[发明专利]单极编程的电阻存储器及其存储操作方法

权利要求书

1.一种单极编程的电阻存储器，采用二元或者二元以上的多元金属氧化物作为存储电阻，其特征在于包括：

m条字线，2≤m≤2¹⁰，

n条位线，2≤n≤2¹⁰，以及

若干个存储单元，每个存储单元位于一条字线与数条位线的各个交叉区，每个存储单元中都包括一个选通器件、两个或两个以上的上述存储电阻和二极管，存储电阻与二极管串联连接，形成一个存储电阻和一个二极管组成的模块，每个模块的第一输出电极都与上述的同一个选通器件连接，并通过该选通器件与字线耦连；每个上述模块的第二输出电极与不同的位线耦连，形成若干个存储电阻和二极管组成的模块共享上述的同一个选通器件的结构。

2.根据权利要求1所述的电阻存储器，其特征在于所述的模块中的二极管是通过以下方法形成：通过p型或者n型的金属氧化物半导体与异型的金属氧化物半导体直接连接形成具有单向导通的pn异质结，它位于存储电阻与字线之间，或者位于每个存储电阻与选通管之间；其中p型金属氧化物和n型金属氧化物由下述一组材料中的至少一种材料形成：CuxO、WOx、TiOx、NiOx、ZnO、ZrO2、HfOx、CoO、Nb₂O₅。

3.根据权利要求1或2所述的电阻存储器，其特征在于所述形成存储电阻的二元或者二元以上的多元金属氧化物是Cu_xO 1＜x≤2、WO_x 2≤x≤3、镍的氧化物、钛的氧化物、锆的氧化物、铝的氧化物、铌的氧化物、钽的氧化物、铪的氧化物、钼的氧化物、锌的氧化物、SrZrO₃、PbZrTiO₃、Pr_1-xCa_xMnO₃。

4.根据权利要求1所述的电阻存储器，其特征在于所述的模块中的二极管通过以下方法形成：半导体特性的金属氧化物存储电阻层和与电阻层异型的金属氧化物层直接接触，连接形成具有单向导通的pn异质结；位于存储电阻与字线之间，或者位于每个存储电阻与选通管之间；其中与存储电阻层异型的p型或n型金属氧化物由下述一组材料中的一种材料形成：CuxO、WOx、TiOx、NiOx、ZnO、ZrO₂、HfOx、CoO、Nb₂O₅。

5.根据权利要求4所述的电阻存储器，其特征在于所述形成存储电阻层的二元或者二元以上的多元金属氧化物是Cu_xO 1＜x≤2、WO_x 2≤x≤3、镍的氧化物、钛的氧化物、锆的氧化物、铝的氧化物、铌的氧化物、铪的氧化物、钼的氧化物或锌的氧化物。

6.根据权利要求1所述的电阻存储器，其特征在于：同一存储单元中的不同存储电阻和二极管位于不同的互连金属线层上，每一层互连金属线层和与之连接的存储介质所在的层构成一个复合层，不同复合层在垂直方向进行层叠，相邻复合层间通过位于通孔中的金属塞连接，形成三维的存储阵列。

7.根据权利要求1所述的电阻存储器，其特征在于：所述的每个模块的第二电极与不同的位线耦连是由存储电阻的第二电极与不同选通器件连接，并通过这些与之连接的选通器件进一步与不同的位线连接实现。

8.一种对权利要求1所述的电阻存储器进行存储操作的方法，包括写操作方法和/或读操作方法，其特征在于所述写操作方法为：

写操作前预读存储单元中的数据与输入数据缓冲器中的拟写入数据进行比较，若存储电阻中的数据与拟写入数据相同，不进行写操作，若存储电阻中的数据与拟写入数据不同，则进行写操作；

和/或：在进行写操作时，采用相同极性的电压进行由高阻到低阻和由低阻到高阻的操作；

所述读操作方法为：限制读操作时通过存储单元的电流能够到达的最大值；

和/或：进行读操作时将数据输出缓存器分为数个部分，当其中的一个部分中的数据被送至数据输出口的同时，其余各部分数据输出缓存器则从灵敏放大器中获得将要被输出的数据。