[发明专利]非易失存储器灵敏放大器及相变存储器

说明书

本发明提供一种非易失存储器灵敏放大器及相变存储器，包括：控制模块，产生第一控制信号及第二控制信号；低功耗模块，在外部使能信号失效时关闭比较模块；第一读取电压模块，在外部使能信号起效时读取被选中存储单元的读取电流并转化为第一读取电压；比较模块，接收第一读参考电压，在外部使能信号起效时将第一读取电压与第一读参考电压比较进而得到读出电压信号；低功耗匹配模块连接寄生匹配模块，用于对低功耗模块进行电压匹配，抵消比较模块中晶体管栅极的寄生效应。本发明的低功耗匹配模块拓扑结构、尺寸都与低功耗模块相同，寄生匹配模块中晶体管源、漏电压与比较模块中相同，因此对寄生电容的充电时间也相同，提高了读取速度。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种非易失存储器灵敏放大器及相变存储器。

背景技术

在集成电路制造领域，随着工艺节点不断缩小，传统的电荷类存储器受到越来越大的限制。各种各样的新型存储器和新型结构被发明出来以突破原有的极限：MLC NAND，MLC NOR，TLC NAND，MRAM，RRAM，FeRAM，3D-Xpoint，3D-NAND等。传统和新型的存储器读延时各有不同：作为内存的SRAM，DRAM读取时间在10ns以内，NAND Flash在50us左右，3D-NAND在500us左右，硬盘则在10ms左右。若能进一步挖掘存储器的读取时间，将大幅提高它的竞争力。

相变存储器(Phase Change Memory，PCM)是基于Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，其工作原理是利用加工到纳米尺寸的相变材料在晶态与非晶态时不同的电阻状态来实现数据的存储。相变存储器作为一种新型存储器，由于其读写速度快、可擦写耐久性高、保持信息时间长、存储密度大、读写功耗低以及非挥发等特性，被业界认为是最有发展潜力的下一代存储器之一。

相变存储器以硫系化合物材料为存储介质，利用电脉冲或光脉冲产生的焦耳热使相变存储材料在非晶态(材料呈高阻状态)与晶态(材料呈低阻状态)之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过测量电阻的大小来实现。

非易失存储器的读操作是通过测量被选中的存储单元的电阻值来实现。一个预设的电压或电流被加于选中的存储单元，同时读取存储单元流过的电流或两端电压；再将读取电流或电压与一个参考电流或电压相比较，即可确定存储单元的相态。灵敏放大器作为读出电路的重要模块，用于产生读出电流并对读出电流和读参考电流进行比较。读取速度和功耗是读出电路两个重要的考核指标。

当存储阵列大于一定规模时，阵列中的寄生效应会使读取电流在读操作开始后剧烈变化，这往往会减慢芯片的读取速度。传统技术方案的阵列中多个灵敏放大器的参考信号都由同一个读参考电压生成电路控制，当其中一个灵敏放大器开始工作时，不工作的灵敏放大器因比较模块和电流转换模块并未完全关闭，产生了严重的漏电。而完全关闭比较模块和电流转换模块需要在电流支路上加入额外的晶体管，又产生了多个负面影响：1.当读取电流和参考电流产生较大差值时，比较模块需要快速产生两个电压相反(即逻辑0和逻辑1)的电压比较信号，而产生时间受晶体管寄生电容限制，额外的晶体管会进一步加大寄生电容，降低了读取速度。2.额外的晶体管破还了已经建立好的寄生电容平衡，寄生匹配模块中晶体管源、漏电压与比较模块中不同，因此对寄生电容的充电时间也不一样，降低了读取速度。

因此，如何改善当前相变存储器读出时间过长和读取功耗过大，并发展相应的电路技术，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种非易失存储器灵敏放大器及相变存储器，用于解决现有技术中相变存储器读出时间过长和读取功耗过大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种非易失存储器灵敏放大器，所述非易失存储器灵敏放大器至少包括：

控制模块、低功耗模块、第一读取电压模块、比较模块、低功耗匹配模块及寄生匹配模块；