[发明专利]相变内存读、写操作可调脉宽的控制电路的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变内存读、写操作可调脉宽的控制电路的设计方法，属于微电子领域。

背景技术

硫系化合物随机内存(C-RAM，Chalcogenide-Random Access Memory)技术是基于S.R.Ovshinsky在20世纪六、七十年代提出的奥弗辛斯基电子效应建立起来的，又被命名为奥弗辛斯基电效应统一内存(OUM-Ovonics UnifiedMemory)(OVSHINSKY S R.Reversible electrical switching phenomena indisordered structures[J].Phys Rev Lett，1968，21(20)：1450-1452)。随着纳米制备技术和工艺的发展，器件中材料的尺寸可缩小到纳米量级，材料发生相变所需的电压大大降低、功耗减小。在研发下一代高性能不挥发存储技术的激烈竞争中，相变内存在读写速度，读写次数，数据保持时间，单元面积，功耗等方面的诸多优势显示了极大的竞争力，得到了较快的发展。

相变内存的读、写操作就是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲信号：复位操作(RESET)，当加一个短且强的脉冲信号使器件单元中的相变材料温度升高到熔化化温度以上后，再经过快速冷却从而实现相变材料从多晶态到非晶态的转换，即“0”态到“1”态的转换；置位操作(SET)，当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升到熔化温度之下、结晶温度之上后，并保持一段时间促使晶核生长，从而实现非晶态到多晶态的转换，即“1”态到“0”态的转换；读操作，当加一个对相变材料的状态不会产生影响的很弱的脉冲信号后，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。如图1所示。

相变内存写操作的特殊性在于其对脉冲电流的宽度十分敏感。以RESET电流为例，RESET脉冲电流的宽度必须高于某一个特定值才能使相变存储单元有效融化，同时又不能过高，必须低于某一个值以防止材料薄膜破裂，从而构成了一个RESET电流脉宽窗口。在大规模存储单元数组中，过长的位线会引起电容效应。图2示例了一个长位线的数组结构，写驱动源位于位线的最底部。由于位线本身的电容效应，写驱动电平流经位线到达较远的存储单元选通管栅端时，其选通管开启时间将会因为位线电容较大而变得缓慢，即实际到达存储单元上的脉冲宽度将会比脉冲发生器发出的脉宽小。相变单元离驱动电路越远，则实际达到的脉冲宽度越小。如果写驱动电流宽度在设计上满足了较近的单元的RESET脉宽窗口，可能较远的单元无法得到足够宽的脉宽；反过来，如果满足了较远单元的RESET脉宽窗口，那么最近的单元可能冲出RESET脉宽上限，从而引起相变存储单元击穿等一系列不可测因素。

如图2所示，要使处于不同行的相变存储单元获得相同的脉冲宽度，那么驱动电路应该针对每一行发出一个特定宽度的脉冲。这个脉冲宽度应该是由近及远(相对驱动电路)依次增加。通过对地址位进行译码，并将译码信号传送至脉宽控制电路。脉宽控制电路通过调节脉宽可以精确控制每一行存储单元上的脉冲宽度。这是目前解决这一问题的普遍方法。这需要提供一个精确可调的脉宽控制电路，其不仅要能够提供范围较大的脉宽调节范围，同时也要保证脉宽的精确性。

另外，相变内存所要求的脉冲信号脉宽较大。脉宽控制电路如利用传统的反相器级联方式实现，需要耗费大量的晶体管，由此电路面积及复杂性大大加大了。同时较长的反相器延迟线受寄生效应影响较大，因此也会引起脉宽控制的不精确，从而无法满足相变存储单元读写操作高精度的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对相变内存器件单元读、写操作可变脉宽控制电路的设计方法，该脉宽控制电路在不增加芯片面积及功耗的前提下，使得脉宽能够在极大的范围内进行精确调节，同时与相变内存读写驱动电路相集成，实现读、写、擦存储过程对电流脉冲不同脉高与脉宽的要求。

本发明提供的一种相变内存读、写操作的可调脉冲电路设计方法，其特征在于将环形振荡器输出的周期信号传送至计数器，计数器首先进行计数，一旦达到计数的要求，计数器即将有效的信号传送至输出端。这样利用较少的晶体管构成的环形振荡器配合同样晶体管数量不多的计数器就能够输出比较大的脉冲宽度，等于是重复性的利用了现有的晶体管，从而能够在不消耗大量芯片面积的前提下，得到满足相变内存要求的脉冲宽度。