[发明专利]具有参考单元阵列的相变存储器件

说明书

技术领域

本发明一般涉及相变存储器件，并且更具体地涉及非易失性存储器件，其利用具有改进的参考电流的稳定性及改进的读出放大器的偏移特性的相变电阻器和参考单元。

背景技术

即使在关断器件的电源时非易失性存储器件也能够保存数据。非易失性存储器的示例包括磁存储器和相变存储器(PCM)。这些示例具有与易失性随机存取存储器(RAM)类似的数据处理速度，并且即使当电源关断时也可以保存数据。

图1a和1b是图解说明传统相变电阻器(PCR)4的图。

PCR4包括相变材料(PCM)2，其介于顶电极1和底电极3之间。当通过该器件传输电压和电流时，在PCM2中产生高温度，使得依靠因施加高温而发生的电阻改变来改变电传导状态。PCM2包括AgLnSbTe。PCM2包括以硫族元素(S、Se、Te)作为主要成分的硫族元素化物，并且更特别地，PCM2包括由Ge-Sb-Te组成的锗锑碲。

图2a和2b是图解说明传统PCR4的操作原理的图。

如图2a中所示，当小于阈值的低电流在PCR4中流动时可以使PCM2结晶。结晶的PCM2具有低电阻。

如图2b中所示，当大于阈值的高电流在PCR4中流动时PCM2变成非结晶的，因为这时施加于PCM2的温度高于它的熔点。非结晶的PCM2具有高电阻。

利用这种现象，可以将PCR4配置成保存相应于这两种不同电阻状态的非易失性数据。例如，数据逻辑值“1”相应于结晶的PCR4(低电阻状态)，以及数据逻辑值“0”相应于非结晶的PCR4(高电阻状态)，并且因此可以利用PCR4保存数据的逻辑状态。

图3是图解说明传统相变电阻单元的写操作的图。

当电流在PCR4的顶电极1和底电极3间流动给定时间时产生热。结果，PCM2的状态依赖于由在顶电极1和底电极3间流过的电流导致的温度而改变成结晶状态或者非结晶状态。

例如，当低电流流动给定时间时，PCM2由于低温度加热状态而变成结晶体，从而PCR4处于低电阻状态(置位的状态)。相反，当高电流流动给定时间时，PCM2由于高温度加热状态而变成非结晶，从而PCR4处于高电阻状态(重置的状态)。基于电阻的改变来确定这两种相间的差别。

在PCR4中，为了在写模式中写入置位状态，必须向PCR4长时间施加用于将相变材料变成结晶状态所需要的低电压。相反，为了在写模式中写入重置状态，只需要向PCR4短时间施加用于将PCM2变成非结晶状态所需要的高电压。

然而，相变存储器件不是没有问题的。当没有有效地控制具有相变电阻器的相变存储器件的参考电压时，读出放大器的传感效率下降。这样，参考电流是不稳定的，并且读出放大器的精确性和偏移特性下降，导致芯片的数据传感裕量和成品率的退化。

发明内容

本发明包括解决上述问题的相变存储器件。

本发明的实施例利用包括相变电阻器的相变存储器件中的参考单元阵列提供改进的参考电流的稳定性和精确性。

另外，本发明的实施例利用包括相变电阻器的相变存储器件中的具有相同延时元件的参考单元阵列提供改进的读出放大器的传感效率。

另外，本发明的实施例改进包括相变电阻器的相变存储器件中的读出放大器的偏移特性。

依照第一实施例，一种相变存储器件包括：单元阵列块，包括一个或多个相变电阻单元，在一条或多条字线和一条或多条位线的交叉点上形成每个相变电阻单元；参考单元阵列块，配置成输出参考电流，参考单元阵列块包括一个或多个参考单元，在字线和参考位线的交叉点上形成每个参考单元；列选择单元，连接到单元阵列块的一条或多条位线的每一条，并且配置成选择连接到单元阵列块的一条或多条位线的一条或多条；参考列选择单元，连接到参考单元阵列块并且配置成选择参考位线；以及读出放大器，连接到列选择单元和参考列选择单元，并且依照参考单元阵列块的参考电流以及由列选择单元所选择的位线的单元数据电流进行放大。