[发明专利]一种基于多级存储型相变存储器的读写方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于多级存储型相变存储器的读写方法及系统，属于相变存储器的读写控制技术领域。读写方法包括读方法和写方法，采用两个具有多级存储能力的相变存储单元构成读写基本单位；基于其两个相变存储单元的相对阻值表达存储的2比特数据；读方法用于实现从读写基本单位读取数据，写方法用于实现向读写基本单位写入数据。读写系统包括选通电路、读驱动电路、读写基本单位、读电路、数据输出电路、写操作判断电路、写驱动电路。本发明的目的在于，基于相变存储单元的多级存储能力，使用读写基本单位中相变单元的相对阻值表达数据，从而在数据存储密度不变的情况下，显著减少写操作的执行次数，提高读写效率，实现相变存储器的低功耗读写。

技术领域

本发明属于相变存储器PCRAM的读写控制技术领域，更具体地，涉及一种基于多级存储型相变存储器的读写方法及系统。

背景技术

奥弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)在1968年发表了第一篇关于非晶体相变的论文，他首次描述了基于相变理论的存储器：材料由非晶体状态变成晶体，再变回非晶体的过程中，其非晶体和晶体状态呈现不同的光学特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表“0”和“1”来存储信息，这一学说称为奥弗辛斯基电子效应。相变存储器(PhaseChange Random Access Memory,PCRAM)是基于奥弗辛斯基电子效应的元件，因此也称为奥弗辛斯基电效应统一存储器(Ovonics Unified Memory,OUM)。

PCRAM通常由采用硫系化合物材料来制作，常见的硫系化合物为Ge₂Sb₂Te₅，简称GST。它利用材料可逆转的物理状态变化来存储信息，具有非易失性、工艺尺寸小、存储密度高、循环寿命长、读写速度快、功耗低、抗辐射干扰等优点。国际半导体工业协会认为PCRAM很可能将取代目前的闪存存储器而成为未来主流的非易失性存储器。

根据刘波、宋志棠等人的研究结果(CN200410067987.5可用于相变存储器多级存储的相变材料)，PCRAM具有多级存储的能力。硫系化合物在随温度升高的过程中，方块电阻逐渐下降，且在温度上升过程中，出现了两个较为明显的电阻台阶。这两个台阶分别对应了材料从非晶态到FCC晶态的转变，以及FCC晶态结构向HCP晶态结构的转变。因此PCRAM有三个较为稳定的阻态。

目前一般是通过对存储单元施加脉冲电流来对PCRAM进行读写操作。其中，写操作的电流较大，在这个过程中会产生较大的焦耳热。如果写操作频繁发生，不仅会产生较大的功耗，同时由于热量积累严重，也有可能会对邻近的存储单元的数据稳定性造成负面影响。因此有必要研究一种基于多级存储的相变存储器的低功耗读写方法与系统，以降低PCRAM的读写功耗，优化其性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多级存储型相变存储器的读写方法及系统，其目的在于基于相变存储单元的多级存储能力，采用两个具有多级存储能力的相变存储单元构成读写基本单位，使用读写基本单位中相变单元的相对阻值表达存储的2比特数据，从而在数据存储密度不变的情况下，显著减少写操作的执行次数，实现相变存储器的低功耗读写。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于多级存储型相变存储器的读写方法，其特征在于，包括读方法和写方法，读写方法均采用两个具有多级存储能力的相变存储单元构成读写基本单位；所述读写基本单位基于其两个相变存储单元的相对阻值表达存储的2比特数据，实现存储功能；所述两个相变存储单元的相对阻值是指两个相变存储单元的稳态阻值的差值；一个相变存储单元的稳态阻值数量为三个或三个以上；

所述读方法用于实现从读写基本单位读取数据，所述写方法用于实现向读写基本单位写入数据。

优选地，所述读方法包括如下步骤：

D1.选通读写基本单位中的一个相变存储单元，读取其状态值，即第一状态值；