專利名稱：由多維存儲(chǔ)器狀態(tài)特征化的已存儲(chǔ)多比特?cái)?shù)據(jù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里公開的主題涉及提高存儲(chǔ)器裝置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度。
背景技術(shù)：
例如，相變存儲(chǔ)器(PCM)和阻抗隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)通常通過將存儲(chǔ)器單元放 置在表示“1”或“0”兩個(gè)物理狀態(tài)的任一個(gè)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。一個(gè)這種狀態(tài)可以與另一個(gè)狀態(tài) 區(qū)分，例如在讀取過程期間，如果每一個(gè)狀態(tài)的電阻不同。例如，這種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的處理可以 使得能夠每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)一個(gè)比特。將這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的密度增加為每個(gè)存儲(chǔ)器單元 大于一個(gè)比特可以產(chǎn)生多種優(yōu)勢(shì)，例如減小的存儲(chǔ)器制造成本和/或較小的存儲(chǔ)器裝置， 只舉幾個(gè)有限的示例。

發(fā)明內(nèi)容


將參考附圖描述非限制性和非排除性示例，其中除非另有聲明，貫穿全文類似的 參考數(shù)字表示類似的部分。圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元阻抗值對(duì)脈沖幅度函數(shù)的曲線。圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的閾值電壓值和存儲(chǔ)器單元的低電場(chǎng)阻抗的曲線。圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的施加到存儲(chǔ)器單元的電流對(duì)電壓的曲線。圖4示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的施加到存儲(chǔ)器單元的電流對(duì)電壓的曲線。圖5是根據(jù)實(shí)施例的用于存儲(chǔ)器單元的寫入處理的流程圖。圖6是根據(jù)實(shí)施例的用于存儲(chǔ)器單元的讀取處理的流程圖。圖7是說明了計(jì)算系統(tǒng)的典型實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式貫穿該實(shí)施例對(duì)于“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的參考意味著特定特征、結(jié)構(gòu)或與 在所要求權(quán)利主題的至少一個(gè)實(shí)施例中所包括的實(shí)施例結(jié)合描述的特性。因此，貫穿該說 明書的不同位置的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“實(shí)施例”不必全部表示相同的實(shí)施例。另外， 可以在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中組合所述特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性。在實(shí)施例中，可以通過由彼此無關(guān)的多個(gè)狀態(tài)變量特征化的存儲(chǔ)器單元狀態(tài)來表 示數(shù)據(jù)，將包括多于一個(gè)比特的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中。例如，與第二狀態(tài)變量無關(guān)的第 一狀態(tài)變量可以意味著在實(shí)質(zhì)上不影響第二狀態(tài)的情況下可以改變或者更改第一狀態(tài)變 量，反之亦然。在另一個(gè)示例中，在相對(duì)較低電壓下測(cè)量的存儲(chǔ)器單元的阻抗(第一狀態(tài)變 量)可以與相同存儲(chǔ)器單元的閾值電壓(第二狀態(tài)變量)無關(guān)。這種存儲(chǔ)器單元可以包括相變存儲(chǔ)器(PCM)、阻抗隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)或者其 他這種阻抗變化存儲(chǔ)器的一部分，只列舉了幾個(gè)示例。這里，存儲(chǔ)器單元可以包括存儲(chǔ)器裝置的最小可尋址單元。例如，可以由存儲(chǔ)器裝置中的多個(gè)其他存儲(chǔ)器單元的唯一地址來識(shí) 別的PCM存儲(chǔ)器單元可以包括頂部和底部電極、加熱器和相變材料。在另一個(gè)示例中，存儲(chǔ) 器單元可以包括存儲(chǔ)少到一個(gè)比特信息的存儲(chǔ)器的可尋址部分。在一種實(shí)現(xiàn)中，單獨(dú)的存 儲(chǔ)器單元可以包含空間連續(xù)并且可編程的分卷元件(volume element)，所述分卷元件由其 中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的阻抗變化材料構(gòu)成?？梢酝ㄟ^施加給存儲(chǔ)器單元的寫入操作建立和/或通過 讀取操作檢測(cè)存儲(chǔ)器單元狀態(tài)。這種存儲(chǔ)器單元狀態(tài)或狀態(tài)變量可以是基于或者至少部分 地基于存儲(chǔ)器單元的物理性質(zhì)。存儲(chǔ)器單元狀態(tài)或狀態(tài)變量可以是時(shí)間無關(guān)的或者時(shí)間相 關(guān)的，其中例如時(shí)間相關(guān)性可以由存儲(chǔ)器單元隨時(shí)間的結(jié)構(gòu)或物理變化來產(chǎn)生。對(duì)于狀態(tài) 變量，這種結(jié)構(gòu)改變的時(shí)間相關(guān)性不必依賴于用于對(duì)存儲(chǔ)器單元編程(寫入)的方法。存 儲(chǔ)由多個(gè)獨(dú)立狀態(tài)變量特征化的存儲(chǔ)器單元狀態(tài)表示的數(shù)據(jù)可以提供這樣的優(yōu)勢(shì)，例如通 過增加存儲(chǔ)器裝置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度來減小每個(gè)存儲(chǔ)器兆比特的制造成本。當(dāng)然，如上所述 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的益處和細(xì)節(jié)僅僅是示例益處，所要求權(quán)利的主題沒有這樣限制。在實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)可以由多個(gè)無關(guān)狀態(tài)變量Xl (t)、X2 (t)、X3 (t)、 x4(t)-xn(t)來特征化，其中η是整數(shù)。然后可以通過η維狀態(tài)函數(shù)來描述存儲(chǔ)器單元的 狀態(tài)，S卩ξ (t) = ξ (X1 (t)，X2 (t), X3 (t), x4 (t),…、(^)?？梢员舜霜?dú)立地調(diào)節(jié)或者調(diào) 諧這種η狀態(tài)變量。例如，可以通過選擇包括特定值的第一狀態(tài)變量來特征化在存儲(chǔ)器單 元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。也可以通過與第一狀態(tài)變量獨(dú)立地選擇和/或調(diào)節(jié)第二狀態(tài)變量來特征 化在所述存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。因此，與只存儲(chǔ)由單一狀態(tài)變量特征化存儲(chǔ)器單元相 比，存儲(chǔ)器單元的這種特征化可以允許所述存儲(chǔ)器單元按照相對(duì)更高的密度來存儲(chǔ)諸如比 特?cái)?shù)據(jù)之類的數(shù)據(jù)。具體地例如，這種η維存儲(chǔ)器單元狀態(tài)的使用可以導(dǎo)致針對(duì)給定單元 大小和/或光刻節(jié)點(diǎn)，從而減小每兆比特存儲(chǔ)器的制造成本。圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的阻性存儲(chǔ)器單元的阻抗值110對(duì)施加到所述存儲(chǔ)器單元 的方波寫入脈沖的脈沖幅度的曲線?？梢酝ㄟ^包括中間阻抗?fàn)顟B(tài)(多級(jí)存儲(chǔ)器)的一個(gè)狀 態(tài)變量來對(duì)在這種存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征化例如，在PCM中，通過使用合適的 寫入脈沖幅度將單元編程為部分非晶(或部分結(jié)晶)狀態(tài)來增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度。對(duì)于單獨(dú) 的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以將存儲(chǔ)器單元預(yù)先準(zhǔn)備為“完全”非晶(高阻)狀態(tài)120。這種存儲(chǔ)器單元 也可以處于完全地結(jié)晶(低阻)狀態(tài)130。按照這種模式，可以獲得中間阻抗?fàn)顟B(tài)的連續(xù) 譜。然而在實(shí)際的條件下，由于難以區(qū)分多個(gè)狀態(tài)，只可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較小分立個(gè)數(shù)的狀態(tài) 140，其中檢測(cè)這種狀態(tài)可以包括測(cè)量所述存儲(chǔ)器單元中電流和/或電壓的相對(duì)較小差別。 為了說明示例，每個(gè)單元存儲(chǔ)三個(gè)數(shù)據(jù)比特可以包含8個(gè)分立的阻抗級(jí)別120、130以及組 合的6個(gè)級(jí)別140，盡管所要求權(quán)利要求的主體并沒有如此限制。為了數(shù)學(xué)地描述圖1的方面，可以通過1維狀態(tài)函數(shù)ξ對(duì)阻性存儲(chǔ)器單元的狀態(tài) 進(jìn)行特征化。換句話說，可以通過單一的狀態(tài)參數(shù)(或者狀態(tài)變量來識(shí)別所述存儲(chǔ)器單元 的狀態(tài)，所述狀態(tài)參數(shù)可以包括在相對(duì)較低電場(chǎng)或較低電壓(非破壞性讀取)下測(cè)量的電 阻PlOT。因此，所述狀態(tài)函數(shù)可以取通用形式ξ = Plow(Plow)0因此，Plw中的下表“l(fā)ow” 強(qiáng)調(diào)了可以在相對(duì)較低的電場(chǎng)(或電壓)下測(cè)量阻抗以避免存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)中的永久改 變。為了說明特定的示例，在施加單獨(dú)的變成脈沖之前，可以使用1.58mA幅度的方波脈沖 將存儲(chǔ)器單元初始設(shè)定為完全非晶/高阻狀態(tài)。當(dāng)然，這種編程脈沖的詳情只是示例，所要 求權(quán)利要求的本發(fā)明主體并沒有這樣限制。
如上所述，可以通過多個(gè)獨(dú)立狀態(tài)變量Xl、x2, x3> ^…、，其中η是整數(shù)(沒有明 確示出時(shí)間變量t，盡管應(yīng)該理解的是這種狀態(tài)變量可以是時(shí)間依賴的)。Ni可以表示多個(gè) 狀態(tài)，單獨(dú)的狀態(tài)變量Xi可以在實(shí)際環(huán)境下(例如考慮在測(cè)量這些狀態(tài)時(shí)所包含的物理限 制)包括所述狀態(tài)。然后可以將由所述多個(gè)狀態(tài)函數(shù)ξ表示的可用存儲(chǔ)器狀態(tài)的最大個(gè)數(shù)Nmax表達(dá) 為每個(gè)狀態(tài)變量Ni的可用狀態(tài)的乘積
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)兩個(gè)或多個(gè)比特，其中所述存儲(chǔ)的比特由兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量至 少部分地基于所述存儲(chǔ)器單元的物理性質(zhì)來特征化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)包括閾值電壓和 /或低電場(chǎng)阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)至少部分地基于 寫入脈沖的幅度和/或下降沿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)包括高電場(chǎng)阻抗 和/或低電場(chǎng)阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在測(cè)量所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量之一之后，測(cè)量所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量的另一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括通過向所述存儲(chǔ)器單元施加第一電壓或電流來讀取所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量之一；以及通過向所述存儲(chǔ)器單元施加第二電壓或電流來讀取所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量的另一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括通過施加所述寫入脈沖來存儲(chǔ)所述多于一個(gè)比特。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述存儲(chǔ)器單元包括相變存儲(chǔ)器PCM單元或者阻 性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RRAM。
9.一種非易失性存儲(chǔ)器裝置，包括 存儲(chǔ)器單元陣列；以及控制器，用于在所述存儲(chǔ)器單元陣列的存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)兩個(gè)或多個(gè)比特，其中所述存儲(chǔ)的比特由 兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量至少部分地基于所述存儲(chǔ)器單元的物理性質(zhì)來特征化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)包 括閾值電壓和/或低電場(chǎng)阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)至 少部分地基于寫入脈沖的幅度和/或下降沿。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)包 括高電場(chǎng)阻抗和/或低電場(chǎng)阻抗。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括在讀取所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量之一之后，讀取所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量的另一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括通過向所述存儲(chǔ)器單元施加第一電壓或電流來讀取所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量之一；以及通過向所述存儲(chǔ)器單元施加第二電壓或電流來讀取所述兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量的另一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括通過施加所述寫入脈沖來存儲(chǔ)所述多于一個(gè)比特。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器單元包括相變存儲(chǔ)器PCM 單元或者阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RRAM。
17.一種系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器裝置包括存儲(chǔ)器單元，所述存儲(chǔ)器單元一次存儲(chǔ)兩個(gè)或多個(gè)比特，所述存儲(chǔ)器 單元是由脈沖可寫入的，所述脈沖包括電流幅度和下降沿；控制器，通過向所述存儲(chǔ)器單元施加所述脈沖來寫入所述多于一個(gè)比特，其中所述兩 個(gè)或多個(gè)比特通過兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量至少部分地基于所述存儲(chǔ)器單元的物理性質(zhì)來特 征化；以及處理器，用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序以向所述控制器發(fā)起命令來寫入和/或讀取所 述存儲(chǔ)器單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)包括閾值電壓 和/或低電場(chǎng)阻抗。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)至少部分地基 于寫入脈沖的幅度和/或下降沿。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器單元的所述物理性質(zhì)包括高電場(chǎng)阻 抗和/或低電場(chǎng)阻抗。
全文摘要
這里所公開的主題涉及提高存儲(chǔ)器設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度。相變存儲(chǔ)器(PCM)和阻抗隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)通常通過將存儲(chǔ)器單元放置在表示“1”或“0”兩個(gè)物理狀態(tài)的任一個(gè)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。一個(gè)這種狀態(tài)可以與另一個(gè)狀態(tài)區(qū)分。這種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的處理可以使得能夠每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)一個(gè)比特。本發(fā)明的實(shí)施例在存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)兩個(gè)或多個(gè)比特，其中所述存儲(chǔ)的比特由兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立變量至少部分地基于所述存儲(chǔ)器單元的物理性質(zhì)來特征化。將這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的密度增加為每個(gè)存儲(chǔ)器單元大于一個(gè)比特可以產(chǎn)生多種優(yōu)勢(shì)，例如減小的存儲(chǔ)器制造成本和/或較小的存儲(chǔ)器裝置。
文檔編號(hào)G11C16/06GK102110469SQ20101056830
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者吉安波羅·斯帕蒂尼, 德場(chǎng)·考, 約翰內(nèi)斯·卡爾布 申請(qǐng)人:吉安波羅·斯帕蒂尼, 德場(chǎng)·考, 約翰內(nèi)斯·卡爾布