[发明专利]一种基于阻变器件的加法器电路

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及一种基于阻变器件的加法器电路。

背景技术

随着近两年来新型阻变材料研究获得的进展，阻变器件开始日益受到人们的重视，阻变材料是一种可以根据外加偏压实现电阻态改变的材料，而阻变器件就是利用阻变材料的电阻态可变这种特性进行数字信号处理的电子器件。

阻变器件的状态转换可以分为set和reset两个过程，set是通过外加偏压使得器件由高阻态变为低阻态，而reset则相反，通过施加偏压使得器件由低阻态返回高阻态。阻变器件可以分为单极器件和双极器件两种，对双极器件而言，可以正向(反向)电压set，反向(正向)电压reset；对单极器件而言set和reset电压极性相同。

目前，阻变器件主要的应用是阻变存储器，这是利用阻变材料电阻值的变化进行数据存储的一项新技术，其通过电阻态的变化来表示不同的数值实现数据存储。阻变存储器具有功耗小、工作电压低、读写速度快、存储密度高等优点，已成为取代传统Flash非易失性存储器的优选方案之一，甚至有望成为下一代通用存储器以取代现有的各类存储器。

现阶段，已经制备出了具有多个电阻态的阻变器件，如WO3，这也使得多值存储成为可能，因而有望进一步提高阻变存储器的存储密度。同时，阻变器件涉及的材料非常广泛，几乎在各类材料中都发现了阻变现象，阻变器件的前景被广泛看好。但是目前基于阻变器件的应用仅限于阻变存储器一个领域，在半导体集成电路的其他各个领域中还不存在基于阻变器件的有效应用，阻变器件在整个信息产业中的潜力未得到充分的挖掘。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种新型的基于阻变器件的加法器电路，利用具有多个阻态的阻变器件来构建加法器电路，将阻变器件结构简单、易集成、非挥发性存储的优势应用到加法器电路中，发挥了阻变器件能够同时存储和运算的潜力，获得了性能良好的加法器并拓展了阻变器件的应用领域。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于阻变器件的加法器，所述加法器包括：

由阻变器件、阻态控制电路及进位信号电路构成的所述加法器的每一位；

其中，所述阻态控制电路包括二选一多路选择器、第一传输门、第二传输门，根据加法操作来改变所述阻变器件的阻态；

所述进位信号电路包括第三～第六传输门、分压电阻R和比较器，根据所述分压电阻R的分压结果产生或不产生进位信号，若产生进位信号则会在下一次加法操作过程中将进位信号传递给高位。

优选地，所述第一～第六传输门为MOS管，在外加控制信号的作用下控制所述阻变器件阻态的改变、阻态读取过程的相互独立以及控制进位信号向高位传递。

优选地，所述第三传输门及第四传输门与其他传输门相比，在相同的所述外加控制信号的作用下导通或关断的效果相反。

优选地，所述第一传输门及所述第三传输门的漏极与所述阻变器件的顶电极连接，所述第三传输门的源极接电压源V，所述第一传输门的源极接所述二选一多路选择器的输出，所述第二传输门的漏极及第四传输门的源极与所述阻变器件的底电极连接，所述第二传输门的源极接地，所述第四传输门的漏极接所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端接参考电压Vref，所述比较器的输出端接所述二选一多路选择器的选通信号控制端及第六传输门，所述第五传输门的源漏极接在所述比较器的第一输入端与输出端之间，所述阻变器件的底电极还同时连接分压电阻R，所述二选一多路选择器的两输入端分别接正、负电压源。

优选地，所述阻变器件采用金属氧化物阻变存储器或者采用固体电解质阻变存储器。

优选地，所述金属氧化物阻变存储器为TiN/HfO₂/Pt或TiN/ZrO/Pt的器件结构；所述固体电解质阻变存储器为Ag/SiO₂/Pt或Cu/SiO₂/Pt的器件结构。

优选地，所述阻变器件具有四个以上电阻态。

优选地，通过下述改动实现减法电路的集成：