[发明专利]非易失性存储器件及其感测方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月11日提交的韩国专利申请No.10-2011-0044206的优先权，其全部内容通过引用合并在本文中。

技术领域

本发明的实施例涉及一种非易失性存储器件及其感测方法，更具体而言涉及一种被配置为利用电阻值变化来感测多电平数据的非易失性存储器件。

背景技术

存储器件可以分为易失性存储器件和非易失性存储器件。非易失性存储器件包括即使在断电时也能保留所储存的数据的非易失性存储器单元。例如，非易失性存储器件可以被实现为快闪随机存取存储器(快闪RAM)、相变随机存取存储器(PCRAM)等。

PCRAM包括使用诸如锗锑碲(GST)的相变材料来实现的存储器单元，其中，如果对GST施加热量，则GST变为结晶相或非晶相，从而将数据储存在存储器单元中。

非易失性存储器件(如磁存储器、相变存储器(PCM)等)具有与非易失性RAM器件相似的数据处理速度。非易失性存储器件即使在断电时也能保留数据。

图1A和图1B说明现有的相变电阻(PCR)元件4。

参见图1A和图1B，PCB元件4包括上电极1、下电极3和位于上电极1与下电极3之间的相变材料(PCM)层2。如果施加电压和电流给上电极1和下电极3，则有电流信号提供给PCM层2，且PCM层2中产生高温，从而PCM层2的导电状态随着电阻值变化而改变。

图2A和图2B说明现有的PCR元件4的相变原理。

参见图2A，如果低于阈值的小电流在PCR元件4中流动，则PCM层2具有适于结晶相的温度。因此，PCM层2变为结晶相，从而变为低电阻值相材料。结果，电流可以在上电极1与下电极3之间流动。

另一方面，如图2B所示，如果高于阈值的大电流在PCR元件4中流动，则PCM层2具有比熔点高的温度。因此，PCM层2变为非晶相，从而变为高电阻值相材料。结果，上电极1与下电极3之间难以有电流流动。

如上所述，PCM元件4可以储存与两种电阻值相相对应的数据作为非易失性数据。例如，假设在一种情形中PCR元件4具有与数据‘1’相对应的低电阻值相，而在另一情形中PCR元件4具有与数据‘0’相对应的高电阻值相，则PCR元件4可以储存数据的两种逻辑状态。

此外，即使相变存储器件断电，PCM层(即，相变电阻材料)2的相也不改变，从而能储存前述数据作为非易失性数据。

图3说明现有的PCR单元的写入操作。

参见图3，当电流在PCR元件4的上电极1与下电极3之间流动预定的时间时，产生热量。

当低于阈值的小电流在PCR元件4中流动预定的时间时，PCM层2具有因低温加热状态而形成的结晶相，从而PCR元件4变为具有设置状态的低电阻值元件。

另一方面，当高于阈值的大电流在PCR元件4中流动预定的时间时，PCM层2具有因高温加热状态而形成的非晶相，从而PCR元件4变为具有复位状态的高电阻值元件。

因此，为了在写入操作期间写入设置状态的数据，以长时间段施加低电压给PCR元件4。另一方面，为了在写入操作期间写入复位状态的数据，以短时间段施加高电压给PCR元件4。

PCR存储器件在感测操作期间将感测电流施加给PCR元件4，从而能够感测储存在PCR元件4中的数据。

图4是说明现有的相变存储器件的感测单元10的电路图。

参见图4，感测单元10包括读取驱动单元11、预充电单元12、钳位单元13、参考电压选择单元14和感测放大器(sense-amp)(SA)。

单位单元UC包括相变电阻(PCR)元件和二极管D。

读取驱动单元11响应于电流驱动信号来驱动高电压VPPSA，从而输出感测电压SAI。

预充电单元12响应于预充电信号而将感测电压SAI预充电为具有高电压VPPSA电平。

钳位单元13在感测操作期间响应于钳位控制信号CLM而对感测电压SAI的电压电平进行钳位。

参考电压选择单元14选择多个参考电压REF0至REF2之一，并且将选中的参考电压REF输出至感测放大器SA。

感测放大器SA响应于感测放大器使能信号SEN而将选中的参考电压REF与感测电压SAI进行比较，并将比较的结果进行放大以输出放大的信号。感测放大器SA经由正(+)输入端子来接收感测电压SAI，经由负(-)输入端子来接收参考电压REF0至REF2之一。