[发明专利]一种应用于CeRAM的TMO材料行为模型

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计与制造技术领域，特别涉及一种应用于CeRAM的TMO材料。

背景技术

过渡金属氧化物TMO(transition-metal oxides)，例如NiO(氧化镍)等，是最近几年新开发的一类材料。从宏观上来看，在外界电压变化下，TMO材料的电阻表现出由低阻向高阻或是由高阻向低阻转化的特性，亦即具有“开”“关”两种状态。如附图1所示，以ON表示“开”，即低阻状态，以OFF表示“关”，即高阻状态。两个状态的电流大小差异一般在100倍左右。假设TMO电阻最开始处于OFF状态，随着电压的升高，流过TMO电阻的电流将沿曲线段④上升，经过曲线段③后，当外界电压大于vset(设置电压)值时，电流将沿曲线段⑤突变到曲线段⑥，即进入ON状态。此后，如果电压继续上升，则TMO电阻保持在ON状态，电流沿曲线段⑥上升；如果电压下降，则TMO电阻保持在ON状态，电流从曲线段⑥经过虚线段到达曲线段①，并按此曲线变化。当TMO电阻处于ON状态时，如果从0开始施加电压，随着电压的升高，流过TMO电阻的电流将沿曲线段①上升，当外界电压大于vreset(重置电压)值时，电流将沿曲线段②突变到曲线段③，TMO电阻从ON状态转化为OFF状态。此后，随着电压的升高，流过TMO电阻的电流将沿曲线段③上升，当外界电压大于vset(设置电压)值时，电流将沿曲线段⑤突变到曲线段⑥，即进入ON状态。如果在曲线段③时，外界电压没有超过vset(设置电压)时便下降，则TMO电阻保持在OFF状态，沿曲线段③进入曲线段④并沿曲线段④继续下降，这个过程和vreset(重置电压)值无关。

应用此种电阻材料可以制造出新型存储器件或是新型逻辑器件等半导体集成电路，例如CeRAM(阻性相关电子随机存储器)。然而此种材料属于新型材料，还没有能提供给设计者用于描述元件电流-电压特性的电学模型。本发明旨在填补此处空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于CeRAM的TMO材料，为实现所述目的，本发明所采用的技术方案为：

其特征在于，所述TMO材料有TE和BE两个节点，一个描述TMO材料导通状态下电阻行为的非线性电阻元件Ron连接在TE和内部节点S1之间；一个描述TMO材料关断状态下电阻行为的非线性电阻元件Roff连接在TE和内部节点S2之间；一个选通Ron的电压控制开关Gs1连接在内部节点S1和BE之间，其控制电压输入点为CS1；一个选通Roff的控制开关Gs2连接在内部节点S2和BE之间，其控制电压输入点为CS2；控制电压源Ecs1连接在CS1上作为CS1控制信号电压，其电压输出由表达式

V(Ecs1)＝2.5×Rs×abs{sgn[V(in+，in-)-vreset]+sgn[V(in+，in-)-vset]}决定，

其中，初始电阻状态Rs是描述TMO材料初始状态的参数，重置电压vreset和设置电压vset是描述TMO材料行为的参数；

控制电压源Ecs2连接在CS2上作为Gs2的控制信号电压，其电压输出由表达式V(Ecs2)＝5-V(Ecs1)决定；

一个信号隔离电压源Esep的输入端连接到TE和BE，输出端为in+和in-，信号隔离电压源Esep是压控电压源，用于隔离输入电压和作为内部控制信号的电压，其控制输入为TE和BE两端的电压V(TE，BE)，其输出为V(in+，in-)＝V(TE，BE)，该电压是控制电压源Ecs1和Ecs2的控制信号。

本发明可以良好的模拟TMO材料的电学行为，并可以方便的应用在电路仿真工具中，仿真速度快，收敛性好。同时本发明应用了新型的TMO材料和CeRAM单元，在国内外均属于新颖且空白的领域，有利于占据前沿技术中的领先地位。

附图说明

图1是TMO材料的电流-电压行为曲线；

图2是TMO电阻行为模型等效电路。

具体实施方式

本发明提供了一种应用于CeRAM的TMO材料，下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。