基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法，用于讀出所述相變存儲器中被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)，其中，所述基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路至少包括：虛擬單元，讀電路工作電壓產(chǎn)生電路，穩(wěn)壓緩沖電路，讀電路以及電平轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法，通過預(yù)先產(chǎn)生使讀電路能夠安全工作的讀出電壓，有效地避免了存儲單元在讀取過程中可能產(chǎn)生的讀破壞現(xiàn)象；同時，無須通過鉗位電路對被選中的相變存儲單元所在的位線進行鉗位保護，能有效地加快數(shù)據(jù)讀出過程，特別適用于使用二極管作為選通管的相變存儲器。
【專利說明】
基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法。

【背景技術(shù)】
[0002]相變存儲器，是一種新型的阻變式非易失性半導(dǎo)體存儲器，它以硫系化合物材料為存儲介質(zhì)，利用加工到納米尺寸的相變材料在多晶態(tài)(材料呈低阻狀態(tài))與非晶態(tài)(材料呈高阻狀態(tài))時不同的電阻狀態(tài)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。
[0003]相變存儲器是基于0^1111181^在20世紀60年代末提出的奧弗辛斯基電子效應(yīng)的存儲器，它一般是指硫系化合物隨機存儲器，又被稱作奧弗辛斯基電效應(yīng)統(tǒng)一存儲器。相變存儲器作為一種新的存儲器，由于其讀寫速度快，可擦寫耐久性高，保持信息時間長，低功耗，非揮發(fā)等特性，特別是隨著加工技術(shù)和存儲單元的尺寸縮小到納米數(shù)量級時相變存儲器的這些特性也變得越來越突出，因此它被業(yè)界認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮鎯ζ鳌?br> [0004]相變存儲器的基本相變存儲單元由相變材料介質(zhì)單元和選通開關(guān)單元組成。其中，相變存儲器選通器件實現(xiàn)著存儲陣列特定存儲單元被選擇進行讀寫的開關(guān)操作功能，目前被應(yīng)用的選通器件包括8了1、103？21晶體管以及垂直010(16 ( 二極管)。其中010(16作為選通管時因其極高的電流密度所能實現(xiàn)的工藝最高極限的4？2單元面積，極具應(yīng)用潛力。
[0005]相變存儲器中存儲的數(shù)據(jù)(即相變單元的晶態(tài)或非晶態(tài))要通過數(shù)據(jù)讀出電路讀取，考慮到其呈現(xiàn)出來的直觀特性為低阻或高阻態(tài)，因此，相變存儲器都是通過在讀使能信號及讀電路的控制下，向相變存儲器存儲單元輸入較小量值的電流或者電壓，然后測量相變存儲單元上的電壓值或電流值來實現(xiàn)的。
[0006]數(shù)據(jù)讀出電路通過發(fā)送一個極低的電流值(電壓值)給相變存儲單元，此時讀取位線的電壓(電流)，如果位線電壓較高(電流較小)則表示相變單元為高阻態(tài)，即“1”；如果位線電壓較低(電流較大)則表示相變單元為低阻態(tài)，即“0”。然而，在讀的過程中，當有電流流過相變存儲單元時，相變存儲單元會產(chǎn)生焦耳熱，當焦耳熱的功率大于單元的散熱效率時，這種熱效應(yīng)會影響相變存儲單元的基本狀態(tài)；同時，當相變存儲單元兩端電壓差超過某一個閾值時，相變材料內(nèi)部載流子會發(fā)生擊穿效應(yīng)，載流子突然增加，從而表現(xiàn)出低阻的特性，而此時材料本身并沒有發(fā)生相變。上述兩個現(xiàn)象即所謂的讀破壞現(xiàn)象。為了克服以上缺點，讀出電路通常通過鉗位的方式強制讀操作，使被選中的相變存儲單元所在位線的電壓小于相變材料的閾值電壓，從而避免讀破壞現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0007]對于基于晶體管選通的相變存儲器，由于讀出電流通常很小，選通開關(guān)在開啟時幾乎不產(chǎn)生壓降，因此位線可以輕松地被鉗位在閾值電壓以內(nèi)(該電壓通常在0.5^以內(nèi))，且此時數(shù)據(jù)讀出電路中的各元器件仍可以工作在正常的區(qū)域。然而，對于基于二極管選通的相變存儲器，由于二極管自身的壓降，數(shù)據(jù)讀出時位線電壓被抬高到
，其中為開啟二極管的閾值電壓，從而導(dǎo)致位線電壓過高，無法完成快速鉗位，數(shù)據(jù)讀出速度較慢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中基于二極管選通的相變存儲器數(shù)據(jù)讀出速度較慢、出現(xiàn)讀破壞等的問題。
[0009]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，用于讀出所述相變存儲器中被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)，其中，所述基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路至少包括:
[0010]虛擬單元，用于在導(dǎo)通時產(chǎn)生理想讀電流；
[0011]讀電路工作電壓產(chǎn)生電路，連接于所述虛擬單元，用于在所述虛擬單元產(chǎn)生理想讀電流時產(chǎn)生讀電路工作電壓；
[0012]穩(wěn)壓緩沖電路，連接于所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路，用于將所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的讀電路工作電壓進行穩(wěn)壓緩沖，以產(chǎn)生讀出電壓；
[0013]讀電路，連接于所述穩(wěn)壓緩沖電路和所述被選中的相變存儲單元，用于在所述穩(wěn)壓緩沖電路產(chǎn)生讀出電壓時，對所述被選中的相變存儲單元及其所在的位線進行充電，同時產(chǎn)生參考讀電流，并在充電完成后根據(jù)所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流；然后將所述參考讀電流和所述讀出電流進行比較，以產(chǎn)生相變存儲器讀出電壓信號；
[0014]電平轉(zhuǎn)換電路，連接于所述讀電路，用于將所述讀電路產(chǎn)生的相變存儲器讀出電壓信號轉(zhuǎn)換為能使所述相變存儲器正常工作的相變存儲器工作電壓信號，以使所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)總線能識別的電壓信號，從而讀取所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)。
[0015]優(yōu)選地，所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路至少包括:第一？103管；其中，所述第一？108管的漏極與其柵極連接，所述第一 ？103管的漏極還與所述虛擬單元連接，所述第一？108管的源極接入一電源電壓，所述第一 ？103管的源極與所述電源電壓之間形成第一節(jié)點，所述讀電路工作電壓為所述第一節(jié)點處的電壓；
[0016]所述穩(wěn)壓緩沖電路至少包括:模擬緩沖器；其中，所述模擬緩沖器的正輸入端與所述第一節(jié)點連接，所述模擬緩沖器的負輸入端與其輸出端連接，所述模擬緩沖器的輸出端還與所述讀電路連接，所述讀出電壓為所述模擬緩沖器的輸出端處的電壓。
[0017]優(yōu)選地，所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路至少包括:兩組電流鏡，其中一組電流鏡由第一 ？顯3管和第二 ？顯3管組成，另一組電流鏡由第三？顯3管和第四？顯3管組成；其中，所述第一管的源極和第二 ？103管的源極均接入一電源電壓，所述第一 ？103管的漏極與其柵極連接，所述第一管的柵極還與所述第二 ？103管的柵極連接；所述第一 ？103管的漏極還與所述第三管的源極連接，所述第二管的漏極與所述第四管的源極連接，所述第三管的柵極與所述第四？103管的柵極連接，所述第三？103管的漏極接地，所述第四1^03管的柵極還與其漏極連接，所述第四1^03管的漏極還與所述虛擬單元連接；所述第二管的漏極與所述第四？103管的源極之間形成第一節(jié)點，所述讀電路工作電壓為所述第一節(jié)點處的電壓；
[0018]所述穩(wěn)壓緩沖電路至少包括:運算放大器、第五？103管和穩(wěn)壓電阻；其中，所述運算放大器的負輸入端與所述第一節(jié)點連接，所述運算放大器的正輸入端與所述第五？103管的漏極連接，所述運算放大器的輸出端與所述第五？103管的柵極連接，所述第五？103管的源極接入所述電源電壓，所述第五管的漏極還與所述穩(wěn)壓電阻連接后接地，所述讀出電壓為所述第五管的漏極處的電壓。
[0019]優(yōu)選地，所述讀電路至少包括:兩組電流鏡，其中一組電流鏡由第六？103管和第七？103管組成，另一組電流鏡由第一匪03管和第二匪03管組成；其中，所述第六？103管的源極、所述第七？103管的源極和所述第二匪03管的漏極均與所述穩(wěn)壓緩沖電路連接；所述第六？103管的柵極與其漏極連接，所述第六？103管的柵極還與所述第七？103管的柵極連接，所述第六管的漏極連接所述被選中的相變存儲單元，所述第七？103管的漏極與所述第一匪03管的漏極連接，所述第一匪03管的柵極與所述第二匪03管的柵極連接，所述第二匪03管的柵極還與其漏極連接，所述第一匪03管的源極和所述第二匪03管的源極均接地；所述參考讀電流為流入所述第二匪03管的漏極的電流，所述第七？103管的漏極與所述第一匪03管的漏極之間形成第二節(jié)點，所述相變存儲器讀出電壓信號為所述參考讀電流和所述讀出電流在所述第二節(jié)點處進行比較后產(chǎn)生的電壓信號。
[0020]優(yōu)選地，所述電平轉(zhuǎn)換電路至少包括:反相器，第三匪03管，第四匪03管，以及交叉耦合的第八？顯3管和第九？顯3管；其中，所述反相器的輸入端和所述第三匪03管的柵極均接入所述相變存儲器讀出電壓信號，所述反相器的電源端接入所述讀出電壓，所述反相器的輸出端與所述第四匪03管的柵極連接，所述第三匪03管的源極和所述第四匪03管的源極均接地，所述第三匪03管的漏極與所述第八？顯3管的漏極連接，所述第四匪03管的漏極與所述第九管的漏極連接，所述第八？103管的漏極還與所述第九？103管的柵極連接，所述第九？顯3管的漏極還與所述第八？103管的柵極連接，所述第八？103管的源極與所述第九？103管的源極均接入所述電源電壓，所述相變存儲器工作電壓信號為所述第九？103管的漏極處的電壓。
[0021]優(yōu)選地，所述虛擬單元至少包括:虛擬電阻和虛擬二極管；其中，所述虛擬電阻的一端連接位線，所述虛擬電阻的另一端連接所述虛擬二極管的正極，所述虛擬二極管的負極連接字線；根據(jù)歐姆定律，所述虛擬電阻滿足以下公式:
[0022]% = ；
[0023]其中，8。為所述虛擬電阻，為所述理想讀電流，為所述被選中的相變存儲單元的理想讀電圧。
[0024]優(yōu)選地，所述理想讀電流為不至于引起所述被選中的相變存儲單元發(fā)生相變的安全讀取電流；所述理想讀電壓為不至于引起所述被選中的相變存儲單元發(fā)生閾值開關(guān)動作的安全讀取電壓，所述理想讀電壓小于所述被選中的相變存儲單元的閾值電壓。
[0025]優(yōu)選地，所述讀電路通過一讀傳輸門與所述被選中的相變存儲單元所在的位線連接；其中，所述讀傳輸門的控制端在接收到讀使能信號后開啟，以使所述讀電路對所述被選中的相變存儲單元及其所在的位線進行充電，并在充電完成后根據(jù)所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流，從而最終讀出所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)。
[0026]優(yōu)選地，在讀出所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)時，所述被選中的相變存儲單元所在的字線接地。
[0027]本發(fā)明還提供一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法，采用如上所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其中，所述基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法至少包括如下步驟:
[0028]預(yù)設(shè)一虛擬單元，所述虛擬單元在導(dǎo)通時產(chǎn)生理想讀電流；
[0029]讀電路工作電壓產(chǎn)生電路在所述虛擬單元產(chǎn)生理想讀電流時產(chǎn)生讀電路工作電壓；
[0030]穩(wěn)壓緩沖電路將所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的讀電路工作電壓進行穩(wěn)壓緩沖，以產(chǎn)生讀出電壓；
[0031]在所述穩(wěn)壓緩沖電路產(chǎn)生讀出電壓時，讀電路對所述被選中的相變存儲單元及其所在的位線進行充電，同時產(chǎn)生參考讀電流，并在充電完成后根據(jù)所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流；然后將所述參考讀電流和所述讀出電流進行比較，以產(chǎn)生相變存儲器讀出電壓信號；
[0032]電平轉(zhuǎn)換電路將所述讀電路產(chǎn)生的相變存儲器讀出電壓信號轉(zhuǎn)換為能使所述相變存儲器正常工作的相變存儲器工作電壓信號，以使所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)總線能識別的電壓信號，從而讀取所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)。
[0033]如上所述，本發(fā)明的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法，具有以下有益效果:通過預(yù)先產(chǎn)生使讀電路能夠安全工作的讀出電壓，有效地避免了存儲單元在讀取過程中可能產(chǎn)生的讀破壞現(xiàn)象；同時，無須通過鉗位電路對被選中的相變存儲單元所在的位線進行鉗位保護，能有效地加快數(shù)據(jù)讀出過程，特別適用于使用二極管作為選通管的相變存儲器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1顯示為本發(fā)明第一實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路的原理框圖。
[0035]圖2顯示為本發(fā)明第一實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路的電路圖。
[0036]圖3顯示為本發(fā)明第一實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路中電平轉(zhuǎn)換電路的電路圖。
[0037]圖4顯示為本發(fā)明第二實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路中讀電路工作電壓產(chǎn)生電路和穩(wěn)壓緩沖電路的電路圖。
[0038]圖5顯示為本發(fā)明第二實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法的具體流程圖。
[0039]元件標號說明
[0040]1 虛擬單元
[0041]2 讀電路工作電壓產(chǎn)生電路
[0042]3 穩(wěn)壓緩沖電路
[0043]4 讀電路
[0044]5 電平轉(zhuǎn)換電路
[0045]6 被選中的相變存儲單元

【具體實施方式】
[0046]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0047]請參閱圖1和圖2，本發(fā)明第一實施方式涉及一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，用于讀出相變存儲器中被選中的相變存儲單元6所存儲的數(shù)據(jù)。需要說明的是，本實施方式中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0048]如圖1所示，本實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路至少包括:虛擬單元1，讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2，穩(wěn)壓緩沖電路3，讀電路4以及電平轉(zhuǎn)換電路5。
[0049]對于虛擬單元1，其用于在導(dǎo)通時產(chǎn)生理想讀電流1-。在本實施方式中，虛擬單元1 (或稱011皿7單元)為類似于1011？相變存儲單元結(jié)構(gòu)(主要由一個二極管和一個電阻構(gòu)成)，其至少包括:虛擬電阻％和虛擬二極管0。；其中，虛擬電阻的一端連接位線，虛擬電阻的另一端連接虛擬二極管的正極，虛擬二極管的負極連接字線；虛擬電阻％和虛擬二極管0。分別使用現(xiàn)有的普通的電阻和二極管，根據(jù)歐姆定律，虛擬電阻滿足以下公式:
[0050]% =；
[0051]其中，8。為虛擬電阻，為理想讀電流，為被選中的相變存儲單元6的理想讀電圧。
[0052]而理想讀電流為1-不至于引起被選中的相變存儲單元6發(fā)生相變的安全讀取電流，理想讀電壓為不至于引起被選中的相變存儲單元6發(fā)生閾值開關(guān)動作的安全讀取電壓，理想讀電壓^小于被選中的相變存儲單元6的閾值電壓乂10。
[0053]對于讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2，其連接于虛擬單元1，用于在虛擬單元1產(chǎn)生理想讀電流。時產(chǎn)生讀電路工作電壓^吣如圖2所示，在本實施方式中，讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2至少包括:第一？103管？??；其中，第一？103管？肌的漏極與其柵極連接，第一？108管？肌的漏極還與虛擬單元1連接，第一 ？103管？肌的源極接入一電源電壓700，第一 ？108管？11的源極與電源電壓700之間形成第一節(jié)點附，讀電路工作電壓為第一節(jié)點附處的電壓。
[0054]對于穩(wěn)壓緩沖電路3，其連接于讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2，用于將讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2產(chǎn)生的讀電路工作電壓乂㈦進行穩(wěn)壓緩沖，以產(chǎn)生讀出電壓V#。如圖2所示，在本實施方式中，穩(wěn)壓緩沖電路3至少包括:模擬緩沖器八8(^1008 811打虹)；其中，模擬緩沖器八8的正輸入端與第一節(jié)點附連接，模擬緩沖器八8的負輸入端與其輸出端連接，模擬緩沖器的輸出端還與讀電路4連接，讀出電壓V#為模擬緩沖器的輸出端處的電壓。
[0055]對于讀電路4，其連接于穩(wěn)壓緩沖電路3和被選中的相變存儲單元6，用于在穩(wěn)壓緩沖電路3產(chǎn)生讀出電壓I時，對被選中的相變存儲單元6及其所在的位線81進行充電，同時產(chǎn)生參考讀電流1-，并在充電完成后根據(jù)被選中的相變存儲單元6的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流I# ；然后將參考讀電流和讀出電流I進行比較，以產(chǎn)生相變存儲器讀出電壓信號0，。如圖2所示，在本實施方式中，讀電路4至少包括:兩組電流鏡，其中一組電流鏡由第六？103管？16和第七？103管？17組成，另一組電流鏡由第一匪03管匪1和第二匪03管匪2組成；其中，第六？103管？16的源極、第七？103管？17的源極和第二匪03管匪2的漏極均與穩(wěn)壓緩沖電路3連接；第六？103管？16的柵極與其漏極連接，第六？103管？16的柵極還與第七？顯3管？17的柵極連接，第六？顯3管？16的漏極連接被選中的相變存儲單元6，第七？103管？17的漏極與第一匪03管匪1的漏極連接，第一匪03管匪1的柵極與第二匪03管匪2的柵極連接，第二匪03管匪2的柵極還與其漏極連接，第一匪03管匪1的源極和第二匪03管匪2的源極均接地；參考讀電流為流入第二匪03管匪2的漏極的電流，第七？103管？17的漏極與第一匪03管匪1的漏極之間形成第二節(jié)點吧，相變存儲器讀出電壓信號為參考讀電流和讀出電流I#在第二節(jié)點吧處進行比較后產(chǎn)生的電壓信
0咖。
[0056]對于電平轉(zhuǎn)換電路5，其連接于讀電路4，用于將讀電路4產(chǎn)生的相變存儲器讀出電壓信號0，轉(zhuǎn)換為能使相變存儲器正常工作的相變存儲器工作電壓信號0%，以使被選中的相變存儲單元6的當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)總線能識別的電壓信號，從而讀取被選中的相變存儲單元6所存儲的數(shù)據(jù)。如圖3所示，在本實施方式中，電平轉(zhuǎn)換電路5至少包括:反相器？1 (^11886，第三匪03管腳3，第四匪03管匪4，以及交叉耦合的第八？103管？18和第九？103管？19 ；其中，反相器？1的輸入端和第三匪03管匪3的柵極均接入相變存儲器讀出電壓信號0%。，反相器？I的電源端接入讀出電壓V#反相器？I的輸出端與第四腳03管腳4的柵極連接，第三腳03管匪3的源極和第四腳03管腳4的源極均接地，第三匪03管匪3的漏極與第八？103管？18的漏極連接，第四匪03管匪4的漏極與第九？103管？19的漏極連接，第八？103管？18的漏極還與第九？103管？19的柵極連接，第九？103管？19的漏極還與第八？103管？18的柵極連接，第八？103管？18的源極與第九？103管？19的源極均接入電源電壓％0，相變存儲器工作電壓信號0“為第九？103管？19的漏極處的電壓。
[0057]此外，如圖2所示，在本實施方式中，讀電路4通過一讀傳輸門1(^(11^1181111881011(?七6 0？ 與被選中的相變存儲單元6所在的位線連接。其中，讀傳輸門1(?的控制端(即，即」在接收到讀使能信號后開啟，以使讀電路4對被選中的相變存儲單元6及其所在的位線81進行充電，并在充電完成后根據(jù)被選中的相變存儲單元6的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流I#從而最終讀出被選中的相變存儲單元6所存儲的數(shù)據(jù)。
[0058]另外，需要說明的是，本實施方式中所涉及的相變存儲器，包括多個相變存儲單元，每個相變存儲單元(如圖2中被選中的相變存儲單元6)至少包括:相變電阻和選通二極管0^。其中，相變電阻1^31的一端連接位線8匕相變電阻1^31的另一端連接選通二極管0⑶的正極，選通二極管0⑶的負極連接字線II。在讀出被選中的相變存儲單元6所存儲的數(shù)據(jù)時，被選中的相變存儲單元6所在的字線孔接地，使得選通二極管的負極接地，也就使得被選中的相變存儲單元6接地。
[0059]本實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，通過仿真讀取高阻(非晶態(tài)時)和低阻(多晶態(tài)時)，可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)讀出時間由讀高阻時的時間決定。例如，將高阻設(shè)置為2001(0，低阻設(shè)置為501(0，本實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路的數(shù)據(jù)讀出時間為讀高阻時的時間15%。同時，在數(shù)據(jù)讀出期間，被選中的相變存儲單元6中的選通二極管兩端的壓降均小于0.訊，從而有效避免了讀破壞效應(yīng)。
[0060]此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的電路或單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的電路或單元。
[0061]本發(fā)明第二實施方式涉及本發(fā)明的第二實施方式涉及一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于:在第一實施方式中，讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2至少包括:第一 ？103管？11 ；穩(wěn)壓緩沖電路3至少包括:模擬緩沖器八8。而在本實施方式中，讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2和穩(wěn)壓緩沖電路3采用不同電路結(jié)構(gòu)。
[0062]請參閱圖4，在本實施方式中，讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2至少包括:兩組電流鏡，其中一組電流鏡由第一 ？103管？肌和第二 ？103管？12組成，另一組電流鏡由第三？103管？13和第四？103管？14組成。其中，第一 ？103管？肌的源極和第二 ？103管？12的源極均接入一電源電壓700，第一 ？103管？肌的漏極與其柵極連接，第一 ？103管？肌的柵極還與第二 ？103管？12的柵極連接；第一 ？103管？肌的漏極還與第三？103管？13的源極連接，第二 ？103管？12的漏極與第四？103管？14的源極連接，第三？103管？13的柵極與第四？108管？14的柵極連接，第三？103管？13的漏極接地，第四？103管？14的柵極還與其漏極連接，第四？顯3管的漏極還與虛擬單元1連接；第二 ？顯3管？12的漏極與第四？顯3管？14的源極之間形成第一節(jié)點附，讀電路工作電壓為第一節(jié)點附處的電壓。
[0063]請繼續(xù)參閱圖4，在本實施方式中，穩(wěn)壓緩沖電路3采用0111:，線性穩(wěn)壓器)結(jié)構(gòu)，其至少包括:運算放大器、第五？103管？15和穩(wěn)壓電阻1^。。其中，運算放大器0？八的負輸入端與第一節(jié)點附連接，運算放大器0？八的正輸入端與第五管？15的漏極連接，運算放大器0？八的輸出端與第五？103管？15的柵極連接，第五管？15的源極接入電源電壓700，第五？103管？15的漏極還與穩(wěn)壓電阻1^。連接后接地，讀出電壓I為第五？103管？15的漏極處的電壓。
[0064]本發(fā)明第三實施方式涉及一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法，采用本發(fā)明第一實施方式或第二實施方式所涉及的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，具體流程如圖5所示，本實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法至少包括如下步驟:
[0065]預(yù)設(shè)一虛擬單元1，虛擬單元1在導(dǎo)通時產(chǎn)生理想讀電流。
[0066]讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2在虛擬單元1產(chǎn)生理想讀電流時產(chǎn)生讀電路工作電壓。
[0067]穩(wěn)壓緩沖電路3將讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2產(chǎn)生的讀電路工作電壓進行穩(wěn)壓緩沖，以產(chǎn)生讀出電壓。
[0068]在穩(wěn)壓緩沖電路3產(chǎn)生讀出電壓時，讀電路4對被選中的相變存儲單元6及其所在的位線進行充電，同時產(chǎn)生參考讀電流，并在充電完成后根據(jù)被選中的相變存儲單元6的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流；然后將參考讀電流和讀出電流進行比較，以產(chǎn)生相變存儲器讀出電壓信號。
[0069]電平轉(zhuǎn)換電路5將讀電路4產(chǎn)生的相變存儲器讀出電壓信號轉(zhuǎn)換為能使相變存儲器正常工作的相變存儲器工作電壓信號，以使被選中的相變存儲單元6的當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)總線能識別的電壓信號，從而讀取被選中的相變存儲單元6所存儲的數(shù)據(jù)。
[0070]本實施方式的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法，將虛擬單元1導(dǎo)通后產(chǎn)生的理想讀電流1-流入讀電路工作電壓產(chǎn)生電路2，從而產(chǎn)生讀電路工作電壓乂㈦，該讀電路工作電壓通過穩(wěn)壓緩沖電路3穩(wěn)壓后為讀電路4提供讀出電壓^ ；讀電路4在讀出電壓工作條件下對被選中的相變存儲單元6和其所在的位線充電，并在充電完成后根據(jù)被選中的相變存儲單元6的狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流I#然后將讀出電流和參考讀電流比較，產(chǎn)生相變存儲器讀出電壓信號0，；電平轉(zhuǎn)換電路5將相變存儲器讀出電壓信號0，轉(zhuǎn)換為能使芯片正常工作的相變存儲器工作電壓信號034，從而最終將被選中的相變存儲單元6的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為芯片數(shù)據(jù)總線能識別的電壓信號，完成對被選中的相變存儲單元6所存儲的數(shù)據(jù)的讀取。
[0071]因此，本實施方式通過預(yù)先產(chǎn)生使讀電路能夠安全工作的讀出電壓，有效地避免了存儲單元在讀取過程中可能產(chǎn)生的讀破壞現(xiàn)象；同時，無須通過鉗位電路對被選中的相變存儲單元所在的位線進行鉗位保護，能有效地加快數(shù)據(jù)讀出過程，特別適用于使用二極管作為選通管的相變存儲器。
[0072]上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計都在該專利的保護范圍內(nèi)。
[0073]不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式為與第一實施方式相對應(yīng)的方法實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應(yīng)用在第一實施方式中。
[0074]綜上所述，本發(fā)明的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路及讀出方法，具有以下有益效果:通過預(yù)先產(chǎn)生使讀電路能夠安全工作的讀出電壓，有效地避免了存儲單元在讀取過程中可能產(chǎn)生的讀破壞現(xiàn)象；同時，無須通過鉗位電路對被選中的相變存儲單元所在的位線進行鉗位保護，能有效地加快數(shù)據(jù)讀出過程，特別適用于使用二極管作為選通管的相變存儲器。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0075]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，用于讀出所述相變存儲器中被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)，其特征在于，所述基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路至少包括: 虛擬單元，用于在導(dǎo)通時產(chǎn)生理想讀電流； 讀電路工作電壓產(chǎn)生電路，連接于所述虛擬單元，用于在所述虛擬單元產(chǎn)生理想讀電流時產(chǎn)生讀電路工作電壓； 穩(wěn)壓緩沖電路，連接于所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路，用于將所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的讀電路工作電壓進行穩(wěn)壓緩沖，以產(chǎn)生讀出電壓； 讀電路，連接于所述穩(wěn)壓緩沖電路和所述被選中的相變存儲單元，用于在所述穩(wěn)壓緩沖電路產(chǎn)生讀出電壓時，對所述被選中的相變存儲單元及其所在的位線進行充電，同時產(chǎn)生參考讀電流，并在充電完成后根據(jù)所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流；然后將所述參考讀電流和所述讀出電流進行比較，以產(chǎn)生相變存儲器讀出電壓信號； 電平轉(zhuǎn)換電路，連接于所述讀電路，用于將所述讀電路產(chǎn)生的相變存儲器讀出電壓信號轉(zhuǎn)換為能使所述相變存儲器正常工作的相變存儲器工作電壓信號，以使所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)總線能識別的電壓信號，從而讀取所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路至少包括:第一 PMOS管；其中，所述第一 PMOS管的漏極與其柵極連接，所述第一 PMOS管的漏極還與所述虛擬單元連接，所述第一 PMOS管的源極接入一電源電壓，所述第一 PMOS管的源極與所述電源電壓之間形成第一節(jié)點，所述讀電路工作電壓為所述第一節(jié)點處的電壓； 所述穩(wěn)壓緩沖電路至少包括:模擬緩沖器；其中，所述模擬緩沖器的正輸入端與所述第一節(jié)點連接，所述模擬緩沖器的負輸入端與其輸出端連接，所述模擬緩沖器的輸出端還與所述讀電路連接，所述讀出電壓為所述模擬緩沖器的輸出端處的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路至少包括:兩組電流鏡，其中一組電流鏡由第一 PMOS管和第二 PMOS管組成，另一組電流鏡由第三PMOS管和第四PMOS管組成；其中，所述第一 PMOS管的源極和第二 PMOS管的源極均接入一電源電壓，所述第一 PMOS管的漏極與其柵極連接，所述第一 PMOS管的柵極還與所述第二 PMOS管的柵極連接；所述第一 PMOS管的漏極還與所述第三PMOS管的源極連接，所述第二 PMOS管的漏極與所述第四PMOS管的源極連接，所述第三PMOS管的柵極與所述第四PMOS管的柵極連接，所述第三PMOS管的漏極接地，所述第四PMOS管的柵極還與其漏極連接，所述第四PMOS管的漏極還與所述虛擬單元連接；所述第二 PMOS管的漏極與所述第四PMOS管的源極之間形成第一節(jié)點，所述讀電路工作電壓為所述第一節(jié)點處的電壓； 所述穩(wěn)壓緩沖電路至少包括:運算放大器、第五PMOS管和穩(wěn)壓電阻；其中，所述運算放大器的負輸入端與所述第一節(jié)點連接，所述運算放大器的正輸入端與所述第五PMOS管的漏極連接，所述運算放大器的輸出端與所述第五PMOS管的柵極連接，所述第五PMOS管的源極接入所述電源電壓，所述第五PMOS管的漏極還與所述穩(wěn)壓電阻連接后接地，所述讀出電壓為所述第五PMOS管的漏極處的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述讀電路至少包括:兩組電流鏡，其中一組電流鏡由第六PMOS管和第七PMOS管組成，另一組電流鏡由第一 NMOS管和第二 NMOS管組成；其中，所述第六PMOS管的源極、所述第七PMOS管的源極和所述第二 NMOS管的漏極均與所述穩(wěn)壓緩沖電路連接；所述第六PMOS管的柵極與其漏極連接，所述第六PMOS管的柵極還與所述第七PMOS管的柵極連接，所述第六PMOS管的漏極連接所述被選中的相變存儲單元，所述第七PMOS管的漏極與所述第一 NMOS管的漏極連接，所述第一 NMOS管的柵極與所述第二 NMOS管的柵極連接，所述第二NMOS管的柵極還與其漏極連接，所述第一 NMOS管的源極和所述第二 NMOS管的源極均接地；所述參考讀電流為流入所述第二 NMOS管的漏極的電流，所述第七PMOS管的漏極與所述第一 NMOS管的漏極之間形成第二節(jié)點，所述相變存儲器讀出電壓信號為所述參考讀電流和所述讀出電流在所述第二節(jié)點處進行比較后產(chǎn)生的電壓信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換電路至少包括:反相器，第三NMOS管，第四NMOS管，以及交叉耦合的第八PMOS管和第九PMOS管；其中，所述反相器的輸入端和所述第三NMOS管的柵極均接入所述相變存儲器讀出電壓信號，所述反相器的電源端接入所述讀出電壓，所述反相器的輸出端與所述第四NMOS管的柵極連接，所述第三NMOS管的源極和所述第四NMOS管的源極均接地，所述第三NMOS管的漏極與所述第八PMOS管的漏極連接，所述第四NMOS管的漏極與所述第九PMOS管的漏極連接，所述第八PMOS管的漏極還與所述第九PMOS管的柵極連接，所述第九PMOS管的漏極還與所述第八PMOS管的柵極連接，所述第八PMOS管的源極與所述第九PMOS管的源極均接入所述電源電壓，所述相變存儲器工作電壓信號為所述第九PMOS管的漏極處的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述虛擬單元至少包括:虛擬電阻和虛擬二極管；其中，所述虛擬電阻的一端連接所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路，所述虛擬電阻的另一端連接所述虛擬二極管的正極，所述虛擬二極管的負極接地；根據(jù)歐姆定律，所述虛擬電阻滿足以下公式:
一 ^Es/Irdd ; 其中，Rtl為所述虛擬電阻，Irdd為所述理想讀電流，Ves為所述被選中的相變存儲單元的理想讀電圧。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述理想讀電流為不至于引起所述被選中的相變存儲單元發(fā)生相變的安全讀取電流；所述理想讀電壓為不至于引起所述被選中的相變存儲單元發(fā)生閾值開關(guān)動作的安全讀取電壓，所述理想讀電壓小于所述被選中的相變存儲單元的閾值電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述讀電路通過一讀傳輸門與所述被選中的相變存儲單元所在的位線連接；其中，所述讀傳輸門的控制端在接收到讀使能信號后開啟，以使所述讀電路對所述被選中的相變存儲單元及其所在的位線進行充電，并在充電完成后根據(jù)所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流，從而最終讀出所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，在讀出所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)時，所述被選中的相變存儲單元所在的字線接地。
10.一種基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法，采用如權(quán)利要求1所述的基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出電路，其特征在于，所述基于二極管選通的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出方法至少包括如下步驟: 預(yù)設(shè)一虛擬單元，所述虛擬單元在導(dǎo)通時產(chǎn)生理想讀電流； 讀電路工作電壓產(chǎn)生電路在所述虛擬單元產(chǎn)生理想讀電流時產(chǎn)生讀電路工作電壓； 穩(wěn)壓緩沖電路將所述讀電路工作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的讀電路工作電壓進行穩(wěn)壓緩沖，以產(chǎn)生讀出電壓； 在所述穩(wěn)壓緩沖電路產(chǎn)生讀出電壓時，讀電路對所述被選中的相變存儲單元及其所在的位線進行充電，同時產(chǎn)生參考讀電流，并在充電完成后根據(jù)所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)產(chǎn)生讀出電流；然后將所述參考讀電流和所述讀出電流進行比較，以產(chǎn)生相變存儲器讀出電壓信號； 電平轉(zhuǎn)換電路將所述讀電路產(chǎn)生的相變存儲器讀出電壓信號轉(zhuǎn)換為能使所述相變存儲器正常工作的相變存儲器工作電壓信號，以使所述被選中的相變存儲單元的當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)總線能識別的電壓信號，從而讀取所述被選中的相變存儲單元所存儲的數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G11C13/00GK104318955SQ201410631642
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】李喜, 閔國全, 宋志棠, 陳后鵬, 張琪, 王倩, 金榮 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海市納米科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進中心