一種具有讀取自參考功能的 2-1t1r rram 存儲(chǔ)單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有讀取自參考功能的2-1T1R?RRAM存儲(chǔ)單元,該存儲(chǔ)單元由兩個(gè)傳統(tǒng)的RRAM1T1R存儲(chǔ)單元組成，一個(gè)為主存儲(chǔ)單元，另外一個(gè)為參考存儲(chǔ)單元。寫(xiě)操作時(shí)，將兩個(gè)1T1R存儲(chǔ)單元分別寫(xiě)入兩個(gè)相反的狀態(tài)，主存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘1’，參考存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘0’，則2-1T1R存儲(chǔ)的值為‘1’；或者主存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘0’，參考存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘1’，則2-1T1R存儲(chǔ)的值為‘0’；讀操作時(shí)，參考存儲(chǔ)單元作為產(chǎn)生主存儲(chǔ)單元讀取參考電流的參考單元。與傳統(tǒng)的存儲(chǔ)陣列使用固定讀取參考電流或利用共享的參考單元產(chǎn)生讀取參考電流相比，本發(fā)明讀操作時(shí)的讀裕度增加了一倍，大大提高了讀取速度和成功率。
【專利說(shuō)明】—種具有讀取自參考功能的2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及新興的非揮發(fā)隨機(jī)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于1T1RRRAM的
存儲(chǔ)單元。
【【背景技術(shù)】】
[0002]近幾年在智能手機(jī)、智能電視和平板電腦等消費(fèi)類市場(chǎng)牽引下，flash存儲(chǔ)器得到迅速發(fā)展。但是，由于復(fù)雜的掩模圖形及昂貴的制造成本，越來(lái)越大的字線漏電和單元之間的串?dāng)_，以及浮柵中電子數(shù)目越來(lái)越少等原因，其尺寸縮小能力受到了很大限制，估計(jì)發(fā)展到Iz nm將很難繼續(xù)往下發(fā)展。因此，新興的非揮發(fā)存儲(chǔ)器CBRAM、MRAM、PRAM、RRAM等越來(lái)越受到重視，其中RRAM憑借高速度、大容量、低功耗、低成本和高可靠性被認(rèn)為是flash最有力的候選者。
[0003]但是，由于工藝電壓溫度(PVT)的影響，RRAM阻變單元電阻大小存在嚴(yán)重的一致性問(wèn)題，晶圓和晶圓之間，芯片與芯片之間，同一芯片上不同區(qū)域都存在著電阻大小的偏差。無(wú)論是高阻態(tài)還還是低阻態(tài)，電阻大小都是有一定范圍的正太分布。因此，對(duì)于基于電流模式的讀取電路來(lái)說(shuō)，就很難提供一個(gè)比較理想的參考電流。首先采用固定參考電流是不可能，因?yàn)樗鼰o(wú)法跟蹤阻變單元高阻態(tài)和低阻態(tài)因?yàn)閰^(qū)域和溫度帶來(lái)的偏差。對(duì)于共享的的參考單元來(lái)說(shuō)，雖然能夠跟蹤電阻隨著區(qū)域和溫度的變化，但參考單元本身電阻大小也存在一致性問(wèn)題，呈正太分布，對(duì)于高阻單元或者低阻單元不能保證讀取裕度始終為(L -1H)/2 (L為阻變單元處于低阻態(tài)時(shí)的電流，Ih為阻變單元處于高阻態(tài)時(shí)的電流)，所以不僅會(huì)降低讀取速度，還 大大減小了讀取成功率。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明提出一種具有讀取自參考功能的阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)存儲(chǔ)單元，2-lTlR(2-lTransistorIResistor),處于相反狀態(tài)的參考存儲(chǔ)單元為主存儲(chǔ)單元產(chǎn)生參考電流，讀取裕讀始終為IH，大大提高了讀取速度和成功率。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種具有讀取自參考功能的2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元，包括兩個(gè)1T1RRRAM存儲(chǔ)單元ITlRl和1T1R2。ITlR為傳統(tǒng)的RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，R為阻變單元，具有高阻和低阻兩個(gè)狀態(tài)，T為選擇晶體管，當(dāng)R為低阻態(tài)時(shí)，ITlR存儲(chǔ)值為‘1’，當(dāng)R為高阻態(tài)時(shí)，ITlR存儲(chǔ)值為‘O，。
[0007]ITlRl和1T1R2均可以作為主存儲(chǔ)單元或參考存儲(chǔ)單元，若ITlRl作為主存儲(chǔ)單元，則1T1R2作為參考存儲(chǔ)單元，若1T1R2作為主存儲(chǔ)單元，則ITlRl作為參考存儲(chǔ)單元。
[0008]寫(xiě)操作時(shí)，主存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘I’(R為低阻態(tài))，參考存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘0’(R為高阻態(tài))，2-1T1R存儲(chǔ)單元寫(xiě)入值為‘ I’，主存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘0’，參考存儲(chǔ)單元寫(xiě)入‘ I’，2-1T1R存儲(chǔ)單元寫(xiě)入值為‘O’。
[0009]讀操作時(shí)，參考存儲(chǔ)單元為主存儲(chǔ)單元產(chǎn)生讀取參考電流，讀取電路將主存儲(chǔ)單元產(chǎn)生的讀取電流和參考存儲(chǔ)單元產(chǎn)生讀取參考電流進(jìn)行比較，若讀取電流大于讀取參考電流，讀出值為‘1’，反之，讀出值為‘O’。
[0010]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]該2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元主要由兩個(gè)傳統(tǒng)的ITlR存儲(chǔ)單元組成，一個(gè)為主存儲(chǔ)單元，另一個(gè)參考存儲(chǔ)單元，處于相反狀態(tài)的參考存儲(chǔ)單元為主存儲(chǔ)單元產(chǎn)生讀取參考電流，不僅可以跟蹤區(qū)域和溫度帶來(lái)的電阻偏差，而且相對(duì)于采用固定參考電流和共享參考單元產(chǎn)生參考電流，還將讀取裕度從(If Ih)/2提高一倍至IH，且可以始終保持為L(zhǎng)_Ih，大大提高了讀取速度和成功率；適合高速嵌入式應(yīng)用。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0012]圖1為傳統(tǒng)ITlR RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為基于傳統(tǒng)ITlR存儲(chǔ)單元的一個(gè)存儲(chǔ)陣列實(shí)例。
[0015]圖4為基于本發(fā)明的2-1T1R存儲(chǔ)單元的一個(gè)存儲(chǔ)陣列實(shí)例。
[0016]圖5為基于電流模式靈敏放大器的讀取原理圖。
[0017]為便于閱讀附圖，各附圖標(biāo)號(hào)分為帶有下劃線和不帶下劃線兩種，其中帶有下劃線的標(biāo)號(hào)指代電子元器件或功能單元，不帶下劃線的標(biāo)號(hào)指代線路。
[0018]【附表說(shuō)明】
[0019]表1為傳統(tǒng)ITlR RRAM存儲(chǔ)單元讀寫(xiě)操作條件。
[0020]表2為本發(fā)明的2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元讀寫(xiě)操作條件。
【【具體實(shí)施方式】】
[0021]下面結(jié)合附圖和附表對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步描述。
[0022]請(qǐng)參閱圖1所示，圖1為傳統(tǒng)的ITlR RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。包括一個(gè)阻變單元垃和一個(gè)NMOS選擇晶體管邊，垃的陽(yáng)極與位線11連接，陰極與邊的漏端13相連，邊的源端與源線12連接，柵端與字線14連接。當(dāng)叢為高阻態(tài)時(shí)，ITlR存儲(chǔ)值為‘1’，當(dāng)叢為低阻態(tài)時(shí)，ITlR存儲(chǔ)值為‘O’。
[0023]請(qǐng)參閱表1所示，表1給出了傳統(tǒng)ITlR RRAM存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作條件。當(dāng)對(duì)ITlR寫(xiě)‘ I’時(shí)，即對(duì)垃進(jìn)行set(set為R從高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)的過(guò)程)，字線14接電壓Vset_wl，位線11接電壓Vset，源線12接地線GND ;當(dāng)對(duì)ITlR寫(xiě)‘0’時(shí)，即對(duì)邊進(jìn)行reset (reset為R從低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)的過(guò)程)，字線14接電壓VreSet_wl，位線11與接地線GND，源線12接電壓Vreset。當(dāng)對(duì)ITlR進(jìn)行讀取時(shí)，字線14接電源電壓VDD，位線11接電壓Vread,源線12與地線連接，將位線11上的電流和參考電流(固定參考電流或共享參考單元產(chǎn)生的參考電流)送往基于電流模式的靈敏放大器，如果位線11上的電流大于參考電流，則讀取值為“1”，反之，則讀取值為“O”。
[0024]表1
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種具有讀取自參考功能的2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元，其特征在于:包括兩個(gè)ITlRRRAM存儲(chǔ)單元，分別記為ITlRl和1T1R2，其中一個(gè)作為主存儲(chǔ)單元，另一個(gè)作為參考存儲(chǔ)單元； 所述ITlR RRAM存儲(chǔ)單元包括一個(gè)阻變單元R和一個(gè)選擇晶體管T，阻變單元R具有高阻態(tài)和低阻態(tài)兩個(gè)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)‘0’和‘I’的寫(xiě)入； 主存儲(chǔ)單元的阻變單元R與參考存儲(chǔ)單元的阻變單元R保持相反的阻態(tài)；主存儲(chǔ)單元的值即2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元的值，參考存儲(chǔ)單元為主存儲(chǔ)單元產(chǎn)生讀取參考電流。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于: 對(duì)2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元寫(xiě)‘ I’，則將主存儲(chǔ)單元中的阻變單元R設(shè)置為低阻態(tài)，主存儲(chǔ)單元中的字線接電壓Vset_wl，位線接電壓Vset,源線接地線GND ;將參考存儲(chǔ)單元中的阻變單元R設(shè)置為高阻態(tài)，參考存儲(chǔ)單元中的字線接電壓Vresetjl，位線接地線GND，源線接電壓Vreset ； 對(duì)2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元寫(xiě)‘0’，則將主存儲(chǔ)單元中的阻變單元R設(shè)置為高阻態(tài)，主存儲(chǔ)單元中的字線接電壓Vreset_wl,位線接地線GND,源線接電壓Vreset ;將參考存儲(chǔ)單元中的阻變單元R設(shè)置為低阻態(tài)，參考存儲(chǔ)單元中的字線接電壓Vset_wl，位線接電壓Vset，源線接地線GND ； 對(duì)2-1T1R RRAM存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀取，則主存儲(chǔ)單元和參考存儲(chǔ)單元中的字線均接電源電壓VDD，位線均接電壓Vread,源線均接地線GND，將主存儲(chǔ)單元中的位線(21)上的電流和參考存儲(chǔ)單元中的位線(26)上的電流送往基于電流模式的靈敏放大器，若主存儲(chǔ)單元中的位線(21)上電流大于參考存儲(chǔ)單元中的位線(26)上的電流，則讀取存儲(chǔ)值為“1”，反之，讀取存儲(chǔ)值為“O”。
【文檔編號(hào)】G11C16/06GK103839585SQ201410075614
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】任奇?zhèn)? 潘立陽(yáng), 韓小煒 申請(qǐng)人:山東華芯半導(dǎo)體有限公司