[发明专利]基于忆阻器的多值存储单元、读写电路及其操作方法

说明书

技术领域

本发明属于存储器领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的多值存储单元及其读写电路。

背景技术

忆阻是美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家蔡少堂于1971年提出的，蔡少堂教授从对称性角度预言提出，除电容、电感和电阻外，电子电路还应存在第四种基本元件—忆阻。蔡少棠指出，电压v、电流i、电荷q和磁通量这4个基本电路变量之间应该存在六种数学关系：电流定义为电荷关于时间的导数i(t)＝dq(t)/dt；电压是磁通量关于时间的导数电阻定义为电压随着电流的变化率R＝dv/di；电容定义为电荷随着电压的变化率C＝dq/dv；电感定义为磁通量随着电流的变化率还有一个问题是缺少了一种能够将电荷q与磁通量关联起来的电路元件，而这种元件即由电荷q和磁通量之间的关系来定义，蔡少棠将该元件命名为忆阻

美国惠普实验室的斯坦·威廉斯和其同事在进行极小型电路实验时制造出忆阻的实物，其成果发表在2008年5月的《nature》杂志上。忆阻的发现足以媲美100年前发明的三极管，其任何一项产业化应用都可能带来新一轮的产业革命。中国科技部2010年4月13日在其官方网站上指出：“美国惠普实验室科学家2010年4月8日在《自然》杂志上撰文表示，他们在忆阻提供上取得重大突破，发现忆阻可进行布尔逻辑运算，用于数据处理和存储应用”。

自从蔡少棠提出的忆阻被惠普实验室证实后，忆阻的应用研究涵盖了从存储和逻辑重构到神经学习和保密通信的各个领域，忆阻本身具有非易失的记忆能力，因此基于忆阻器的非易失性随机访问存储器是忆阻的主要应用之一。

发明内容

本发明基于忆阻器特有的阈值电压以及具有高、低两种阻态的特性，提供了一种基于忆阻器的多值存储器的电路结构，这种电路结构利用忆阻器体积小、状态改变速度快、兼容性好等特点，扩展了多值存储器的领域和实现方法，并避免了传统基于忆阻的多值存储单元对MOS管的依赖；同时探讨了所述基于忆阻器的多值存储单元电路的读、写、擦除功能的实现方法，其目的在于针对本发明提出的基于忆阻器的多值存储单元进行读、写、擦除操作，同时将本读写电路与阵列单元选址电路结合可有效减小目前基于忆阻存储阵列读写电路中的漏电流。

本发明提供了一种基于忆阻器的多值存储单元，包括第一忆阻器S₁、第二忆阻器S₂、第三忆阻器S₃、第四忆阻器S₄、第五忆阻器S₅和第六忆阻器S₆；所述第一忆阻器S₁的第一端、所述第二忆阻器S₂的第一端和所述第四忆阻器S₄的第一端连接后作为所述多值存储单元的输入端；所述第一忆阻器S₁的第二端，所述第三忆阻器S₃的第二端和所述第六忆阻器S₆的第二端连接后作为所述多值存储单元的输出端；所述第二忆阻器S₂的第二端与所述第三忆阻器S₃的第一端相连；所述第四忆阻器S₄的第二端与所述第五忆阻器S₅的第一端相连；所述第五忆阻器S₅的第二端与所述第六忆阻器S₆的第一端相连。

更进一步地，所述第一忆阻器S₁、所述第二忆阻器S₂、所述第三忆阻器S₃、所述第四忆阻器S₄、所述第五忆阻器S₅和所述第六忆阻器S₆均具有高阻态与低阻态；且上述六个忆阻器的初始状态均处于高阻态状态；当忆阻器两端电压超过忆阻器阈值电压后，所述忆阻器从低阻态切换到高阻态。

更进一步地，当所述第一忆阻器S₁、所述第二忆阻器S₂、所述第三忆阻器S₃、所述第四忆阻器S₄、所述第五忆阻器S₅和所述第六忆阻器S₆均处于高阻态时，所述多值存储单元存储值为0；当所述第一忆阻器处于低阻态，且第二至第六忆阻器处于高阻态时，所述多值存储单元存储值为1；当第一至第三忆阻器处于低阻态，且第四至第六忆阻器处于高阻态时，所述多值存储单元存储值为2；当第一忆阻器至第六忆阻器均处于低阻态时，所述多值存储单元存储值为3。