本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種操作存儲裝置的方法，該存儲裝置包括一存儲單元陣列，該存儲單元陣列包括多個可編程電阻存儲元件。通過施加多個編程脈沖至存儲單元，以于N個電阻值指定范圍中建立電阻值位準(zhǔn)，借此編程陣列中的該些存儲單元以存儲數(shù)據(jù)，其中各電阻值指定范圍對應(yīng)于一特定數(shù)據(jù)值。對陣列中的該些存儲單元執(zhí)行電阻值飄移復(fù)原處理，其包括：施加具有一脈沖波形的復(fù)原脈沖至一組編程存儲單元，其中該組編程存儲單元中的存儲單元被施加具有該脈沖波形的復(fù)原脈沖，使其在二或多個電阻值指定范圍中具有電阻值位準(zhǔn)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)是關(guān)于基于可編程電阻性存儲材料的高密度存儲器裝置及其操作方法。
技術(shù)介紹
在相變存儲器(PhaseChangeMemory，PCM)中，各存儲單元包括一相變存儲元件。相變存儲元件由相變材料所組成，其在結(jié)晶態(tài)(低電阻值)和非結(jié)晶態(tài)(高電阻值)間具有高電阻值對比。相變材料可包括合金材料，例如鍺(Ge)、銻(Sb)、碲(Te)、鎵(Ga)、銦(In)、銀(Ag)、硒(Se)、鉈(TI)、鉍(Bi)、錫(Sn)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鉛(Pb)、硫(S)和金(Au)。在相變存儲元件的操作上，電流脈沖通過相變存儲單元可設(shè)定或重設(shè)相變存儲元件的電阻狀態(tài)。為了將存儲元件重設(shè)為非晶態(tài)，可利用高振幅、短時間的電流脈沖來將存儲元件的主動區(qū)加熱至一熔點溫度，接著快速地使其冷卻以固化在非晶態(tài)。為了將存儲元件設(shè)定為結(jié)晶態(tài)，可利用中等振幅的電流脈沖來使其加熱至一結(jié)晶溫度，并通過長時間冷卻來讓主動區(qū)固化在結(jié)晶狀態(tài)。為了讀取存儲元件的狀態(tài)，可將小電壓施加至所選的存儲單元，并感測電流結(jié)果。電阻值飄移是PCM中著名的現(xiàn)象。存儲單元的電阻值會隨著時間增加，并遵循冪次關(guān)系：其中R0為初始時間t0時的初始電阻值，R(t)為時間t＞t0時的電阻值，而γ為電阻飄移系數(shù)。為了復(fù)原PCM存儲裝置的電阻飄移，一種方法是利用類動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DynamicRandom-AccessMemory，DRAM)刷新方案來再度編程多層單元(MultipleLevelsofCells，MLC)PCM存儲單元的多個狀態(tài)。在DRAM存儲單元中，存儲在存儲電容中的電荷會逐漸地通過存取晶體管散失。因此，為了維持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，存儲在DRAM存儲單元中的數(shù)據(jù)值必須周期性地讀出，并在所存的電荷衰減至無法分辨的位準(zhǔn)之前，再次將其存儲至其各個的完整電壓位準(zhǔn)。DRAM刷新需針對不同邏輯位準(zhǔn)進(jìn)行不同的動作，而所需的動作次數(shù)等同邏輯位準(zhǔn)的數(shù)量。然而，利用類DRAM刷新方案來復(fù)原PCM存儲裝置中的電阻值飄移不但耗時且會消耗耐受度，尤其是針對MLCPCM裝置。舉例來說，針對一256兆位(Mega-Bit，Mb)的PCM芯片，整個芯片的估計刷新時間可計算如下：其中忽略對MLC存儲單元編程的驗證時間。因此，單是刷新時間(例如：11.5秒)就大約占了整個刷新間隔的13.4％(例如86秒)，刷新間隔設(shè)為到產(chǎn)生錯誤的時間。此外，利用類DRAM刷新，耐受度會因周期的刷新而減損。對于單層單元(SingleLevelCell，SLC)存儲單元，10年內(nèi)耗損的總耐受量可估計如下：對于MLC存儲單元，10年內(nèi)耗損的總耐受量可估計如下：MLC耐受耗損＝(SLC耐受耗損)(#MLC的編程疊代)＝3.7％×7.2＝26.6％，假設(shè)108耐受周期類DRAM刷新的另一個缺點，在于無法更正錯誤的存儲單元電阻值位準(zhǔn)(resistancelevel)。若一存儲單元飄移至一錯誤狀態(tài)，類DRAM刷新只會單純地將存儲單元再度編程至錯誤狀態(tài)。故保守起見，類DRAM刷新的刷新間隔需比產(chǎn)生錯誤的時間(例如86秒)來的短，如圖1B所示，期間內(nèi)發(fā)生第一錯誤狀態(tài)。因此，較短的刷新間隔會同時降低性能并增加耐受性的損失。因此，有需要提供可以復(fù)原電阻值飄移而不會有類DRAM刷新所造成的性能及耐受性損失的MLCPCM裝置。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)描述一種針對具有多位準(zhǔn)存儲單元的相變存儲器的電阻值飄移復(fù)原處理。該處理相比于類DRAM刷新方案可減少損耗、延遲以及電源消耗。該處理并不像類DRAM刷新方案一般，需要針對各個電阻值位準(zhǔn)(resistancelevel)進(jìn)行不同的復(fù)原處理。如本文所述，施加至編程存儲單元的至少一復(fù)原脈沖可以獨立于編程存儲單元的數(shù)據(jù)值。一種操作存儲裝置的方法，該存儲裝置包括一存儲單元陣列，該存儲單元陣列包括多個可編程電阻存儲元件。通過施加多個編程脈沖至存儲單元，以于N個電阻值指定范圍中建立電阻值位準(zhǔn)，借此編程陣列中的該些存儲單元以存儲數(shù)據(jù)，其中各電阻值指定范圍對應(yīng)于一特定數(shù)據(jù)值。對陣列中的該些存儲單元執(zhí)行電阻值飄移復(fù)原處理，其包括：施加具有一脈沖波形的復(fù)原脈沖至一編程存儲單元組，其中該組編程存儲單元中的存儲單元被施加具有該脈沖波形的復(fù)原脈沖，使其在二或多個電阻值指定范圍中具有電阻值位準(zhǔn)。電阻值飄移復(fù)原處理可響應(yīng)于外部指令而中斷。N個指定范圍包括一高電阻值范圍以及一低電阻值范圍，在高電阻值范圍中，存儲單元包括具有一第一體積的非晶態(tài)材料的主動區(qū)，在低電阻值范圍中，存儲單元包括具有一第二體積的非晶態(tài)材料的主動區(qū)，第二體積小于第一體積。脈沖波形用來使在高電阻值范圍中的存儲單元主動區(qū)的溫度高于一熔點，并使得在低電阻值范圍中的存儲單元主動區(qū)的溫度低于該熔點。該N個電阻值指定范圍可包括一或多個中間電阻值范圍，在該一或多個中間電阻值范圍中，存儲單元包括具有體積介于第一體積和第二體積之間的非晶態(tài)材料的主動區(qū)，該一或多個中間電阻值范圍介于高電阻值范圍和低電阻值范圍之間。數(shù)字N可大于2，且編程存儲單元組中的該些存儲單元在該N個電阻值指定范圍中皆具有電阻值位準(zhǔn)。該方法可包括對存儲單元組中的存儲單元施加一復(fù)原脈沖組，其包括具有第一脈沖波形的第一復(fù)原脈沖以及具有第二脈沖波形的第二復(fù)原脈沖，第二脈沖波形對應(yīng)存儲單元組中存儲單元的決定的電阻值位準(zhǔn)。第一脈沖波形可以和第二脈沖波形相同，或者與其相異。該方法可包括讀取存儲單元組中的存儲單元以決定存儲單元組中存儲單元的電阻值位準(zhǔn)，并用來對存儲單元組中位于決定的電阻值位準(zhǔn)的存儲單元施加復(fù)原脈沖，復(fù)原脈沖的脈沖波形各自對應(yīng)于決定的電阻值位準(zhǔn)。該方法可包括讀取存儲單元組中的存儲單元以決定存儲單元組中存儲單元的電阻值位準(zhǔn)，并用來對存儲單元組中位于二或多個決定的電阻值位準(zhǔn)的存儲單元施加具有相同脈沖波形的復(fù)原脈沖。該方法可包括對存儲單元組中位于多個電阻值位準(zhǔn)的存儲單元施加具有相同脈沖波形的復(fù)原脈沖，而不用先讀取存儲單元組中的存儲單元以決定存儲單元組中存儲單元的電阻值位準(zhǔn)。本文亦描述依據(jù)該方法所提供的一種存儲裝置。為了對本專利技術(shù)的上述及其他方面有更好的了解，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下：附圖說明圖1A繪示MLCPCM存儲單元在一電阻值范圍的電阻值飄移系數(shù)。圖1B繪示PCM存儲單元隨時間電阻值飄移后的電阻值分布。圖2A、圖2B、圖2C、圖2D及圖2E繪示電阻值飄移下的兩狀態(tài)。圖3繪示一例示的流程圖，用以對存儲裝置中存儲單元陣列的一或多組存儲單元進(jìn)行電阻值飄移復(fù)原處理。圖4繪示一例示的流程圖，用以對存儲單元陣列中的一組存儲單元執(zhí)行電阻值飄移復(fù)原處理，當(dāng)中使用具有不同脈沖波形的復(fù)原脈沖。圖5繪示一例示的流程圖，用以對存儲單元陣列中的一組存儲單元執(zhí)行電阻值飄移復(fù)原處理，當(dāng)中使用具有相同脈沖波形的復(fù)原脈沖。圖6A繪示具有存儲元件的存儲單元，存儲元件包括具有結(jié)晶態(tài)材料的主動區(qū)。圖6B繪示通過對應(yīng)圖6A的存儲元件中心的溫度剖面。圖6C為對應(yīng)于圖6A及圖6B的存儲元件的熱圖。圖7A繪示包括存儲元件的存儲單元，該存儲元件包括具有非晶態(tài)材料的主動區(qū)。圖7B繪示通過對應(yīng)圖7A的存儲元件中心的溫度剖面。圖7C為對應(yīng)于圖7A及圖7B的存儲元件的熱圖。圖8繪示利用例示的復(fù)原脈沖進(jìn)行電阻值飄移本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種操作存儲裝置的方法，其特征在于，該存儲裝置包括一陣列的多個存儲單元，該方法包括：通過施加多個編程脈沖至該些存儲單元，以于N個電阻值指定范圍中建立多個電阻值位準(zhǔn)，借此編程該陣列中的該些存儲單元以存儲數(shù)據(jù)；以及對該陣列中的該些存儲單元執(zhí)行一電阻值飄移復(fù)原處理，包括：施加具有一脈沖波形的一復(fù)原脈沖至一組編程存儲單元，其中該組編程存儲單元中的該些存儲單元在至少二個的該些電阻值指定范圍中具有電阻值位準(zhǔn)。
【技術(shù)特征摘要】
2015.09.04 US 14/846,3931.一種操作存儲裝置的方法，其特征在于，該存儲裝置包括一陣列的多個存儲單元，該方法包括：通過施加多個編程脈沖至該些存儲單元，以于N個電阻值指定范圍中建立多個電阻值位準(zhǔn)，借此編程該陣列中的該些存儲單元以存儲數(shù)據(jù)；以及對該陣列中的該些存儲單元執(zhí)行一電阻值飄移復(fù)原處理，包括：施加具有一脈沖波形的一復(fù)原脈沖至一組編程存儲單元，其中該組編程存儲單元中的該些存儲單元在至少二個的該些電阻值指定范圍中具有電阻值位準(zhǔn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該N個電阻值指定范圍包括一高電阻值范圍以及一低電阻值范圍，在該高電阻值范圍中，該些存儲單元包括具有一第一體積的非晶態(tài)材料的主動區(qū)，在該低電阻值范圍中，該些存儲單元包括具有一第二體積的非晶態(tài)材料的主動區(qū)，該第二體積小于該第一體積，且該脈沖波形用來使在該高電阻值范圍中的該些存儲單元的該些主動區(qū)的溫度高于一熔點，并使在該低電阻值范圍中的該些存儲單元的該些主動區(qū)的溫度低于該熔點，其中N大于2。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該N個電阻值指定范圍包括一或多個中間電阻值范圍，在該一或多個中間電阻值范圍中，該些存儲單元包括具有體積介于該第一體積和該第二體積之間的非晶態(tài)材料的主動區(qū)，該一或多個中間電阻值范圍介于該高電阻值范圍和該低電阻值范圍之間，其中N大于2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：施加一組復(fù)原脈沖，該組復(fù)原脈沖包括具有該脈沖波形的該復(fù)原脈沖以及具有一第二脈沖波形的一第二復(fù)原脈沖，該第二脈沖波形對應(yīng)于該組編程存儲單元中一存儲單元的一決定的電阻位準(zhǔn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：讀取該組編程存儲單元中的該些存儲單元以決定該組編程存儲單元中的該些存儲單元的電阻值位準(zhǔn)；以及施加多個復(fù)原脈沖至該組編程存儲單元中位于該決定的電阻值位準(zhǔn)的存儲單元，該些復(fù)原脈沖的脈沖波形分別對應(yīng)于該決定的電阻值位準(zhǔn)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：讀取該組編程存儲單元中的該些存儲單元以決定該組編程存儲單元中的該些存儲單元的電阻值位準(zhǔn)；以及施加多個復(fù)原脈沖至該組編程存儲單元中位于該多個決定的電阻值位準(zhǔn)的存儲單元，該些復(fù)原脈沖具有一相同脈沖波形。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括：施加多個復(fù)原脈沖至該組編程存儲單元中位于多個電阻值位準(zhǔn)的存儲單元，該些復(fù)原脈沖具有一相同脈沖波形。8.一種存儲裝置，其特征在于，包括...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：柯文昇，蘇資翔，吳昭誼，李祥邦，張孟凡，
申請(專利權(quán))人：旺宏電子股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：中國臺灣;71
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