專利名稱：選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器、陣列及其讀操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電阻存儲(chǔ)器及其電阻存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器陣 列，尤其涉及一種高讀取可靠性的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器、陣列及其讀操作方法。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體市場(chǎng)中占有重要的地位，由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，不揮 發(fā)存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)器市場(chǎng)中的份額也越來(lái)越大，其中90%以上的份額被FLASH占據(jù)。但 是由于存儲(chǔ)電荷的要求，F(xiàn)LASH不能隨技術(shù)代發(fā)展無(wú)限制拓展，有報(bào)道預(yù)測(cè)FLASH技術(shù)的極 限在32nm左右，這就迫使人們尋找性能更為優(yōu)越的下一代不揮發(fā)存儲(chǔ)器。最近電阻轉(zhuǎn)換存 儲(chǔ)器(resistiveswitching memory)因?yàn)槠涓呙芏取⒌统杀?、可突破技術(shù)代發(fā)展限制的特 點(diǎn)引起高度關(guān)注，所使用的材料有相變材料、摻雜的SrfrO3、鐵電材料PWrTiO3、鐵磁材料 PiVxCaxMnO3、二元金屬氧化物材料、有機(jī)材料等。二元金屬氧化物(如Nb2O5，Al2O3，Ta2O5， TixO, NixO, CuxO等)的電阻存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)電阻材料在組份方面精確控制、與集成電路工 藝兼容性及成本方面的潛在優(yōu)勢(shì)而格外受關(guān)注?，F(xiàn)有技術(shù)的電阻存儲(chǔ)中，習(xí)知根據(jù)電阻存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)的選通管特點(diǎn)，可以分為 ITlR結(jié)構(gòu)和ITxR結(jié)構(gòu)(χ大于或等于2)，其中，ITxR結(jié)構(gòu)是一種復(fù)用選通管結(jié)構(gòu)的電阻存 儲(chǔ)器，通過(guò)多個(gè)存儲(chǔ)電阻R公用一個(gè)選通管，減少了選通MOS管的數(shù)量而降低了每個(gè)存儲(chǔ)電 阻平均對(duì)應(yīng)的芯片布圖面積，能大大提高電阻器的密度?，F(xiàn)有技術(shù)公開了 ITxR電阻存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)示意圖(圖1)。如圖1所示，該電阻存 儲(chǔ)器的特點(diǎn)是4個(gè)存儲(chǔ)電阻公用一個(gè)選通MOS管，只是示意性地給出了 4行2列存儲(chǔ)器陣 列結(jié)構(gòu)，陣列中一共包括8個(gè)ITxR電阻存儲(chǔ)器；包括4條相互平行的字線(橫向)和8條 相互平行的位線(縱向)，字線(WL)和位線(BL)相互垂直；每條位線上還包括一個(gè)位線選 通管，其中102、103、104、105分別為存儲(chǔ)電阻110、111、112、113所連接位線上的位線選通 管；字線與選通管MOS器件的柵極連接；其中電阻存儲(chǔ)器140、150、160、170為第一列的電 阻存儲(chǔ)器。如圖示中ITxR電阻存儲(chǔ)器140為例，ITxR電阻存儲(chǔ)器140包括存儲(chǔ)電阻110、 111、112、113，還包括選通管100。其中，存儲(chǔ)電阻110、111、112、113的一端都與選通管100 的漏端連接，另一端分別連接不同的位線，因此實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)電阻110、111、112、113可以公用 一個(gè)選通管。選通管100的源端連接與陣列中的源線。每條字線與每條位線交叉對(duì)應(yīng)一個(gè) 存儲(chǔ)電阻，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)存儲(chǔ)電阻的單獨(dú)讀取操作。繼續(xù)如圖1所示，當(dāng)對(duì)存儲(chǔ)電阻110進(jìn)行讀操作時(shí)，選通器件100在行譯碼驅(qū)動(dòng)輸 出信號(hào)的控制之下導(dǎo)通，位線譯碼器進(jìn)行譯碼，其輸出使位線選通管102打開，位線選通管 件103、104、105均關(guān)斷，讀到的電流送到敏感放大器與參考電流進(jìn)行比較得到結(jié)果。然而 讀到的電流并不只是通過(guò)存儲(chǔ)電阻110的電流，在這樣結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器陣列中，存在漏電流 (sneakingcurrent)?，F(xiàn)有技術(shù)還公開了圖1中讀存儲(chǔ)電阻110時(shí)實(shí)際的等效電路圖(圖 2)。電流首先通過(guò)選通器件102，一路流過(guò)需要被操作的存儲(chǔ)電阻110，另一路先流過(guò)所選 中列未選中行的存儲(chǔ)電阻，然后分成三路流過(guò)未選中行未選中列的存儲(chǔ)電阻，然后再流過(guò)
4選中行未選中列的存儲(chǔ)電阻，最后與流過(guò)需要被操作的存儲(chǔ)電阻110的電流一同流過(guò)選通 管。圖2中箭頭所示的電流是研究者所希望在存儲(chǔ)單元塊流過(guò)的電流，而其它流過(guò)除存儲(chǔ) 電阻110以外的電流則是漏電流(sneaking current)。因此實(shí)際讀到的電流包括兩部分， 即通過(guò)存儲(chǔ)電阻的電流和漏電流，如果存儲(chǔ)陣列較大，那么漏電流就將占據(jù)讀出電流的大 部分，這樣有可能造成誤讀的情況。因此現(xiàn)有技術(shù)所公開的結(jié)構(gòu)電阻存儲(chǔ)器(圖1)的主要 缺點(diǎn)是讀取可靠性低，其存儲(chǔ)陣列做得越大，讀操作時(shí)漏電流占據(jù)的比例越大，誤讀操作 的可能性越大，因此其限制了向大容量高密度方向發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提高復(fù)用選通管結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器 的讀操作可靠性。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器，包括m個(gè)存 儲(chǔ)電阻、一個(gè)用于控制選通所述存儲(chǔ)電阻的復(fù)用選通管、m條位線，m個(gè)存儲(chǔ)電阻的第一端 均并聯(lián)連接于所述復(fù)用選通管，m個(gè)存儲(chǔ)電阻的第二端對(duì)應(yīng)與m條位線分別連接；并且，還 包括一個(gè)冗余存儲(chǔ)電阻和一條冗余位線，所述冗余存儲(chǔ)電阻的第一端連接于所述復(fù)用選通 管、第二端連接于所述冗余位線；其中m為大于或等于2的整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻存儲(chǔ)器，其中，在讀操作時(shí)所述冗余存儲(chǔ)電阻設(shè)置為高 阻態(tài)。根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻存儲(chǔ)器，其中，所述存儲(chǔ)電阻是二元或者二元以上的多 元金屬氧化物；所述二元或者二元以上的多元金屬氧化物是Cux0、WOx、鎳的氧化物、鈦的氧 化物、鋯的氧化物、鋁的氧化物、鈮的氧化物、鉭的氧化物、鉿的氧化物、鉬的氧化物、鋅的氧 化物、SrZr03> PbZrTiO3^ Pr1^xCaxMnO3之一。所述復(fù)用選通管是雙極型晶體管、MOS管、二極 管之一。所述字線或冗余字線上均包括與所述存儲(chǔ)電阻第二端連接的位線選通管。作為較佳實(shí)施例電阻存儲(chǔ)器，所述復(fù)用選通管是MOS選通管時(shí)，所述m個(gè)存儲(chǔ)電阻 和一個(gè)冗余存儲(chǔ)存儲(chǔ)的第一端均并聯(lián)連接于所述MOS選通管的漏端，所述電阻存儲(chǔ)器還包 括與MOS選通管的柵極連接的字線、與MOS選通管的源端連接的源線。本發(fā)明進(jìn)一步提供由若干以上較佳實(shí)施例電阻存儲(chǔ)器組成的電阻存儲(chǔ)器陣列，多 個(gè)所述電阻存儲(chǔ)器按a行、b列排列，每行每個(gè)電阻存儲(chǔ)器的MOS選通管同時(shí)通過(guò)柵極連接 于同一字線，每行每個(gè)電阻存儲(chǔ)器的MOS選通管的源端同時(shí)連接于同一源線，每列電阻存 儲(chǔ)器的公用所述m條位線以及一條冗余位線；其中a和b為大于或等于2的整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻存儲(chǔ)器陣列，其中，所述電阻存儲(chǔ)器陣列還包括電流加法器，其第一輸入端與所述位線連接，其第二輸入端與所述冗余位線連 接；電流比較器，其第一輸入端與所述電流加法器的輸出端連接，其第二輸入端輸入 參考電流；鎖存器，電流比較器的輸出端連接鎖存器的輸入端。根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻存儲(chǔ)器陣列，其中，一條源線同時(shí)連接于兩相鄰行電阻 存儲(chǔ)器的源端。所述電阻存儲(chǔ)器陣列還包括與所述字線連接的行譯碼器、與所述位線連接 的列譯碼器。
本發(fā)明同時(shí)提供該發(fā)明電阻存儲(chǔ)器的讀操作方法，包括以下步驟(1)所述冗余存儲(chǔ)電阻的初始態(tài)設(shè)置為高阻態(tài)；(2)同時(shí)選中某一位線和冗余位線施加讀操作電壓，流過(guò)所述選中的位線的電流 為第一電流，流過(guò)所述冗余位線的電流為第二電流；(3)如果所述第一電流與所述第二電流相等，則與所述選中的位線連接的存儲(chǔ)電 阻為高阻態(tài)，否則，所述選中的位線連接的存儲(chǔ)電阻為低阻態(tài)。本發(fā)明進(jìn)一步提供該發(fā)明電阻存儲(chǔ)器陣列的讀操作方法，包括以下步驟(1)所述冗余存儲(chǔ)電阻的初始態(tài)設(shè)置為高阻態(tài)；(2)在一條選中的位線和冗余位線上同時(shí)施加讀操作電壓，流過(guò)所述選中的位線 的電流為第一電流，流過(guò)所述冗余位線的電流為第二電流；(3)通過(guò)電流減法器計(jì)算出第一電流與第二電流作的差值；(4)所述電流減法器的差值輸出電流與參考電流同時(shí)輸入至電流比較器，電流比 較器輸出比較結(jié)果，根據(jù)比較結(jié)果判斷選中的位線的存儲(chǔ)電阻的存儲(chǔ)狀態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)效果是，本發(fā)明提供的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器中包括一用于 讀取數(shù)據(jù)的冗余位線和冗余存儲(chǔ)電阻，讀操作時(shí)，流過(guò)選中位線的電流與流過(guò)冗余位線的 電流進(jìn)行比較，可以讀出選中位線上的存儲(chǔ)電阻的數(shù)據(jù)狀態(tài)；進(jìn)一步，由這種選通管復(fù)用結(jié) 構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器排列組成的電阻存儲(chǔ)器陣列，由于讀操作時(shí)，流過(guò)選中位線的電流與流過(guò) 冗余位線的電流均包括由于同一陣列結(jié)構(gòu)引起漏電流，用作比較標(biāo)準(zhǔn)的流過(guò)冗余位線的電 流考慮了陣列漏電流因素，因此，該電阻存儲(chǔ)器陣列可以避免因漏電流導(dǎo)致的誤讀取操作， 電阻存儲(chǔ)器陣列從而具有高可靠性的特點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的ITxR電阻存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示電阻存儲(chǔ)器讀操作時(shí)的實(shí)際等效電路圖。圖3是本發(fā)明所提供的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)電阻存儲(chǔ)器的實(shí)施例示意圖。圖4是本發(fā)明提供的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)電阻存儲(chǔ)器陣列的實(shí)施例示意圖。圖5是本發(fā)明提供的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)電阻存儲(chǔ)器陣列的又一實(shí)施例示意圖。圖6是圖5所示電阻存儲(chǔ)器陣列實(shí)施例的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱一個(gè)元件在“另一個(gè)元件上”或“在另一個(gè)元件上延伸”時(shí)，這個(gè)元 件可以直接在“另一個(gè)元件上”或直接“在另一個(gè)元件上延伸”，或也可能存在插入元件。相 反，當(dāng)稱一個(gè)元件直接在“另一個(gè)元件上”或直接“在另一個(gè)元件上延伸”時(shí)，不存在插入元 件。當(dāng)稱一個(gè)元件與“另一個(gè)元件連接”或“與另一個(gè)元件耦接”時(shí)，這個(gè)元件可以直接連 接或耦接到另一個(gè)元件，或也可以存在插入元件，相反，當(dāng)稱一個(gè)元件直接與“另一個(gè)元件 連接”或直接“與另一個(gè)元件耦接”時(shí)，不存在插入元件。實(shí)施例1
圖3所示為本發(fā)明所提供的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)電阻存儲(chǔ)器的實(shí)施例示意圖。如圖3 所示，該電阻存儲(chǔ)器單元包括一個(gè)選通管100和5個(gè)存儲(chǔ)電阻110、111、112、113、114 ；在該 實(shí)施例中，選通管100為MOS管器件，其中，5個(gè)存儲(chǔ)電阻110、111、112、113、114的一端都 與選通管100的漏端連接，從而五個(gè)存儲(chǔ)電阻110、111、112、113、114并聯(lián)連接于所述選通 管100上，同時(shí)，5個(gè)存儲(chǔ)電阻110、111、112、113、114的另一端分別連接于位線BL_0、BL_1、 BL_2、BL_3、BL_4，從而實(shí)現(xiàn)5個(gè)存儲(chǔ)電阻110、111、112、113、114共用一個(gè)選通管。選通管 100的柵極與字線WL_0連接，通過(guò)行譯碼器可以選中字線WL_0并在其上面施加電壓信號(hào)使 選通管100導(dǎo)通；選通管100的源端與源線SL_0連接，源線上偏置的電壓可以為OV ；如果 字線BL_0、BL_1、BL_2、BL_3、BL_4中的任意位線通過(guò)列譯碼器選中，并在該選中的位線上 施加讀或者寫電壓，就可以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)選中位線上的存儲(chǔ)電阻的讀或者寫操作。在該存儲(chǔ) 器單元中，存儲(chǔ)電阻114定義為冗余存儲(chǔ)電阻，其參數(shù)特性、制造工藝均與其它存儲(chǔ)電阻相 同，與冗余存儲(chǔ)電阻114連接的位線BL_4定義為冗余位線。冗余存儲(chǔ)電阻114并不用來(lái)存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它是用來(lái)在讀操作時(shí)提供讀操作的參考電流，因此在該電阻存儲(chǔ)器讀操作時(shí)，冗余 存儲(chǔ)電阻114設(shè)置為高阻態(tài)。以讀取存儲(chǔ)電阻110的數(shù)據(jù)為例，通過(guò)選中字線WL_0使選通 管100導(dǎo)通，同時(shí)選中位線BL_0和BL_4、并施加相同讀信號(hào)，由于冗余存儲(chǔ)電阻114為高阻 態(tài)，所以在BL_4施加讀信號(hào)后，通過(guò)冗余存儲(chǔ)電阻114的第一電流為固定值，而通過(guò)存儲(chǔ)電 阻110的電流值(定義為第二電流)可能根據(jù)其為高阻態(tài)或者低阻態(tài)而有所不同，對(duì)第一 電流和第二電流進(jìn)行大小比較，如果相等，則存儲(chǔ)電阻110為高阻態(tài)，如果第二電流小于第 一電流，則存儲(chǔ)電阻110為低阻態(tài)，依據(jù)上述原理，可以讀出存儲(chǔ)電阻110的數(shù)據(jù)狀態(tài)。同 理也可以對(duì)存儲(chǔ)電阻111、112、113分別讀取。在該實(shí)施例中，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)電阻為4個(gè)、冗 余存儲(chǔ)電阻為1個(gè)，具體存儲(chǔ)電阻的數(shù)量不受本發(fā)明限制，為兩個(gè)或者兩個(gè)以上即可。存儲(chǔ) 電阻110、111、112、113和冗余存儲(chǔ)電阻114為二元或者二元以上的多元金屬氧化物，可以 是Cux0、WOx、鎳的氧化物、鈦的氧化物、鋯的氧化物、鋁的氧化物、鈮的氧化物、鉭的氧化物、 鉿的氧化物、鉬的氧化物、鋅的氧化物、SrZrO3> PbZrTiO3^ Pr1^xCaxMnO3等具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換特性 的氧化物。每條字線或冗余字線上均包括與存儲(chǔ)電阻或冗余存儲(chǔ)電阻串聯(lián)連接的位線選通 管(圖中未示出)，位線選通管可以用來(lái)選中位線。選通管100的具體類型不受本發(fā)明限 制，可以是雙極型晶體管、或者二極管，當(dāng)選通管100為雙極型晶體管時(shí)，字線WL_0連接于 所述雙極型晶體管的基極，當(dāng)選通管100為二極管時(shí)，字線WL_0連接于二極管的一端，二極 管的另一端被存儲(chǔ)電阻連接。實(shí)施例2圖4所示為本發(fā)明提供的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)電阻存儲(chǔ)器陣列的實(shí)施例示意圖。在該 實(shí)施例中，電阻存儲(chǔ)器陣列由圖3所示電阻存儲(chǔ)器按照行和列的排列形式組合排列而成， 其中，示意性地給出了 4行2列電阻存儲(chǔ)器陣列，一共包括8個(gè)圖3所示的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu) 電阻存儲(chǔ)器。每行每個(gè)電阻存儲(chǔ)器的MOS選通管同時(shí)通過(guò)柵極連接于同一字線；每行每個(gè) 電阻存儲(chǔ)器的MOS選通管的源端同時(shí)連接于同一源線；每列電阻存儲(chǔ)器的公用4條位線以 及一條冗余位線，例如，位線BLl同時(shí)連接同一列不同電阻存儲(chǔ)器中的第一個(gè)存儲(chǔ)電阻，冗 余位線DBL同一列不同電阻存儲(chǔ)器中的冗余存儲(chǔ)電阻114、115、116、117 ；該存儲(chǔ)陣列中所 包括的字線、位線和源線的數(shù)量不受本發(fā)明限制，和存儲(chǔ)陣列的存儲(chǔ)容量有關(guān)。字線與外圍 電路模塊的行譯碼器連接，位線與外圍電路模塊的讀出放大器和寫驅(qū)動(dòng)器同時(shí)連接，位線選通管102、103、104、105、106的控制端與外部的列譯碼器連接。繼續(xù)如圖4所示，同樣以讀取對(duì)第一行第一列的存儲(chǔ)電阻110的數(shù)據(jù)狀態(tài)為例，根 據(jù)背景技術(shù)知識(shí)介紹可知，通過(guò)位線選通管102的讀電流Is包括通過(guò)存儲(chǔ)電阻100的電流
以及陣列漏電流12，通過(guò)冗余位線上的位線選通管106的電流、包括通過(guò)高阻態(tài)的冗余 存儲(chǔ)電阻的電流13以及陣列漏電流14，其中12和14是幾乎相等的，當(dāng)采用比較的方法來(lái)讀 取數(shù)據(jù)時(shí)，由于用于作比較的標(biāo)準(zhǔn)Id也考慮了陣列漏電流因素，因此，該電阻存儲(chǔ)器陣列可 以避免因漏電流導(dǎo)致的誤讀取操作。本實(shí)施例進(jìn)一步提供為實(shí)現(xiàn)讀操作而設(shè)置的外圍電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)施例3圖5所示為本發(fā)明提供的選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)電阻存儲(chǔ)器陣列的又一實(shí)施例示意圖， 該實(shí)施例與圖4所示實(shí)施例電阻存儲(chǔ)器陣列的主要區(qū)別在于還包括用于讀取操作的外圍 電路模塊。如圖5所示，該電阻存儲(chǔ)器陣列包括電流減法器306、電流比較器307、鎖存器 308 ；其中，電流減法器306的第一輸入端與位線BL1連接，第二輸入端與冗余位線DBL連 接，從而在讀操作時(shí)，流過(guò)位線BL1的電流可以輸入電流減法器306的第一輸入端，流過(guò)冗 余位線DBL的電流可以輸入電流減法器306的第二輸入端；電流比較器307的第一輸入端 與電流減法器306的輸出端連接，其第二輸入端輸入?yún)⒖茧娏鳎浑娏鳒p法器306的輸出結(jié) 果與參考電流比較得出的結(jié)果輸出至鎖存器308。該實(shí)施例在電阻存儲(chǔ)器陣列于圖4所示 電阻存儲(chǔ)器陣列的另一區(qū)別在于選擇其中相鄰兩行的電阻存儲(chǔ)器共用一條源線，例如字線 WL_1所控制的第一行與字線WL_2所控制的第二行共用源線SL1，因此可以節(jié)約芯片面接； 同樣，字線WL_3所控制的第三行與字線WL_4所控制的第四行共用源線SL2。實(shí)施例4圖6所示為圖5所示電阻存儲(chǔ)器陣列實(shí)施例的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示， 假如陣列中存儲(chǔ)電阻110是需要被讀出的存儲(chǔ)電阻，300是讀電壓控制線，301-304是字線， BL1是選中的位線，DBL是冗余位線，M0S管311和312組成電流鏡，M0S管313和314組成 電流鏡，M0S管315和316組成電流鏡，M0S管317分別與318和319組成電流鏡，M0S管 320分別與M0S管321、322組成電流鏡，M0S管323和324組成電流鏡，M0S管325和326 組成電流鏡，M0S管327是等同化管，用于將電流信號(hào)等同轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，331和332分別 是寄生電容，333是電壓比較器，334是鎖存器。340是選中列BL1的位線選通管，341是冗 余位線的位線選通管。繼續(xù)如圖6所示，結(jié)合圖5和圖6所示，具體說(shuō)明其讀操作的方法。具體包括以下 步驟(1)所述冗余存儲(chǔ)電阻的初始態(tài)設(shè)置為高阻態(tài)。在進(jìn)行讀操作之前，需要將耦接至冗余位線DBL上的存儲(chǔ)電阻都改寫為高阻。當(dāng) 需要進(jìn)行對(duì)選中的存儲(chǔ)電阻110讀操作時(shí)，首先導(dǎo)通等同化M0S管327，使得寄生電容331 和332中的電荷量相同，此時(shí)電壓比較器333沒有輸出電壓。(2)在一條選中的位線和冗余位線上同時(shí)施加讀操作電壓，流過(guò)所述選中的位線 的電流為第一電流，流過(guò)所述冗余位線的電流為第二電流。在該步驟中，具體為，關(guān)閉等同化M0S管327，在讀電壓控制線300上施加讀電壓， 讀電壓通常為0. 6V，選中列的列選通管340和冗余列的列選通管341同時(shí)打開，使得選中的位線BL1和冗余位線DBL上都有一個(gè)讀電壓。讀電壓在選中的位線BL1上產(chǎn)生一個(gè)第一電 流Is，Is由兩部分組成流過(guò)選中存儲(chǔ)電阻的電流1。611、流過(guò)未選中存儲(chǔ)電阻網(wǎng)絡(luò)的漏電流 Isneakl。讀電壓在冗余位線DBL上產(chǎn)生一個(gè)第二電流Id，同樣Id由兩部分組成流過(guò)冗余存 儲(chǔ)電阻的電流Id_y、漏電流Isn6ak2。由于選中的存儲(chǔ)電阻110與冗余存儲(chǔ)電阻處于同一個(gè)存
儲(chǔ)電阻陣列網(wǎng)絡(luò)，因此可以認(rèn)為它們的漏電流I sneakl、^ sneak2 是相互相等的，即I sneakl I sneak2°(3)通過(guò)減法器計(jì)算出第一電流與第二電流作的差值。如果選中的存儲(chǔ)電阻110處于高阻狀態(tài)，那么流過(guò)選中存儲(chǔ)電阻的電流I。ell和流 過(guò)冗余存儲(chǔ)電阻114的電流Id_y也相等，因此可以得到Is_Id = 0 ；如果選中的存儲(chǔ)電阻 110處于低阻狀態(tài)，那么流過(guò)選中存儲(chǔ)電阻的電流1。611大于流過(guò)冗余存儲(chǔ)電阻114的電流 Id_y，可以得到 IS_Id>0。(4)所述電流減法器的差值輸出電流與參考電流同時(shí)輸入至電流比較器，電流比 較器輸出比較結(jié)果，根據(jù)比較結(jié)果判斷選中的位線的存儲(chǔ)電阻的存儲(chǔ)狀態(tài)。電流減法器的差值(Is_Id)與參考電流同時(shí)輸入至電流比較器，比較(Is_Id)與參 考電流的大小，根據(jù)比較結(jié)果判斷選中的位線的存儲(chǔ)電阻的存儲(chǔ)狀態(tài)。下面結(jié)合讀操作方法步驟具體介紹電流減法器、電流比較器、鎖存器的具體結(jié)構(gòu) 及工作原理。M0S管311和M0S管312組成電流鏡，復(fù)制讀電壓在選中的位線BL1上產(chǎn)生 一個(gè)電流Is，這樣流過(guò)M0S管312的電流為Is，M0S管313和M0S管314以及M0S管315和 M0S管316分別組成電流鏡，復(fù)制讀電壓在冗余位線DBL上產(chǎn)生一個(gè)電流Id，這樣流過(guò)M0S 管316的電流為Id，因此流過(guò)M0S管317的電流大小I。= Is_Id。M0S管317和M0S管318 組成電流鏡，復(fù)制流過(guò)M0S管317的電流I。，這樣流過(guò)M0S管318的電流也為I。，M0S管320 和M0S管322以及M0S管325和M0S管326分別組成電流鏡，復(fù)制流過(guò)M0S管322的參考 電流I,，使得流過(guò)M0S管325的電流大小為I,，這樣流過(guò)寄生電容331的瞬態(tài)電流為1。_仁。 同樣，M0S管321和M0S管322組成電流鏡，復(fù)制流過(guò)M0S管322的參考電流I,，這樣流過(guò) M0S管321的電流也為I,，M0S管317和M0S管319以及M0S管323和M0S管324分別組成 電流鏡，復(fù)制流過(guò)M0S管317的電流I。，使得流過(guò)M0S管324的電流大小為I。，這樣流過(guò)寄 生電容332的瞬態(tài)電流為仁-I。。當(dāng)選中的存儲(chǔ)電阻110處于低阻狀態(tài)時(shí)，I。= Is-Id > 0， 當(dāng)選中的存儲(chǔ)電阻110處于高阻狀態(tài)時(shí)，I。= Is-Id = 0可以選擇合適的參考電流使得 當(dāng)選中的存儲(chǔ)電阻110處于低阻狀態(tài)時(shí)，I。> Ir,當(dāng)選中的存儲(chǔ)電阻110處于高阻狀態(tài)時(shí)， I。<仁。如果I。> 則仁< I。，就會(huì)對(duì)寄生電容331充電，對(duì)寄生電容332放電，造成電 壓比較器333的正極電壓抬高，負(fù)極電壓降低，電壓比較器的輸出就會(huì)是高電平，通過(guò)后級(jí) 鎖存器334就能將讀出的數(shù)據(jù)鎖存起來(lái)。如果I。< 則L > I。，就會(huì)對(duì)寄生電容331放 電，對(duì)寄生電容332充電，造成電壓比較器333的正極電壓降低，負(fù)極電壓抬高，電壓比較器 的輸出就會(huì)是低電平，同樣通過(guò)后級(jí)鎖存器334就能將讀出的數(shù)據(jù)鎖存起來(lái)。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說(shuō)明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器，包括m個(gè)存儲(chǔ)電阻、一個(gè)用于控制選通所述存儲(chǔ)電阻的復(fù)用選通管、m條位線，m個(gè)存儲(chǔ)電阻的第一端均并聯(lián)連接于所述復(fù)用選通管，m個(gè)存儲(chǔ)電阻的第二端對(duì)應(yīng)與m條位線分別連接，其特征在于所述電阻存儲(chǔ)器，還包括一個(gè)冗余存儲(chǔ)電阻和一條冗余位線，所述冗余存儲(chǔ)電阻的第一端連接于所述復(fù)用選通管、第二端連接于所述冗余位線；其中m為大于或等于2的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻存儲(chǔ)器，其特征在于，在讀操作時(shí)所述冗余存儲(chǔ)電阻設(shè) 置為高阻態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻存儲(chǔ)器，其特征在于，所述存儲(chǔ)電阻是二元或者二元以 上的多元金屬氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電阻存儲(chǔ)器，其特征在于，所述二元或者二元以上的多元金 屬氧化物是CuxO、WOx、鎳的氧化物、鈦的氧化物、鋯的氧化物、鋁的氧化物、鈮的氧化物、鉭的 氧化物、鉿的氧化物、鉬的氧化物、鋅的氧化物、SrZrO3> PbZrTiO3或PivxCaxMnO3之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻存儲(chǔ)器，其特征在于，所述復(fù)用選通管是雙極型晶體管、 MOS管或二極管之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電阻存儲(chǔ)器，其特征在于，所述復(fù)用選通管是MOS選通管時(shí)， 所述m個(gè)存儲(chǔ)電阻和一個(gè)冗余存儲(chǔ)存儲(chǔ)的第一端均并聯(lián)連接于所述MOS選通管的漏端，所 述電阻存儲(chǔ)器還包括與MOS選通管的柵極連接的字線、與MOS選通管的源端連接的源線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻存儲(chǔ)器，其特征在于，所述字線或冗余字線上均包括與 所述存儲(chǔ)電阻第二端連接的位線選通管。
8.一種包括若干權(quán)利要求6所述電阻存儲(chǔ)器的電阻存儲(chǔ)器陣列，其特征在于，多個(gè)電 阻存儲(chǔ)器按a行、b列排列，每行每個(gè)電阻存儲(chǔ)器的MOS選通管同時(shí)通過(guò)柵極連接于同一字 線，每行每個(gè)電阻存儲(chǔ)器的MOS選通管的源端同時(shí)連接于同一源線，每列電阻存儲(chǔ)器的公 用所述m條位線以及一條冗余位線；其中a和b為大于或等于2的整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電阻存儲(chǔ)器陣列，其特征在于，所述電阻存儲(chǔ)器陣列還包括電流加法器，其第一輸入端與所述位線連接，其第二輸入端與所述冗余位線連接；電流比較器，其第一輸入端與所述電流加法器的輸出端連接，其第二輸入端輸入?yún)⒖?電流；鎖存器，電流比較器的輸出端連接鎖存器的輸入端。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電阻存儲(chǔ)器陣列，其特征在于，一條源線同時(shí)連接于兩相鄰 行電阻存儲(chǔ)器的源端。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電阻存儲(chǔ)器陣列，其特征在于，還包括與所述字線連接的行 譯碼器、與所述位線連接的列譯碼器。
12.—種如權(quán)利要求1所述電阻存儲(chǔ)器的讀操作方法，其特征在于，包括以下步驟(1)所述冗余存儲(chǔ)電阻的初始態(tài)設(shè)置為高阻態(tài)；(2)同時(shí)選中某一位線和冗余位線施加讀操作電壓，流過(guò)所述選中的位線的電流為第 一電流，流過(guò)所述冗余位線的電流為第二電流；(3)如果所述第一電流與所述第二電流相等，則與所述選中的位線連接的存儲(chǔ)電阻為 高阻態(tài)，否則，所述選中的位線連接的存儲(chǔ)電阻為低阻態(tài)。
13.—種如權(quán)利要求9所述電阻存儲(chǔ)器陣列的讀操作方法，其特征在于，包括以下步驟(1)所述冗余存儲(chǔ)電阻的初始態(tài)設(shè)置為高阻態(tài)；(2)在一條選中的位線和冗余位線上同時(shí)施加讀操作電壓，流過(guò)所述選中的位線的電 流為第一電流，流過(guò)所述冗余位線的電流為第二電流；(3)通過(guò)電流減法器計(jì)算出第一電流與第二電流作的差值；(4)所述電流減法器的差值輸出電流與參考電流同時(shí)輸入至電流比較器，電流比較器 輸出比較結(jié)果，根據(jù)比較結(jié)果判斷選中的位線的存儲(chǔ)電阻的存儲(chǔ)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明屬存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器、陣列及其讀操作方法。本發(fā)明的電阻存儲(chǔ)器中包括一條用于讀取數(shù)據(jù)的冗余位線和一個(gè)冗余存儲(chǔ)電阻，讀操作時(shí)，流過(guò)選中位線的電流與流過(guò)冗余位線的電流進(jìn)行比較，可以讀出選中位線上的存儲(chǔ)電阻的數(shù)據(jù)狀態(tài)；進(jìn)一步，由這種選通管復(fù)用結(jié)構(gòu)的電阻存儲(chǔ)器排列組成的電阻存儲(chǔ)器陣列，可以避免因漏電流導(dǎo)致的誤讀取操作，該電阻存儲(chǔ)器陣列具有高可靠性的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G11C16/26GK101872645SQ20091005010
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者張佶, 林殷茵, 謝玉鳳, 金鋼 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)