電阻式存儲器及其存儲單元的數據寫入方法與流程

2023-08-05 18:43:46

本發明是有關於一種電阻式存儲器，且特別是有關於一種電阻式存儲器及其存儲單元的數據寫入方法。

背景技術：

在電阻式存儲器中，進行形成(forming)的操作產生的導電絲(conductive filamentary,簡稱CF)，這個產生的導電絲操作對於電阻式存儲器的操作的影響甚大。另外，在將數據邏輯0寫入電阻式存儲單元中，可通過對電阻式存儲單元進行重置動作(reset)來完成，在將數據邏輯1寫入電阻式存儲單元中，可通過對電阻式存儲單元進行設定(set)動作來完成。針對電阻式存儲單元寫入數據邏輯0或是數據邏輯1對於數據的保存度及持久力有極大的影響。

在現有技術中，對電阻式存儲單元形成、重置以及設定動作，常通過將一組固定的電壓施加在電阻式存儲單元上。而在完成寫入動作後的電阻式存儲單元，對其進行讀取動作時，讀出數據邏輯0以及數據邏輯1所獲得的讀取電流期望有一定的比例。因此，在本領域中，增加上述的讀取電流的比例可有效增加電阻式存儲單元的讀取邊界(read margin)，以有助於提升電阻式存儲器的高溫數據維持度(High Temperature Data Retention,簡稱HTDR)。

技術實現要素：

本發明提供一種電阻式存儲器及其存儲單元的數據寫入方法，可有效提升讀取時的電流比，提升電阻式存儲器的表現度。

本發明的電阻式存儲單元的數據寫入方法，包括：接收並針對列地址信號進行解碼以產生解碼結果，並依據該解碼結果以提供字線電壓至該電阻式存儲單元的字線；提供固定電流至電阻式存儲單元的位線及源極線的其中之一，並使參考接地電壓耦接至位線及源極線的其中之另一。

本發明的電阻式存儲器包括多數個電阻式存儲單元、字線信號提供電路、位線信號提供電路以及源極線信號提供電路。字線信號提供電路耦接至電阻式存儲單元的字線，依據列地址信號以提供字線電壓至對應列地址信號的選中電阻式存儲單元的字線上。位線信號提供電路耦接至電阻式存儲單元的位線，依據行地址信號以提供參考接地電壓或固定電流源至選中電阻式存儲單元的位線上。源極線信號提供電路耦接至電阻式存儲單元的源極線，並提供參考接地電壓或固定電流源至電阻式存儲單元的位線。

基於上述，本發明通過提供固定電流源以對電阻式存儲單元進行形成(forming)、設定(setting)或重置(resetting)的動作，有效的加強電阻式存儲單元的電阻值改變趨勢，並藉此加大了電阻式存儲單元的讀取邊界。在此條件下，電阻式存儲單元的高溫數據維持度將可以被提高，且電阻式存儲器中的存儲單元尾端(tailing)分布狀況可以被大幅的改善，有效提升電阻式存儲器的效能。

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，並配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1示出本發明一實施例的電阻式存儲單元的數據寫入方法的流程圖；

圖2示出本發明一實施例的電阻式存儲器的示意圖；

圖3A示出本發明實施例的電阻式存儲器的一實施方式的等效電路示意圖；

圖3B示出本發明實施例的電阻式存儲器的另一實施方式的等效電路示意圖。

附圖標記說明：

S110、S120：電阻式存儲單元的數據寫入步驟；

200、300：電阻式存儲器；

MC：電阻式存儲單元；

210、310：字線信號提供電路；

220、320：位線信號提供電路；

230、330：源極線信號提供電路；

240、340：固定電流產生器；

T1：電晶體；

R1：電阻；

VWL：字線電壓；

311：字線電壓控制電路；

312：列地址解碼電路；

Col_add：列地址信號；

Row_add：行地址信號；

321：控制電路；

322：行地址解碼電路；

MD：操作模式信號；

GND：參考接地電壓。

具體實施方式

請參照圖1，圖1示出本發明一實施例的電阻式存儲單元的數據寫入方法的流程圖。其方法包括，在步驟S110，接收並針對列地址信號進行解碼以產生解碼結果，並依據解碼結果以提供字線電壓至電阻式存儲單元的字線。在此，針對列地址信號進行解碼，可以獲得要進行寫入動作的電阻式存儲單元的列地址。據此，可針對要進行寫入動作的電阻式存儲單元的列地址對應的字線提供字線電壓，並藉以開啟電阻式存儲單元中的電晶體。

在步驟S120中，則可依據行地址信號進行解碼，並藉此獲得要進行寫入動作的電阻式存儲單元的行地址。在此同時，可提供固定電流至要進行寫入動作的電阻式存儲單元的位線及源極線的其中之一。並且，同時提供參考接地電壓至要進行寫入動作的電阻式存儲單元的位線及源極線的其中之另一。

具體來說，當要針對電阻式存儲單元進行形成或是設定動作時，可提供固定電流至選中以進行形成或是設定動作的電阻式存儲單元的位線，並使選中的電阻式存儲單元的源極線耦接至參考接地電壓。其中，參考接地電壓的電壓值可以是0V。如此，固定電流由位線流經電阻式存儲單元並流至源極線，並對電阻式存儲單元進行形成或是設定動作。

當要針對電阻式存儲單元進行重置動作時，可提供固定電流至選中以進 行形成或是設定動作的電阻式存儲單元的源極線，並使選中的電阻式存儲單元的位線耦接至參考接地電壓。如此，固定電流由源極線流經電阻式存儲單元並流至位線，並對電阻式存儲單元進行重置動作。

附帶一提的，上述提供固定電流至要進行寫入動作的電阻式存儲單元的位線及源極線的其中之一，並提供參考接地電壓至要進行寫入動作的電阻式存儲單元的位線及源極線的其中之另一的動作，可以在一第一時間區間中來進行。並且，當第一時間區間結束後，則可停止提供固定電流至電阻式存儲單元，並在後續的第二時間區間中，使源極線耦接至參考接地電壓，並提供讀取電壓至電阻式存儲單元的位線以進行電阻式存儲單元的電阻值的讀取動作。

其中，在第二時間區間中，通過提供讀取電壓至電阻式存儲單元的位線並提供參考接地電壓耦接至源極線來使電阻式存儲單元的位線上產生讀取電流，而通過判定讀取電流的電流大小，來獲知電阻式存儲單元的電阻值。並通過電阻式存儲單元的電阻值是否落於一預設範圍中，當電阻式存儲單元的電阻值落於上述的預設範圍中時，表示針對電阻式存儲單元所進行的形成、設定或是重置動作已經完成。相對的，當電阻式存儲單元的電阻值未落於上述的預設範圍中時，表示針對電阻式存儲單元所進行的形成、設定或是重置動作尚未完成。

當檢測出電阻式存儲單元所進行的形成、設定或是重置動作尚未完成時，可重複上述提供固定電流至要進行寫入動作的電阻式存儲單元的位線及源極線的其中之一，並且同時提供參考接地電壓至要進行寫入動作的電阻式存儲單元的位線及源極線的其中之另一的動作，已針對電阻式存儲單元進行再一次的形成、設定或是重置動作。

請參照圖2，圖2示出本發明一實施例的電阻式存儲器的示意圖。電阻式存儲器200包括電阻式存儲單元MC、字線信號提供電路210、位線信號提供電路220、源極線信號提供電路230以及固定電流產生器240。本實施例中，電阻式存儲單元MC包括電晶體T1以及電阻R1。字線信號提供電路210耦接至電阻式存儲單元MC中的電晶體T1的控制端。位線信號提供電路220耦接至電阻式存儲單元MC的位線。源極線信號提供電路230則耦接至電阻式存儲單元MC的源極線。固定電流產生器240則耦接至位線信號提供電路 220或源極線信號提供電路230或同時耦接至位線信號提供電路220以及源極線信號提供電路230。

字線信號提供電路210可依據列地址信號以提供字線電壓VWL至對應列地址信號的選中的電阻式存儲單元MC的字線。

位線信號提供電路220耦接至電阻式存儲單元MC的位線，依據行地址信號以提供參考接地電壓或固定電流至被選中的電阻式存儲單元MC的位線上。源極線信號提供電路230則耦接至電阻式存儲單元MC的源極線，並提供參考接地電壓或固定電流源至電阻式存儲單元MC的源極線。具體說明，當針對電阻式存儲單元MC進行設定或是形成動作時，源極線信號提供電路230提供參考接地電壓源至電阻式存儲單元MC的源極線，而位線信號提供電路220則提供固定電流至電阻式存儲單元MC的位線上。相對的，當針對電阻式存儲單元MC進行重置動作時，源極線信號提供電路230提供固定電流至電阻式存儲單元MC的源極線，而位線信號提供電路220則提供參考接地電壓至電阻式存儲單元MC的位線上。

值得注意的是，本發明實施例的電阻式存儲單元MC包括電晶體T1及電阻R1，即所謂的1T1R的電阻式存儲單元。然而，本發明實施例所可應用的電阻式存儲單元並不限於1T1R的電阻式存儲單元，也可應用至其他本領域技術人員所熟知的電阻式存儲單元，例如現有的2T2R(兩的電晶體及兩個電阻)的電阻式存儲單元。

此外，如同本領域技術人員所熟知的，存儲器中可以包括多數的存儲單元。也就是說，電阻式存儲器200中也可包括多數個其他的電阻式存儲單元。在圖2中僅示出被選中的電阻式存儲單元MC來解釋其進行寫入動作的方式，期使本領域技術人員可以更清楚本發明實施例的運作。

圖3A示出本發明實施例的電阻式存儲器的一實施方式的等效電路示意圖。電阻式存儲器300包括電阻式存儲單元MC、字線信號提供電路310、位線信號提供電路320、源極線信號提供電路330以及固定電流產生器340。電阻式存儲單元MC包括電晶體T1以及電阻R1。字線信號提供電路310耦接至電阻式存儲單元MC中的電晶體T1的控制端。位線信號提供電路320耦接至電阻式存儲單元MC的位線。源極線信號提供電路330則耦接至MC的源極線。固定電流產生器340則耦接至位線信號提供電路320。

字線信號提供電路310包括字線電壓控制電路311及列地址解碼電路312。字線電壓控制電路311接收字線電壓VWL並可將字線電壓VWL提供至列地址解碼電路312。列地址解碼電路312耦接至字線電壓控制電路311。列地址解碼電路312針對列地址信號Col_add進行解碼並依據解碼結果來提供字線電壓VWL至電阻式存儲單元MC的字線上(也即電晶體T1的控制端)。

位線信號提供電路320包括控制電路321以及行地址解碼電路322。控制電路321耦接固定電流產生器340以接收固定電流，其中，控制電路321並依據操作模式信號MD將固定電流提供至行地址解碼電路322。上述的操作模式信號MD用以指示電阻式存儲單元MC進行形成或是設定動作。行地址解碼電路322耦接控制電路321，並針對行地址信號Row_add進行解碼以產生解碼結果。此外，行地址解碼電路322並依據所獲得的解碼結果將固定電流提供至電阻式存儲單元MC的位線上。在另一方面，源極信號提供電路330提供參考接地電壓GND至電阻式存儲單元MC的源極線上，如此一來，固定電流可流經電阻式存儲單元MC的電阻R1，並針對電阻式存儲單元MC進行設定或形成的動作。

值得一提的是，上述的設定或形成的動作可以在一個第一時間區間中進行，在第一時間區間中，固定電流可被持續的施加在電阻式存儲單元MC的位線上，並持續流經電阻式存儲單元MC。在第一時間區間後，固定電流則可停止被的施加在電阻式存儲單元MC的位線上，並進行下一段的驗證動作。若驗證動作發現電阻式存儲單元MC的設定或形成的動作未完成，則可啟動下一次的設定或形成的動作。

值得一提的是，固定電流產生器240可設置在電阻式存儲器200內，也可設置在電阻式存儲器200外部。簡單來說，設置在電阻式存儲器200內部的固定電流產生器240，可通過內嵌在電阻式存儲器200晶片中。而設置在電阻式存儲器200外部的固定電流產生器240，則可以設置在測試機臺中，並且，在當進行電阻式存儲器200的重置、設定或形成動作時，可以通過測試機臺中的固定電流產生器240來提供固定電流。

在關於電阻式存儲單元MC的重置動作方面，請參照圖3B，圖3B示出本發明實施例的電阻式存儲器的另一實施方式的等效電路示意圖。在圖3B中，固定電流產生器340耦接至源極信號提供電路330。並且，操作模式信 號MD指示電阻式存儲單元MC進行重置動作。控制電路321則依據操作模式信號MD提供參考接地電壓GND，並通過行地址解碼電路322將接地電壓提供至電阻式存儲單元MC的位線上。另外，源極信號提供電路330則將固定電流產生器340所產生的固定電流提供至電阻式存儲單元MC的源極線上，並使電阻式存儲單元MC執行重置動作。

綜上所述，本發明實施例通過將固定電流提供至電阻式存儲單元上，以針對電阻式存儲單元進行設定、重置或是形成等數據寫入的動作。如此一來，流經電阻式存儲單元的電流不會隨著電阻式存儲單元的電阻值的變化而有改變，可以維持穩定的寫入效率。並且，通過固定電流的方式，針對電阻式存儲單元所進行的設定動作可以更有效率，並有效增加設定後的電阻式存儲單元所能產生的讀取電流，加大其讀取邊界，以有助於提升電阻式存儲器的高溫數據維持度。當然，通過固定電流的方式也可提升其重置時的效率，改善存儲單元尾端分布的狀態。綜合來說，通過本發明實施例實施方式，電阻式存儲器的整體表現可以有效的被提升。

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。