[发明专利]包括选择性刷新操作的电阻式存储器

说明书

背景技术

一类存储器是电阻式存储器。电阻式存储器利用存储单元的电阻值来存储一位或多位数据。例如，被编程为具有高阻值的存储元件可以表示逻辑“1”数据比特值，以及被编程为具有低电阻值的存储元件可以表示逻辑“0”数据比特值。典型地，通过将电压脉冲或电流脉冲施加到存储元件来电切换存储元件的电阻值。

一类电阻式存储器是相变存储器。相变存储器在电阻式存储元件中使用相变材料。相变材料呈现至少两种不同的状态。相变材料的状态可以被称为非晶态和晶态，非晶态涉及更无序的原子结构，以及晶态涉及更有序的晶格。非晶态通常比晶态呈现更高的电阻率。并且，一些相变材料呈现多晶态(例如，面心立方晶格(FCC)状态和六方密堆积(HCP)状态)，其具有不同的电阻率且可以被用于存储数据比特。在以下描述中，非晶态通常指具有较高电阻率的状态，而晶态通常指具有较低电阻率的状态。

可以可逆地引起相变材料中的相变。以这种方式，响应于温度变化，存储器可以从非晶态转变为晶态，以及从晶态转变为非晶态。可以通过驱动电流穿过相变材料自身或通过驱动电流穿过临近相变材料的电阻加热器来实现相变材料的温度变化。用这两种方法，相变材料的可控加热导致相变材料中可控的相变。

包括具有由相变材料所制成的多个存储单元的存储阵列的相变存储器可被编程以利用相变材料的存储状态来存储数据。一种在这种相变存储装置中读取和写入数据的方式是控制被施加到相变材料的电流和/或电压脉冲。电流和/或电压的级别通常对应于每个存储单元中的相变材料内所感应的温度。

为了得到较高密度的相变存储器，相变存储单元可以存储多比特数据。可以通过将相变材料编程为具有中间电阻值或状态来实现相变存储单元中的多比特存储，多比特或多级相变存储单元可以被写成两种以上的状态。如果相变存储单元被编程为三个不同电阻级别中的一个，则每个单元可以存储1.5比特的数据。如果相变存储单元被编程为四个不同电阻级别中的一个，则每个单元可以存储两个比特的数据，等等诸如此类。为了将相变存储单元编程为中间电阻值，通过适当的写入策略，控制与非晶态材料共存的晶态材料的总量，由此控制单元电阻。为了简单起见，在此公开中多级操作的描述基本上集中在四个不同电阻级别或状态并且每个单元两个比特数据。这仅是为了示例性的目的，然而，并不意味着限制本发明的范围。原则上，存储三个或多个状态是可能的。

相变存储器的数据保持性能强烈地取决于存储器的温度随时间的变化。典型地，对于非易失性存储器，在操作温度达到85℃的情况下，确保数据保持十年以上。数据保持主要是材料的特性，且取决于相变材料的结晶温度。例如，对于Ge₂Sb₂Te₅，在操作温度达到105℃至110℃情况下，数据保持性能是大约十年。然而，对于许多应用，这个温度规范是不够的。例如，在汽车应用中，可能超出这个温度规范。同样，通常存储装置不仅是在恒定的环境温度下被操作，而且要经历环境温度中的巨大改变。例如，用于汽车的发动机控制器的存储装置基于发动机是否运转而经历温度极限。在这种情况下，存储装置的数据保持并不受瞬间的温度(在一定限度内)或平均温度如此强烈地影响，而是被由存储装置所增加的温度收支所影响。此外，数据保持在多比特相变存储单元中比在单比特相变存储单元中更关键。

出于这些和其他原因，存在本发明的需求。

发明内容

一个实施例提供了存储器。存储器包括相变存储单元阵列和第一电路。第一电路是用于响应于刷新操作请求，仅刷新相变存储单元阵列中的被编程为非晶态的存储单元。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且这些附图被并入且构成该说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。本发明的其它实施例以及本发明的许多预期的优点将很容易理解，通过参照以下详细描述其变得更易于理解。附图中的元件未必彼此按比例绘出。相同的参考标号表示相应的相似部件。

图1是示出存储装置的一个实施例的示意图；

图2是示出处于四种不同状态中的多比特或多级相变存储单元的一个实施例的示意图；

图3是示出置位相变存储单元的电阻状态的一个实施例的曲线图；

图4是示出两个不同试验的保持时间相对于温度的一个实施例的图表；

图5是示出用于刷新相变存储单元的方法的一个实施例的流程图；

图6是示出存储装置的另一个实施例的示意图；

图7是示出用于刷新相变存储单元的方法的另一个实施例的流程图；以及