[发明专利]一种阻变存储器存储单元的多值操作方法

说明书

本发明提出一种阻变存储器存储单元的多值操作方法，通过综合调节存储单元的编程限制电流和擦除截止电压以实现多值存储。其中，通过对存储单元施加擦除电压和编程限制电流以实现存储单元的较低阻值状态，其中编程限制电流数值越大，存储单元阻值越小；通过对存储单元施加擦除截止电压和编程电压以实现存储单元的较高阻值状态，其中，擦除截止电压绝对值越大，存储单元阻值越大。本发明的方法具有存储窗口大、简单易行、误读率小、功耗小等优点。

技术领域

本发明涉及非挥发存储器技术，尤其涉及到一种阻变存储器存储单元的多值操作方法。

背景技术

阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)是一种近十年来飞速发展的非挥发性存储器，具有非常广泛的市场需求。该类存储器的器件单元通常为MIM(金属-绝缘层-金属)结构，其制造方法简单，与CMOS工艺高度兼容，数据存储容量大密度高，操作速度快且可靠性高，是公认的未来可以取代传统机械硬盘、快闪型存储器的非挥发存储器之一。

近年来，国内外对RRAM的研究报道和测试芯片产品不断涌现，业界和学术界都对RRAM的性能提出了更高的要求，其中存储容量和密度的进一步提升成为诸多要求之一。在众多提升存储器容量和密度的方法中，多值(多位，multibit)存储，即在一个存储单元中记录两位甚至更多位的信息，是最直接的令存储器容量密度翻倍的解决方案，因此得到了广泛的关注。

目前，RRAM的多值存储的操作实现方法分为两大类：(1)调节存储单元set编程时的限制电流(current compliance，CC)，CC越大，则在存储单元中形成的导电细丝(filament)越粗越多，得到的存储单元的电阻值越小，因此形成多位存储。(2)调节存储单元在reset擦除时的截止电压(stop voltage，Vstop)，Vstop越大，则越多已经在存储单元形成的导电细丝会被打断，单元的电阻随即会被擦除到越高的值，因此形成多位存储。

上述两种多值存储的操作方法分别利用阻变存储器set和reset单一一侧的电学性质进行调控，在实际应用中可能存在一些问题。图1是一个典型的分别通过CC和Vstop调节得到的电阻值结果，方框和圆圈分别代表不同CC和Vstop调节得到的电阻值。可以看出，两种调节方法得到的电阻值窗口分布都很不均匀，为数据的操作带来一定难度；而且一些相邻电阻值之间的窗口甚至小于一个数量级，这在实际应用中很容易引起数据的误读，因此需要一种新的操作方法来改善这些问题，实现高性能的多值存储功能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为实现上述目的，本发明提出一种阻变存储器存储单元的多值操作方法，通过综合调节存储单元的编程限制电流和擦除截止电压以实现多值存储,其中，通过对存储单元施加擦除电压和编程限制电流以实现存储单元的较低阻值状态，其中编程限制电流数值越大，存储单元阻值越小，以及通过对存储单元施加擦除截止电压和编程电压以实现存储单元的较高阻值状态，其中，擦除截止电压绝对值越大，存储单元阻值越大。

根据本发明实施例的阻变存储器存储单元的多值操作方法对现有技术有很大的改进，具有很多优点：综合调节编程限制电流和擦除截止电压，方法简单易行；得到的多个电阻状态之间差值大，即存储窗口大，从而读取窗口大，误读率小；同时又考虑了尽可能的减小操作电压和电流，功耗小。

附图说明

图1是现有的通过调节限制电流和截止电压来实现RRAM存储单元多值存储的电学性能的示意图。

图2是调节限制电流时存储单元的电学性能的示意图。

图3是本发明中选取合适的限制电流实现其中两种信息状态的操作方法示意图。

图4是调节截止电压时存储单元的电学性能的示意图。