述电导的所述编程电流。15.根据权利要求11所述的方法，还包括：执行读取操作以确定所述非易失性模拟电阻式存储器基元的电导状态，其中，执行所述读取操作包括：执行初始化过程，所述初始化过程包括在所述字线上施加初始化控制脉冲以将所述FeFET器件的极化状态改变为初始极化状态，同时将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚南博，安藤崇志，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：