[发明专利]多比特电阻式存储器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多比特电阻式存储器。

背景技术

一种类型的存储器是电阻式存储器。电阻式存储器利用存储元件的阻值来存储一个或多个比特的数据。例如，被编程为具有大阻值的存储单元可表示逻辑“1”数据比特值，而被编程为具有小阻值的存储元件可表示逻辑“0”数据比特值。通过将电压脉冲或电流脉冲施加到存储元件来电动转换存储元件的电阻值。一种类型的电阻式存储器是相变存储器。在电阻存储元件中，相变存储器使用相变材料。

相变存储器以呈现至少两种不同状态的相变材料为基础。相变材料可被应用于存储单元中以存储多个数据比特。相变材料的状态可被称作非晶态和晶态。因为相非晶态通常比晶态呈现更大的电阻率，所以能够区分这两种状态。通常，非晶态涉及更加无序的原子结构，而晶态涉及更加有序的晶格。一些相变材料呈现出至少一种晶态，例如，面心立方体(FCC)状态和六方最密堆积(HCP)状态。这两个晶态具有不同的电阻率，并且可用于存储多个数据比特。在下列描述中，非晶态通常指的是具有更大电阻率的状态，而晶态通常指的是具有更小电阻率的状态。

可以被可逆地感应在相变材料中的相变。这样，存储器可以响应于温度的改变从非晶态转变为晶态以及从晶态转变为非晶态。由驱动电流穿过相变材料本身或者由驱动电流穿过与相变材料相邻的电阻加热器来实现相变材料的温度改变。利用这两种方法，相变材料的可控加热会导致相变材料中的可控相变。

可对包括具有由相变材料制成的多个存储单元的存储阵列的相变存储器编程，以利用相变材料的存储状态来存储数据。一种在这种相变存储装置中读取和写入数据的方式是控制施加于相变材料的电流和/或电压脉冲。电流和/或电压的水平通常与每个存储单元的相变材料中所感应的温度相对应。

为了实现更高密度的相变存储器，相变存储单元可以存储多个比特的数据。可以通过将相变材料编程为具有中间电阻值或状态来实现相变存储单元中的多比特存储。这些中间状态的单元具有位于完全晶态与完全非晶态之间的电阻。如果将相变存储单元编程为三个不同电阻级别中的一个，则每个单元可以存储1.5比特的数据。如果将相变存储单元编程为四个不同电阻级别中的一个，则每个单元可以存储2比特的数据。如果将相变存储单元编程为八个电阻级别中的一个，则每个单元可以存储3比特的数据。如果将相变存储单元编程为16个电阻级别中的一个，则每个单元可以存储4比特的数据等等。

通常，在两个或两个以上电阻状态中的相变存储单元的电阻值的分布范围很广泛。由于相变材料的非晶态或中间状态的高电阻，用于读取相变存储单元的值的时间可能特别长。这个特别长的读取时间导致整个存储器的操作缓慢。

鉴于这些和其它的原因，需要本发明。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种存储器。该存储器包括第一多比特电阻式存储单元和单比特电阻式存储单元。单比特电阻式存储单元用于存储表示是否反转存储在第一多比特电阻式存储单元中的数据的比特。

附图说明

包括用以提供本发明的进一步理解的附图，并且结合该附图并构成该说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。本发明的其它实施例以及本发明的一些预期优点将通过参照以下详细描述被更好地领会，且使其更易于理解。附图的元件彼此不必成比例。相同的参考标号表示相应的相似部件。

图1是示出了存储装置的一个实施例的框图。

图2是示出了存储阵列的一个实施例的示意图。

图3是示出了存储阵列的另一个实施例的示意图。

图4是示出了存储阵列的另一个实施例的示意图。

图5是示出了用于每个存储单元存储三个数据比特的存储单元值的一个实施例的表格。

图6是示出了用于每个存储单元存储四个数据比特的存储单元值的一个实施例的表格。

图7是示出了关于不同存储单元电阻值的存取时间相对于测量精度的一个实施例的图表。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考构成其一部分的附图，其中，通过可实施本发明的示例性特定实施例来示出本发明。关于这点，参考附图描述的方向使用方向术语(例如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前端”、“尾端”等)。因为本发明实施例的元件能够被放置于多个不同的方位，所以出于示例性的目的使用定向术语但不够成对本发明的限制。应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以采用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不是出于限制的目的，并且本发明的范围通过所附权利要求进行限定。