[发明专利]电子器件以及操作电子器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子器件。

而且，本发明涉及操作一种电子器件的方法。

背景技术

在非易失性存储器领域，45nm节点以下尺寸的闪速存储器已经成为已经真实的问题。面对这项挑战的技术有铁电体、磁性和相变存储器，后者很有可能取代闪存，并示出了可以允许可能取代诸如DRAM之类的其他类型存储器的特征。作为，相变存储器是电子技术领域中统一存储器的重要步骤的可能解决方案。OTP(One TimeProgrammable，可一次编程)和MTP(Multiple Times Programmable，可多次编程)存储器开启了一个为相变存储器提供了大好机会的领域。

相变存储器是基于采用(例如硫族化合物材料)的可转换存储器开关。从而，相变材料可以被用来存储信息。这些材料的工作原理是相位的改变。晶态的材料结构(并因此其性质)与非晶态的不同。

在基于硅的存储器中，对相变材料的编程基于这种材料在其非晶态和晶态的电阻率之间的差异。电流可以被用来感测这种差异。通过对这个电流进行调谐，还可以写。

在这些相之间进行切换，需要升高温度。从非常高的温度快速冷却会产生非晶态。温度的小幅增大或缓慢冷却会导致晶态。

在基于硅的存储器中，原理是通过向存储器单元施加电脉冲可以获得温度的升高。高电流密度会导致局部温度的升高。取决于脉冲的形状，温度曲线是不同的，会导致一种相或另一种相。

图2示出了曲线图200，其具有绘制了时间的横坐标201。沿纵坐标202，绘制了温度。

图2示出了通过向传统的基于硫族化合物的相变材料存储器施加电脉冲以使存储器在两种相之间进行切换所获得的温度曲线。可以将第一脉冲203施加为RESET脉冲，以使这种硫族化合物材料处于非晶态。第二脉冲204可以被表示为SET脉冲，可以被用来使基于硫族化合物的存储器处于结晶态。时间t₁表示第一脉冲203在温度T_m和温度T_x之间变化时的时间间隔。第二时间间隔t₂表示第二脉冲204从T_x变化到实质上恒定的渐进值所需的时间间隔。

图2示出的SET和RESET温度曲线可以被施加到图3中所示的通常的相变材料存储器300中。

在图3所示的相变材料存储器300中，具有可变电阻率的电阻301(被实现为相变材料)被布置在开关晶体管302的供电电压基准V_dd和漏极电压V_D之间。开关晶体管302的源极连接至基准电势V_s＝0。而且，可以将栅极电压V_G施加到开关晶体管302的栅极，以选择性地使开关晶体管302导通或不导通。

相变单元300的温度的升高与施加到存储器单元300上的功率成正比。驱动存储器元件301的晶体管302被设计为承受与施加到相变元件301上的功率级别成正比的功率级别(因为晶体管302与相变元件301串联)。这意味着当相变元件301有更高的功率要求时，晶体管302应当承受更大的功率。

如图4所示，非晶态脉冲203是需要比结晶脉冲204消耗更多功率的电子脉冲。

在图4中，曲线图400被示出沿横轴401绘制出了以纳秒表示的脉冲宽度。沿曲线图400的纵轴402，绘制出了以瓦表示的功率。图4示出了线性相变元件中的与结晶功率204相对的最小非结晶功率203。可以看到，结晶功率204小于非结晶功率204。

这里，当对非晶态进行编程时，晶体管302会需要更多的驱动功率。另一方面，晶体管302的大小取决于它需要承受的功率。总之，由非晶态脉冲203的功率需求给出晶体管302尺寸。

图5示出了曲线图500，曲线图500具有以纳秒绘制了脉冲宽度的横轴501和以任意单位绘制了电流的纵轴502。对于示范性单元，第一曲线503示出了RESET电流，第二曲线504示出了SET电流。

从而，图5示出了在示范性单元的相变线中的不同脉冲宽度的SET(结晶)504和RESET(非结晶)503的编程电流。用低于阈值的电流可以实现SET状态。在RESET脉冲情况下，需要大于阈值的电流。

图6示出了曲线图600，该曲线图600具有在其上绘制了以nm表示的沟道宽度的横轴601和具有在其上绘制了以mA表示的漏极电流的纵轴。用参考标号603表示漏极饱和电流。