用于存儲(chǔ)器單元的自終止寫(xiě)入的制作方法
【專利說(shuō)明】用于存儲(chǔ)器單元的自終止寫(xiě)入
[0001 ] 關(guān)于聯(lián)邦政府贊助研究或開(kāi)發(fā)的聲明
本發(fā)明是根據(jù)由美國(guó)政府授予的09-C-0070在政府支持下完成的。政府在本發(fā)明中具有一定權(quán)限。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開(kāi)涉及存儲(chǔ)器設(shè)備并且更具體地涉及使用可編程阻抗元件的非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]大多數(shù)現(xiàn)代電子設(shè)備包括功率源、用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的部件、用于處理數(shù)據(jù)的部件、用于接收用戶輸入的部件、以及用于遞送用戶輸出的部件。期望的是此類電子設(shè)備具有長(zhǎng)的電池壽命、強(qiáng)大的處理能力以及大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但是同時(shí)，也期望電子設(shè)備保持小且輕質(zhì)的外形因數(shù)。為了滿足這些沖突的需求，期望這些設(shè)備的部件變得更小，具有更好的性能。
[0004]一般地期望存儲(chǔ)器部件例如以更快的讀取和寫(xiě)入操作在較小的空間中存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)。非易失性存儲(chǔ)器的當(dāng)前類型包括機(jī)電硬盤驅(qū)動(dòng)器(hard drive)，其中讀/寫(xiě)頭從和向一系列旋轉(zhuǎn)磁盤讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)。其它類型的非易失性存儲(chǔ)器包括使用晶體管和其它設(shè)備(例如，電容器、浮柵M0SFET)以在沒(méi)有任何移動(dòng)部分且在具有更快的讀取和寫(xiě)入訪問(wèn)的情況下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲(chǔ)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開(kāi)一般地描述了用于向諸如碳納米管(CNT)存儲(chǔ)器設(shè)備之類的基于可編程阻抗元件存儲(chǔ)器設(shè)備寫(xiě)入數(shù)據(jù)的技術(shù)。該技術(shù)在某些實(shí)例中可提供更快且更精確的讀取和寫(xiě)入操作。
[0006]在一個(gè)示例中，在基于可編程阻抗元件存儲(chǔ)器單元上執(zhí)行寫(xiě)入操作的方法包括執(zhí)行寫(xiě)入操作以改變可編程阻抗元件的電阻；在寫(xiě)入操作期間監(jiān)視可編程阻抗元件的電阻；并且響應(yīng)于檢測(cè)到可編程阻抗元件的電阻已通過(guò)閾值值而終止寫(xiě)入操作。
[0007]在另一示例中，基于碳納米管存儲(chǔ)器設(shè)備包括碳納米管(CNT)元件；讀取電路，被配置成在寫(xiě)入操作期間確定CNT元件的電阻；以及寫(xiě)入電路，被配置成作為執(zhí)行寫(xiě)入操作的一部分而改變CNT元件的電阻，其中，寫(xiě)入電路還被配置成基于讀取電路檢測(cè)到CNT元件的電阻已通過(guò)閾值值而終止寫(xiě)入操作。
[0008]在另一示例中，基于可編程阻抗元件存儲(chǔ)器設(shè)備包括可編程阻抗元件；讀取電路，被配置成在寫(xiě)入操作期間確定可編程阻抗元件的電阻；以及寫(xiě)入電路，被配置成作為執(zhí)行寫(xiě)入操作的一部分而改變可編程阻抗元件的電阻，其中，寫(xiě)入電路還被配置成基于讀取電路檢測(cè)到可編程阻抗元件的電阻已通過(guò)閾值值而終止寫(xiě)入操作。
[0009]在附圖和以下描述中闡述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)該描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1示出了可用來(lái)實(shí)施本公開(kāi)的技術(shù)的基于碳納米管存儲(chǔ)器單元的電路圖。
[0011]圖2示出了如根據(jù)當(dāng)前公開(kāi)限定的CNT元件的Rhigh和Rlow分布的概念表示。
[0012]圖3示出了跨CNT元件施加恒定高電壓時(shí)的CNT元件電阻振蕩的概念圖示。
[0013]圖4示出了用并未與CNT元件的電阻振蕩周期(Tres_per1d)的一半匹配的恒定寫(xiě)I和寫(xiě)O Tpulse進(jìn)行寫(xiě)入時(shí)的CNT元件電阻變化的概念圖示。示出了寫(xiě)入操作(op)A—F0
[0014]圖5示出了可用來(lái)實(shí)施本公開(kāi)的技術(shù)的CNT存儲(chǔ)器單元的陣列的圖。
[0015]圖6示出了對(duì)自終止參考電阻Rwritel_ref和RwriteO_ref進(jìn)行寫(xiě)入時(shí)的CNT元件電阻變化的概念圖。示出了寫(xiě)入操作(OP)A— F。
[0016]圖7示出了根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的對(duì)基于可編程阻抗元件存儲(chǔ)器單元執(zhí)行寫(xiě)入操作的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本公開(kāi)描述了基于可編程阻抗元件的非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備，其包括將在寫(xiě)入操作期間監(jiān)視設(shè)備的可編程阻抗元件的電阻的電路。當(dāng)功率被去除時(shí)保持已編程阻抗?fàn)顟B(tài)的可編程阻抗元件的示例是碳納米管(CNT)元件。有時(shí)將相對(duì)于CNT元件來(lái)描述本公開(kāi)的技術(shù)，但應(yīng)理解的是該技術(shù)一般地適用于利用可編程阻抗元件的任何存儲(chǔ)器設(shè)備，該可編程阻抗元件的阻抗在功率被去除時(shí)被改變以定義“O”和“I”數(shù)據(jù)狀態(tài)，無(wú)論該設(shè)備是否保持已編程狀態(tài)。此類設(shè)備的示例可包括在磁阻RAM (MRAM)中使用的巨磁阻(GMR)電阻器和磁隧道結(jié)(MTJ);在自旋轉(zhuǎn)移矩RAM (SPRAM)中使用的自旋轉(zhuǎn)移矩設(shè)備；在相變RAM (PCRAM)中使用的硫?qū)倩镫娮杵?；在電阻開(kāi)關(guān)RAM (RRAM)中使用的金屬氧化物(MOx)設(shè)備；在導(dǎo)電橋RAM (CBRAM)中使用的可編程銀擴(kuò)散金屬化單元(PMC);能夠放置在電阻器RAM (ReRAM)中的任何憶阻器類型的設(shè)備。
[0018]與通過(guò)向CNT元件施加電壓達(dá)固定持續(xù)時(shí)間來(lái)執(zhí)行寫(xiě)入操作的典型CNT存儲(chǔ)器設(shè)備相比，本公開(kāi)的CNT存儲(chǔ)器設(shè)備施加寫(xiě)入條件達(dá)非固定持續(xù)時(shí)間。通過(guò)監(jiān)視CNT元件的電阻以確定CNT元件已達(dá)到期望電阻的時(shí)間，本公開(kāi)的CNT存儲(chǔ)器設(shè)備可以在實(shí)現(xiàn)CNT元件中的期望電阻時(shí)終止寫(xiě)入條件，如下面將更詳細(xì)地解釋的，這可改善設(shè)備性能。
[0019]圖1是可用來(lái)實(shí)施本公開(kāi)的技術(shù)的基于碳納米管存儲(chǔ)器單元100的電路圖。存儲(chǔ)器單元100可形成包括例如數(shù)百億個(gè)存儲(chǔ)器單元或更多的較大存儲(chǔ)器設(shè)備的一部分。碳納米管存儲(chǔ)器單元100包括CNT元件102、能夠被接通和關(guān)斷以控制對(duì)CNT元件102的存取的存取金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(存取M0SFET) 104、字線(WL) 106、位線(BL) 108以及位線(BL) 109。CNT元件102包括第一端子110和第二端子112，并且存取MOSFET 104包括第一端子114、第二端子115和第三端子116。位線109在節(jié)點(diǎn)處連接到端子112，并且位線108在節(jié)點(diǎn)處連接到端子114。字線106在節(jié)點(diǎn)處連接到存取MOSFET 104的端子116且控制存取MOSFET 104的接通和關(guān)斷。端子115連接到端子110。
[0020]端子116對(duì)應(yīng)于存取MOSFET 104的柵極，并且端子114和端子115對(duì)應(yīng)于存取MOSFET 104的源極和漏極。當(dāng)字線106電壓被設(shè)置成將存取MOSFET 104接通的值時(shí)，電流能夠流過(guò)MOSFET，位線108電壓被傳遞到CNT元件102端子110上，并且允許電流流過(guò)CNT元件102。當(dāng)字線106電壓被設(shè)置成將存取MOSFET 104關(guān)斷的值時(shí)，電流不能流過(guò)M0SFET，位線108電壓被與CNT元件102端子110隔離，并且不允許電流流過(guò)CNT元件102。用于此電路的功率源(在圖1中未示出)提供電源電壓。本公開(kāi)遵循這樣的慣例，即電源節(jié)點(diǎn)的更正的(more positive)被標(biāo)記為Vdd,并且電源節(jié)點(diǎn)的更負(fù)的(more negative)被標(biāo)記為Vss。
[0021]如在本公開(kāi)中所使用的，術(shù)語(yǔ)節(jié)點(diǎn)一般指的是其中兩個(gè)或更多端子相互連接或者其中一個(gè)或多個(gè)端子連接到線、諸如位線108、位線109或字線106的連接點(diǎn)。在圖1中，例如，MOSFET 104的端子115和CNT元件102的端子110在節(jié)點(diǎn)處相連；M0SFET 104的端子和字線106在節(jié)點(diǎn)處相連；M0SFET 104的端子114和位線108在節(jié)點(diǎn)處相連；并且CNT元件102的端子112和位線109在節(jié)點(diǎn)處相連。通常，如果向端子或線施加電壓，則也向同一節(jié)點(diǎn)的所有端子和線施加相同的電壓。例如，在圖1的示例中，如果向位線108和位線109施加電壓差，則也向端子114和端子112施加該相同的電壓差，其分別地與位線108和位線109形成節(jié)點(diǎn)。作為另一示例，如果向字線106施加電壓，則向端子116施加該相同的電壓，其與字線106形成節(jié)點(diǎn)。
[0022]可以使存儲(chǔ)器單元100以存儲(chǔ)單個(gè)數(shù)據(jù)位(即“O”或“I”)的方式操作。存儲(chǔ)器單元100的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)狀態(tài)可以是CNT元件102的電阻值的函數(shù)。CNT元件102的電阻值在其能夠被設(shè)置成期望值(即高或低)的意義上可以認(rèn)為是可編程的，并且可以認(rèn)為此期望值表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的位。例如，用于CNT元件102的高電阻值可對(duì)應(yīng)于數(shù)字“O”且用于CNT元件102的低電阻值可對(duì)應(yīng)于數(shù)字“I”?？筛鶕?jù)跨端子110和112施加于CNT元件102的電流和電壓而改變CNT元件102的電阻值。通常，通過(guò)向C