[发明专利]阻变型随机存储单元及存储器

说明书

技术领域

本发明属于微电子及存储器技术领域，尤其涉及一种适用于交叉阵列集成方式的阻变型随机存储单元及存储器。

背景技术

阻变型随机存储器(Resistive Random Access Memory，简称RRAM)作为一种新兴的非易失性存储技术，在单元面积、器件密度、功耗、编程/擦除速度、三维集成和多值实现等诸多方面相对FLASH都具有极大的优势，受到国内外大公司和科研院所的高度关注。阻变存储技术的不断进步使之成为未来非易失性存储技术市场主流产品的最有力竞争者之一。

阻变型随机存储器具有金属/绝缘层/金属(MIM)的垂直器件结构，因此，阻变型随机存储器可以采用交叉阵列结构来实现高密度存储。在交叉阵列结构中，上下相互垂直的平行交叉点处含有存储单元，每一个存储单元都可以实现器件的选通并进行读写。

图1为本发明现有技术阻变存储器在低阻态下的读操作电流-电压曲线示意图。如图1所示，当阻变存储器分别处于高阻态和低阻态时，采用直流扫描-V_read→V_read时，器件在正反电压极性下，表现出对称的电流-电压曲线。当采取交叉阵列存储架构时，由于存储器单元对称的读电学特性，处于低阻态的器件单元将提供额外的漏电通道，这些漏电通道将影响器件单元的读取信息，在交叉阵列中产生严重的读串扰问题。图2为阻变型存储器交叉阵列结构中读串扰问题的示意图。如图2所示，在相邻的四个存储器件，坐标为(1，1)的器件处于高阻状态，其余三个相邻器件(1，2)、(2，2)和(2，1)都处于低阻状态，这时在(1，1)器件上加读电压时，电流可以沿着低阻通道(2，1)→(2，2)→(1，2)进行传输(黑色箭头所示)，使得(1，1)器件被误读成导通状态(低阻态)。在图2中，问号代表这种情况下无法获得(1，1)器件的真实状态。

通过将整流二极管串联到电阻转变存储器上，可以有效的解决误读的现象。但是，当前报道的整流二极管都只具有单向的整流特性，在反方向上无法提供足够的电流，因此当前能够与整流二极管集成的阻变型随机存储器必须具有单极的电阻转变特性，即阻变型随机存储器的编程和擦除操作必须在相同的电压极性下完成。而对于当前较为普遍的双极性阻变型随机存储器还没有寻找到合适的整流管来作为其选通管。

在实现本发明的过程中，发明人意识到现有技术存在如下缺陷：对于双极性阻变型随机存储器还没有寻找到合适的整流管来作为其选通管，导致无法避免读串扰现象。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述缺陷，本发明提供了一种适用于交叉阵列集成方式的阻变型随机存储单元及存储器，以避免读串扰现象。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种阻变型随机存储单元。该存储单元包括：相互串联的阻变存储器和双态电阻器；双态电阻器具有双向整流特性。

优选地，本发明阻变型随机存储单元中，对于双态电阻器：1)当正向扫描电压到达V₁时，双态电阻器由高阻态变到低阻态，当扫描电压由V₁回扫时，双态电阻器保持低阻状态，当扫描电压小于V₂时，双态电阻器由低阻态回到高阻态，其中V₁＞V₂；2)当反向扫描电压到达V₃时，双态电阻器由高阻态变到低阻态，当扫描电压由V₃回扫时，双态电阻器保持低阻状态，当扫描电压小于V₄时，双态电阻器由低阻态回到高阻态，其中|V₃|＞|V₄|，|V₃|＞|V₁|。

优选地，本发明阻变型随机存储单元中，当阻变存储器为双极性阻变存储器时，对于阻变型随机存储单元：其编程电压满足：V_编程＞V_set＞V₁；其擦除电压满足：|V_擦除|＞V₃；其读电压满足：V₁＜V_read＜V_set和|V_read|＜|V₃|；其中，V_set为双极性阻变存储器由高阻态转变到低阻态的阈值电压；V₁为双态电阻器的正向导通电压；V₃为双态电阻器的负向导通电压。