[发明专利]阻性存储设备的写入和擦除方案

说明书

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无

技术领域

本发明涉及一种用于编程和擦除包含阻性存储单位（cell）的非易失性存储设备的方法和装置。

背景技术

近来，作为超高密度非易失性信息存储器的潜在候选，阻性随机存取存储器（resistive random-access Memory,RRAM）产生了很大的利益。典型的RRAM设备在一对电极之间设置有绝缘层，并呈现由电脉冲引起的滞后电阻切换效应。

电阻切换解释为：由于焦耳热和在二元氧化物（例如，NiO和TiO₂）中的电化学过程、或包含氧化物、硫化物以及聚合物的离子导体的氧化还原过程，在绝缘体内形成导电细丝（conductive filament）。电阻切换还可以解释为：离子在TiO₂和非结晶硅（a-硅）膜中的场辅助扩散。

在a-硅结构的情况下，电场引起的将金属离子扩散到硅中导致导电细丝的形成，这降低了a-硅结构的电阻。在移除偏置（或编程）电压之后这些细丝仍然保留，从而对设备赋予其非易失性的特征，并且通过在反极性施加的电压的动力之下将离子向金属电极反向回流，能够移除这些细丝。

基于a-硅结构的阻性设备，尤其是形成在多晶硅上的基于a-硅结构的阻性设备，典型地呈现良好的持久性或寿命周期。然而，如果在重复的写入和擦除周期期间施加过高的偏置电压，部分地由于焦耳热和非必要的大量金属离子在a-硅结构中的移动，使得阻性设备的持久性能够被缩短。此外，一般地，RRAM设备的产量受到电成型过程的影响，其中，在该电成型过程期间，通过将大电压（或电流）信号施加到该设备，在绝缘切换层内形成导电路径的主要部分。

发明内容

本发明涉及一种非易失性存储设备，例如一种阻性存储设备，尤其涉及一种用于通过基于流经存储单位的电流的变化来控制施加到存储单位的偏置电压（或电流）以编程和擦除该设备中的阻性存储单位的方法和装置。

在一个实施例中，一种用于编程双端阻性存储设备的方法，该方法包括：在将偏置电压（或偏置电流）施加到设备的阻性存储单位的第一电极；测量流过该单位的电流；并且如果所测电流等于或大于预定值则停止施加偏置电压。

在另一个实施例中，一种在切换设备中形成导电细丝结构的方法包括：设置阻性切换设备；将电压施加到切换设备并在对设备施加电压的同时测量流过该切换设备的电流；使用上升率增加所施加的电压；在电压增加的同时获得电压与电流的关系图，该图包含斜率；获得用于形成导电细丝结构的阈值电压，该阈值电压是当斜率改变为预定值或变成大于预定值时的电压；以及如果确定电压约在阈值电压处则停止施加电压，其中，随着向切换设备施加电压，在切换元件中形成导电细丝结构。在确定电压约在阈值电压处的预定时间延迟之后，电压被停止。

在另一个实施例中，一种在切换设备中形成导电细丝结构的方法包括：设置包括顶部电极、切换元件以及底部电极的阻性切换设备；将多个电压脉冲施加到切换设备并且当每个电压脉冲被施加到设备时测量流过该切换设备的电流，该电压脉冲的电压随时间增加；当施加每个电压脉冲时获得电流的变化率，如果电流的变化率大于或等于预定值，则测量设备的电阻值；以及如果所测电阻值小于预定值，则开始终止过程以停止施加电压脉冲。随着电压脉冲被施加到切换设备，在切换元件中形成导电细丝结构。在一个实施方式中，电压脉冲中的电压以线性模式随时间增加。在另一个实施方式中，电压脉冲中的电压以预定模式随时间增加。在又一个实施方式中，在开始终止过程经过了一定的时间延迟时，完成终止过程并且停止施加电压脉冲。

在另一个实施例中，一种在切换设备中形成导电细丝结构的方法包括：设置包括顶部电极、切换元件以及底部电极的阻性切换设备；在预定的时间段内将预定电压施加到设备；以及测量在预定的时间段内设备中的电流随时间的变化率；如果电流的变化率大于预定值，则开始终止过程以停止施加预定电压，以及如果电流的变化率小于预定值，则继续施加预定电压。随着预定电压被施加到切换设备，在切换元件中形成导电细丝结构。

在又一个实施例中，一种在切换设备中形成导电细丝结构的方法包括：设置包括顶部电极、切换元件以及底部电极的电阻切换设备；在预定的时间段内将预定电流施加到设备；测量在预定的时间段内跨过设备的电压随时间的变化率；如果跨过设备下降的电压的变化率大于预定值，则开始终止过程以停止施加预定电流，以及如果跨过设备下降的电压的变化率小于预定值，则继续施加预定电流。随着电流被施加到切换设备，在切换元件中形成导电细丝结构。