[发明专利]基于基元电容的存储基元和用于操作存储基元的方法

说明书

技术领域

本发明涉及存储器件技术。更具体地说，本发明涉及存储基元结构和操作机制。

背景技术

在诸如相变存储器和金属氧化物存储器之类的常规存储技术中，基本的数据存储机制是电阻变化。例如，相变存储器利用材料的结晶状态和非晶状态之间的电阻差异产生二进制数据存储。但是，当用于缩小存储基元大小的驱动力继续存在时，此类存储基元的电阻增加并且读取操作期间的电流量减小。因此，读取操作的速度和可靠性成为问题。

可以通过使用导电性更高的存储基元材料，增加读取电流。但是，导电性更高的存储基元同样需要更大的编程电流，这并不适合于高密度存储阵列。此外，轻松集成和成本效率作为要考虑的问题而存在。因此，并不局限于上述问题的新存储基元将是有利的。

发明内容

本发明的一个方面是一种包括双向存取器件的存储基元。所述双向存取器件包括隧穿电容。所述存储基元还包括存储元件，其在电气上与所述存取器件串联耦合。所述存储元件可编程为以下状态之一：通过施加第一写入电压可编程为第一状态，并且通过施加第二写入电压可编程为第二状态。所述第二写入电压与所述第一写入电压极性相反。所述存储元件在所述第一状态包括第一电容，并且在所述第二状态包括第二电容，其中所述第一电容低于所述第二电容。所述存储基元还包括读取单元，其被配置为读出由于施加读取电压时跨所述存储元件和所述双向存取器件的压降所导致的瞬时读取电流。

本发明的另一个方面是一种用于操作存储基元的方法。所述方法包括跨存储元件和双向存取器件施加读取电压。所述存储元件可编程为第一状态和第二状态之一。此外，所述存储元件在所述第一状态具有第一电容，并且在所述第二状态具有第二电容，其中所述第一电容低于所述第二电容。所述方法还包括读出由于跨所述存储元件和所述双向存取器件的压降所导致的瞬时读取电流。所述方法还包括基于所述读取电流是大于还是小于读出阈值，判定所述存储元件是所述第一状态还是所述第二状态。基于所述第一电容与所述第二电容之间的比率确定所述读出阈值。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明一个实施例的存储基元的三维视图；

图2示意性地示出根据本发明一个实施例的存储基元的三维视图；

图3A示意性地示出根据本发明一个实施例的存储基元的二维视图；

图3B示意性地示出根据本发明一个实施例的在读取操作期间存储基元的简化等效电路模型；

图4A是根据本发明一个实施例的在读取间隔期间取决于时间的电压的图形表示；

图4B是根据本发明一个实施例的在读取间隔期间取决于时间的电流的图形表示；

图4C是根据本发明一个实施例的当存储元件处于第一状态时取决于时间的电流的图形表示；

图4D是根据本发明一个实施例的当存储元件处于第二状态时取决于时间的电流的图形表示；

图5A是根据本发明一个实施例的在读取操作期间隧穿过双向存取器件的电子的示意图；

图5B是示出根据本发明一个实施例的在读取操作期间每个端子的偏置条件的表；

图6A是根据本发明一个实施例的在第一写入操作期间隧穿过双向存取器件的电子的示意图；

图6B是示出根据本发明一个实施例的在第一写入操作期间每个端子的偏置条件的表；

图7A是根据本发明一个实施例的在第二写入操作期间隧穿过双向存取器件的电子的示意图；

图7B是示出根据本发明一个实施例的在第二写入操作期间每个端子的偏置条件的表；

图8是示出根据本发明一个实施例的操作存储基元的一种实例方法的流程图。

具体实施方式

参考本发明的各实施例描述本发明。在本发明的描述中，参考图1到图8。

此外，针对所述实施例和附图中的其它元素采用诸如“第一”和“第二”之类的相对术语。这些术语仅旨在描述参考的实施例。因此，本发明包含建议的实施例的备选定向和配置。

本发明的各实施例提供用于操作包括存储元件和双向存取器件的存储基元的可能配置和方法。本发明的一个方面教导针对存储元件使用宽带隙材料以及针对双向存取器件使用隧穿绝缘体。

在一个实施例中，所述存储元件在第一状态具有第一电容并且在第二状态具有第二电容。所述第一电容显著低于所述第二电容。存储元件材料也在所述第一状态具有第一电阻并且在所述第二状态具有第二电阻，其中所述第一电阻显著高于所述第二电阻。所述双向存取器件中的隧穿绝缘体材料包括隧穿电容，并且在电压增加时急剧增加电流。