[发明专利]用于非易失性存储器设备操作的方法、系统和设备

说明书

公开了用于非易失性存储器设备的操作的方法、系统和设备。在一个实施例中，在一个实施例中，感测电路可以使得能够确定非易失性存储器元件的当前阻抗状态，同时避免非易失性存储器元件的状态的无意改变。

技术领域

公开了利用存储器设备的技术。

背景技术

非易失性存储器是一类存储器，其中存储器单元或元件在提供给该器件的电力移除之后不会丢失其状态。例如，最早的计算机存储器(其由可以在两个方向上磁化的铁氧体环制成)是非易失性的。随着半导体技术发展到更高水平的小型化，铁氧体器件被放弃用于更常见的易失性存储器，例如DRAM(动态随机存取存储器)和SRAM(静态RAM)。

一种类型的非易失性存储器(电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)设备)具有大单元区域并且可能需要晶体管栅极上的大电压(例如，12.0至21.0伏特)来进行写入或擦除。而且，擦除或写入时间通常为数十微秒的量级。EEPROM的一个限制因素是有限的擦除/写入周期数不能略微超过600,000次-或在大约10⁵-10⁶的量级。半导体工业通过对存储器阵列进行扇区化(通过这种方式使得在被称为闪存设备的“EEPROM”中可以一次擦除“页”(例如，子阵列))来消除了对EEPROM和非易失性晶体管之间的传输门(pass-gate)开关晶体管的需求。在闪存设备中，为了速度和更高的位密度，牺牲了保持随机存取(擦除/写入单个位)的能力。

最近，FeRAM(铁电RAM)已经提供了低功率、相对高的写/读速度、以及超过100亿次的读/写周期的耐久性。类似地，磁存储器(MRAM)提供了高写/读速度和耐久性，但具有高成本和高功耗。这些技术例如都没有达到闪存设备的密度。因此，闪存仍为非易失性存储器的选择。然而，人们普遍认为闪存技术可能不容易在65纳米(nm)以下扩展；因此，正在积极地寻求能够缩放到更小尺寸的新的非易失性存储设备。

考虑用于替换闪存设备的技术包括基于某些材料的存储器，所述材料表现出与材料相位变化(其至少部分地由晶体结构中原子的长程排序确定)相关的电阻变化。在称为相变存储器(PCM/PCRAM)设备的一种类型的可变电阻存储器中，当存储器元件短暂熔化然后冷却到导电结晶状态或非导电非晶态时，发生电阻变化。典型的材料可以变化并且可以包括GeSbTe，其中Sb和Te可以交换为周期表上相同或相似特性的其他元素。然而，这些基于电阻的存储器尚未证明在商业上有用，因为它们在导电和绝缘状态之间的转变取决于物理结构现象(例如，在高达600℃下熔化)并返回到对于许多应用中有用的存储器而言不能充分控制的固态。

另一种可变电阻存储器类别包括响应于初始高“形成”电压和电流以激活可变电阻功能的材料。这些材料可包括，例如，其中x、y、z和具有不同的化学计量；过渡金属氧化物(TMO)，如CuO、CoO、VO_x、NiO、TiO₂、Ta₂O₅；和一些钙钛矿，如Cr；SrTiO₃。这些存储器类型中的一些存在并落入电阻性RAM(ReRAM)或导电桥RAMS(CBRAM)分类中，以将它们与硫族化物类存储器进行区分。据推测，这些RAM中的电阻切换至少部分是由于通过电铸工艺形成连接顶部和底部导电端子的窄导电路径或细丝，尽管这种导电细丝的存在仍然是争议。由于ReRAM/CBRAM的操作可能与温度有很大关系，因此ReRAM/CBRAM中的电阻切换机制也可能高度依赖于温度。另外，由于细丝的形成和移动是随机的，这些系统可以随机地操作。其他类型的ReRAM/CBRAM也可能表现出不稳定的特性。此外，ReRAM/CBRAM中的电阻切换往往会在许多存储周期后趋于疲劳。也就是说，在存储器状态多次改变之后，导电状态和绝缘状态之间的电阻差异可能显着改变。在商业存储器设备中，这种改变可能使存储器超出规范并使其不可用。