[发明专利]具有开关的相变存储器的高能效置位写入

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及包含半导体器件的电子设备领域，更具体地涉及改善具有开关的相变存储器(PCMS)的写置位操作。

关联技术的讨论

动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)技术广泛地用来将信息存储入电子系统。然而，DRAM和SRAM两者是易失性存储器，每当电力中断时，它们会丧失所存储的信息。为了避免丧失数据和/或代码，尤其对于例如移动互联网设备(MID)或移动站之类的便携式电子系统而言，需要将某些信息存入非易失性存储器中。

闪存是一种类型的非易失性存储器。然而，尽管拥有高密度，但由于信息是作为电荷而被存储在浮栅中的，因此闪存可能无法被缩放至非常小的尺寸。每个位的电子数的减少会最终降低所存储的信息的可靠性。

具有开关的相变存储器(PCMS)是一种可缩放至极小尺寸的非易失性存储器。由于可通过选择位线和字线的某种组合对每个存储器单元进行单独寻址，因此PCMS器件可配置成允许位选择性擦除。

附图说明

在说明书的结束部分，具体指出并清楚要求了本发明的主题。然而，本发明，不管是其构成还是操作方法，连同其目的、特征和优势，可通过在结合附图阅读的同时参照下面的详细描述得以最好的理解，在附图中：

图1示出根据本发明一个实施例的、被组织成位线和字线的具有开关的相变存储器(PCMS)的阵列；

图2示出根据本发明一个实施例的、双向阈值开关(OTS)的对数电流相对于电压的曲线图；

图3示出根据本发明一个实施例的、处于复位状态的相变存储器(PCM)的对数电流相对于电压的曲线图；

图4示出根据本发明一个实施例的、PCMS的对数电流相对于电压的曲线图；

图5示出根据本发明一个实施例的、PCM的对数电压相对于电流的曲线图；

图6示出根据本发明一个实施例的、存储器单元阵列的阈值电压的累积概率曲线图。

图7示出根据本发明一个实施例的、具有带导电细丝的无定形体积的相变存储器存储元件；以及

图8示出包含本发明各实施例的电子设备的方框图。

本发明的详细说明

在后面的详细说明中，对高能效PCMS的许多具体细节进行阐述以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域内技术人员将理解，本发明没有这些具体细节也能投入实践。在其它实例中，公知的方法、过程、组件和电路未被详细描述，这是为了不使本发明变得晦涩难懂。

提供方法以减少相变存储器(PCM)存储元件的写入能耗将是业内的一大进步。PCM元件可配置成包含例如双向阈值开关(OTS)等开关的组合器件，以形成PCMS器件。可使用通常用来对具有完全结晶化的PCM存储元件的PCMS器件进行置位的能量的仅仅一部分来对PCMS器件复位。由于与复位PCM存储元件所需的时间相比，使整个PCM存储元件结晶化需要相对更长的时间，所以会产生更高的能耗。

有益的是提供一种装置和方法，所述装置和方法提供一PCMS器件，该PCMS器件可使用原本对PCMS器件进行置位所需的能量的仅仅一部分来置位。使用包含PCMS的高能效存储器件和相关方法有利于将其用于那些使用存储器件的电子设备，特别是具有有限能源的那些电子设备，例如电池驱动站等，所述电池驱动站包括蜂窝电话、移动互联网设备、上网本以及其它移动设备。

一种这样的方法包括使用一个或多个低能量置位脉冲对具有双向阈值开关(OTS)和PCM存储元件的相变存储器开关(PCMS)作写入(置位)操作，其中所述一个或多个低能量置位脉冲不使相变材料完全结晶化，而是在若非如此则为无定形的体积中形成一个或多个结晶细丝、导电细丝或部分结晶化的区域。尽管该置位过程可能不需要将相变材料的电阻减小至在传统相变存储器(其中不存在例如OTS之类的快速回归选择器)中观察到的程度，然而它可充分地减小相变材料的阈值电压，以在界限电压读出期间允许PCMS单元的快速回归。另一方法可包括使用低能量置位脉冲，以起动双向阈值开关(OTS)并对相变存储器开关(PCMS)的PCM存储元件中的相变材料(PCM)作写入操作，其中在对PCM写入和使用界限电压对PCMS进行读出后，所述PCM存储元件包括无定形体积。