[发明专利]一种相变存储器的编程系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体存储技术领域，涉及一种相变存储器的编程系统及方法。

背景技术

相变存储器（PCRAM）是基于Ovshinsky在20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想上建立起来一种新型的阻变式非易失性半导体存储器，它与目前已有的多种半导体存储技术相比，具有低功耗，非挥发、高密度、抗辐照、非易失性、高速读取、循环寿命长、器件尺寸可缩性（纳米级），耐高低温（-55 ℃至125 ℃）、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单（能和现有的集成电路工艺相匹配）等优点，是目前被工业界广泛看好的下一代存储器中最有力的竞争者，拥有广阔的市场前景。

相变存储器以硫系化合物材料为存储介质，其基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变存储材料在非晶态（材料呈高阻状态）与晶态（材料呈低阻状态）之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过分辨非晶态时和多晶态时的电阻状态来实现。

相变存储器的读、写、擦操作就是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或者电流脉冲信号：擦操作（RESET），当加一个短且强的脉冲信号使器件单元中的相变材料温度升高到融化温度以上后，再经过快速冷却从而实现相变材料从多晶态到非晶态的转换；即“1”态到“0”态的转换；写操作（SET），当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升到熔化温度之下、结晶温度之上后，并保持一段时间促使晶核生长，从而实现非晶态到多晶态的转换，即“0”态到“1”态的转换；读操作（READ），当施加一个对相变材料的状态不会产生影响的很弱的脉冲信号后，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。

由于相变存储器中存储单元的状态转换是通过电脉冲的热效应实现的，特别是进行RESET操作时，需要将相变材料进行熔化，因此，相变存储器的写操作需要消耗大量的能量。尤其是对于具有多位带宽的相变存储器的每一位都进行RESET操作时，存储器芯片的功耗将达到最大值。如图1所示为传统相变存储器的编程示意图。在该系统中，RESET驱动通道为4个，分别为通道0、通道1、通道2和通道3， RESET使能为4个，分别为图1中的En0、En1、En2和En3， RESET控制模块为1个。

当存储器进行写操作时，若存储器的四个通道都需要进行RESET操作，所述的4个RESET使能均输出RESET有效信号，即存储器的4个驱动通道都将在RESET控制模块的控制下同时产生4个RESET操作脉冲分别对目标地址的4个存储单元进行RESET操作，如果每个通道RESET时的峰值功耗为P，则在图1所示的编程系统中存储器需要的瞬时峰值功耗为4P，此时存储器将消耗最大的功耗，如此大的瞬间功耗峰值可能引起电源电压的不稳定，进而可能会导致整个系统的不稳定，因此，有必要对存储器的编程过程进行优化，以减小上述影响。同时，由于相变存储器的SET周期大于RESET周期，所以可以通过把RESET需要的瞬时峰值功耗分散到整个写周期来降低RESET操作时的瞬时峰值功耗。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变存储器的编程系统及方法，以降低相变存储器的峰值功耗。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相变存储器的编程方法，所述编程方法至少包括以下步骤：

1）设置相变存储器的n个擦操作子使能模块有效，将所述n个擦操作子使能模块所对应的n个擦操作驱动通道分为m组；

2）第一组擦操作驱动通道在第一个擦操作子控制模块的控制下同时产生至少一个擦操作脉冲，该操作脉冲分别对相变存储器的第一目标地址进行擦操作；

3）第二组擦操作驱动通道在第二个擦操作子控制模块的控制下同时产生至少一个擦操作脉冲，该操作脉冲分别对相变存储器的第二目标地址进行擦操作；

4）依次类推，直至完成第m组擦操作驱动通道在第m个擦操作子控制模块的控制下同时产生至少一个擦操作脉冲，该操作脉冲分别对相变存储器的第m目标地址进行擦操作。

优选地，所述m的取值范围为1＜m≤T_SET/T_RESET，其中，T_SET为写操作周期，T_RESET为擦操作周期。

本发明还提供一种相变存储器的编程系统，所述编程系统至少包括：

擦操作控制模块，用于产生擦操作驱动的控制信号；

擦操作使能模块，与所述擦操作控制模块相连接，用于产生擦操作的使能信号；