驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路及方法。该电路由多个用以存储电能且具有不同容值的电容、多个电压源、一电阻转变型存储器和一开关转换电路构成，所述多个电容通过开关转换电路连接于所述多个电压源和所述电阻转变型存储器。该方法将不同容值的电容充电到相同的电压，或将相同电容充电到不同电压，使电容存储有不同的电能；然后利用该存储有不同电能的电容作为信号激励源驱动电阻转变型存储器，改变电阻转变型存储器的电阻状态，使电阻转变型存储器达到不同的电阻状态，实现多值存储。利用本发明专利技术，采用简单的电路驱动电阻转变型存储器实现多值存储，在相同的器件面积情况下实现更高密度的存储。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子器件及存储器
，尤其是一种利用电容。
技术介绍
消费类电子产品市场爆炸式的增长，使得非挥发半导体存储器(目前以闪存为代 表)的市场飞速的增长，预计其市场总值将很快超过动态随机存储器。但是，基于浮栅结构 的传统非易失性存储器在尺寸縮小化方面正遇到走越来越大的困难。这主要是因为，浮栅 型存储器通过在多晶硅浮栅中存储或擦除电荷由此改变MOS管的阈值电压来实现信息的记录。为了能将电荷保存在浮栅中io年以上，隧穿氧化层的厚度不能过度减小，在浮栅存储器縮小化过程中，这一隧穿氧化层几乎没有减小，使浮栅存储器在65nm以下遇到了縮小 化技术瓶颈。同时这样的隧穿氧化层厚度又限制了浮栅存储器的编程和擦除速度的提高。 因此，以高密度、低功耗、快操作速度为特征的下一代非挥发性半导体存储器成为目前的科 研热点，其候选技术包括相变存储器(PCRAM)、铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)和阻 变存储器(ReRAM)。 电阻转变存储器(resistive random access memory)技术是以材料的电阻在电 压的控制下可以在多阻态之间实现可逆转换为基础的。已有多种类型的材料体系被证明具 有电阻转变特性(1)有机聚合物，如聚酰亚胺(PI) 、 AIDCN以及CuTCNQ等；(2)多元金属 氧化物，如磁阻材料PrO. 7Ca0. 3Mn03和LaO. 7Ca0. 3Mn03等，掺杂的SrTi03和SrZr03等； (3) 二元过渡族金属氧化物，如NiO、 Nb205、 CuOx、 Zr02、 Hf02、 Ta205、 Ti02等;(4)固态电 解液材料，如CuS， AgS， AgGeSe等。其中二元过渡金属氧化物因其组分简单，与传统的CMOS 工艺技术兼容性而受到了特别的重视，非常有可能应用于电阻转变型存储器中。电阻转变 器件一般制做成MM(金属-转变材料层_金属)形的三夹层结构，两边是金属电极，中间 是具有电阻转变功能的材料层。 电阻转变型存储器分双极性、单极性和无极性三类。双极性器件要求驱动电阻由 高变低和由低变高的电压极性相反，而单极性的则相同，无极性的正反电压都可以。目前对 电阻转变的机制还没有定论，最普遍的一种理论是认为在高电场作用下，薄膜内部形成了 连通两边电极的导电细丝，从而使器件变为低电阻。当细丝中通过大电流时，会产生足够的 焦耳热，破坏导电细丝，器件又回复到高电阻状。但是也有其它的解释机制，如认为电阻改 变是由功能材料与电极介面处的肖特基势垒高度的改变引起以及材料内部电荷陷阱捕获 或释放电荷引起。已经有很多研究表明电阻转变过程中，对器件施加的能量与最后的电阻 状态有密切的关系。多值存储是当前电阻转变型存储器研究的重要议题之一，已经制做出 很多电阻型器件，在适当的电压作用下，能够达到多种阻值的状态。
技术实现思路
( — )要解决的技术问题3 用简单的驱动方式实现电阻转变型存储器的多值存储，即每个存储单元存储多个 比特信息。因为电阻转变型存储器以电阻值来存储信息，如果器件的电阻能够处于多个稳 定的电阻态，就可以实现多值存储。但是驱动电阻型器件在各阻态之间转换需要一定的电 压条件，例如最大电流限定值或脉冲驱动个数。已有的研究结果表明，电阻转变型存储器所 转变到的电阻态与受到的电信号激励量(电流或能量)密切相关。如果用充有不同电能的 电容去驱动相同的电阻转变型器件，因为施加的驱动能量不同，因此就能驱动电阻转变型 存储器实现多值存储。有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种利用电容驱动电阻转变 型存储器实现多值存储的电路及方法，以实现多值存储。 ( 二 )技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存 储的电路，该电路由多个用以存储电能且具有不同容值的电容、多个电压源、一电阻转变型 存储器和一开关转换电路构成，所述多个电容通过开关转换电路连接于所述多个电压源和 所述电阻转变型存储器。 上述方案中，所述开关转换电路将某一 电容耦连至某一 电压源，使所述电容充电 存储电能，该存储电能的电容通过所述开关转换电路转接到电阻转变型存储器，对该电阻 转变型存储器施加电激励，使该电阻转变型存储器发生电阻转变，同时自身电压在放电过 程中不断减小直到接近零。 上述方案中，所述不同容值的电容充电到相同的电压时，或相同电容充到不同的电压时，存储的电能不相同，利用它们作为信号激励源来驱动电阻转变型存储器发生电阻状态改变，使电阻转变型存储器达到不同的电阻状态，从而实现多值存储。 上述方案中，所述电阻转变型存储器在一定条件的电信号的激励作用下，电阻会发生变化，电阻在两个或多个状态保持稳定，电阻状态在没有电压作用时能够保持。 为达到上述目的，本专利技术还提供了一种利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的方法，该方法将不同容值的电容充电到相同的电压，或将相同电容充电到不同电压，使电容存储有不同的电能；然后利用该存储有不同电能的电容作为信号激励源驱动电阻转变型存储器，改变电阻转变型存储器的电阻状态，使电阻转变型存储器达到不同的电阻状态，实现多值存储。(三)有益效果 本专利技术提供的这种利用电容， 采用简单的电路驱动电阻转变型存储器实现多值存储，在相同的器件面积情况下实现更高 密度的存储。附图说明 图1是电阻转变型存储器在电压脉冲作用下电阻发生变化的示意图；电阻转变型 器件在正电压脉冲作用下电阻变低，且脉冲作用数越多，电阻越小，在负电压脉冲作用下电 阻变大。图2是用多个电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。 本专利技术提供了一种利用电容存储能量驱动电阻转变型存储器进行状态转换实现 多值存储的方法。其基本原理是利用存储有不同电能的电容作为激励源去驱动电阻转变型 存储器使之发生电阻转变，因为对电阻转变型存储器的电激励量不同，使电阻转变型存储 器转变到的电阻状态也不同，从而实现了多值存储。 本专利技术提供的这种利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路，由多个 用以存储电能且具有不同容值的电容、多个电压源、一电阻转变型存储器和一开关转换电 路构成，所述多个电容通过开关转换电路连接于所述多个电压源和所述电阻转变型存储器。 开关转换电路将某一 电容耦连至某一 电压源，使所述电容充电存储电能，该存储 电能的电容通过所述开关转换电路转接到电阻转变型存储器，对该电阻转变型存储器施加 电激励，使该电阻转变型存储器发生电阻转变，同时自身电压在放电过程中不断减小直到 接近零。 不同容值的电容充电到相同的电压时，或相同电容充电到不同电压时，存储的电 能不相同，利用它们作为信号激励源来驱动电阻转变型存储器发生电阻状态改变，使电阻 转变型存储器达到不同的电阻状态，从而实现多值存储。 电阻转变型存储器在一定条件的电信号的激励作用下，电阻会发生变化，电阻在 两个或多个状态保持稳定，电阻状态在没有电压作用时能够保持。 本专利技术提供的这种利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的方法，将不同 容值的电容充电到相同的电压，或将相同电容充电到不同电压，使电容存储有不同的电能； 然后利用该存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路，其特征在于，该电路由多个用以存储电能且具有不同容值的电容、多个电压源、一电阻转变型存储器和一开关转换电路构成，所述多个电容通过开关转换电路连接于所述多个电压源和所述电阻转变型存储器。

【技术特征摘要】
一种利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路，其特征在于，该电路由多个用以存储电能且具有不同容值的电容、多个电压源、一电阻转变型存储器和一开关转换电路构成，所述多个电容通过开关转换电路连接于所述多个电压源和所述电阻转变型存储器。2. 根据权利要求1所述的利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路，其特 征在于，所述开关转换电路将某一 电容耦连至某一电压源，使所述电容充电存储电能，该存 储电能的电容通过所述开关转换电路转接到电阻转变型存储器，对该电阻转变型存储器施 加电激励，使该电阻转变型存储器发生电阻转 变，同时自身电压在放电过程中不断减小直 到接近零。3. 根据权利要求1所述的利用电容驱动电阻转变型存储器实现多值存储的电路，其特 征在于，所述不同容值的电容充电到相同的电压时，或相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，张森，龙世兵，刘琦，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]