模数转换装置及模数转换方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体集成电路及其制造技术领域，公开了一种模数转换装置及模数转换方法。该模数转换装置包括：数据采样保持单元，用于进行数据采样，得到模拟电压信号，并对模拟电压信号进行存储；量化单元，用于数据采样保持单元输出的模拟电压信号进行量化；编码单元，用于对量化单元输出的数据进行编码，得到数字信号；所述数据采样保持单元包括阻变存储器。本发明专利技术利用阻变存储器实现模数转换过程中的数据存储（或称为保持），实验表明，数据保持时间可以长达10年，因此能够保证数据的可靠性，从而也保证了模数转换装置的工作可靠性。另外，本发明专利技术的装置结构简单、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路及其制造
，特别是涉及一种。
技术介绍
将模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器(Analog toDigital Converter),即A/D转换器。模拟信号与数字信号之间的相互转换具有非常重要的意义。 首先，数字信号具有结构简单、抗干扰能力强、稳定性好、设计及测试自动化程度高、易于实现大规模集成等优点，用数字信号来处理模拟信号在信号传输、处理、存储、输出与显示保密性等方面都具有非常明显的优势。其次，随着集成电路工艺的进步和数字集成电路技术的迅速发展，数字集成电路的性能不断提高，规模越来越大，成本不断降低，所以采用数字信号处理技术来处理模拟信号已变得十分普遍。A/D转换器一般需要采样、保持、量化和编码四个步骤完成。通常将前两步由采样-保持电路完成，后两步在转换过程中同时实现。传统的采样-保持电路中包含有采样开关和保持电容，但通过保持电容存储采样信号会有保持电压下降的缺点。因为电容总是存在放电通路，因而在保持期，使输出电压下降，从而出现信号失真，虽然增大电容容量可以降低电压下降，但会使采样时间加长。另外，在集成电路设计中，电容的设计与实现面临一些本征的困难对于一般的小电容采用的是将MOS管的源漏相连来实现，这样一个电容的体积就是一个开关的体积。目前虽然有很多降低电容体积的设计，但是这些方法通常还是消耗集成电路中相当的体积。出于对高性能、高速度、高集成的需求，需要开发新型的A/D 转换器，使其采样保持电路具有结构简单、高速、低操作电压和电流、工艺兼容、低成本等优
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术首先要解决的技术问题是如何提供一种结构简单、低成本且工作可靠的模数转换装置。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种模数转换装置，包括数据采样保持单元，用于进行数据采样，得到模拟电压信号，并对模拟电压信号进行存储；量化单元，用于数据采样保持单元输出的模拟电压信号进行量化；编码单元，用于对量化单元输出的数据进行编码，得到数字信号；其中，所述数据保持单元包括阻变存储器。优选地，所述数据采样保持单元还包括与所述阻变存储器连接的MOS器件。优选地，所述阻变存储器包括第一导电层、金属氧化物层以及第二导电层，所述金属氧化物层位于所述第一导电层与第二导电层之间，且第一导电层、金属氧化物层以及第二导电层依次覆于所述MOS器件的漏端。优选地，所述第一导电层或第二导电层为金属。优选地，所述金属氧化物层为HfOx、Ti0x、W0x、Ni0x、ZrOx和TaxOx中的一种，x为正整数。优选地，所述第一导电层的厚度为5 100nm。优选地，所述金属氧化物层的厚度为3 30nm。优选地，所述量化单元为电流比较器。本专利技术还提供了一种模数转换方法，包括以下步骤SI、在采样频率的控制下打开权利要求2 8中任一项所述的装置中的MOS器件，进行数据采样，得到模拟电压信号；S2、利用权利要求广8中任一项所述的装置中的阻变存储器进行模拟电压信号存S3、利用权利要求广8中任一项所述的装置中的量化单元将流过所述阻变存储器的电流与参考电流进行比较，根据比较的结果进行模拟电压信号的量化；S4、对量化后的数据进行编码，得到数字信号。优选地，在步骤SI之前还包括选择工作模式的步骤。优选地，所述工作模式包括SET模式和RESET模式。(三)有益效果上述技术方案具有如下优点本专利技术利用阻变存储器实现模数转换过程中的数据存储(或称为保持)，实验表明，数据保持时间可以长达10年，因此能够保证数据的可靠性， 从而也保证了模数转换装置的工作可靠性。另外，本专利技术的装置结构简单、成本低。附图说明图I为RRAM器件处于高阻时，电阻随外加正向脉冲高度的变化结果；图2为RRAM器件处于低阻时，电阻随外加负向脉冲高度的变化结果；图3示出了本专利技术装置的数据采样保持单元；图4为本专利技术的方法流程图5a 图5c示出了模数转换过程中信号的变化。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。利用电阻变化、被称为“阻变存储器(RRAM)”的新型非挥发性存储器具有高速度 (〈Ins)、低操作电压(〈IV)、高存储密度、和CMOS工艺兼容等优点，成为了下一代半导体存储器的强有力竞争者。阻变存储器的工作方式包括单极和双极两种，前者在器件两端施加单一极性的电压，利用外加电压大小不同控制阻变材料的电阻值在高低电阻态之间转换， 以实现数据的写入和擦除；而后者是利用施加不同极性的电压控制阻变材料电阻值的转换。习惯上称阻变材料由高阻态到低阻态的转变为Program或者SET，由低阻态到高阻态的转变为ERAZE或者RESET。由于RRAM在优化器件结构和工作模式下，其阻值可以在电压控制下近似连续变化，因此可以认为其具有作为存储模拟信号的潜力。特殊的操作可以使RRAM实现各种运算和逻辑功能。金属氧化物的阻变现象，是由其内部存在的细丝导电通道的连通和断开导致的。 导电通道是由氧空位缺陷排列而成。在外界电压的作用下，氧化物内部产生新的氧空位缺陷或者使氧空位缺陷的数目减少，从而导致了器件从高阻态到低阻态或者从低阻态到高阻态的转变。当外加电压很小时，产生的氧空位缺陷数量较少，形成的通道数量也相对较少， 相应地表现出电阻较大；当外加电压较大时，生成的氧空位缺陷数量较多，相应的电阻较小。如果在该电阻加相同的电压，因为电阻不同，流过的电流也不同。可以根据电流大小进行量化。当外加电压较小较快时，生成氧空位缺陷较少，因此通道的生成数量也相对较少， 这些通道有助于电子的传导，因此电阻会逐渐增加。随着施加电压和电流的幅度的增加，生成的缺陷较多，因此生成的通道数量越来越多，电阻按一定规律稳步连续减小，这就是阻变存储器可以作为模拟信号存储的原因。本专利技术提出的是利用RRAM的忆阻器功能实现模拟信号向数字信号的转化，完成数模转换电路中信号的采样和保持功能。本专利技术提供了一种利用RRAM代替传统A/D转换器中数据保持单元实现模拟信号与数字信号转换 的新装置、新方法。阻变器件传统的操作方法是当器件处于高阻态时，在其两端施加合适的正向脉冲电压，其阻值会发生从高阻态到低阻态的转变；当器件处于低阻态时，在其两端施加合适的负向脉冲电压，其阻值会发生从低阻态到高阻态的转变。如图I 所示。电阻在一定区间是随电压近似连续变化的。阻变器件的这一特性结合一定的操作方法以及数据处理电路可以实现数模转换器的功能，如图2所示。参考图3所示，本专利技术提供一种模数转换装置，包括数据采样保持单元，用于进行数据采样，得到模拟电压信号，并对模拟电压信号进行存储；包括MOS器件和阻变存储器；量化单元，用于数据采样保持单元输出的模拟电压信号进行量化；编码单元，用于对量化单元输出的数据进行编码，得到数字信号；其中，所述阻变存储器包括第一导电层、金属氧化物层以及第二导电层，所述金属氧化物层位于所述第一导电层与第二导电层之间，且第一导电层、金属氧化物层以及第二导电层依次覆于所述MOS器件的漏端。所述第一导电层或第二导电层为金属。所述金属氧化物层为 HfOx, TiOx, WOx, NiOx, ZrOx 和 TaxOx 中的一种，x 为正整数，例如 Hf02、T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模数转换装置，其特征在于，包括：数据采样保持单元，用于进行数据采样，得到模拟电压信号，并对模拟电压信号进行存储；量化单元，用于数据采样保持单元输出的模拟电压信号进行量化；编码单元，用于对量化单元输出的数据进行编码，得到数字信号；其中，所述数据采样保持单元包括阻变存储器。

【技术特征摘要】
1.一种模数转换装置，其特征在于，包括 数据采样保持单元，用于进行数据采样，得到模拟电压信号，并对模拟电压信号进行存储； 量化单元，用于数据采样保持单元输出的模拟电压信号进行量化； 编码单元，用于对量化单元输出的数据进行编码，得到数字信号；其中， 所述数据采样保持单元包括阻变存储器。2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述数据采样保持单元还包括与所述阻变存储器连接的MOS器件。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述阻变存储器包括第一导电层、金属氧化物层以及第二导电层，所述金属氧化物层位于所述第一导电层与第二导电层之间，且第一导电层、金属氧化物层以及第二导电层依次覆于所述MOS器件的漏端。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一导电层或第二导电层为金属。5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述金属氧化物层为HfOx、TiOx,W0X、NiOx,ZrOx和TaxOx中的一种，x为正整数。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晋锋，刘睿，陈冰，张飞飞，刘力锋，刘晓彦，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：