電阻式存儲器裝置及其讀取方法與流程
2023-05-30 02:17:51
本發明是有關於一種存儲器裝置及其讀取方法，且特別是有關於一種電阻式存儲器裝置及其讀取方法。
背景技術：
非易失性存儲器具有存入的數據在斷電後也不會消失的優點，因此是許多電子產品維持正常操作所必備的存儲元件。目前，電阻式隨機存取存儲器(resistive random access memory，簡稱RRAM)是業界積極發展的一種非易失性存儲器，其具有寫入操作電壓低、寫入抹除時間短、存儲時間長、非破壞性讀取、多狀態存儲、結構簡單以及所需面積小等優點，在未來個人電腦和電子設備上極具應用潛力。
一般來說，電阻式存儲單元(cell)可根據所施加的脈衝電壓極性來截斷或導通絲狀導電路徑(filament path)。藉此將電阻值可逆且非易失地設定為低電阻狀態(low resistance state，簡稱LRS)或高電阻狀態(high resistance state，簡稱HRS)，以分別表示不同邏輯電平的存儲數據。舉例來說，在寫入數據邏輯1時，可通過施加重置脈衝(RESET pulse)來截斷絲狀導電路徑以形成高電阻狀態。在寫入數據邏輯0時，可通過施加極性相反的設定脈衝(SET pulse)來導通絲狀導電路徑以形成低電阻狀態。藉此，在讀取數據時，可依據不同電阻狀態下產生的不同大小範圍的讀取電流，來讀取邏輯1或邏輯0的數據。
然而，低電阻狀態的電阻值通常在高溫時會傾向增加，高電阻狀態的電阻值通常在高溫時會傾向減少。此種電阻值隨溫度改變的情形常常會導致低電阻狀態及高電阻狀態難以區隔。
技術實現要素：
本發明提供一種電阻式存儲器裝置及其讀取方法，可正確地讀取電阻式 存儲單元的存儲數據。
本發明的電阻式存儲器裝置的讀取方法包括：施加兩個讀取脈衝至電阻式存儲單元，以依序取得電阻式存儲單元在不同溫度的第一讀取電阻值及第二讀取電阻值；依據讀取電阻值的大小以及讀取電阻值各自對應的溫度的大小，來決定第二讀取電阻值的電阻狀態；以及依據第二讀取電阻值的電阻狀態，來決定電阻式存儲單元的存儲數據的邏輯電平。
本發明的電阻式存儲器裝置包括電阻式存儲單元陣列、熱電元件(thermoelectric element)以及控制單元。電阻式存儲單元陣列包括多個電阻式存儲單元。熱電元件耦接至電阻式存儲單元陣列。熱電元件用以依據電氣脈衝來調整電阻式存儲單元的溫度。控制單元耦接至熱電元件以及電阻式存儲單元陣列。控制單元施加兩個讀取脈衝至電阻式存儲單元其中之一，以依序取得電阻式存儲單元在不同溫度的第一讀取電阻值及第二讀取電阻值。控制單元依據讀取電阻值的大小以及讀取電阻值各自對應的溫度的大小，來決定第二讀取電阻值的電阻狀態。控制單元依據第二讀取電阻值的電阻狀態，來決定電阻式存儲單元的存儲數據的邏輯電平。
基於上述，在本發明的範例實施例中，電阻式存儲器裝置及其讀取方法，其中的控制單元依據讀取電阻值的大小以及讀取電阻值各自對應的溫度的大小，來決定讀取電阻值的電阻狀態，可正確地讀取電阻式存儲單元的存儲數據。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖做詳細說明如下。
附圖說明
圖1是依照本發明一實施例所示出的電阻式存儲器裝置的示意圖；
圖2是依照本發明一實施例所示出的電阻式存儲器裝置的讀取方法的流程圖；
圖3是依照本發明另一實施例所示出的電阻式存儲器裝置的讀取方法的流程圖。
附圖標記說明：
200：電阻式存儲器裝置；
210：電阻式存儲單元陣列；
212、214：電阻式存儲單元；
220：熱電元件；
230：控制單元；
BL：位線；
SL：源極線；
DATA：邏輯數據；
IR1、IR2：讀取電流；
T1：第一溫度；
T2：第二溫度；
Tm：溫度臨界值；
R1：第一讀取電阻值；
R2：第二讀取電阻值；
VR：讀取電壓；
ST：電氣信號；
S210、S220、S230、S300、S310、S320、S330、S340、S350、S360、S370、S380、S390、S400、S410：電阻式存儲器裝置的讀取方法的各步驟。
具體實施方式
一般而言，電阻式存儲單元可通過施加重置脈衝來形成高電阻狀態以例如存儲邏輯1的數據。並且可通過施加極性相反的設定脈衝來形成低電阻狀態以例如存儲邏輯0的數據。因此在讀取數據時，即可通過對應不同電阻狀態的讀取電流來分辨其電阻狀態，以正確地讀取邏輯1或邏輯0的數據。但是，低電阻狀態的電阻值通常在高溫時會傾向增加，高電阻狀態的電阻值通常在高溫時會傾向減少。此種電阻值隨溫度改變的情形常常會導致低電阻狀態及高電阻狀態難以區隔。
以下將說明如何實現本發明實施例所提出的電阻式存儲器裝置及其讀取方法。
圖1是依照本發明一實施例所示出的電阻式存儲器裝置的示意圖。請參照圖1，電阻式存儲器裝置200包括電阻式存儲單元陣列210、熱電元件220 以及控制單元230。電阻式存儲單元陣列210包括多個電阻式存儲單元212。電阻式存儲單元陣列210通過多條位線BL及多條源極線SL耦接至控制單元230。每個電阻式存儲單元212可以包括開關元件，例如金氧半導體場效應電晶體或雙極性接面型電晶體，以及可變電阻元件，且每個電阻式存儲單元212可以提供單一個比特的存儲數據。
在數據讀取期間，控制單元230施加讀取電壓VR至電阻式存儲單元212其中之一，例如電阻式存儲單元214，以在第一溫度時產生第一讀取電流IR1。在數據讀取期間，控制單元230會再施加讀取電壓VR至電阻式存儲單元214，以在第二溫度時產生第二讀取電流IR2。也就是說，在數據讀取期間，控制單元230施加讀取電壓VR的兩個脈衝至電阻式存儲單元214，以依序取得電阻式存儲單元214在不同溫度的第一讀取電阻值及第二讀取電阻值。
在本範例實施例中，控制單元230例如輸出電氣脈衝ST給熱電元件220，以控制熱電元件220依據電氣脈衝ST來調整電阻式存儲單元214的溫度。在本範例實施例中，熱電元件220例如是帕爾帖熱電元件(Peltier thermoelectric element)或其他類似元件，本發明並不加以限制。
控制單元230可例如是中央處理單元(Central Processing Unit，簡稱CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，簡稱DSP)、可程序化控制器、可程序化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。控制單元230耦接至電阻式存儲單元陣列210以及熱電元件220。
以下即舉實施例說明電阻式存儲器裝置200的數據讀取方法的詳細步驟。
圖2是依照本發明一實施例所示出的電阻式存儲器裝置的讀取方法的流程圖。請同時參照圖1及圖2，本實施例對於邏輯數據的讀取方法例如至少適用於圖1的電阻式存儲器裝置200，以下即搭配電阻式存儲器裝置200中的各項元件說明本發明實施例的讀取方法的各個步驟。
在步驟S210中，控制單元230施加兩個讀取脈衝至電阻式存儲單元214，以依序取得電阻式存儲單元214在不同溫度的第一讀取電阻值及第二讀取電阻值。在此步驟中，在控制單元230施加第一個讀取脈衝至電阻式存儲單元214之後，會同時判斷此時電阻式存儲單元214的第一溫度。並且，控制單 元230依據一溫度臨界值來判斷要調升或調降電阻式存儲單元214的溫度。接著，控制單元230再施加第二個讀取脈衝至電阻式存儲單元214，以取得第二溫度時的第二讀取電阻值。
在步驟S220中，控制單元230依據讀取電阻值的大小以及讀取電阻值各自對應的溫度的大小，來決定第二讀取電阻值的電阻狀態。舉例而言，在本範例實施例中，若第二讀取電阻值小於第一讀取電阻值(R2T1)，控制單元230例如決定第二讀取電阻值的電阻狀態是第一電阻狀態，例如高電阻狀態(HRS)。若第二讀取電阻值小於第一讀取電阻值(R2<R1)，並且第二溫度小於第一溫度(T2T1)，控制單元230例如決定第二讀取電阻值的電阻狀態是第二電阻狀態。若第二讀取電阻值大於或等於第一讀取電阻值(R2≥R1)，並且第二溫度小於第一溫度(T2<T1)，控制單元230例如決定第二讀取電阻值的電阻狀態是第一電阻狀態。惟本發明並不加以限制。
在步驟S230中，控制單元230依據第二讀取電阻值的電阻狀態，來決定電阻式存儲單元214的存儲數據的邏輯電平，以讀取電阻式存儲單元214的存儲數據。舉例而言，在一實施例中，第二讀取電阻值的第一電阻狀態例如是代表存儲邏輯1的數據，第二讀取電阻值的第二電阻狀態例如是代表存儲邏輯0的數據。反之，在其他實施例中，第二讀取電阻值的第一電阻狀態例如也可以是代表存儲邏輯0的數據，在此例中，第二讀取電阻值的第二電阻狀態例如是代表存儲邏輯1的數據。
因此，通過本發明實施例的讀取方法，控制單元例如依據讀取電阻值的大小以及讀取電阻值各自對應的溫度的大小，來決定讀取電阻值的電阻狀態，可正確地讀取電阻式存儲單元的存儲數據。
圖3是依照本發明另一實施例所示出的電阻式存儲器裝置的讀取方法的流程圖。請同時參照圖1及圖3，本實施例對於邏輯數據的讀取方法至少適用於圖2的電阻式存儲器裝置200，以下即搭配電阻式存儲器裝置200中的各項元件說明本發明實施例的寫入方法的各個步驟。
在步驟S310中，控制單元230施加讀取電壓VR的讀取脈衝至電阻式存 儲單元214，以取得電阻式存儲單元214在第一溫度的第一讀取電阻值，並且決定電阻式存儲單元214的第一溫度。在步驟S320中，控制單元230判斷第一溫度是否小於溫度臨界值。在本範例實施例中，溫度臨界值例如是攝氏150度C或攝氏85度C，本發明並不加以限制。若第一溫度小於溫度臨界值(T1<Tm)，控制單元230執行步驟S330。在步驟S330中，控制單元230利用電氣信號ST來控制熱電元件220，以讓熱電元件220依據電氣信號ST來調升電阻式存儲單元214的溫度。若第一溫度大於或等於溫度臨界值(T1≥Tm)，控制單元230執行步驟S340。在步驟S340中，控制單元230利用電氣信號ST來控制熱電元件220，以讓熱電元件220依據電氣信號ST來調降電阻式存儲單元214的溫度。
在電阻式存儲單元214的溫度調降或調升之後，在步驟S410中，控制單元230依據第一讀取電阻值R1來讀取電阻式存儲單元214的存儲數據，接著決定電阻式存儲單元214的存儲數據是否落入一預定範圍，例如依據所讀取的存儲數據控制單元230難以區隔其邏輯電平的範圍。若電阻式存儲單元214的存儲數據落入此預定範圍，控制單元230進一步執行步驟S350。相對地，若電阻式存儲單元214的存儲數據沒有落入此預定範圍，在步驟S410中，控制單元230確認所讀取的存儲數據，並且依據第一讀取電阻值R1的電阻狀態來決定電阻式存儲單元214的存儲數據的邏輯電平。
在步驟S350中，控制單元230施加讀取電壓VR的讀取脈衝至電阻式存儲單元214，以取得電阻式存儲單元214在第二溫度的第二讀取電阻值，並且決定電阻式存儲單元214的第二溫度。接著，在步驟S360中，控制單元230判斷第二讀取電阻值是否小於第一讀取電阻值。之後，在步驟S370中，控制單元230進一步判斷第二溫度是否大於第一溫度。
在步驟S360及S370中，經判斷，若第二讀取電阻值小於第一讀取電阻值(R2T1)，控制單元230執行步驟S380，決定第二讀取電阻值的電阻狀態是第一電阻狀態，例如高電阻狀態(HRS)。經判斷，若第二讀取電阻值小於第一讀取電阻值(R2<R1)，並且第二溫度小於第一溫度(T2T1)，控制單元230執行步驟S390，決定第二讀取電阻值的電阻狀態是第二電阻狀態。經判斷，若第二讀取電阻值大於或等於第一讀取電阻值(R2≥R1)，並且第二溫度小於第一溫度(T2<T1)，控制單元230執行步驟S390，決定第二讀取電阻值的電阻狀態是第一電阻狀態。
在步驟S300中，控制單元230依據第二讀取電阻值的電阻狀態，來決定電阻式存儲單元214的存儲數據的邏輯電平，以讀取電阻式存儲單元214的存儲數據。
另外，本發明的實施例的電阻式存儲器裝置的讀取方法可以由圖1至圖2實施例的敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
綜上所述，在本發明範例實施例的電阻式存儲器裝置及其讀取方法中，控制單元依據讀取電阻值的大小以及讀取電阻值各自對應的溫度的大小，來決定讀取電阻值的電阻狀態，可正確地讀取電阻式存儲單元的存儲數據。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。