[发明专利]一种三维存储器及其读取方法

权利要求书

1.一种三维存储器，其特征在于，包括相变存储单元和选通管；

所述相变存储单元与选通管串联形成串联结构，位于字线和位线之间，字线和位线进行多层堆叠形成立体结构；

所述相变存储单元用于储存三维存储器的存储状态；

所述选通管用于控制三维存储器中相变存储单元的开闭状态，为三维存储器选择相应的相变存储单元进行存储，同时抑制未被选择的相变存储单元的漏电流；

所述相变存储单元从高阻态转变为低阻态的阈值电压大于当相变存储单元处于高阻态时所述三维存储器的阈值电压与所述选通管的保持电压之差，即：

其中，V_th为选通管的开启电压，R_off为选通管开启前的电阻值，HRS为相变存储器处于高阻值状态下的阻值，V_hold为选通管的保持电压，V_PCMth为相变存储单元从高阻态转变为低阻态的阈值电压，其中，选通管的保持电压为选通管打开后能保持开启状态的最小电压值。

2.根据权利要求1所述的三维存储器，其特征在于，当相变存储单元处于高阻态，且选通管刚刚开启时，相变存储单元两端的电压小于相变存储单元从高阻态转变为低阻态的阈值电压，使得相变存储单元不足以发生相变，只有当相变存储单元所在串联结构两端的电压继续增加使相变存储单元两端电压超过其阈值电压时，相变存储单元才会发生相变。

3.根据权利要求2所述的三维存储器，其特征在于，所述相变存储单元与选通管满足：

其中，V_hold为选通管的保持电压，V_PCMth为相变存储单元从高阻态转变为低阻态的阈值电压，V_th为选通管的开启电压，R_off为选通管开启前的电阻值，LRS为相变存储器处于低阻值状态下的阻值。

4.根据权利要求1所述的三维存储器，其特征在于，所述选通管的选通材料层厚度由所需选通管的开启电压和保持电压大小确定，其材料厚度范围为5nm-100nm。

5.根据权利要求4所述的三维存储器，其特征在于，所述选通材料层为硫系材料，所述硫系材料为SiTex、CTex、BTex、GeTex、AlTex、GeSbxTey、GeSbx、BiTex、AsTex、SnTex、BiTex中至少一种，或者SiTex、CTex、BTex、GeTex、AlTex、GeSbxTey、GeSbx、BiTex、AsTex、SnTex、BiTex中至少一种化合物掺杂N、Sb、Bi、C中的至少一种元素形成的混合物。

6.根据权利要求1所述的三维存储器，其特征在于，所述相变存储单元的相变材料层的厚度和尺寸由所需相变存储单元的阈值电压和阈值电流大小确定。

7.根据权利要求6所述的三维存储器，其特征在于，所述相变材料层为硫系材料，所述硫系材料为GeTe、SbTe、BiTe、SnTe、AsTe、GeSe、SbSe、BiSe、SnSe、AsSe、InSe、GeSbTe和AglnSbTe中的任意一种，或者是这些化合物中的任意一种掺杂S或C或N或O或Cu或Si或As或B或Al或Au元素形成的混合物，或者是这些化合物中的任意多种形成的超晶格结构。

8.权利要求1-7任意一项所述三维存储器的读取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取三维存储器的读取电压，使得在待读取相变存储单元所在串联结构两端施加所述读取电压后当相变存储单元处于低阻态时，选通管开启，三维存储器呈现低阻态，以及当相变存储单元处于高阻态时，选通管未开启或者选通管开启后相变存储单元没有发生相变，三维存储器呈现高阻态；

S2、在待读取相变存储单元所在串联结构的两端施加读取电压，读取三维存储器的电流值；

S3、根据所得三维存储器的电流值，确定三维存储器的状态。