[发明专利]用于读取阵列中电阻开关器件的电路和方法

说明书

背景技术

忆阻器件或忆阻器是具有能够进行电气切换的器件电阻的一类新的开关器件。忆阻器件在科学上和技术上都引起了关注，并有希望用于非易失性存储器（NVM）及其他领域。随着当前的闪存技术达到了其规模缩放极限，急需能够满足未来应用所要求的存储容量和速度的新的存储技术。使用诸如忆阻器的电阻开关器件的存储器是满足该需要的有希望的候选。对于NVM应用，能够在诸如纵横结构的二维阵列中形成许多纳米规模的电阻开关器件，用以提供极高的存储容量。然而，可靠地读取阵列中所选择电阻开关器件的电阻状态是主要挑战，由于阵列中其他开关器件的存在可以构成泄漏电流的通路，这会显著减小读取操作的信号/噪声比。

附图说明

图1是作为一类电阻开关器件的忆阻器件的示例的示意性截面图；

图2是包含多个电阻开关器件的纵横结构的示意图；

图3是表示电阻开关器件的纵横结构的抽象概念的示意图；

图4是用于使用“等电位感测”电路来读取纵横结构中的选择的电阻开关器件的电子电路的示意图；

图5是示出使用图4的电路读取纵横结构中所选择的电阻开关器件的过程的流程图；以及

图6是用于读取纵横结构中所选则的电阻开关器件的图4的电子电路的实现方式的示意图。

具体实施方式

以下说明提供一种用于读取开关器件的阵列中的电阻开关器件的电阻状态的电路，及用于执行读取操作的相对应方法。在一些实现方式中，读取电路可以提供数字输出以表示开关器件的电阻状态。例如，数字“0”可以指示器件处于高电阻状态，或者“关闭”状态中，而数字“1”可以指示器件处于低电阻状态，或者“开启”状态中。

在一些实施例中，电阻开关器件可以是双极型忆阻器件（或忆阻器）。如本文所使用的，忆阻器件是开关器件，其中，其电阻代表其开关状态的，并且电阻取决于施加到器件的电压和电流的历史。术语“双极型”表示能够通过施加一个极性的开关电压，将器件从低电阻状态（“LRS”）切换到高电阻状态（“HRS”），并通过施加相反极性的开关电压，将器件从高电阻状态切换到低电阻状态。

图1以示意性方式示出了双极型忆阻器件100的示例。在图1所示的实施例中，忆阻器件是双端器件，具有顶电极120和底电极110。在两个电极之间设置有源区域122，在此进行开关动作。开关器件100的有源区域122包括开关材料，其可以是电子半导电的或者名义上绝缘的，以及弱离子导体。开关材料包含掺杂剂，其可以在足够强的电场下受驱动以通过开关材料漂移，导致忆阻器件的电阻的改变。忆阻器件100例如可以用作非易失性存储器单元，用于存储数字信息。如图2所示，这样的存储器单元可以结合在纵横结构中以提供高存储容量。

具有其各自适合的掺杂剂的许多不同材料都能够用作开关材料。呈现出适合于开关的特性的材料包括过渡金属和稀土金属的氧化物、硫化物、氮化物、碳化物、磷化物、砷化物、氯化物和溴化物。适合的开关材料还包括诸如Si和Ge之类的元素半导体，以及诸如III-V族和II-V族化合物半导体之类的化合物半导体。可能的开关材料的列举不是穷举性的，且不限制本发明的范围。用于改变开关材料的电气特性的掺杂剂种类取决于所选择的开关材料的具体类型，且可以是阳离子、阴离子或空穴，或者作为电子施主或电子受主的杂质。例如，在诸如TiO₂之类的过渡金属氧化物的情况下，掺杂剂种类可以是氧空穴。对于GaN，掺杂剂种类可以是氮化物空穴或二价硫离子。对于化合物半导体，掺杂剂可以是n型或p型杂质。

能够通过控制有源区域122中开关材料中的氧空穴的浓度和分布，而在开启和关闭状态之间切换纳米级的开关器件100。当横跨顶电极120和底电极110而施加DC开关电压时，横跨有源区域122产生电场。可以由开关电路200提供开关电压和电流。横跨有源区域122的电场如果具有足够的强度和适当的极性，就可以驱动氧空穴朝向顶电极120漂移通过开关材料，从而将器件转变为开启状态。