一种相变存储的快速擦写操作方法技术

本发明专利技术提供一种相变存储的快速擦写操作方法，进行擦操作的SET编程脉冲依次为预编程脉冲及编程脉冲，所述预编程脉冲使得相变存储单元超越相变的开关阈值，保持时间小于写操作的RESET脉冲操作时间。本发明专利技术还提供一种相变存储电路的快速擦写操作方法，包括逻辑控制电路、存储单元阵列以及分别与该逻辑控制电路连通的驱动电路、字线选通管、位线选通管和读电路；当执行擦操作SET编程时，打开各通路形成预编程脉冲，流入位线选通管，继而流入所选相变存储单元中，完成预编程操作；随后关掉大电流通路，输出的编程脉冲对所选相变存储单元进行编程。本发明专利技术有效减小了相变存储单元SET编程时间，从而提高了相变存储擦操作速度，改善了SET编程后的低阻分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳米电子
，涉及一种信息存储器的编程技术，特别是涉及以及相变存储器电路的快速擦写操作方法。
技术介绍
相变存储器(Phase Change Memory)作为新一代的非易失性存储器，是基于Ovshinsky 在 20 世纪 60 年代末(Phys. Rev. Lett. , 21，1450 1453，1968) 70 年代初(AppI. Phys. Lett. , 18，254 257，1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电阻材料、绝热材料和引出电极材料。相变存储器由存储单元阵列与外部驱动电路构成，每个存储单元具有一些相变材·料来存储数据。依赖于诸如硫系化合物相变材料(例如，GeTeAsSi、GeTe、GeSbTe (GST)、GeTeBi, GeSbAg等)，这一类的材料可以在晶相和非晶相之间稳定地可逆地转变，其中的典型代表材料为一种含锗、锑、碲的合成材料(GST)。将相变材料结合到电路中，可以使得所述存储单元起到快速转换的可编程电阻器的作用。这种可编程电阻器可以呈现比40倍的结晶态(低阻率)和非晶态(高阻率)之间的电阻率动态范围还要大的动态范围，并且可以呈现允许在每个存储单元中进行多只存储的中间态。存储在存储单元中的数据通过测量单元电阻率来读出。物质的晶相是通过提供能量来改变的，物质的晶相变化由能量的累积和冷却的速度两个因素来决定。在物质熔解后进行急速冷却可将物质由晶态转变为非晶态，而在退火的情况下，物质可由非晶态转化为晶态，依据这种可逆的转换关系可以实现二值记录。相变存储单元编程的传统技术是在相变存储单元上施加高度和宽度不同的电压脉冲或电流脉冲信号使相变材料在非晶态和多晶态之间发生可逆相变以改变其电阻大小，通过分辨非晶态时的高阻和多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。图I显示了对相变存储器进行编程的传统脉冲序列。要实现低阻到高阻的变化，即写操作，需要施加一个幅度较高且时间较短的RESET矩形脉冲，使得存储单元中的相变材料迅速超越阈值开关，材料温度升高到熔化温度以上，随后快速撤去脉冲信号，将材料迅速冷却，使多晶的长程有序遭到破坏，从而实现由多晶向非晶的转化，使材料保持在非晶态。要实现高阻到低阻的变化，即擦操作，需要施加一个幅度中等且时间较长的SET矩形脉冲，硫系化合物的温度升高到结晶温度以上熔化温度以下，保持一定的时间，使得相变存储单元在大于开关阈值的条件之后开始晶核生长，撤去脉冲后，电阻保持低阻态。SET操作的幅度小于RESET操作的幅度，以防止相变存储单元转换为非晶态。一般来说，由于受到制造工艺，环境温度及相变存储单元初始阻值等因素的影响，对相变存储器中的相变存储单元写操作(RESET)需要几十纳秒到几百纳秒的电流加热时间，而对相变存储器中的相变存储单元进行擦操作(SET)需要几百纳秒到几毫秒的电流加热时间。由于SET编程远远大于RESET编程时间，所以相变存储器的编程速度主要由SET编程时间决定。减小SET编程时间对提高相变存储器速度意义重大。由于相变存储单元中的相变材料的实际温度在各个单元之间会有差异，这种差异会无意间使器件的一个或多个单元中的材料在加上传统SET脉冲时达到熔化温度Tni，从而导致这些单元保持在高阻态。为避免这个问题，传统编程技术使用幅度较小的SET脉冲进行擦操作，以保证在SET脉冲加置相变存储单元时，相变材料没有达到熔化温度Tm。这种方法使得SET操作时间远远大于RESET操作时间。此外，存储单元中会存有稳定态显著低于最佳温度的单元，这就减小了存储单元中SET和RESET电阻分布范围。由于相变电阻存在OTS效应，将电压加在相变存储单元时，当电压高于一定开关阈值，相变存储单元的电阻率会突然下降，但此时相变电阻并没有被实际编程，若去掉电压，相变电阻会重新回到原先的阻值。相变存储单元在从高阻态向低阻态转变的过程中，需要首先超越材料的开关阈值，进入编程态。传统的SET操作是施加较低幅度的矩形脉冲信号到相变存储单元上，需要较长时间才能进入达到超越开关阈值的能量，这部分时间与进入编程态之后的结晶感应时间相加，构成了 SET擦操作的全部时间。显然，这种较低幅度的 脉冲信号减缓了相变存储单元进入编程态的时间。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供以及一种相变存储电路的快速擦写操作方法，用于减小相变存储单元SET编程时间，从而提高相变存储擦操作速度，改善SET编程后的低阻分布。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供，进行擦操作的SET编程脉冲依次为预编程脉冲及编程脉冲，所述预编程脉冲使得相变存储单元中超越相变的开关阈值，保持时间小于写操作的RESET脉冲操作时间，使得存储单元可以快速进入编程状态，进而编程脉冲完成擦操作。优选地，所述预编程脉冲幅度与RESET编程脉冲幅度相当。优选地，所述SET编程脉冲由双矩形脉冲组合而成。优选地，所述预编程脉冲的脉宽为IOns至100ns，脉宽在30ns左右为最佳。优选地，所述编程脉冲为有衰减速率下降沿的脉冲组成。优选地，所述有衰减速率下降沿的脉冲的衰减速率包括多项式、对数式和指数式坐寸ο本专利技术还提供一种相变存储电路的快速擦写操作方法，所述快速擦写操作的相变存储电路包括逻辑控制电路、存储单元阵列以及分别与该逻辑控制电路连通的驱动电路、字线选通管、位线选通管和读电路；所述字线选通管和位线选通管分别与存储单元阵列连通；所述读电路与位线选通管连通；所述驱动电路包括由电流镜提供的若干路大小不同的电流脉冲；所述逻辑控制模块控制各通路的开关及导通时间；当执行擦操作SET编程时，打开各通路形成预编程脉冲，流入位线选通管，继而流入所选相变存储单元中，完成预编程操作；随后关掉大电流通路，输出的编程脉冲对所选相变存储单元进行编程，所述预编程脉冲使得相变存储单元超越相变的开关阈值，保持时间小于写操作的RESET脉冲操作时间。优选地，进行SET编程时，预编程脉冲幅度与RESET脉冲幅度相当，其脉宽为IOns至100ns,脉宽在30ns左右为最佳。优选地，在完成预编程操作之后，依次关断所有电流通路，使其形成有阶梯状下降沿的脉冲。优选地，所述字线选通管和位线选通管选自MOS管、三极管或二极管。如上所述，本专利技术的以及一种相变存储电路的快速擦写操作方法，具有以下有益效果本专利技术在施加普通SET脉冲之前，先施加一个大幅度、短时间的预编程脉冲，使得所有相变存储单元都超越相变的开关阈值，快速进入编程态，随后施加的编程脉冲可以用较短时间就完成高阻向低阻的转变，并且具有更优的低阻分布。附图说明图I显示为现有技术中的用于对传统相变存储器进行编程的传统擦操作脉冲波示意图。 图2显示为本专利技术的相变存储的擦操作的双矩形SET脉冲波示意图。图3显示为本专利技术的相变存储的擦操作的具有衰减速率下降沿的SET脉冲波示意图。图4显示为本专利技术的快速擦写相变存储器电路框图。具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储的快速擦写操作方法，其特征在于，进行擦操作的SET编程脉冲依次为预编程脉冲及编程脉冲，所述预编程脉冲使得相变存储单元超越相变的开关阈值，保持时间小于写操作的RESET脉冲操作时间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宏潇，陈后鹏，宋志棠，陈一峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：