本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電阻轉(zhuǎn)變存儲器陣列，包括：多條字線、多條位線、以及多個電阻轉(zhuǎn)換存儲單元，每個電阻轉(zhuǎn)換存儲單元位于一條字線和一條位線的交叉區(qū)；每個電阻轉(zhuǎn)變存儲單元包括一個電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和一個選通器件，在電阻轉(zhuǎn)變存儲器件的下電極上引出一個監(jiān)控電極，用于分別監(jiān)測電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和選通器件的性能。本發(fā)明專利技術(shù)同時公開了一種對電阻轉(zhuǎn)變存儲器陣列進(jìn)行寫或讀操作的方法。本發(fā)明專利技術(shù)由于采用晶體管作為陣列中的選通器件，可以有效控制電阻轉(zhuǎn)變存儲器件置位過程中流經(jīng)存儲器件的電流，同時由于在電阻轉(zhuǎn)變存儲單元中，選通器件與存儲器件直接相連，可以有效避免在傳統(tǒng)限流方式由于寄生電容引起的電流過沖現(xiàn)象。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及微電子
，特別是一種。
技術(shù)介紹
在半導(dǎo)體市場中，存儲器所占的份額在40%以上。由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，非揮發(fā)存儲器(NVM)的市場需求迅速增長。閃存(FLASH)是目前非揮發(fā)存儲器市場上的主流器件。但隨著微電子技術(shù)節(jié)點不斷向前推進(jìn)，基于電荷存儲機制的閃存技術(shù)遭遇諸如隧穿層不能隨技術(shù)發(fā)展無限減薄以及與嵌入式系統(tǒng)集成等嚴(yán)重的技術(shù)瓶頸，迫使人們尋求下一代新型非揮發(fā)存儲器。 電阻隨機存儲器(Resistive Random Access Memory)因其具有簡單的器件結(jié)構(gòu)、低壓低功耗操作、擦寫速度快和極佳的尺寸縮小性等優(yōu)勢，并且其材料與當(dāng)前CMOSエ藝兼容等特點引起高度關(guān)注。眾多的材料體系被報道具有電阻轉(zhuǎn)變特性，如有機材料、固態(tài)電解液材料、多元金屬氧化物和ニ元金屬氧化物等。在這些材料體系中，ニ元金屬氧化物(Zr02、HfO2, NiO, TiO2, Ta2O5, CuOx等)由于在組分精確控制、與CMOSエ藝兼容性的潛在優(yōu)勢更加受到青睞。在對電阻轉(zhuǎn)變存儲器件進(jìn)行置位操作時，為了防止電流突然增大導(dǎo)致器件永久擊穿，應(yīng)設(shè)置限制電流。在傳統(tǒng)電阻轉(zhuǎn)變存儲器件中，限制電流一般由測試儀器自帶的限流電路提供，也可以通過外接晶體管或者外接電阻的方式實現(xiàn)限流的目的，但在測試中發(fā)現(xiàn)，在較小的限流值情況下(く 1mA)，改變限流值的大小，復(fù)位電流基本維持不變，原因在于采用以上方式實現(xiàn)限流吋，電阻轉(zhuǎn)變存儲器件與限流電路之間存在較大的寄生電容，從而引起電流過沖現(xiàn)象。
技術(shù)實現(xiàn)思路
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種電阻轉(zhuǎn)變存儲器及對其進(jìn)行存儲操作的方法，以分別對存儲単元中的電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和選通器件的性能進(jìn)行監(jiān)測，并比較同一存儲器件在不同限流方式下性能的差異。( ニ )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提供了一種電阻轉(zhuǎn)變存儲器陣列，包括多條字線、多條位線、以及多個電阻轉(zhuǎn)換存儲單元，每個電阻轉(zhuǎn)換存儲單元位于一條字線和一條位線的交叉區(qū)；每個電阻轉(zhuǎn)變存儲單元包括一個電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和一個選通器件，在電阻轉(zhuǎn)變存儲器件的下電極上引出ー個監(jiān)控電極，用于分別監(jiān)測電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和選通器件的性倉^:。上述方案中，該電阻轉(zhuǎn)變存儲器件的下電極與選通器件連接，選通器件與不同的位線相連接，電阻轉(zhuǎn)變存儲器件通過選通器件與不同的位線相連接；而存儲器件的上電極則與不同的字線相連接。上述方案中，該電阻轉(zhuǎn)換存儲陣列以ニ元或ニ元以上的多元金屬氧化物作為電阻轉(zhuǎn)變存儲器件。該電阻轉(zhuǎn)變存儲器件由MM結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中I指ニ元或者ニ元以上的多元金屬氧化物，充當(dāng)電阻轉(zhuǎn)變的作用，由單層或多層構(gòu)成，而上下層的M指各種金屬電極；電阻轉(zhuǎn)變存儲單元位于多層互聯(lián)金屬線層，每ー層互聯(lián)金屬線層和與之連接的存儲介質(zhì)所在的層構(gòu)成ー個復(fù)合層，不同復(fù)合層在垂直方向進(jìn)行層疊，相鄰復(fù)合層由位于通孔中金屬塞連接，從而形成三維的集成結(jié)構(gòu)。上述方案中，所述ニ元或者ニ元以上的多元金屬氧化物是鋯的氧化物、鉿的氧化物、鈦的氧化物、鋁的氧化物、銅的氧化物、鎳的氧化物、鋅的氧化物、錳的氧化物、Pr1^CaxMnO3 或 SrZrO3,其中 O < x < I。上述方案中，所述監(jiān)控電極與電阻轉(zhuǎn)變存儲器件下電極采用的材料相同。 上述方案中，該選通器件是雙極型晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或ニ極管。上述方案中，該選通器件用于對陣列中的存儲單元進(jìn)行選擇，并在存儲器件由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)時，通過柵壓的設(shè)置限制通過存儲器件的電流大小。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)還提供了一種對電阻轉(zhuǎn)變存儲器陣列進(jìn)行寫操作的方法，該方法包括對電阻轉(zhuǎn)變存儲器陣列進(jìn)行寫操作之前，將存儲単元中的數(shù)據(jù)與擬寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若存儲單元中的數(shù)據(jù)與擬寫入數(shù)據(jù)處于同一個量級，則不進(jìn)行寫操作，若存儲単元中的數(shù)據(jù)與擬寫入數(shù)據(jù)不同，則將這些存儲単元中的數(shù)據(jù)編程為相反狀態(tài)。上述方案中，所述存儲単元中的數(shù)據(jù)與擬寫入數(shù)據(jù)處于同一個量級，是存儲單元中電阻轉(zhuǎn)變存儲器件本身表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)大小與準(zhǔn)備寫入的數(shù)據(jù)大小相近；所述存儲単元中的數(shù)據(jù)與擬寫入數(shù)據(jù)不同，是存儲単元中電阻轉(zhuǎn)變存儲器件本身表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)大小與準(zhǔn)備寫入的數(shù)據(jù)大小相差很多。上述方案中，所述電阻轉(zhuǎn)變存儲器具有高阻值和低阻值兩種電阻狀態(tài)，通過這兩種電阻狀態(tài)來代表邏輯“ O ”和“I”。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)還提供了一種對電阻轉(zhuǎn)變存儲器陣列進(jìn)行讀操作的方法，該方法對存儲単元中選通器件柵壓進(jìn)行設(shè)置，以限制通過存儲単元的電流能夠達(dá)到的最大值，這樣存儲單元的數(shù)據(jù)不會在讀信號的作用下發(fā)生改變，從而避免在對存儲單元進(jìn)行讀操作時造成的誤編程。(三)有益效果本專利技術(shù)中由于采用晶體管作為陣列中的選通器件，可以有效控制電阻轉(zhuǎn)變存儲器件置位過程中流經(jīng)存儲器件的電流，同時由于在電阻轉(zhuǎn)變存儲単元中，選通器件與存儲器件直接相連，可以有效避免在傳統(tǒng)限流方式(測試儀器自帶限流電路或者、外接晶體管或外接電阻等)由于寄生電容引起的電流過沖現(xiàn)象。另外，相對于傳統(tǒng)存儲單元而言，引入監(jiān)控電極可以分別獨立地對存儲器件和選通器件的性能進(jìn)行監(jiān)測，同時還可以研究不同限流方式下存器件性能的差異。附圖說明圖Ia是本專利技術(shù)提供的引入監(jiān)控電極后存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ib是本專利技術(shù)提供的存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ic是本專利技術(shù)提供的存儲陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為選通器件為晶體管時的輸出特性曲線。圖3是引入監(jiān)控電極后，直接連接存儲器件的上下電極得到的存儲器件的I-V特性曲線圖。圖4是整個存儲單元(包括存儲器件和選通器件)的I-V特性曲線圖。具體實施例方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例并參考附圖對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。在此提供的附圖及其描述僅用于例示本專利技術(shù)的實施例，而不 是用于限制本專利技術(shù)的范圍。在各附圖中的形狀和尺寸僅用于示意性例示，并不嚴(yán)格反映實際形狀和尺寸比例。本專利技術(shù)提供的電阻轉(zhuǎn)換存儲陣列，包括多條字線、多條位線、以及多個電阻轉(zhuǎn)換存儲單元，每個電阻轉(zhuǎn)變存儲單元包括一個電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和一個選通器件，每個存儲單元位于一條字線和一條位線的交叉區(qū)；電阻轉(zhuǎn)變存儲器件的下電極與選通器件連接，選通器件與不同的位線相連接，電阻轉(zhuǎn)變存儲器件通過選通器件與不同的位線相連接；而存儲器件的上電極則與不同的字線相連接；該電阻轉(zhuǎn)換存儲陣列以ニ元或ニ元以上的多元金屬氧化物作為電阻轉(zhuǎn)變存儲器件，該選通器件是雙極型晶體管或者是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或者是ニ極管。上述結(jié)構(gòu)中，同一電阻轉(zhuǎn)換存儲陣列中的不同電阻轉(zhuǎn)變存儲器件可以位于多層互聯(lián)金屬層上，姆ー層互聯(lián)金屬層和與之連接的存儲介質(zhì)所在的層構(gòu)成同一層，從而在垂直方向上進(jìn)行層疊，相鄰層通過位于通孔中的金屬塞連接，形成三維集成的存儲陣列，如圖I所示。本專利技術(shù)涉及在傳統(tǒng)電阻轉(zhuǎn)變存儲單元中添加監(jiān)控電極的器件結(jié)構(gòu)，添加監(jiān)控電極的目的在于分別對電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和選通器件的性能進(jìn)行監(jiān)控。這里所述的存儲單元的概念是指選通器件和與之連接的存儲電阻所構(gòu)成的復(fù)合式存儲單元。為便于闡述，約定存儲單元是指該復(fù)式結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，圖I是引入監(jiān)控電極后存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個選通器件以及ー個存儲器件，在圖中選通器件采用金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，當(dāng)然，該選通器件也可以是雙極型晶體管或者ニ極管。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種電阻轉(zhuǎn)變存儲器陣列，其特征在于，包括：多條字線、多條位線、以及多個電阻轉(zhuǎn)換存儲單元，每個電阻轉(zhuǎn)換存儲單元位于一條字線和一條位線的交叉區(qū)；每個電阻轉(zhuǎn)變存儲單元包括一個電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和一個選通器件，在電阻轉(zhuǎn)變存儲器件的下電極上引出一個監(jiān)控電極，用于分別監(jiān)測電阻轉(zhuǎn)變存儲器件和選通器件的性能。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉明，連文泰，龍世兵，劉琦，呂杭炳，謝常青，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微電子研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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