[发明专利]包括伪电阻、电阻切换元件及二极管的多位电阻切换存储器单元的写入

说明书

技术领域

本发明涉及用于数据存储的技术。

背景技术

多种材料表现出可逆电阻切换行为。这些材料包括硫属化物、碳聚合物、石墨碳、碳纳米管、钙钛矿、以及某些金属氧化物和氮化物。具体地，存在仅包括一种金属并呈现可靠的电阻切换行为的金属氧化物和氮化物。如Pagnia和Sotnick在“Bistable Switching in Electroformed Metal-Insulator-Metal Device”，Phys.Stat.Sol.(A)108，11-65(1988)中所描述的，这样的组包括例如NiO、Nb₂O₅、TiO₂、HfO₂、Al₂O₃、MgO_x、CrO₂、VO、BN以及AIN。这些材料之一的层可以在初始状态(例如相对低电阻状态)形成。在施加足够的电压时，材料切换到稳定的高电阻状态。这种电阻切换是可逆的，使得随后施加适当的电流或电压可以用于使电阻切换材料返回到稳定的低电阻状态。可以多次重复这种转换。对于某些材料，初始状态是高电阻状态而非低电阻状态。

关注这些可逆电阻切换材料，用于非易失性存储器阵列。例如，一个电阻状态可以对应于数据“0”，而另一电阻状态对应于数据“1”。这些材料中的一些材料可以具有多于两个的稳定电阻状态。

已知由可逆电阻切换元件形成的非易失性存储器。例如，2005年5月9日提交的、名称为“REWRITEABLE MEMORY CELL COMPRISING A DIODE AND A RESISTANCE-SWITCHING MATERIAL”的美国专利申请公开2006/0250836(其全部内容经引用合并到本申请中)描述了一种可重写的非易失性存储器单元，该可重写的非易失性存储器单元包括与诸如金属氧化物或金属氮化物的可逆电阻切换材料串联耦合的二极管。

然而，对采用了可逆电阻切换材料的存储器设备进行操作是困难的。

发明内容

描述了一种使用可逆电阻切换元件的存储系统。公开了用于控制对可逆电阻切换元件的电阻的读取、置位和复位的多种电路和方法。

非易失性存储设备的一个实施例包括一组Y线、一组X线、以及与该组X线和该组Y线连通的多个存储器单元。多个存储器单元中的每个存储器单元包括处于静态电阻状态的电阻元件和两个或更多个可逆电阻切换元件。所述处于静态电阻状态的电阻元件和所述两个或更多个可逆电阻切换元件连接至该组Y线中的不同Y线。所述处于静态电阻状态的电阻元件和所述两个或更多个可逆电阻切换元件连接至该组X线中的公共X线。

非易失性存储设备的一个实施例包括：X线；第一Y线；第二Y线；第三Y线；沿着X线延伸的第一类型半导体区域；在第一Y线与第一类型半导体区域之间的第二类型的第一半导体区域和第一电阻切换材料；在第二Y线与第一类型半导体区域之间的第二类型的第二半导体区域和第二电阻切换材料；在第三Y线与第一类型半导体区域之间的第二类型的第三半导体区域和第一静态电阻材料；以及与X线、第一Y线、第二Y线和第三Y线连通的控制电路。第二类型的第一半导体区域与第一类型半导体区域邻近。第二类型的第二半导体区域与第一类型半导体区域邻近。第二类型的第三半导体区域与第一类型半导体区域邻近。控制电路通过使得第一电流从第三Y线、经第一静态电阻材料和第一电阻切换材料流动至第一Y线，而使非易失性存储器单元变为第一状态。

对非易失性存储系统进行编程的方法的一个实施例包括：将多组数据编程到多个多位存储器单元中的不同多位存储器单元中。每组数据包括多于一位的数据。每个多位存储器单元包括处于导电状态的电阻元件和两个或更多个可逆电阻切换元件。处于导电状态的电阻元件和两个或更多个可逆电阻切换元件连接至不同的Y线。所述处于导电状态的电阻元件和所述两个或更多个可逆电阻切换元件连接至公共X线。对于多位存储器单元的至少一个子集，所述编程包括使第一电流在不同的Y线之间通过。