專利名稱：綠色晶體管、電阻隨機存儲器及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種綠色晶體管、電阻隨機存儲 器及其驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
當前，開發(fā)成本低、速度快、存儲密度高、制造簡單且與當前的互補金屬氧化 物(CMOS)半導(dǎo)體集成電路工藝兼容性好的新型存儲技術(shù)受到世界范圍的廣泛關(guān)注。 基于具有電阻開關(guān)特性的金屬氧化物的電阻式隨機存取存儲器(Resistive Random Access Memory, RRAM簡稱為電阻隨機存儲器)的內(nèi)存技術(shù)是目前多家器件制造商開發(fā)的重 點，因為這種技術(shù)可以提供更高密度、更低成本與更低耗電量的非易失性內(nèi)存。RRAM 的存儲單元在施加脈沖電壓后電阻值會產(chǎn)生很大變化，這一電阻值在斷開電源后仍能維 持下去。此外，RRAM具有抗輻照、耐高低溫、抗強振動、抗電子干擾等性能。RRAM包括多個存儲單元組成存儲器陣列，如圖1所示，給出了典型的RRAM 的一個存儲單元結(jié)構(gòu)，其中每個存儲單元包括一個選通管2以及一個存儲電阻1，形成 ITlR的結(jié)構(gòu)(T: transistor, R Resistor),其中選通管2多用場效應(yīng)晶體管MOSFET進 行存儲器單元的選中以及讀寫操作。所述存儲電阻1 一端連接位線3，另一端與選通管 2的漏極連接；選通管2的柵極與字線4連接，而源極接地。在RRAM中，數(shù)據(jù)值為O 或1對 應(yīng)于于存儲電阻1的阻態(tài)，而在存儲單元中通過電流脈沖可以改變存儲電阻1的阻 值，假設(shè)存儲電阻1為高阻態(tài)時對應(yīng)數(shù)據(jù)值定義為1，則低阻態(tài)時對應(yīng)數(shù)據(jù)值為0，下面 結(jié)合圖2所示的電阻隨機存儲器讀寫機制示意圖，對現(xiàn)有的ITlR結(jié)構(gòu)的電阻隨機存儲器 的讀寫操作機制做進一步介紹。在進行寫操作時，先將位線3置為較高電壓VH，此時在存儲單元的兩側(cè)存在較 大電勢差，但由于選通管2未導(dǎo)通，因此存儲單元中未有電流通過。然后通過字線4短暫 開啟選通管2，使得存儲單元中通過能量較大的電流脈沖，從而改變存儲電阻1的阻態(tài)， 比如從高電阻變?yōu)榈碗娮杌蛘邚牡碗娮枳優(yōu)楦唠娮瑁纯筛淖兇鎯卧臄?shù)據(jù)值。在進行讀操作時，先將位線3置為較低電壓Vy然后通過字線4開啟選通管2， 即該存儲單元被選中，由于存儲電阻1兩側(cè)的電勢差較低，因此流過的電流不足以改變 存儲電阻1的阻態(tài)，但可以根據(jù)電流的大小判斷當前存儲單元中存儲電阻1的阻態(tài)，若電 流較小則存儲電阻1為高阻態(tài)，讀得存儲單元的數(shù)據(jù)值定義為1，若電流較大則存儲電阻 1為低阻態(tài)，讀得存儲單元的數(shù)據(jù)值定義為0。隨著存儲器技術(shù)的發(fā)展以及器件按比例縮小(scaling)的引導(dǎo)下，器件的功耗 和功耗密度已經(jīng)逐漸形成一項亟需解決的問題，導(dǎo)致功耗困難的出現(xiàn)原因是存儲器中 陣列密度不斷增大，而電源電壓長期以來保持了以5V作為各級工藝的標準，造成使用 MOSFET作為選通管的電阻隨機存儲器產(chǎn)生大量的無效功耗。因此外置電壓源按比例縮 小(VDD-scaling)已經(jīng)愈發(fā)成為一個限制電阻隨機存儲器發(fā)展的瓶頸。目前，有人首次提出這樣一種理論和初步試驗，在場效應(yīng)晶體管中使用柵極偏壓誘導(dǎo)能帶隧穿效應(yīng)(band to band-tunneling)可以不受外置電壓源按比例縮小 (VDD-scaling)的限制，載流子在上述效應(yīng)中無須跨越勢壘而是直接經(jīng)過隧穿實現(xiàn)載 流子的移動，形成電流，可以有效降低器件的能耗。基于上述理論，Chenming Hu等 人在 “VLSI Technology，Systems and Applications, 2008.VLSI-TSA 2008.International Symposium on”(2008年國際超大型積體電路技術(shù)、系統(tǒng)暨應(yīng)用(VLSI-TSA)研討會論文 集)的第14至15頁首次公開了通過采用綠色晶體管(green FET,簡稱gFET)降低外置 電壓源，提高晶體管驅(qū)動能力的方案，文章名稱為“Green Transistor-AVDD Scaling Path for Future Low Power ICS”。如圖3a所示，為上述綠色晶體管的剖面結(jié)構(gòu)圖，包括絕緣體上硅(SOI) 10， 所述絕緣體上硅10包括基底11、埋氧層12和頂層硅13 ；依次位于頂層硅13上的柵介質(zhì) 層16以及柵電極17，兩者構(gòu)成了綠色晶體管的柵極結(jié)構(gòu)；所述綠色晶體管還包括位于頂 層硅13內(nèi)、柵介質(zhì)層16兩側(cè)的源極14、漏極15，所述源極14與漏極15的摻雜類型相 異；還包括位于頂層硅13內(nèi)的相鄰的口袋注入層18和淺摻雜區(qū)19，所述相鄰的口袋注 入層18和淺摻雜區(qū)19與柵介質(zhì)層16的位置相對應(yīng)，所述口袋注入層18的摻雜類型與漏 極15相同，并通過淺摻雜區(qū)19與漏極15電連接；所述口袋注入層18的深度小于淺摻雜 區(qū)19，源極14延伸過口袋注入層18的底部與淺摻雜區(qū)19相鄰。綠色晶體管中，N型或P型的定義根據(jù)口袋注入層18的摻雜類型而定，例如 P型綠色晶體管即口袋注入層18的摻雜類型為P型、源極14的摻雜類型為N型、漏極15 的摻雜類型為P型，而N型綠色晶體管則反之。需要指出的是，綠色晶體管中空穴以及 電子均為主要載流子，因此其源極、漏極的劃分與傳統(tǒng)場效應(yīng)晶體管不同，一般而言將 形成有口袋注入層18的一端定義為源極14。下面以P型綠色晶體管為例，對其工作原 理進行 進一步介紹。如圖3b所示，為P型綠色晶體管的P型口袋注入層18附近的能帶圖，其中虛線 部分為晶體管關(guān)閉時的能帶，實線部分為晶體管開啟時的能帶。在關(guān)閉狀態(tài)下，即柵電 極17未加載偏壓時，導(dǎo)帶Ec底部比價帶Ev頂部電勢位高，導(dǎo)帶Ec和價帶Ev之間存在 很大的勢壘，此時P型口袋注入層18與N型源極14之間不會產(chǎn)生載流子轉(zhuǎn)移。在開啟 狀態(tài)下，即柵極加載負偏壓時，P型口袋注入層18電勢降低，能帶進一步向上彎曲，使 得價帶Ev的頂部電勢位超過了導(dǎo)帶Ec底部，在價帶Ev內(nèi)的共價鍵電子隧道穿過進入導(dǎo) 帶Ec內(nèi)形成自由電子，在價帶Ev內(nèi)則形成自由空穴，即形成隧道效應(yīng)。如圖3c所示，為現(xiàn)有的P型綠色晶體管開啟時產(chǎn)生導(dǎo)通電流的示意圖，結(jié)合圖 3b以及圖3c，當源極14、漏極15之間存在正向電壓(Vsd >0)，且Vsd大于柵極與漏極 15之間的正向電壓Vgd時(如果Vd = 0，則Vs > Vg,也就是說柵極電壓負向于源極電 壓)，P型口袋注入層18的共價鍵電子將向N型源極14隧穿形成連續(xù)的電子流，同時P 型口袋注入層18內(nèi)的空穴將經(jīng)由淺摻雜區(qū)19流向P型漏極15，從而器件能夠工作。與現(xiàn)有的MOSFET主要依靠一種載流子導(dǎo)通不同，綠色晶體管的電流同時包括 電子和空穴，因此，其亞閾值電壓擺幅較小，小于60mV/decade，甚至可以小于IOmV/ decade,且閾值電壓遠低于現(xiàn)有的MOSFET，可以低至0.2V，同等尺寸下的能耗遠小于 現(xiàn)有的MOSFET，而在同等驅(qū)動電源下能夠產(chǎn)生更大的驅(qū)動電流，是深納米尺寸替代 MOSFET的良好選擇。
基于上述理論，綠色晶體管所具有的低閾值電壓以及高驅(qū)動能力特點，非常適 合使用于電阻隨機存儲器，但是當前綠色晶體管的概念僅處于試驗研究階段，而實際應(yīng) 用于半導(dǎo)體的制造工藝，尤其應(yīng)用于電阻隨機存儲器領(lǐng)域的方案尚無報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種電阻隨機存儲器及其驅(qū)動方法，使用綠色晶 體管作為選通管，具有低能耗的特點，以適應(yīng)器件按比例縮小的發(fā)展。為解決上述問題，本發(fā)明所提供的電阻隨機存儲器及其相應(yīng)的驅(qū)動方法如下本發(fā)明所述的一種電阻隨機存儲器，包括由存儲單元所組成的存儲陣列，其中 所述存儲單元包括一個存儲電阻以及一個選通管；所述存儲電阻的一端連接位線，另一 端連接選通管；所述選通管為綠色晶體管，其中柵極連接字線；源極或漏極與存儲電阻 電連接。作為可選方案，所述綠色晶體管的源極與漏極中，一個與存儲電阻電連接，另 一個則接地或者外置電源。作為可選方案，所述綠色晶體管為N型綠色晶體管或P型綠色晶體管。在存儲 單元進行選通以及讀、寫操作時，字線施加于柵極負向于源極的電壓，并超過綠色晶體 管的閾值電壓。一種應(yīng)用于上述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括在進行寫操作時，通過位線使得綠色晶體管的源、漏極之間形成高電勢差，通 過字線控制柵極短暫開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變存儲電阻的阻態(tài)，在存儲 單元中寫入數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，通過位線使得綠色晶體管的源、漏極之間形成低電勢差，通 過字線控制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，并檢測電流的大小，讀取存儲單元中 的數(shù)據(jù)。作為可選方案，所述寫操作時，若存儲電阻變?yōu)楦咦钁B(tài)，則存儲單元中寫入數(shù) 據(jù)定義為1;若存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)時，存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為0。所述讀操作時， 對各存儲單元中流經(jīng)的電流大小進行檢測，電流較大的存儲單元中數(shù)據(jù)定義為0，而電流 較小的存儲單元數(shù)據(jù)定義為1。本發(fā)明還提供了一種綠色晶體管，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底，形成于襯底內(nèi)的第一源極、第二源極、漏極以及形成于襯底表面 的柵極；所述漏極形成于柵極底部的襯底內(nèi)；所述第一源極與第二源極形成于柵極兩側(cè) 的襯底內(nèi)，且關(guān)于漏極對稱；在所述柵極的底部、第一源極內(nèi)靠近漏極一側(cè)形成有第一 口袋注入?yún)^(qū)；在所述柵極的底部、第二源極內(nèi)靠近漏極一側(cè)形成有第二 口袋注入?yún)^(qū)；所述第一口袋注入?yún)^(qū)以及第二口袋注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與漏極相同，且與第一源 極以及第二源極相反。 作為可選方案，所述第一口袋注入?yún)^(qū)或第二 口袋注入?yún)^(qū)通過淺摻雜區(qū)與漏極電 連接，所述淺摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與漏極相同，摻雜濃度較漏極的摻雜濃度低。
作為可選方案，第一口袋注入?yún)^(qū)以及第二口袋注入?yún)^(qū)通過同一淺摻雜區(qū)與漏極 電連接，所述淺摻雜區(qū)為漏極的延伸，位于柵極的底部、第一口袋注入?yún)^(qū)與第二 口袋注 入?yún)^(qū)之間。一種應(yīng)用了上述綠色 晶體管的電阻隨機存儲器，包括由存儲單元所組成的存儲 陣列，其中所述存儲單元包括一個存儲電阻、一個參考電阻以及一個選通管；所述存儲 電阻以及參考電阻的一端均連接位線，另一端均連接選通管；所述選通管為綠色晶體 管，其中柵極連接字線，第一源極或第二源極分別與存儲電阻或參考電阻電連接。作為可選方案，所述參考電阻的阻值為恒定值，并且不大于存儲電阻的高阻態(tài) 阻值，不小于存儲電阻的低阻態(tài)阻值。作為可選方案，所述綠色晶體管的漏極接地或者外置電源。作為可選方案，所述綠色晶體管為N型綠色晶體管或P型綠色晶體管。在存儲 單元進行選通以及讀、寫操作時，字線施加于柵極負向于源極的電壓，并超過綠色晶體 管的閾值電壓。一種應(yīng)用于上述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括在進行寫操作時，使得位線與綠色晶體管的漏極之間形成高電勢差，通過字線 控制柵極短暫開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變存儲電阻的阻態(tài)，在存儲單元中 寫入數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，使得位線與綠色晶體管的漏極之間均形成低電勢差，通過字 線控制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，比較流經(jīng)存儲電阻的電流與流經(jīng)參考電阻 的電流的大小，讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)。作為可選方案，所述寫操作時，若存儲電阻變?yōu)楦咦钁B(tài)，則存儲單元中寫入數(shù) 據(jù)定義為1;若存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)時，存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為0。所述讀操作時， 若流經(jīng)存儲電阻中的電流大于流經(jīng)參考電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為0;若流經(jīng)存 儲電阻中的電流小于流經(jīng)參考電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為1;若兩電流相等，則 根據(jù)參考電阻的阻態(tài)，判定存儲單元數(shù)據(jù)值。本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用了前述綠色晶體管的電阻隨機存儲器，包括由存儲單 元所組成的存儲陣列，其中所述存儲單元包括第一存儲電阻、第二存儲電阻以及一個選 通管；所述第一存儲電阻以及第二存儲電阻的一端分別連接第一位線以及第二位線，另 一端均連接選通管；所述選通管為綠色晶體管，其中柵極連接字線；第一源極或第二源 極分別與第一存儲電阻或第二存儲電阻電連接。作為可選方案，所述綠色晶體管的漏極接地或者外置電源。作為可選方案，所述場效應(yīng)晶體管為N型綠色晶體管或P型綠色晶體管。在存 儲單元選通以及讀、寫操作時，字線施加于柵極負向于源極的電壓，并超過綠色晶體管 的閾值電壓。一種應(yīng)用于上述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括在進行寫操作時，使得第一位線或第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成高電 勢差，通過字線控制柵極短暫開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變第一存儲電阻或 第二存儲電阻的阻態(tài)，在存儲單元中寫入數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，使得第一位線以及第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成低電勢差，通過字線控制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，并檢測流經(jīng)第一存儲電阻 的電流以及流經(jīng)第二存儲電阻的電流的大小，讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)。作為可選方案，若存儲電阻變?yōu)楦咦钁B(tài)，則該存儲電阻中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ； 若存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)時，則該存儲電阻中寫入數(shù)據(jù)定義為0。所述存儲單元包括兩位數(shù) 據(jù)，每位數(shù)據(jù)分別對應(yīng)一個存儲電阻；在進行讀操作時，電流較大的存儲電阻中數(shù)據(jù)為 0，而電流較小的存儲電阻中數(shù)據(jù)為1。另一種應(yīng)用于上述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括 初始化存儲器單元，使得第一存儲電阻與第二存儲電阻的阻態(tài)相反；在進行寫操作時，使得第一位線以及第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成高 電勢差，通過字線控制柵極短暫開啟晶體管，形成強電流脈沖，同時改變第一存儲電阻 以及第二存儲電阻的阻態(tài)，在存儲單元中寫入數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，使得第一位線以及第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成低 電勢差，通過字線控制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，比較流經(jīng)第一存儲電阻的 電流與流經(jīng)第二存儲電阻的電流的大小，讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)。所述初始化存儲器單元，具體包括將第一位線或第二位線置為高位電壓，使 得第一位線或第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成高電勢差，通過字線控制柵極短暫 開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變第一存儲電阻或第二存儲電阻的阻態(tài)，使得兩 者阻態(tài)相反。作為可選方案，所述寫操作時，若第一存儲電阻變?yōu)楦咦钁B(tài)，第二存儲電阻變 為低阻態(tài)，則存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ；若第一存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)，第二存儲電 阻變?yōu)楦咦钁B(tài)時，則存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為0。所述讀操作時，若流經(jīng)第一存儲電阻 中的電流小于流經(jīng)第二存儲電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為1;若流經(jīng)第一存儲電阻 中的電流大于流經(jīng)第二存儲電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為0。本發(fā)明利用綠色晶體管作為存儲單元的選通管，與現(xiàn)有的電阻隨機存儲器以傳 統(tǒng)場效應(yīng)晶體管作為選通管相比，位線以及字線僅需提供較低的電壓即可，便能夠提供 較大的讀、寫操作電流，具有較強的驅(qū)動能力。同時能夠減小存儲器上選通管的功耗， 而增強存儲電阻上的功耗以獲得良好的加熱或者相變效果。此外，還提供了一種1T2R的 存儲單元結(jié)構(gòu)，能夠進一步提高存儲器陣列的集成度，便于器件按比例縮小。
通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其他目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。附圖中與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件使用了相同的附圖標記。附 圖并未按比例繪制，重點在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中為清楚起見，放大了層和區(qū) 域的尺寸。圖1為現(xiàn)有的電阻隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的電阻隨機存儲器的讀寫時序示意圖；圖3a為現(xiàn)有的綠色晶體管的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖3b為現(xiàn)有的P型綠色晶體管中口袋注入層附近的能帶圖；圖3c為現(xiàn)有的P型綠色晶體管開啟時產(chǎn)生導(dǎo)通電流的示意圖4a為本發(fā)明所述第一電阻隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4b為本發(fā)明所述第一電阻隨機存儲器的存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a為第一電阻隨機存儲器的寫操作示意圖；圖5b為本發(fā)明所述第一驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作的流程圖；圖6a為第一電阻隨機存儲器的讀操作示意圖；圖6b為本發(fā)明所述第一驅(qū)動方法執(zhí)行讀操作的流程圖；圖7為本發(fā)明所述第一驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖；圖8a為本發(fā)明所述的綠色晶體管的結(jié)構(gòu)示意
圖8b為本發(fā)明所述的綠色晶體管的等效電路圖；圖9a為本發(fā)明所述第二電阻隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9b為本發(fā)明所述第二電阻隨機存儲器的存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖IOa為第二電阻隨機存儲器的寫操作示意圖；圖IOb為本發(fā)明所述第二驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作的流程圖；圖Ila為第二電阻隨機存儲器的讀操作示意圖；圖lib為本發(fā)明所述第二驅(qū)動方法執(zhí)行讀操作的流程圖；圖12為本發(fā)明所述第二驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖；圖13a為本發(fā)明所述第三電阻隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13b為本發(fā)明所述第三電阻隨機存儲器的存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖14a為第三電阻隨機存儲器的寫操作示意圖；圖14b為本發(fā)明所述第三驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作的流程圖；圖15a為第三電阻隨機存儲器的讀操作示意圖；圖15b為本發(fā)明所述第三驅(qū)動方法執(zhí)行讀操作的流程圖；圖16為本發(fā)明所述第三驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖；圖17a為第三電阻隨機存儲器的另一種寫操作示意圖；圖17b為本發(fā)明所述第四驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作的流程圖；圖18a為第三電阻隨機存儲器的另一種讀操作示意圖；圖18b為本發(fā)明所述第四驅(qū)動方法執(zhí)行讀操作的流程圖；圖19為本發(fā)明所述第四驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖。
具體實施例方式從背景技術(shù)的分析中可知，與現(xiàn)有的場效應(yīng)晶體管主要依靠一種載流子遷移產(chǎn) 生電流的機制不同，綠色晶體管中空穴與電子的遷移在導(dǎo)通電流中均起到了重要的作 用，因此綠色晶體管的亞閾值電壓擺幅小，且閾值電壓低，同等尺寸下的開關(guān)能耗遠小 于現(xiàn)有的MOSFET，而在同等驅(qū)動電源下能夠產(chǎn)生更大的驅(qū)動電流。本發(fā)明即利用綠色晶體管的低閾值電壓以及高驅(qū)動能力特點，在深納米尺寸 下，將其替代MOSFET作為電阻隨機存儲器的選通管，以適應(yīng)器件按比例縮小的發(fā)展?；谏鲜鏊枷?，本發(fā)明提供了若干電阻隨機存儲器結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)驅(qū)動方法的具 體實施例，下面結(jié)合說明書附圖分別作詳細介紹。本發(fā)明具體實施例所提供的第一電阻隨機存儲器，包括由存儲單元所組成的存儲陣列，圖4a為本發(fā)明所述第一電阻隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖，而圖4b為所述存儲單元 結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4a以及圖4b所示，存儲單元包括一個存儲電阻100以及一個選通 管 200；所述存儲電阻100的一端連接位線300，另一端連接選通管200;所述選通管200為 綠色晶體管，其中柵極連接字線400，源極或漏極與存儲電阻電連接。在第一電阻隨機存儲器中，所述選通管200所采用的綠色晶體管為背景技術(shù)中 所提及的現(xiàn)有綠色晶體管，可以選擇N型綠色晶體管或P型綠色晶體管。以下結(jié)合圖3a 以及圖4a、圖4b，對上述第一電阻隨機存儲器做進一步分析。圖3a所示綠色晶體管中，導(dǎo)通電流形成于源極14與漏極15之間，但導(dǎo)通電流的 形成機制與傳統(tǒng)的場效應(yīng)晶體管不同。在傳統(tǒng)的場效應(yīng)晶體管中，源、漏極是完全對稱 的，摻雜類型也相同，僅存在定義上的區(qū)別，導(dǎo)通電流可以在源、漏極之間雙向流通； 而在綠色晶體管中，源、漏極之間的摻雜類型是相反的，根據(jù)導(dǎo)通電流的形成機制，綠 色晶體管中的導(dǎo)通電流只能是一個方向，例如對P型綠色晶體管而言，導(dǎo)通電流的方向 只能是從14源極流向漏極15，而對于N型綠色晶體管，導(dǎo)通電流的方向只能是從漏極15 流向源極14。在上述第一電阻隨機存儲器中，根據(jù)存儲器外置電源的電勢位，以及存儲單元 中預(yù)定的電流流向等實際需要，進一步選擇綠色晶體管(即選通管200)的類型，并確定 連接方法。此外，為了固定選通管200另一端的電勢，在所述綠色晶體管中，如果源極 或漏極的其中之一與存儲電阻電連接，則另一個則接地或者外置電源。再如圖4a以及圖4b所示，本實施例中，假設(shè)外置電源向字線、位線提供的均為 正電壓，讀、寫操作電流由位線300 —側(cè)流向選通管200，選通管200采用P型綠色晶體 管，則選通管200中源極連接存儲電阻，漏極接地。如果需要采用N型綠色晶體管作為 選通管200，則選通管200中P型源極連接存儲電阻，N型漏極接外置電源，存儲電阻另 一端接位線，所述位線提供的電壓低于外置電源(例如可以接地)，而字線施加正向于源 極電壓以觸發(fā)導(dǎo)通電流即可，所述導(dǎo)通電流方向與P型綠色晶體管相反，但基本工作機 制相同，以下不再另外敘述其驅(qū)動方法。在選中的存儲單元上進行讀寫操作時，需要通過該存儲單元所對應(yīng)的字線400 向P型選通管200的柵極施加負向于選通管200中源極的電壓，所述負電壓超過閾值電壓 以開啟P型綠色晶體管，進一步形成導(dǎo)通電流。同時在未選中的存儲單元中，其對應(yīng)的位線300接地，而對應(yīng)的字線400向選通 管200的柵極所施加的電壓保證柵極向源極的負電壓，不超過閾值電壓，例如可以將字 線與位線的電壓置為相同，使得所述未選中的綠色晶體管關(guān)閉，這樣便消除了 “寫讀干 擾”的問題。此外若選通管200為N型綠色晶體管，則選中存儲單元時，對應(yīng)的字線400向柵 極施加正向于選通管源極的電壓，并超過閾值電壓以開啟N型綠色晶體管。同時在未選 中的存儲單元中，其對應(yīng)的位線300接地，其對應(yīng)的字線400也可以接地，保證未選中的 N型綠色晶體管關(guān)閉，以消除“寫讀干擾”。需要指出的是，與傳統(tǒng)的場效應(yīng)晶體管不同，綠色晶體管在開啟后，并不是 源、漏極之間存在電勢差即能夠形成導(dǎo)通電流，而是還需要在源極與柵極之間形成電勢 差，觸發(fā)口袋注入?yún)^(qū)內(nèi)的載流子發(fā)生隧穿遷移，形成導(dǎo)通電流。以本實施例中選通管200所使用的P型綠色晶體管為例，漏極接地后，通過字線400向柵極施加負向于選通管源極 的電壓，并超出閾值電壓開啟綠色晶體管，然后還要通過位線300向源極施加正向于柵 極的電壓，才能形成導(dǎo)通電流。N型綠色晶體管則正好相反，但機制相似，后述實施例 不再重復(fù)說明。為進一步分析第一電阻隨機存儲器的工作機制，并簡化說明，在本實施例中， 所述存儲電阻100的材質(zhì)性質(zhì)假設(shè)為受到足夠能量的電流脈沖，即能改變阻態(tài)，而阻態(tài) 的類型與電流脈沖的方向大小無關(guān)。基于上述第一電阻隨機存儲器，本發(fā)明提供的第一驅(qū)動方法如下所述圖7為所述第一驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖，圖5a為第一電阻隨機存儲器的寫 操作示意圖，而圖5b為所述第一驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作時的流程圖，結(jié)合圖5a、圖5b以及 圖7所示，所述第一驅(qū)動方法的寫操作的基本步驟包括S110、將位線300置為高位電壓VH，使得位線300與選通管200的漏極之間形
成高電勢差。其中VH>0，漏極接地，因此所述高電勢差即VH，其大小保證在形成電流脈沖 時能夠改變存儲電 阻100的阻態(tài)。SllU通過字線400控制選通管200的柵極，短暫開啟選通管200，形成強電流 脈沖，改變存儲電阻100的阻態(tài)，在存儲單元中寫入數(shù)據(jù)。其中，在選通管200的柵極短暫施加電壓Vg，使得所述柵極向源極的電壓Vgs <0，且超過了選通管200的閾值電壓；在上述前提下，Vg越負向於源極的電壓(Vgs越 負)，也即位線300的電壓Vh越大于柵極電壓Vg，則在晶體管中產(chǎn)生越大值的電流脈沖 Iw。所述強電流脈沖Iw將改變存儲電阻100的阻態(tài)；假設(shè)存儲電阻100變?yōu)楦咦钁B(tài)時， 視為存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ；若存儲電阻100變?yōu)榈妥钁B(tài)時，視為存儲單元中寫入 數(shù)據(jù)定義為0。圖6a為第一電阻隨機存儲器的讀操作示意圖，而圖6b為所述第一驅(qū)動方法執(zhí)行 讀操作時的流程圖，結(jié)合圖6a、圖6b以及圖7所示，所述第一驅(qū)動方法的讀操作的基本 步驟包括S120、將位線300置為低位電壓Vl，使得位線300與選通管200的漏極之間形 成低電勢差。其中\(zhòng)^>0，漏極接地，因此所述低電勢差即Vp其大小保證在選通管200開 啟時能夠引發(fā)導(dǎo)通電流，即Vl > Vg，但不改變存儲電阻100的阻態(tài)。S121、通過字線400控制選通管200的柵極，開啟選通管200，形成導(dǎo)通電流， 并檢測所述導(dǎo)通電流的大小，讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)。其中，通過字線400在選通管200的柵極施加電壓Vg，使得所述柵極向源極的 電壓Vgs <0，超過了選通管200的閾值電壓，選通管200中形成導(dǎo)通電流流經(jīng)存儲電阻 100，所述流經(jīng)存儲電阻100的電流為IR(IR與存儲電阻100的阻值R呈反比)，依據(jù)各存 儲單元中電流Ir的大小進行檢測，Ir較大的存儲單元中，存儲電阻100的阻值R較小， 即存儲電阻100為低阻態(tài)，讀取得存儲單元的數(shù)據(jù)定義為0，而Ir較小的存儲單元中，存 儲電阻100的阻值R較大，即存儲電阻100為高阻態(tài)，讀取得存儲單元的數(shù)據(jù)定義為1。在上述第一電阻隨機存儲器中，進行讀操作時，需要測得流經(jīng)存儲電阻100的電流Ir的準確值，才能判斷并讀取存儲單元的數(shù)據(jù)，較為麻煩。如果能夠在存儲單元中 形成可直接用于比較的參考電流，并依據(jù)比較結(jié)果判定存儲單元的數(shù)據(jù)值，能進一步簡 化電阻隨機存儲器的讀寫機制，提高存儲器的讀寫速度。但現(xiàn)有的綠色晶體管中僅能夠 形成一條通路的導(dǎo)電電流，不能滿足上述需求。從背景技術(shù)中可知，現(xiàn)有的綠色晶體管中，控制柵極開啟晶體管的機制，主要 是通過外置電壓施加于柵極上并作用于口袋注入?yún)^(qū)附近，并與源極上的電壓相配合，觸 發(fā)產(chǎn)生隧穿效應(yīng)。因此柵極上產(chǎn)生作用的部分只有靠近源極的一側(cè)。如果設(shè)置兩個源極 關(guān)于柵極對稱設(shè)置，使得柵極兩側(cè)均能夠產(chǎn)生作用，即可制作成雙導(dǎo)通電流的綠色晶體管?；谏鲜鏊枷胍?及現(xiàn)有綠色晶體管的工作機制，本發(fā)明提供了一種新的綠色晶 體管，其基本結(jié)構(gòu)如圖8a所示，包括半導(dǎo)體襯底20，形成于襯底內(nèi)的第一源極31、第二源極32、漏極40以及形成于 襯底表面的柵極50 ；其中漏極40形成于柵極50底部的襯底20內(nèi)，進一步的漏極40是自半導(dǎo)體襯底 20延伸，摻雜類型可以為P型也可以為N型，且與襯底20相同。第一源極31與第二源極32形成于柵極50兩側(cè)的襯底20內(nèi)，且關(guān)于漏極40對 稱，所述第一源極31以及第二源極32的導(dǎo)電類型(即摻雜類型)與漏極40相反。在柵極50的底部、第一源極31內(nèi)靠近漏極40—側(cè)形成有第一口袋注入?yún)^(qū)61 ； 而在柵極50的底部、第二源極32內(nèi)靠近漏極40—側(cè)形成有第二口袋注入?yún)^(qū)62;所述第 一口袋注入?yún)^(qū)61以及第二口袋注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與漏極40相同，因此與第一源極31以 及第二源極32相反。為了降低口袋注入?yún)^(qū)與漏極之間的漏電流，本實施例中，第一口袋注入?yún)^(qū)61或 第二口袋注入?yún)^(qū)62可通過淺摻雜區(qū)與漏極40電連接，所述淺摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與漏極40 相同，摻雜濃度較漏極40的摻雜濃度低。進一步的，本實施例為了簡化器件結(jié)構(gòu)，第一口袋注入?yún)^(qū)61與第二口袋注入?yún)^(qū) 62通過同一個淺摻雜區(qū)70與漏極40電連接；所述淺摻雜區(qū)70為漏極40的延伸，位于 柵極50的底部，第一口袋注入?yún)^(qū)61與第二口袋注入?yún)^(qū)62之間。在圖8a所示的綠色晶體管中，第一源極31、第一口袋注入?yún)^(qū)61與漏極40、柵 極50可視為構(gòu)成了一個綠色晶體管，而第二源極32、第二口袋注入?yún)^(qū)62與漏極40、柵 極50可視為構(gòu)成了另一個綠色晶體管，因此本發(fā)明所述的綠色晶體管等效于將兩個現(xiàn)有 的同類型綠色晶體管進行并聯(lián)，其等效電路圖如圖8b所示。結(jié)合圖8a以及圖8b所示，柵極50能夠同時控制所述并聯(lián)的兩個等效綠色晶體 管的開啟。進一步的，如果將所述第一源區(qū)31、第一口袋注入?yún)^(qū)61與第二源區(qū)32、第 二口袋注入?yún)^(qū)62制作成完全對稱，采用相同的材質(zhì)、摻雜濃度等，可以使得所述并聯(lián)的 兩個等效綠色晶體管的閾值電壓相統(tǒng)一。本實施例中，所述綠色晶體管的柵極50上施加的電壓值超過閾值電壓后，柵極 50兩側(cè)的等效綠色晶體管能夠同時開啟，分別在第一源極31以及第二源極32處施加大于 柵極50的電壓，觸發(fā)第一口袋注入?yún)^(qū)61以及第二口袋注入?yún)^(qū)62附近產(chǎn)生載流子隧穿遷 移，從而能夠從柵極50的兩側(cè)源極內(nèi)形成兩股導(dǎo)通電流，流向漏極40，并在漏極40處匯集。當固定柵 極50以及漏極40的電勢位，且綠色晶體管開啟時，兩側(cè)的導(dǎo)通電流大 小，取決于第一源極31以及第二源極32上的電壓值，而互不干擾。因此在實際應(yīng)用時， 可將漏極40接地，然后根據(jù)綠色晶體管的類型，在第一源極31、第二源極32以及柵極 40上施加電壓，產(chǎn)生所需的導(dǎo)通電流。此外，由于第一口袋注入?yún)^(qū)61以及第二口袋注入?yún)^(qū)62的導(dǎo)電類型相同，因此與 現(xiàn)有的綠色晶體管相似，根據(jù)所述口袋注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型，也可以將本發(fā)明所述的綠色 晶體管分為P型綠色晶體管或N型綠色晶體管。應(yīng)用上述提供的綠色晶體管，本發(fā)明所提供的第二電阻隨機存儲器，包括由存 儲單元所組成的存儲陣列，圖9a為本發(fā)明所述第二電阻隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖，而 圖9b為所述存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖，如圖9a以及圖9b所示，存儲單元包括一個存儲電阻 100、一個參考電阻500以及一個選通管200 ；所述存儲電阻100以及參考電阻500的一端 均連接位線300，另一端均連接選通管200;所述選通管200為綠色晶體管，其中柵極50 連接字線400，第一源極31或第二源極32分別與存儲電阻100或參考電阻500電連接。其中參考電阻500的阻值為恒定值，并且不大于存儲電阻100的高阻態(tài)阻值，不 小于存儲電阻的低阻態(tài)阻值。其中，為了后續(xù)讀操作時比較判定方便，不宜將參考電阻 500的阻值置為存儲電阻的高阻態(tài)阻值或低阻態(tài)阻值，而優(yōu)選介于兩者之間的阻值范圍。為固定選通管200中漏極的電勢位，作為可選方案，可以將所述綠色晶體管的 漏極50接地。作為可選方案，所述綠色晶體管(選通管200)可以為N型或者P型；在存儲單 元中進行選通以及讀、寫操作時，字線400施加于柵極50的電壓超過閾值電壓，從而開 啟綠色晶體管。具體的電壓方向，依據(jù)綠色晶體管的導(dǎo)電類型而定。同樣為簡化說明，在本實施例中，所述存儲電阻100的材質(zhì)性質(zhì)假設(shè)為受到足 夠能量的電流脈沖，即能改變阻態(tài)，而阻態(tài)的類型與電流脈沖的方向大小無關(guān)；假設(shè)選 通管200為P型綠色晶體管，開啟晶體管并形成導(dǎo)通電流時，需要通過400向柵極50施 加負向于第一源極31以及第二源極32，并超過閾值的電壓?；谏鲜龅诙娮桦S機存儲器，本發(fā)明提供的第二驅(qū)動方法如下所述圖12為所述第二驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖，圖IOa為第二電阻隨機存儲器的 寫操作示意圖，而圖IOb為所述第二驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作時的流程圖，結(jié)合圖10a、圖 IOb以及圖12所示，所述第二驅(qū)動方法的寫操作的基本步驟包括S210、將位線300置為高位電壓VH，使得位線300與選通管200的漏極之間形 成高電勢差。其中VH>0，漏極接地，因此所述高電勢差即VH，其大小保證在形成電流脈沖 時能夠改變存儲電阻100的阻態(tài)。S211、通過字線400控制選通管200的柵極，短暫開啟選通管200，形成強電流 脈沖，改變存儲電阻100的阻態(tài)，在存儲單元中寫入數(shù)據(jù)。與第一驅(qū)動方法相同，在選通管200的柵極上短暫施加電壓Vg，使得所述柵極 向源極的電壓Vgs<0，且超過了選通管200的閾值電壓；在上述前提下，Vg越負向于第 一源極或者第二源極的電壓，也即位線300的電壓Vh越大于柵極電壓Vg，則在晶體管中產(chǎn)生越大值的電流脈沖Iw。所述強電流脈沖Iw將改變存儲電阻100的阻態(tài)；假設(shè)存儲電 阻100變?yōu)楦咦钁B(tài)時，存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ；若存儲電阻100變?yōu)榈妥钁B(tài)時，存 儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為0。在上述寫操作過程中，參考電阻500由于為恒定電阻，因此 不受電流脈沖的影響。圖Ila為第二電阻隨機存儲器的讀操作示意圖，而圖lib為所述第二驅(qū)動方法執(zhí) 行讀操作時的流程圖，結(jié)合圖11a、圖lib以及圖12所示，所述第二驅(qū)動方法的讀操作的 基本步驟包括S220、將位線300置為低位電壓Vl，使得位線300與選通管200的漏極之間形 成低電勢差。其中\(zhòng)^>0，漏極接地，因此所述低電勢差即Vp其大小保證在選通管200開 啟時，能夠引發(fā)導(dǎo)通電流，即Vl > Vg，但不改變存儲電阻100的阻態(tài)。S221、通過字線400控制選通管200的柵極，開啟選通管200形成導(dǎo)通電流，并 比較流經(jīng)存儲電阻100上的電流與流經(jīng)參考電阻500上的電流的大小，讀取存儲單元中的 數(shù)據(jù)。其中，通過字線400在選通管200的柵極施加電壓Vg，使得所述柵極向源極的電 壓Vgs<0，超過了選通管200的閾值電壓，但小于位線電壓Vl，在選通管200中形成兩 股導(dǎo)通電流，其中流經(jīng)存儲電阻100的電流為Ir(Ir與存儲電阻100的阻值R呈反比)， 流 經(jīng)參考電阻500的電流為IR，(R’為參考電阻500的阻值，因此在固定的位線電壓下， IR，是個恒定值)。由于參考電阻500的阻值R’介于存儲電阻100的高阻態(tài)阻值以及低 阻態(tài)阻值之間，因此直接比較流經(jīng)存儲電阻100上的電流Ir與流經(jīng)參考電阻500上的電流 IR，的相對大小，可以判斷存儲電阻100的阻態(tài)。即Ir若大于Ir，，則存儲單元數(shù)據(jù)定義 為0 ； Ir若小于IR，，則存儲單元數(shù)據(jù)定義為1。需要另外指出的是，當^與^，相等時，則需要依據(jù)參考電阻500在設(shè)定時，阻 值是否為存儲電阻高阻態(tài)阻值或低阻態(tài)阻值這兩個臨界值，然后進一步判斷。作為優(yōu)選 方案，參考電阻的阻值應(yīng)當介于兩者之間以避免二次判斷，減小存儲器的讀寫操作復(fù)雜 度，也利于提高存儲速度。上述兩種電阻隨機存儲器中，存儲單元均為ITlR結(jié)構(gòu)，但從前述內(nèi)容可知， 本發(fā)明所提供的綠色晶體管中，等效于兩個現(xiàn)有的綠色晶體管并聯(lián)，可以產(chǎn)生兩股導(dǎo)通 電流，因此在同一個選通管200內(nèi)，使用一個柵極最多可以控制兩個存儲電阻，而構(gòu)成 1T2R結(jié)構(gòu)。所述1T2R結(jié)構(gòu)的存儲器能夠大幅提高存儲單元的集成度。因此應(yīng)用前述綠色晶體管，本發(fā)明具體實施例還提供了第三電阻隨機存儲器， 包括由存儲單元所組成的存儲陣列，圖13a為本發(fā)明所述第三電阻隨機存儲器的結(jié)構(gòu)示 意圖，而圖13b為所述存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖，如圖13a以及圖13b所示，存儲單元包括 第一存儲電阻101、第二存儲電阻102以及一個選通管200 ；所述第一存儲電阻101以及 第二存儲電阻102的一端分別連接第一位線301以及第二位線302，另一端均連接選通管 200；所述選通管200為綠色晶體管，其中柵極50連接字線400;而第一源極31或第二 源極32分別與第一存儲電阻101或第二存儲電阻102電連接。為固定選通管200中漏極的電勢位，作為可選方案，可以將所述綠色晶體管的 漏極40接地。
作為可選方案，所述綠色晶體管(選通管200)可以為N型或者P型；在存儲單 元中進行選通以及讀、寫操作時，字線400施加于柵極50的電壓超過閾值電壓，從而開 啟綠色晶體管。具體的電壓方向，依據(jù)綠色晶體管的導(dǎo)電類型而定。同樣為簡化說明，在本實施例中，所述存儲電阻100的材質(zhì)性質(zhì)假設(shè)為受到足 夠能量的電流脈沖，即能改變阻態(tài)，而阻態(tài)的類型與電流脈沖的方向大小無關(guān)；假設(shè)選 通管200為 P型綠色晶體管，開啟晶體管并形成導(dǎo)通電流時，需要通過400向柵極50施 加正向于漏極40并超過閾值的電壓，且電壓值小于第一位線301或第二位線302施加于 第一源極31或第二源極32的電壓?；谏鲜龅谌娮桦S機存儲器，本發(fā)明提供的第三驅(qū)動方法如下所述由于第三電阻隨機存儲器中，每個存儲單元包括兩個存儲電阻，因此可以視為 每個存儲單元包括兩位數(shù)據(jù)，存儲單元的數(shù)據(jù)值為二位數(shù)據(jù)值，每位數(shù)據(jù)的讀寫操作機 制類似于第一驅(qū)動方法。圖16為所述第三驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖，圖14a為第三電 阻隨機存儲器的寫操作示意圖，圖14b為第三驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作時的流程圖，結(jié)合圖 14a、圖14b以及圖16所示，所述第三驅(qū)動方法的寫操作的基本步驟包括S310、將第一位線301或第二位線302置為高位電壓VH，使得所述第一位線301 或第二位線302與選通管200的漏極之間形成高電勢差。其中VH>0，漏極接地，因此所述高電勢差即VH，其大小保證在形成電流脈沖 時能夠改變第一存儲電阻101或第二存儲電阻102的阻態(tài)。在實際的寫操作過程中，第一 存儲電阻101與第二存儲電阻102的寫操作可以同時進行也可以只選擇其中一個進行寫操 作，相互獨立。需要選擇其中一個存儲電阻進行寫操作時，僅需將相應(yīng)的位線置為VH， 將另一個存儲電阻對應(yīng)的位線置為與漏極相同接地即可，圖14a所示實施例中僅選擇第一 存儲電阻101進行寫操作。S311、通過字線400控制選通管200的柵極，短暫開啟選通管200，形成強電流 脈沖，改變第一存儲電阻101或第二存儲電阻102的阻態(tài)，在存儲單元中相應(yīng)存儲電阻內(nèi) 寫入數(shù)據(jù)。與第一驅(qū)動方法類似，在選通管200的柵極短暫施加電壓Vg，使得所述柵極向 源極的電壓Vgs<0，且超過了選通管200的閾值電壓；在上述前提下，Vg越負向于第一 源極或者第二源極的電壓，也即第一位線301或者第二位線302上的電壓Vh越大于柵極 電壓Vg，則在晶體管中產(chǎn)生越大值的電流脈沖Iw。但僅有連接的位線為高位電壓Vh的 存儲電阻中，流經(jīng)電流脈沖Iw才能改變其阻態(tài)。假設(shè)存儲電阻變?yōu)楦咦钁B(tài)時，視為該存 儲電阻的寫入數(shù)據(jù)為1;若存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)時，視為該存儲電阻的寫入數(shù)據(jù)為0;因 此在所述第三電阻隨機存儲器中，存儲單元的二位數(shù)據(jù)值可以是00、01、10、11四種情 況。圖15a為第三電阻隨機存儲器的讀操作示意圖，圖14b為第三驅(qū)動方法執(zhí)行讀操 作時的流程圖，結(jié)合圖15a、圖15b以及圖16所示，所述第三驅(qū)動方法的讀操作的基本步 驟包括S320、將第一位線301以及第二位線302置為低位電壓Vl，使得第一位線301以 及第二位線302與選通管200的漏極之間形成低電勢差。其中\(zhòng)^>0，漏極接地，因此所述低電勢差即Vp其大小保證在選通管200開啟時，能夠引發(fā)導(dǎo)通電流，即即Vl > Vg，但不改變第一存儲電阻101或第二存儲電阻 102的阻態(tài)。S321、通過字線400控制選通管200的柵極，開啟選通管200形成導(dǎo)通電流，并 檢測流經(jīng)第一存儲電阻101的電流以及流經(jīng)第二存儲電阻102的電流的大小，讀取存儲單 元中的數(shù)據(jù)。其中，通過字線400在選通管200的柵極施加電壓Vg，使得所述柵極向源極的 電壓Vgs <0，超過了選通管200的閾值電壓，但小于位線電壓Vl，在選通管200中產(chǎn)生 兩股導(dǎo)通電流，其中流經(jīng)第一存儲電阻101的電流為Iri (Iri與第一存儲電阻101的阻值 R1呈反比)，而流經(jīng)第二存儲電阻102的電流為IR2(IR2與第二存儲電阻102的阻值R2呈 反比)。與第一驅(qū)動方法相同，流經(jīng)電流較大的存儲電阻的阻值較小，即存儲電阻為低 阻態(tài)，讀取得數(shù)據(jù)定義為0，而流經(jīng)電流較小的存儲電阻的阻值較大，即存儲電阻為高阻 態(tài)，讀取得數(shù)據(jù)定義為1。分別讀取第一存儲電阻101與第二存儲電阻102中的數(shù)據(jù)，并 進行組合，便可以得到整個存儲單元的二位數(shù)據(jù)值。上述第三電阻隨機存 儲器的驅(qū)動方法中，每個存儲單元的二位數(shù)據(jù)值等效于兩 個存儲電阻的數(shù)據(jù)組合，因此在讀操作時需要分別讀取，并測得每個存儲電阻中流經(jīng)電 流的準確值。如果將第一存儲電阻101以及第二存儲電阻102的阻態(tài)保持始終相反，并 在寫操作時總是同時改變兩者的阻態(tài)，那么對于存儲單元中所形成的兩股導(dǎo)通電流，將 僅僅存在Iri > Ir2或者Iri < Ir2兩種情況，分別定義為1或0，同樣可以實現(xiàn)存儲器的基 本數(shù)據(jù)功能。因此基于第三電阻隨機存儲器，本發(fā)明還提供了第四驅(qū)動方法如下所述圖19為所述第四驅(qū)動方法的讀寫時序示意圖，圖17a為第三電阻隨機存儲器的 另一種寫操作示意圖、圖17b為第四驅(qū)動方法執(zhí)行寫操作時的流程圖，結(jié)合圖17a、圖 17b以及圖19所示，所述第四驅(qū)動方法的寫操作的基本步驟包括S410、初始化存儲器單元，使得第一存儲電阻101與第二存儲電阻102的阻態(tài)相 反。其中初始化的具體方法可以是將第一位線301或第二位線302置為高位電壓 VH，通過字線400控制柵極在選通管200中形成強電流脈沖，改變第一存儲電阻101或第 二存儲電阻102的阻態(tài)，具體的，類似實施一遍第三驅(qū)動方法的寫操作，使得第一存儲 電阻101與第二存儲電阻102的阻態(tài)相反。S411、將第一位線301和第二位線302同時置為高位電壓VH，使得所述第一位 線301或第二位線302與選通管200的漏極之間形成高電勢差。其中VH>0，漏極接地，因此所述高電勢差即VH，其大小保證在形成電流脈沖 時能夠改變第一存儲電阻101或第二存儲電阻102的阻態(tài)。在實際的寫操作過程中，對 第一存儲電阻101與第二存儲電阻102的寫操作必須同時進行，并改變各自的阻態(tài)。S412、通過字線400控制選通管200的柵極，短暫開啟選通管200，形成強電流 脈沖，同時改變第一存儲電阻101以及第二存儲電阻102的阻態(tài)，在相應(yīng)存儲單元中寫入 數(shù)據(jù)。與第三驅(qū)動方法類似，在選通管200的柵極短暫施加電壓Vg，使得所述柵極向 源極的電壓Vgs<0，且超過了選通管200的閾值電壓；在上述前提下，Vg越負向于第一源極或者第二源極的電壓，也即第一位線301或者第二位線302上的電壓Vh越大于柵極 電壓Vg，則在晶體管中產(chǎn)生越大值的電流脈沖Iw。流經(jīng)第一存儲電阻101以及第二存儲 電阻102的電流脈沖Iw將同時改變兩存儲電阻的阻態(tài)；由于存儲單元經(jīng)過初始化后，第 一存儲電阻101與第二存儲電阻102的阻態(tài)是相反的；因此本驅(qū)動方法中，執(zhí)行寫操作 后，存儲單元里兩個存儲電阻的阻態(tài)組合只可能有兩種情況，當一個存儲電阻處于高阻 態(tài)時，另一個存儲電阻必然處于低阻態(tài)。圖18a為第三電阻隨機存儲器的另一種讀操作示意圖、圖17b為第四驅(qū)動方法執(zhí) 行讀操作時的流程圖，結(jié)合圖18a、圖18b以及圖19所示，所述第四驅(qū)動方法的讀操作的 基本步驟包括S420、將第一位線301以及第二位線302置為低位電壓Vl，使得第一位線301以 及第二位線302與選通管200的漏極之間形成低電勢差。其中\(zhòng)^>0，漏極接地，因此所述低電勢差即Vp其大小保證在選通管200開 啟時，能夠引發(fā)導(dǎo)通電流，即即Vl > Vg，但不改變第一存儲電阻101或第二存儲電阻 102的阻態(tài)。 S421、通過字線400控制選通管200的柵極，開啟選通管200形成導(dǎo)通電流，并 比較流經(jīng)第一存儲電阻101的電流以及流經(jīng)第二存儲電阻102的電流的大小，讀取存儲單 元中的數(shù)據(jù)。其中，通過字線400在選通管200的柵極施加電壓Vg，使得所述柵極向源極的 電壓Vgs <0，超過了選通管200的閾值電壓，但小于位線電壓Vl，在選通管200中產(chǎn)生 兩股導(dǎo)通電流，其中流經(jīng)第一存儲電阻101的電流為Iri (Iri與第一存儲電阻101的阻值R1 呈反比)，而流經(jīng)第二存儲電阻102的電流為IR2 (IR2與第二存儲電阻102的阻值R2呈反 比)。由于第一存儲電阻101與第二存儲電阻102的阻態(tài)相反，因此僅可能存在Iri > Ir2 或者Iri < Ir2兩種情況，分別對應(yīng)數(shù)據(jù)1或0，僅需比較Iri以及Ir2的大小，就可以讀取 存儲單元的數(shù)據(jù)。上述實施例中，雖然均以P型綠色晶體管為例，但本發(fā)明領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當可 以推得，以N型綠色晶體管為選通管形成導(dǎo)通電流，作為存儲器讀寫操作電流的具體方 案。此外本發(fā)明僅為簡化說明需要，限定了存儲電阻的材質(zhì)性質(zhì)，但存儲電阻還可以為 相變電阻等，并不局限于實施例中所述的材質(zhì)，在現(xiàn)有的電阻隨機存儲器中，所述存儲 電阻的阻態(tài)變化可能與流經(jīng)的電流脈沖的大小以及加熱效果的溫度有關(guān)，僅需在讀寫過 程中調(diào)整位線上所施加的電壓即可。本發(fā)明領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當可以依據(jù)本發(fā)明所展示的 方案，進一步推廣至其他類型的電阻隨機存儲器上，特此說明。雖然本發(fā)明以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范 圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種電阻隨機存儲器，包括由存儲單元所組成的存儲陣列，其特征在于，所述存 儲單元包括一個存儲電阻以及一個選通管；所述存儲電阻的一端連接位線，另一端連接 選通管；所述選通管為綠色晶體管，其中柵極連接字線；源極或漏極與存儲電阻電連 接。
2.如權(quán)利要求1所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，所述綠色晶體管的源極與漏極 中，一個與存儲電阻電連接，另一個則接地或者外置電源。
3.如權(quán)利要求1所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，所述綠色晶體管為N型綠色晶 體管或P型綠色晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，在存儲單元選通以及讀、寫操 作時，字線施加于柵極負向于源極的電壓，并超過綠色晶體管的閾值電壓。
5.—種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括 在進行寫操作時，通過位線使得綠色晶體管的源、漏極之間形成高電勢差，通過字線控制柵極短暫開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變存儲電阻的阻態(tài)，在存儲單元 中寫入數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，通過位線使得綠色晶體管的源、漏極之間形成低電勢差，通過字 線控制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，并檢測電流的大小，讀取存儲單元中的數(shù) 據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述寫操作時，若存儲電阻變?yōu)楦咦?態(tài)，則存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ；若存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)時，則存儲單元中寫入數(shù) 據(jù)定義為0。
7.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述讀操作時，對各存儲單元中流 經(jīng)的電流大小進行檢測，電流較大的存儲單元中數(shù)據(jù)為0，而電流較小的存儲單元數(shù)據(jù)為 1。
8.—種綠色晶體管，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底，形成于襯底內(nèi)的第一源極、第二源極、漏極以及形成于襯底表面的柵極；所述漏極形成于柵極底部的襯底內(nèi)；所述第一源極與第二源極形成于柵極兩側(cè)的襯 底內(nèi)，且關(guān)于漏極對稱；在所述柵極的底部、第一源極內(nèi)靠近漏極一側(cè)形成有第一口袋注入?yún)^(qū)； 在所述柵極的底部、第二源極內(nèi)靠近漏極一側(cè)形成有第二口袋注入?yún)^(qū)； 所述第一口袋注入?yún)^(qū)以及第二口袋注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與漏極相同，且與第一源極以 及第二源極相反。
9.如權(quán)利要求8所述的綠色晶體管，其特征在于，所述第一口袋注入?yún)^(qū)或第二口袋注 入?yún)^(qū)通過淺摻雜區(qū)與漏極電連接，所述淺摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與漏極相同，摻雜濃度較漏 極的摻雜濃度低。
10.如權(quán)利要求9所述的綠色晶體管，其特征在于，第一口袋注入?yún)^(qū)以及第二口袋注 入?yún)^(qū)通過同一淺摻雜區(qū)與漏極電連接，所述淺摻雜區(qū)為漏極的延伸，位于柵極的底部、 第一口袋注入?yún)^(qū)與第二口袋注入?yún)^(qū)之間。
11.一種應(yīng)用權(quán)利要求8所述綠色晶體管的電阻隨機存儲器，包括由存儲單元所組成的存儲陣列，其特征在于，所述存儲單元包括一個存儲電阻、一個參考電阻以及一個選 通管；所述存儲電阻以及參考電阻的一端均連接位線，另一端均連接選通管；所述選通 管為綠色晶體管，其中柵極連接字線，第一源極或第二源極分別與存儲電阻或參考電阻 電連接。
12.如權(quán)利要求11所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，所述參考電阻的阻值為恒定 值，并且不大于存儲電阻的高阻態(tài)阻值，不小于存儲電阻的低阻態(tài)阻值。
13.如權(quán)利要求11所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，所述綠色晶體管的漏極接地 或者外置電源。
14.如權(quán)利要求11所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，所述綠色晶體管為N型綠色 晶體管或P型綠色晶體管。
15.如權(quán)利要求14所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，在存儲單元選通以及讀、寫 操作時，字線施加于柵極負向于源極的電壓，并超過綠色晶體管的閾值電壓。
16.—種應(yīng)用于權(quán)利要求11所述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括在進行寫操作時，使得位線與綠色晶體管的漏極之間形成高電勢差，通過字線控制柵極短暫開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變存儲電阻的阻態(tài)，在存儲單元中寫入 數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，使得位線與綠色晶體管的漏極之間均形成低電勢差，通過字線控 制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，比較流經(jīng)存儲電阻的電流與流經(jīng)參考電阻的電 流的大小，讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求16所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述寫操作時，若存儲電阻變?yōu)楦?阻態(tài)，則存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ；若存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)時，則存儲單元中寫入 數(shù)據(jù)定義為0。
18.如權(quán)利要求17所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述讀操作時，若流經(jīng)存儲電阻中 的電流大于流經(jīng)參考電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為0;若流經(jīng)存儲電阻中的電流小 于流經(jīng)參考電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為1;若兩電流相等，則根據(jù)參考電阻的阻 態(tài)，判定存儲單元數(shù)據(jù)值。
19.一種應(yīng)用權(quán)利要求8所述綠色晶體管的電阻隨機存儲器，包括由存儲單元所組成 的存儲陣列，其特征在于，所述存儲單元包括第一存儲電阻、第二存儲電阻以及一個選 通管；所述第一存儲電阻以及第二存儲電阻的一端分別連接第一位線以及第二位線，另 一端均連接選通管；所述選通管為綠色晶體管，其中柵極連接字線；第一源極或第二源 極分別與第一存儲電阻或第二存儲電阻電連接。
20.如權(quán)利要求19所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，所述綠色晶體管的漏極接地 或者外置電源。
21.如權(quán)利要求19所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為N型綠 色晶體管或P型綠色晶體管。
22.如權(quán)利要求21所述的電阻隨機存儲器，其特征在于，在存儲單元選通以及讀、寫 操作時，字線施加于柵極負向于源極的電壓，并超過綠色晶體管的閾值電壓。
23.—種應(yīng)用于權(quán)利要求19所述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括在進行寫操作時，使得第一位線或第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成高電勢差，通過字線控制柵極短暫開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變第一存儲電阻或第 二存儲電阻的阻態(tài)，在存儲單元中寫入數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，使得第一位線以及第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成低電勢 差，通過字線控制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，并檢測流經(jīng)第一存儲電阻的電 流以及流經(jīng)第二存儲電阻的電流的大小，讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)。
24.如權(quán)利要求23所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述寫操作時，若存儲電阻變?yōu)楦?阻態(tài)，則該存儲電阻中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ；若存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)時，則該存儲電阻中 寫入數(shù)據(jù)定義為0。
25.如權(quán)利要求24所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述存儲單元包括兩位數(shù)據(jù)，每位 數(shù)據(jù)分別對應(yīng)一個存儲電阻；在進行讀操作時，電流較大的存儲電阻中數(shù)據(jù)為0，而電 流較小的存儲電阻中數(shù)據(jù)為1。
26.—種應(yīng)用于權(quán)利要求19所述電阻隨機存儲器的驅(qū)動方法，其特征在于，包括初始化存儲器單元，使得第一存儲電阻與第二存儲電阻的阻態(tài)相反；在進行寫操作時，使得第一位線以及第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成高電勢差，通過字線控制 柵極短暫開啟晶體管，形成強電流脈沖，同時改變第一存儲電阻以及第二存儲電阻的阻 態(tài)，在存儲單元中寫入數(shù)據(jù)；在進行讀操作時，使得第一位線以及第二位線與綠色晶體管的漏極之間形成低電勢 差，通過字線控制柵極開啟綠色晶體管，形成導(dǎo)通電流，比較流經(jīng)第一存儲電阻的電流 與流經(jīng)第二存儲電阻的電流的大小，讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)。
27.如權(quán)利要求26所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述初始化存儲器單元，具體包 括將第一位線或第二位線置為高位電壓，使得第一位線或第二位線與綠色晶體管的漏 極之間形成高電勢差，通過字線控制柵極短暫開啟綠色晶體管，形成強電流脈沖，改變 第一存儲電阻或第二存儲電阻的阻態(tài)，使得兩者阻態(tài)相反。
28.如權(quán)利要求26所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述寫操作時，若第一存儲電阻變 為高阻態(tài)，第二存儲電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)，則存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為1 ；若第一存儲電 阻變?yōu)榈妥钁B(tài)，第二存儲電阻變?yōu)楦咦钁B(tài)時，則存儲單元中寫入數(shù)據(jù)定義為0。
29.如權(quán)利要求28所述的驅(qū)動方法，其特征在于，所述讀操作時，若流經(jīng)第一存儲電 阻中的電流小于流經(jīng)第二存儲電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為1;若流經(jīng)第一存儲電 阻中的電流大于流經(jīng)第二存儲電阻中的電流，則存儲單元數(shù)據(jù)為0。
全文摘要
本發(fā)明提供了綠色晶體管、電阻隨機存儲器及其驅(qū)動方法，其中所提供的一種電阻隨機存儲器包括由存儲單元所組成的存儲陣列，所述存儲單元包括一個存儲電阻以及一個選通管；所述存儲電阻的一端連接位線，另一端連接選通管；所述選通管為綠色晶體管，柵極連接字線，源極或漏極與存儲電阻電連接。本發(fā)明利用綠色晶體管作為存儲單元的選通管，與現(xiàn)有的電阻隨機存儲器以傳統(tǒng)場效應(yīng)晶體管作為選通管相比，位線以及字線僅需提供較低的電壓即可，便能夠提供較大的讀、寫操作電流，具有較強的驅(qū)動能力。同時能夠減小存儲器上選通管的功耗，而增強存儲電阻上的功耗以獲得良好的加熱或者相變效果。
文檔編號H01L29/739GK102024494SQ200910195630
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者季明華, 肖德元 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司