[发明专利]用于存取双向存储器的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及存取双向存储器设备。

背景技术

随着电子存储器接近一些极限，超出该极限其将不再能够产生如在摩尔定律中著名地阐述的密度/成本/性能改善，大量的存储器技术正被研究作为常规硅互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路存储器的潜在代替物。

在被研究的存储器技术当中是许多双向存储器技术：利用用于编程或读存储器设备的材料的方向特性的存储器。即，常规存储器设备典型地例如将两个存储器状态(memory state)之一与电荷的存在或不存在或者与高(high)或低(low)电压相关联。在诸如这样的常规存储器中，存储器状态与单向特性相关联；电荷要么存在要么不存在(例如，DRAM、FLASH(闪存))或者节点保持在高或低电压(例如，SRAM)。这种储存机构的“方向”没有意义。相比而言，双向存储器采用其存储器材料的某种方向方面来存储二进制信息。例如，可以通过在一个方向上强制电流通过双向存储器设备或者施加一种极性的电压来写一个存储器状态，并且可以通过在相反方向上强制电流通过相同设备或者施加相反极性的电压来写另一个存储器状态。然后，例如可以通过向存储器设备施加任一电压以测量与存储器状态有关的电流或者强制电流通过并测量与存储器状态有关的电压，来感测编程的存储器状态。

双向存储器类型包括电阻(resistive)随机存取存储器和磁阻随机存取存储器(两者都被称为RRAM)、可编程金属化单元、磷族元素化物(Pnictide)相变存储器、聚合物存储器、铁电随机存取存储器(FeRAM)、离子存储器设备以及金属纳米颗粒存储单元(memorycell)。

RRAM单元可以通过向单元施加相反极性的电脉冲而被分别编程为高电阻和低电阻值。单元的高和低电阻值被用来表示两个不同的存储器状态。RRAM存储器是已知的并且例如被描述在由W.W.Zhuang等人在2002 International Electron Device Meeting(IEDM)上提出的题为“Novell Colossal Magnetoresistive Thin Film Nonvolatile ResistanceRandom Access Memory(RRAM)”的论文中，该论文由此并入以供参考。

可编程金属化单元利用在固体电解质的薄膜中纳米级数量的金属的电化学控制。经由通过固体电解质中金属的氧化和金属离子的还原所引起的电变化来存储信息。这样的电变化可以通过对单元施加小电偏置来诱导。反向偏置(reverse bias)将使氧化反转直到电沉积或电镀的金属已经被去除，从而使单元返回到原始的存储器状态。可编程金属化单元是已知的并且例如被讨论在Michael N.Kozicki等人的题为″Non-Volatile Memory Based on Solid Electrolytes，″的论文中、在Christina Schindler等人在IEEE Transactions on Electron Devices54：2762-2768中的题为″Bipolar and Unipolar Resistive Switching inCu-Doped SiO₂″的文章中、以及在Michael N.Kozicki等人的″Programmable Metaliization Cell Memory Based on Ag-Ge-S andCu-Ge-S Solid Electrolytes″中(可从Institute of Electrical andElectronics Engineers(电气和电子工程师协会)获得)，这些论文由此并入以供参考。

聚合物存储器展现涉及当对单元施加足够幅度的偏置电压时导电率增加的电双稳态。单元可以通过对设备施加相反极性的偏置电压而返回到低导电率状态。聚合物存储器是已知的并且例如被描述在由American Institute of Physics在2006年公开的Ankita Prakash等人的″Polymer Memory Device Based on Conjugated Polymer and GoldNanoparticles″中，该论文由此并入以供参考。