[发明专利]多级相变存储器的读出电路及读出方法

说明书

本发明提供了一种多级相变存储器的读出电路及读出方法，涉及微电子技术领域，解决了传统方法无法读出多级相变存储单元存储的多位数据的技术问题。本发明提供的多级相变存储器的读出方法应用于存储有N位二进制数据的相变存储单元，读出方法按照由高位到低位的顺序逐位读取目标相变存储单元的N位二进制数据，读出方法包括N个阶段，第M阶段包括步骤：获取目标相变存储单元当前状态所对应的读电流；获取参考电流，其中，当M＝1时选择起始参考电流，当M1时根据之前读出的数据位选择对应阶段的参考电流；比较读电流和对应阶段的参考电流，获得读出电压信号；处理读出电压信号，获得二进制数据的第N‑M+1位数据信号；其中，1≤M≤N。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种多级相变存储器的读出电路及读出方法。

背景技术

相变存储器，是一种新型的阻变式非易失性半导体存储器，它以硫系化合物材料为存储介质，利用加工到纳米尺寸的相变材料在多晶态(材料呈低阻状态)与非晶态(材料呈高阻状态)时不同的电阻状态来实现数据的存储。

相变存储器是基于Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，它一般是指硫系化合物随机存储器，又被称作奥弗辛斯基电效应统一存储器。相变存储器作为一种新的存储器，由于其读写速度快，可擦写耐久性高，保持信息时间长，低功耗，非挥发等特性，特别是随着加工技术和存储单元的尺寸缩小到纳米数量级时相变存储器的这些特性也变得越来越突出，因此它被业界认为是最有发展潜力的下一代存储器。

相变存储器作为一种新型的阻变式存储器，其存储单元的晶态和非晶态之间存在很大的电学阻值跨度，这种巨大的阻值跨度使得相变存储器在多级存储方向有很大的潜力，多级存储可以在不改变存储单元个数的前提下提升存储容量，减少每一位数据存储的成本。与传统相变存储器每个相变存储单元只存储一位数据不同，多级相变存储器的每个相变存储单元可以存储多位数据，其原理是利用相变材料的不同晶化程度来存储多位数据，体现在电学特性上就是利用不同晶化程度的相变存储单元表现出来的不同阻值来存储多位数据。

然而传统相变存储器的读出电路只能读出高阻和低阻两种状态，无法区分更多的电阻状态，即无法读出多级相变存储器每个相变存储单元存储的多位数据。

鉴于此，有必要设计一种多级相变存储器的数据读出电路及读出方法用以解决上述技术问题。

发明内容

为了解决传统相变存储器的读出电路只能读出高阻和低阻两种状态，无法区分更多的电阻状态，即无法读出多级相变存储器每个相变存储单元存储的多位数据的技术问题，本发明提出了一种多级相变存储器的读出电路及读出方法。

本发明提供的一种多级相变存储器的读出电路，应用于设有相变存储单元的存储阵列，所述相变存储单元存储有N位二进制数据；

所述读出电路用于分N个阶段并且按照由高位到低位的顺序逐位读取目标相变存储单元的N位二进制数据，所述读出电路包括读电流产生电路、参考电流源电路、参考源选择电路、比较电路和缓冲反相器电路；

所述读电流产生电路连接于所述比较电路和所述存储阵列，所述读电流产生电路用于传输所述目标相变存储单元当前状态所对应的读电流至所述比较电路；

所述参考电流源电路设有电流参数不同的2^N-1个参考电流源，所述参考电流源用于生成参考电流；

所述参考源选择电路连接于所述比较电路和所述参考电流源电路，所述参考源选择电路还设有数据位信号控制端和用于接收阶段转换信号的阶段转换信号控制端，所述参考源选择电路用于于每一阶段中选择一参考电流源并将参考电流传输至所述比较电路；

所述比较电路用于比较所述读电流和对应阶段的参考电流，生成读出电压信号；