限制功率消耗的存儲器的制作方法

專利名稱：限制功率消耗的存儲器的制作方法
限制功率消耗的存儲器
背景技術：
一種類型的存儲器是電阻式存儲器。電阻式存儲器利用存儲元
件的阻值來存儲數據的一個或多個比特。例如，被編程(program) 為具有大阻值的存儲元件可表示邏輯"1",而^皮編程為具有小阻值 的存^f諸元件可表示邏輯"0"。通常，通過施加電壓脈沖或電流力永沖 來電切換存儲元件的阻值。
一種類型的電阻式存儲器是相變存儲器。相變存儲器在電阻式 存儲元件中使用相變材料。相變材料呈現至少兩種不同的狀態，包 括稱作晶態和非晶態的狀態。非晶態涉及更加無序的原子結構，而 晶態涉及更加有序的晶格。非晶態通常比晶態呈現更大的電阻率。 另外， 一些相變材沖+呈玉見出多種晶態，例如，面心立方體(FCC) 狀態和六方最密堆積(HCP)狀態，這兩種晶態具有不同的電阻率， 并且都可以用于存儲數據。在以下描述中，非晶態是指具有較大電 阻率的狀態，而晶態是指具有較小電阻率的狀態。
可以可逆地感應相變材并牛中的相變。這樣，響應于溫度變化， 存儲器可從非晶態轉變為晶態以及從晶態轉變為非晶態。可以通過 驅動電流通過相變材坤+本身或者通過驅動電流通過與相變材料相鄰 的電阻加熱器來實i見相變材沖+的溫度變^f匕。利用這兩種方法，相變 材料的可控加熱？ 1起相變材料內的可控相變。
可對包括由相變材料制成的多個存儲單元的陣列的相變存儲器 進行編程，以利用相變材料的存儲狀態來存儲數據。在這種相變存儲裝置中讀取和寫入凄t據的 一種方式是控制施加于相變材料的電流 和/或電壓力永沖。電流和/或電壓的等級通常對應于在存4諸單元中的相 變材料內所感應的溫度。
在一些存儲器中，寫入電路生成用于加熱目標相變存儲單元中 的相變材料的電流脈沖以對相變存儲單元進行編程。寫入電路生成 分配給目標單元的適當的電流脈沖。根據目標單元被編程成的具體 狀態來控制電流脈沖幅度和電流脈沖持續時間。通常，存儲單元的 "設置"操作是以高于目標單元的相變材料的結晶溫度之上的溫度 H旦4氐于其熔化溫度)將其加熱足夠長的時間以達到晶態。通常， 存儲單元的"復位，，操作是以高于目標單元的相變材料的熔化溫度 對其進行加熱，然后迅速淬火冷卻該材料，從而實現非晶態。通過 向存儲單元施加部分"設置"或部分"復位，，脈沖以提供相變材料 的非晶體和晶體的小部分，從而將存儲單元編程為介于非晶態和晶
態之間的電阻態。
通常，復位電流脈沖的幅度高于設置電流脈沖的幅度，而復位
電流3永沖的持續時間短于i殳置電流"永沖的持續時間，其中，復4立電 流脈沖的持續時間通常小于100毫微秒。當寫入電路復位相變存儲 單元時，發生相變存儲器的峰電流消耗。相變存儲器的峰電流消耗 可能超過系統(諸如隨機存取存儲器系統和嵌入式存儲器系統)的 的電流失見格。在嵌入式存儲器系統中，嵌入式系統電源可能不能夠 4是供復位相變存儲單元所需的電流脈沖幅度。
由于這些以及其他原因，存在著對本發明的需求。

發明內容
本發明提出了一種限制峰功率消耗的存儲器。 一個實施例提供 了一種包括多個電阻式存儲單元、脈沖發生器、及電路的存儲器。
一種。脈沖
發生器提供寫入脈沖以對電阻式存儲單元進行編程。電路接收第一 電流并限制第 一 電流，并以第二電流的形式將所存儲的電荷提供至 脈沖發生器以對多個電阻式存儲單元進行編程。


將附圖包括于此是為了提供對本發明的進一步理解，其結合并 構成本i兌明書的一部分。附圖示出了本發明的實施例，并且與描述 一起用于解釋本發明的原理。在通過參考以下詳細描述更好地了解 本發明的同時，將會容易地理解本發明的其他實施例和本發明的許 多預期優點。附圖中的元件無需相對于彼此按比例繪制。相同的參 考標號表示相應的類似部件。
圖1是示出根據本發明的電子系統的一個實施例的示意圖。
圖2是示出存儲器的一個實施例的框圖。
圖3是示出寫入電^各和電源的一個實施例的示意圖。
圖4是示出電源和包4舌兩個開關的寫入電^各的一個實施例的示 意圖。
圖5是示出電源和包括電荷泵的寫入電^各的一個實施例的示意圖。
圖6是示出電源和包括三個開關電荷泵的寫入電路的一個實施 例的示意圖。
具體實施例方式
在以下的詳細描述中，參考構成本文一部分的附圖，其中，通
圖4皮描述的方向來〗吏用方向術語(例如，"頂部"、"底部"、"正面"、 "背面"、"前端"、"尾部"等)。由于本發明實施例中的構件可以定 位于多個不同的方向，因此，方向術語是用于i兌明而不用于限制的
目的。可以理解，在不背離本發明范圍的情況下，可利用其他實施 例，以及可乂十結構或邏輯進^亍改變。因jJ:匕，以下詳細的描述不是用 來限制本發明的，本發明的范圍由所附權利要求限定。
圖1是示出根據本發明的電子系統20的一個實施例的示意圖。
電子系統20包括電源22和相變存儲器24。在一個實施例中，電子 系統20是嵌入式系統。在一個實施例中，電源22是嵌入式系統電 源。在一個實施例中，存儲器24是嵌入式系統相變存儲器。在一個 實施例中，電子系統20是嵌入式隨機存取存儲器系統。
如本文所^吏用的，術語"電連4妄"并不意p未著多個元件必須直 接連接在一起，在"電連接，，的多個元件之間可以設置居間的元件 (intervening element )。
存儲器24包括相變存儲單元和寫入電路26。電源22經由電源 路徑28電連接至存儲器24并連接至寫入電路26。電源22經由電 源路徑28向存儲器24和寫入電路26提供功率，即，電壓和電流。 在一個實施例中，存儲器24包括多個單比特相變存儲單元。在一個 實施例中，存4諸器24包括多個多比特相變存儲單元。
寫入電路26接收來自電源22的功率并對相變存儲單元進行編 相變存儲單元進行編程。在寫入電路26對相變存儲單元進行編程的
同時(例如，在寫入電路26向相變存儲單元提供復位脈沖的同時)， 存儲器24消耗峰功率。寫入電路26將存儲器24的峰功率消耗限制 在電子系統20和電源22的限制之內。在一個實施例中，寫入電路 26限制存儲器24的峰功率消耗以使其與嵌入式隨機存取存儲器系 統的要求相兼容。在一個實施例中，寫入電路26限制存儲器24的 峰功率消耗以使其與嵌入式系統電源相兼容。在其他實施例中，寫 入電路26峰功率消耗以使其與任何相配的電子系統相兼容。
寫入電路26控制電流和/或電壓編程脈沖幅度和持續時間以將 指定狀態編程到相變存^f諸單元中。編程l永沖的電平(level)對應于 相變存儲單元的相變材料內感應到的溫度。寫入電路26提供一個或 多個設置脈沖， 一個或多個i殳置脈沖以高于目標相變存^f渚單元的相 變材料的結晶溫度(但低于熔化溫度)的溫度將目標相變存儲單元 的相變材料加熱足夠長的時間以達到晶態。寫入電路26提供復位脈
的溫度來加熱相變才才津+，并然后迅速淬火卩令卻該才才并牛，乂人而達到非 晶態。在多比特相變存儲器的實施例中，寫入電路26通過向相變存 儲單元施加部分的i殳置或部分的復位*捧作，來編程介于非晶態和晶 態之間的電阻態。
在寫入電^各26對一個或多個相變存^f諸單元進4亍復位的同時，產 生存儲器24的峰電流消耗和峰功率消耗。在其他實施例中，在寫入 電路26提供任何合適的編程脈沖(脈沖組)的同時，產生峰電流消 耗和峰功率消耗。
復位脈沖的幅度高于設置脈沖的幅度，而復位脈沖的持續時間 短于設置脈沖的持續時間。在一個實施例中，復位脈沖的持續時間 小于100毫孩吏秒。在一個實施例中，復位l永沖的持續時間大約為20 毫微秒。在其他實施例中，復位脈沖的持續時間可以是任何合適的 值。
在操作過程中，寫入電路26接收來自電源22的電流。存儲器 24接收寫入命令，寫入電路26被控制來編程一個或多個相變存儲 單元。寫入電路26將從電源22抽取的電流限制在電子系統20和電 源22的限制之內。寫入電路26在限制從電源22抽取的電流的同時 完成對相變存儲單元進行編程。在一個實施例中，寫入電路26在完 成對相變存儲單元的編程時接收來自電源22的電流。在其他實施例 中，寫入電路26在完成對相變存儲單元的編程時不接收來自電源 22的電5危。
在一個實施例中，寫入電路26通過限制施加到電容器和脈沖發 生器的電流來控制從電源22抽取的電流的量。在寫入電路26對一 個或多個相變存儲單元進行編程的同時，通過來自電源22的電流對 電容器進行充電，并限制從電源22抽取的電流。在寫入電路26對 一個或多個相變存儲單元進行編程并限制從電源22抽取的電流的 同時，電容器以編程電流的形式將所存儲的電荷4是供給脈沖發生器。
在一個實施例中，寫入電路26通過限制提供給電容器的一側和 脈沖發生器的電流以及通過限制來自脈沖發生器的返回電流，來控 制從電源22抽耳又的電流的量。通過來自電源22的電流對電容器進 行充電。在寫入電路26對一個或多個相變存4諸單元進行編程的同 時，限制從電源22抽取的電流和來自脈沖發生器的返回電流。在寫 入電路26對一個或多個相變存儲單元進行編程以及限制從電源22 才由耳又的電流和來自"永沖發生器的返回電;充的同時，電容器以編禾呈電 流的形式將所存儲的電荷提供給脈沖發生器。
在其他實施例中，寫入電路26通過電荷泵來限制從電源22抽 取的電流。在一個實施例中，寫入電路26通過對電容器的一側進行 充電以及然后對該電容器的另一側進行充電以提高該電容器的所述 一側的電壓，來控制從電源22抽取的電流的量。電容器以編程電流
的形式將所存儲的電荷提供給脈沖發生器以對一個或多個相變存儲 單元進行編程。
圖2是示出類似于相變存儲器24的存儲器100的一個實施例 的框圖。存<諸器100包括寫入電i 各26、分配電^各(distribution circuit) 104、存4諸單元106a、 106b、及106c、控制器108、及感測電3各(sense circuit) 110。在一個實施例中，存4諸單元106a-106c是基于存^f諸單 元中的相變材料的非晶態和晶態來存儲數據的相變存儲單元。在另 一個實施例中，存儲單元106a-106c是能夠存儲多于一個數據比特 的多級(multi-level)存4渚單元。
通過將相變材料編程為具有中間電阻值，可以將存儲單元 106a-106c中每一個均寫為或編考呈為兩個或多個狀態中的一個。為了 將存儲單元106a-106c中的一個編程為中間電阻值，通過控制器108 和適當的寫策略來控制與非結晶材料共存的結晶材料的量，從而控 制該單元的電阻。在一個實施例中，可以將存儲單元160a-106c中
的每一個均編禾呈為三種;)犬態中的^壬意一種。在一個實施例中，可以
將存儲單元106a-106c中的每一個均編程為四種狀態中的任意一種。 在其他實施例中，可以將存儲單元106a-106c中的每一個均編程為 任意適當數目的狀態中的任意一種。
寫入電3各26經由信號路徑112電連4妄到分配電^各104,并經由 信號路徑114電連4妄至控制器108。寫入電路26經由電源^各徑28 電連4妄至電源22。電源22經由電源鴻4圣28向存〗諸器100和寫入電 路26提供功率。寫入電路26接收來自電源22的功率，并對存儲單 元106a-106c進行編程。
控制器108經由信號路徑116電連接至分配電路104。控制器 108還經由信號^各徑122電連4妻至感測電i 各110。感測電^各110經由 信號^各徑120電連^妄至分配電^各104。
分配電路104經由信號路徑118a-118c電連接至存儲單元 106a-106c中的每一個。分配電i 各104經由信號i 各徑118a電連"l妄至 存^f諸單元106a。分配電3各104經由信號路徑118b電連4妄至存4諸單 元106b，而分配電3各104經由信號3各徑118c電連4妄至存4諸單元 106c。在一個實施例中，存儲單元106a-106c是存儲單元陣列的一 部分，其中，存儲單元陣列包括任意適當數目的存儲單元。
存儲單元106a-106c中的每一個均包括在溫度變化的影響下可 以從非晶態變到晶態或者從晶態變到非晶態的相變材料。在一個實 施例中，存儲單元106a-106c之一中的與非晶相變材料共存的晶態 相變材并牛的量可以限定用于在存4諸單元和存儲器100之內存4諸l丈據 的多于兩種的狀態。
根據本發明，存儲單元106a-106c的相變材料可以由多種材料 組成。通常，可以將包括來自周期表的第VI族的一個或多個元素的 石克力矣化物合金(chalcogenide alloy )用作這種材泮牛。在一個實施例中， 相變材料由諸如GeSbTe、 SbTe、 GeTe、或AglnSbTe的石克族化物材 料組成。在另 一個實施例中，相變材料是無硫族元素的，例如，GeSb、 GaSb、 InSb、或GeGalnSb。在其他實施例中，相變材料由包括元 素Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、及S中一種或多種的^H可適當 的材料組成。
控制器108控制寫入電i 各26、感測電路110、及分配電^各104。 控制器108包括微處理器、微控制器、或用于控制寫入電路26、感 測電路110、及分配電路104的其他適當的電路。控制器108控制 用于對存儲單元106a-106c的電阻態進^f亍編程的寫入電^各26和分配 電路104。控制器108控制用于讀取存儲單元106a-106c的電阻態 的感測電3各110和分配電3各104。
寫入電路26向存儲單元106a-106c提供編程脈沖，并將電阻電 平(level)或狀態編程到存儲單元106c-106c中的每一個的相變材 料中。在一個實施例中，寫入電路26通過信號電路112向分配電路 104 "t是供電壓月永沖，且分配電路104通過信號3各徑118a-118c將電壓 脈沖導向存Y渚單元106a-106c。在一個實施例中，分配電^各104包括「 可控i也將電壓月永沖導向存4諸單元106a-106c中的每一個的多個晶體 管。在一個實施例中，寫入電路26通過^[言號^各徑112向分配電^各 104才是供電流脈沖，且分配電路104通過信號^各徑118a-118c將電流 月永沖導向存^[諸單元106a-106c。在一個實施例中，分配電^各104包括 可控;hM夸電流月永沖導向存^f諸單元106a-106c中的每一個的多個晶體 管。
寫入電^各26 4妻收來自電源22的功率來對存4諸單元106a-106c 進行編程。在寫入電3各26對存儲單元106a-106c進行編程的同時(例 如，寫入電路26向存儲單元106a-106c中的一個提供復位脈沖的同 時)，存儲器100消耗峰功率。寫入電路26將存儲器100的峰功率 消耗限制在電子系統20和電源22的限制之內。在一個實施例中， 寫入電路26限制存儲器100的峰功率消耗以使其與嵌入式隨機存取 存儲器系統的要求相兼容。在一個實施例中，寫入電路26限制存儲 器100的峰功率消耗以使其與嵌入式系統電源相兼容。在其他實施 例中，寫入電路26限制存儲器100的峰功率消耗以使其與任意適合 的電子系統相兼容。
寫入電路26控制編程脈沖(電流脈沖和/或電壓脈沖)的幅度 和持續時間以將指定狀態編程到存^渚單元106a-106c中。編程月永沖 的電平對應于相變存儲單元的相變材料內感應到的溫度。寫入電路 26提供一個或多個設置脈沖，該一個或多個設置脈沖以高于目標相 變存儲單元的相變材料的結晶溫度(但低于熔化溫度)的溫度將目 標相變存儲單元的相變材料加熱足夠長的時間以達到晶態。寫入電 路26提供復位脈沖，復位脈沖以高于目標相變存儲單元的相變材料
的熔化溫度的溫度來加熱目標相變存儲單元的相變材料，然后迅速
淬火冷卻該材料，從而達到非晶態。在一個實施例中，寫入電^各26
通過向相變存儲單元施加部分設置或部分復位以提供相變材料的非 晶部分和結晶部分，來編程介于非晶態和晶態之間的電阻態。
在寫入電if各26對存^f諸單元106a-106c中的一個或多個進4亍復位 時，發生存儲器100的峰電流消耗和峰功率消耗。在其他實施例中， 在寫入電路26提供任何適合的編程脈沖(組)時，會發生峰電流消 耗和峰功率消耗。
復位脈沖的幅度高于設置脈沖的幅度，而復位脈沖的持續時間 短于設置脈沖的持續時間。在一個實施例中，復位脈沖的持續時間 小于100毫微秒。在一個實施例中，復位脈沖的持續時間為大約20 毫微秒。在其他實施例中，復位脈沖的持續時間可以是任何適合的 值。
感測電^各110感測相變材并+的電阻，并4是供表示存4諸單元 106a-106c中的相變材料的電阻態的信號。感測電路110經由信號路 徑120讀取存4諸單元106a-106c的狀態。分配電^各104經由信號^各 徑118a-118c可控制地在感測電3各110和存^f諸單元106a-106c之間引 導讀取信號。在一個實施例中，分配電^各104包括可控制地在感測 電路110和存儲單元106a-106c之間引導讀取信號的多個晶體管。
感測電路110能夠讀取存儲單元106a-106c中的每一個的相變 材料的兩個或多個狀態中的每一個。在一個實施例中，為了讀取相 變材料的電阻，感測電路110提供流經所選單元的相變材料的電流， 以及感測電^各110讀取J,過該所選單元的電壓。在一個實施例中， 感測電路110提供跨過所選單元的相變材料的電壓，以及感測電路 110讀取流經該所選單元的電流。在一個實施例中，寫入電^各26^是 供5爭過所選單元的電壓，以及感測電3各110讀取流經該所選單元的 電流。在一個實施例中，寫入電路26提供經過所選單元的電流，以 及感測電路110讀取^爭過該所選單元的電壓。
圖3是示出了寫入電^各26和電源22的一個實施例的示意圖。 寫入電路26經由電源路〗圣28a和28b電連4妄至電源22。電源22經 由電源路徑28a和28b向寫入電^各26^是供功率，即，電壓和電流。 寫入電路26接收來自電源22的功率，并提供編程脈沖以對相變存 儲單元進行編程。寫入電路26將峰功率消耗限制在電源22的限制 之內。
寫入電^各26包括電容器300、脈沖發生器302、開關304、電 流限制控制電路306。開關304是場效應晶體管，開關304的漏極-源招J各徑的一側經由電源路徑28a電連4妄至電源22。開關304的漏 極-源極路徑的另 一側經由電流路徑308電連接至脈沖發生器302和 電容器300的一側。開關304的柵極經由柵極路徑310電連接至電 流限制控制電路306。電容器300的另 一側經由電源路徑28b電連 ，接至力永沖發生器302和電源22。在一個實施例中，場效應晶體管是 n-溝道金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管。在一個實施例中，場 效應晶體管是p-溝道金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管。
脈沖發生器302向相變存儲單元中的相變材料提供編程脈沖以 對相變存儲單元進行編程。脈沖發生器302控制電流和/或電壓編程 脈沖的幅度和持續時間，以將多個指定狀態編程到相變存儲單元中。 在對相變存儲單元進4亍編程的同時(例如，在向相變存^f渚單元^是供 復位脈沖的同時)，脈沖發生器302消耗峰功率。
寫入電路26將脈沖發生器302的峰功率消耗限制在電源22的 限制之內。在一個實施例中，在脈沖發生器302對一個或多個相變 存儲單元進行復位的同時，發生脈沖發生器302的峰電流消耗和峰
功率消耗。在其他實施例中，在脈沖發生器302提供任何適合的編 程脈沖(組)的同時，發生峰電流消耗和峰功率消耗。
電容器300經由電源22和開關304被充電。電容器300經由 電流路徑308以編程電流的形式向脈沖發生器302提供所存儲的電 荷。電流限制控制電路306對開關304進行操作以限制從電源22 抽取而被電容器300及脈沖發生器302接收的電流。
電流限制控制電^各306對開關304進4于控制以調整/人電源22 抽取而被提供給電容器300及脈沖發生器302的電流。如果寫入電 ^各26和脈沖發生器302未觸發(inactive )，則電流限制控制電3各306 觸發開關304以對電容器300進行充電。如果觸發寫入電路26和脈 沖發生器302來對一個或多個存儲單元進行編程，則電流限制控制 電路306對開關304進行操作以限制從電源22抽取而被提供給電容 器300及脈沖發生器302的電流。電容器300以編程電流的形式向 脈沖發生器302提供所存儲的電荷，所存儲的電荷用于完成對存儲 單元的編程。
在一個實施例中，如果脈沖發生器302被觸發來4是供復位脈沖， 則在經由脈沖發生器302提供復位脈沖的同時，電流限制控制電^各 306關閉開關304以限制從電源22抽取的電流。在一個實施例中， 如果脈沖發生器302被觸發來提供復位脈沖，則在經由脈沖發生器 302提供復位脈沖的同時，電流限制控制電路306偏置開關304以 傳導更少的電流乂人而限制乂人電源22抽耳又的電流。在一個實施例中， 如果脈沖發生器被觸發來提供一個或多個設置脈沖，則在經由脈沖 發生器302提供設置脈沖(組)的同時，電流限制控制電路306關 閉開關304以限制從電源22抽取的電流。在一個實施例中，如果脈 沖發生器被觸發來4是供一個或多個設置脈沖，則在經由脈沖發生器 302提供設置脈沖(組)的同時，電流限制控制電路306偏置開關 304以傳導更少的電流來限制從電源22抽取的電流。
在操作過程中，電流限制控制電路306觸發開關304以對電容 器300進行充電。寫入電路26接收來自電源22的電流，并經由開 關304對電容器300進行充電。接下來，存儲器接收寫入指令，且 寫入電路26被控制來對一個或多個相變存儲單元進行編程。電流限 制控制電路306對開關304進行操作，以限制從電源22抽取并提供 給電容器300及脈沖發生器302的電流。電流限制控制電路306和 開關304將從電源22抽取的電流限制在電源22的限制之內。電容 器300以編程電流的形式向脈沖發生器302提供所存儲的電荷。寫 入電路26在限制從電源22抽取的電流的同時，完成對相變存儲單 元的編程。在一個實施例中，在寫入電路26完成對相變存儲單元的 編程的同時，電容器300和脈沖發生器302接收來自電源22的電流。 在其他實施例中，在寫入電路26完成對相變存儲單元的編程的同 時，電容器300和脈沖發生器302不接收來自電源22的電流。在完 成編程之后，電流限制控制電路306觸發開關304以對電容器300 進4亍充電。
圖4是示出了電源22和包括兩個開關的寫入電^各26的一個實 施例的示意圖。寫入電^各26經由電源^各徑28a和28b電連4妻至電 源22。電源22經由電源^各徑28a和28b向寫入電^各26才是供功率， 即，電壓和電流。寫入電路26接收來自電源22的功率，并提供編 程脈沖以對相變存儲單元進行編程。寫入電路26將峰功率消耗限制 在電源22的限制之內。
寫入電路26包括電容器400、脈沖發生器402、第一開關404、 第二開關406、及電流限制控制電^各408。第一開關404是場效應晶 體管，以及第二開關406是場效應晶體管。在一個實施例中，開關 404和406中的每一個均是NMOS晶體管。在一個實施例中，開關 404和406中的每一個均是PMOS晶體管。在一個實施例中，開關 404和406中的一個是NMOS晶體管，而另一個是PMOS晶體管。
第 一開關404的漏才及-源才及路徑的 一側經由電源;洛徑28a電連4妾 至電源22。第一開關404的漏極-源極路徑的另一側經由正向電流 路徑410電連接至脈沖發生器402和電容器400的一側。第二開關 406的漏極-源極路徑的一側經由電源路徑28b電連接至電源22。第 二開關406的漏極-源極路徑的另 一側經由返回電流路徑412電連接 至脈沖發生器402和電容器400的另一側。第一開關404的4冊極和 第二開關406的柵極經由柵極路徑414電連接至電流限制控制電路 408。
脈沖發生器402向相變存儲單元中的相變材料提供編程脈沖以 對相變存儲單元進4亍編程。"永沖發生器402控制電流和/或電壓編程 月永沖的幅度和持續時間以將多個指定狀態編程至多個相變存4諸單 元。在對相變存儲單元進行編程的同時(例如，在向相變存儲單元 提供復位脈沖的同時)脈沖發生器402消耗峰功率。
寫入電路26將脈沖發生器402的峰功率消耗限制在電源22的 限制之內。在一個實施例中，在^K沖發生器402對一個或多個相變 存儲單元進行復位的同時，發生脈沖發生器402的峰電流消耗和峰 功率消耗。在其他實施例中，在脈沖發生器402提供任何適合的編 程脈沖(組)的同時，發生峰電流消津毛和峰功率消專毛。
經由電源22和第一及第二開關404及406對電容器400進行 充電。電容器400經由正向電流路徑410以編程電流形式向力永沖發 生器402提供所存儲的電荷。電流限制控制電路408操作第一開關 404來限制從電源22抽取并被電容器400及脈沖發生器402接收的 電流。電流限制控制電路408操作第二開關406來限制從脈沖發生 器402到電源22的返回電濟u。
電流限制控制電路408對第一開關404進行控制來調整從電源 22抽取并4是供給電容器400及脈沖發生器402的電流。電流限制控制電路408對第二開關406進行控制以調整從脈沖發生器402返回 到電源22的電流。
如果寫入電3各26和脈沖發生器402未^皮觸發，則電流限制控 制電路408觸發第一開關404和第二開關406來對電容器400進行 充電。如果寫入電路26和月永沖發生器402凈皮觸發來對一個或多個存 儲單元進行編程，則電流限制控制電路408對第一開關404進行操流。另外，電流限制控制電路408對第二開關406進行操作以限制 從脈沖發生器402到電源22的返回電流。電容器400以編程電流的 形式向力永沖發生器402 l是供所存儲的電荷，以完成對存4諸單元的編程。
在一個實施例中，如果脈沖發生器402被觸發來提供復位脈沖， 則電流限制控制電^各408關閉第一開關404以限制從電源22抽耳又的 電流，并關閉第二開關406以限制到電源22的返回電流。在一個實 施例中，如果脈沖發生器402被觸發來提供復位脈沖，則電流限制 控制電路408偏置第一開關404以傳導更少的來自電源22的電流， 并偏置第二開關406以傳導從脈沖發生器402到電源22的更少的返 回電流。在一個實施例中，如果脈沖發生器402被觸發來提供一個 或多個設置脈沖，則電流限制控制電路408關閉第一開關404以限 制乂人電源22抽if又的電流，并關閉第二開關406以限制到電源22的 返回電流。在一個實施例中，如果脈沖發生器402被觸發來提供一 個或多個設置脈沖，則電流限制控制電路408偏置第一開關404以 傳導更少的來自電源22的電流，并偏置第二開關406以傳導乂人力永沖 發生器402到電源22的更少的返回電流。在其4也實施例中，電流限 制控制電路408對第一和第二開關404和406進4于控制以限制任何適合的ia合中的正向電;克和返回電流。
在操作過程中，電流限制控制電路408觸發第一開關404和第 二開關406來對電容器400進行充電。寫入電路26接收來自電源 22的電流，并經由第一開關404對電容器400進行充電。接下來， 存儲器接收寫入指令，寫入電路26被控制來對一個或多個相變存儲 單元進行編程。電流限制控制電路408對第一開關404進行才乘作， 來限制從電源22抽取并提供給電容器400及脈沖發生器402的電 流。電流限制控制電路408對第二開關406進行操作來限制從脈沖 發生器402到電源22的返回電流。電流限制控制電路408和第一開 關404及第二開關406將從電源22抽取以及提供給電源的電流限制 在電源22的限制之內。電容器400以編程電流的形式向脈沖發生器 402提供所存儲的電荷。寫入電路26在限制從電源22抽取的電流 的同時，完成對相變存4諸單元的編禾呈。在一個實施例中，在寫入電 路26完成對相變存儲單元的編程的同時，電容器400和脈沖發生器 402 4妄收來自電源22的電流。在其他實施例中，在寫入電^各26完 成對相變存儲單元的編程的同時，電容器400和脈沖發生器402不 *接收來自電源22的電流。在完成編程之后，電流限制控制電^各408 觸發第一及第二開關404及406來對電容器400進行充電。
圖5是示出了電源22和包括電荷泵500的寫入電路26的一個 實施例的示意圖。寫入電^各26經由電源^各徑28a和28b電連4妄至 電源22 。電源22經由電源;咯徑28a和28b向寫入電^各26 ^是供功率， 即，電壓和電流。寫入電路26接收來自電源22的功率，并提供編 程脈沖來對相變存儲單元進行編程。寫入電路26將由脈沖發生器 502從電源22抽取的峰電流和從電源22抽取的峰功率消耗限制在 電源22的限制之內。
寫入電路26包括電荷泵500和脈沖發生器502。電荷泵500經 由電源贈4圣28a和28b電連4妻至電源22。"永沖發生器502經由電流 路徑504a和504b電連接至電荷泵500。
脈沖發生器502向相變存儲單元中的相變材料提供編程脈沖以 對相變存儲單元進行編程。脈沖發生器502控制電流和/或電壓編程 脈沖的幅度和持續時間來將多個指定狀態編程到相變存儲單元中。 在對相變存儲單元進行編程的同時(例如，在向相變存儲單元纟是供 復位脈沖的同時)，脈沖發生器502消耗峰功率。
寫入電路26將脈沖發生器502從電源22抽取的峰電流和從電 源22抽取的峰功率消耗限制在電源22的限制之內。在一個實施例 中，在脈沖發生器502對一個或多個相變存儲單元進行復位的同時， 發生脈沖發生器502的峰電流消耗和峰功率消耗。在其他實施例中， 在脈沖發生器502提供任意適合的編程脈沖(組)的同時，發生峰 電流消耗和峰功率消耗。
電荷泵500經由電源^各徑28a和28b ^!妾收來自電源22的電壓 和電流。電荷泵500生成提供給脈沖發生器502的編程電壓和編程 電流。編程電壓和編程電流大到足以纟是供脈沖發生器502的峰電流 消庫毛和峰功率消4毛。電荷泵500向"永沖發生器502 ^是供編禾呈電流， 以完成對存儲單元的編程。電荷泵500可以是任意適合類型的電荷 泵。
在一個實施例中，電荷泵50(U爭過充電電壓連^矣一個電容器， 并將該電容器的一側充電至該充電電壓^f直。將該電容器與該充電電 壓斷開，并將該電容器的另 一側連接到充電電壓并將其充電到該充 電電壓值，這就倍增了該電容器的所述一側上的電壓。
圖6是示出了電源22和包括三個開關電荷泵600的寫入電路 26的一個實施例的示意圖。寫入電路26經由電源路徑28電連接至 電源22，而電源22電連4妄至i者如地的基準點(reference) 29。電源 22經由電源路徑28向寫入電路26提供功率，即，電壓和電流。寫 入電路26接收來自電源22的功率，并提供編程脈沖以對相變存儲
單元進行編程。寫入電路26將由脈沖發生器602從電源22抽取的 峰電流，以及寫入電路26將從電源22抽取的峰功率消耗限制在電 源22的限制之內。
寫入電^各26包4舌電荷泵600和脈沖發生器602。電荷泵600經 由電源^各徑28電連4妻至電源22。)脈沖發生器602經由編禾呈電流^各 徑604電連接至電荷泵600，脈沖發生器602電連接至諸如地的基 準點606。
在一個實施例中，電荷泵600包括電容器608、第一開關610、 第二開關612、第三開關614、及電荷泵控制電3各616。第一開關610 是場效應晶體管，第二開關612是場效應晶體管，以及第三開關614 是場效應晶體管。在一個實施例中，開關610、 612、及614中的每 一個均是NMOS晶體管。在一個實施例中，開關610、 612、及614 中的每一個均是PMOS晶體管。在一個實施例中，開關610、 612、 及614可以是NMOS和PMOS晶體管的4壬意適合的《且合。在其4也 實施例中，第一開關610、第二開關612、及第三開關614可以是4壬 意適合的開關類型。
第一開關610的漏極-源極路徑的一側電連接至第二晶體管612 的漏才及-源招J各4圣的一側，并經由電源贈"經28電連4妄至電源22。第 一開關610的漏極-源極路徑的另 一側經由編程電流路徑604電連接 至脈沖發生器602和電容器608的一側。第二開關612的漏極-源極 ^^徑的另一側經由^各徑618電連4妄至電容器608的另一側和第三晶 體管614的一側。第三開關614的漏極-源極路徑的另一側電連接至 諸如地的基準點620。
電^^泵4空制電^各616電連4妄至第一開關610、第二開關612、 及第三開關614的棚4及。第 一開關610的4冊才及經由第 一棚-4及^各徑622 電連接至電荷泵控制電路616。第二開關612的柵-極經由第二柵極;咯徑624電連4妾至電荷泵控制電i 各616，而第三開關614的棚4及經 由第三柵極路徑626電連接至電荷泵控制電路616。
脈沖發生器602向相變存儲單元中的相變材料提供編程脈沖以 對相變存々者單元進4于編程。力永沖發生器602控制電流和/或電壓脈沖 幅度和持續時間以將多個指定狀態編程到多個相變存儲單元中。脈 在對相變存儲單元進行編程的同時(例如，在向相變存儲單元提供 復位脈沖的同時)沖發生器602消耗峰功率消耗。
寫入電路26限制從電源22抽取的峰電流及功率以滿足脈沖發 生器602的峰電流和峰功率消耗。寫入電路26將從電源22抽取的 峰電流及功率限制在電源22的限制之內。在一個實施例中，在脈沖 發生器602對一個或多個相變存儲單元進行復位的同時，發生月永沖 發生器602的峰電流消耗和峰功率消耗。在其他實施例中，在脈沖 發生器602l是供任意適合的編程脈沖(組)的同時，發生峰電流消 耗和峰功率消耗。
電容器608經由電源22 ^皮充電，并經由編禾呈電:^^4圣604以 編程電流的形式向脈沖發生器602提供所存儲的電荷。電荷泵控制 電路616對第一開關610和第二開關612進行控制以限制從電源22 抽取的電流和由電容器608及脈沖發生器602所接收的電流。電荷 泵控制電路616還對第三開關進行控制以控制電容器608上的電壓 值。
為了對電容器608進行充電(例如，當觸發寫入電路26和脈 沖發生器602時)，充電脈沖控制電路616接通第一開關610和第三 開關614，并切斷第二開關612。電源22爿夸電容器608的一側充電 到充電電壓值。接下來，充電脈沖控制電路616切斷第一開關610 和第三開關614，并4妄通第二開關612。電源22將電容器608的另
一側充電到充電電壓值，這基本上倍增了電容器608的一側上的604 處的電壓值。
如果寫入電路26和月永沖發生器602 ^皮觸發來對一個或多個存 儲單元進行編程，則電荷泵控制電路616切斷第二開關612，以及 電容器608以編程電流的形式向脈沖發生器602提供所存儲的電荷， 這完成了對存儲單元進行的編程。在其他實施例中，電荷泵控制電 3各616可以使第二開關612保持接通，且電容器608以編程電流的 形式向脈沖發生器602纟是供所存儲的電荷，這完成對存儲單元進行的編程。
在操作過程中，電荷脈沖控制電路616接通第一開關610和第 三開關614，并切斷第二開關612。電源22將電容器608的一側充 電到充電電壓值。接下來，充電脈沖控制電路616切斷第一開關610 和第三開關614，并4妄通第二開關612。電源22將電容器608的另 一側充電到充電電壓值。這基本上倍增了電容器608的一側上的604 處的電壓^f直。
接下來，存儲器接收寫入指令，寫入電路26被控制以對一個或 多個相變存儲單元進4亍編程。電荷泵控制電^各616切斷第二開關 612，并保持第一開關610和第三開關614切斷。電容器608以編程 電流的形式向脈沖發生器602提供所存儲的電荷，這完成了對存4諸 單元進4于的編禾呈。在一個實施例中，在完成編禾呈之后，電荷泵4空制 電路616控制第一開關610、第二開關612、及第三開關614來重新 對電容器608進行充電。
寫入電i 各26在限制乂人電源22抽取的電流的同時，完成對相變 存儲單元進行的編程。電荷泵控制電路616控制第一開關610、第 二開關612、及第三開關614來將從電源22抽取的電流和由電容器 608及脈沖發生器602所接收的電流限制在電源22的限制之內。
在一個實施例中，兩個或多個并聯電路被用于提高存儲器的寫 入總處理能力。每個通道均向存儲器陣列的一部分提供功率，其中， 控制電容器的充電和放電，以在一個循環中通道1被充電而所有其
他的通道#:》文電或未^皮觸發，而在下一個循環中通道2 #皮充電而所 有其他的通道祐j文電或未4皮觸發。利用該方案，在將最大功率消誶毛 限制為單個通道的功率消耗的同時，可以提高總處理能力。
在一個實施例中，上述方案纟皮用于控制位元線偏置(bit-line bias)。在另一個實施例中，上述方案^f皮用于控制字元線偏置 (word-line bias )。在又一個實施例中，上述方案^皮用于控制位元線 偏置和字元線偏置兩者。
盡管本文已示出并描述了具體實施例，但本領域的普通技術人 員應該理解，在不背離本發明范圍的情況下，可以用各種替換和/ 或等價的實現來代替所示出和描述的具體實施例。本申請旨在覆蓋 本文中所述的具體實施例的改變和變化。因此，本發明4又由權利要 求及其等同物所限定。
權利要求
1.一種存儲器，包括多個電阻式存儲單元，其中，所述多個電阻式存儲單元中的每一個均可被編程為至少兩種狀態中的每一種；脈沖發生器，用于提供寫入脈沖來對所述多個電阻式存儲單元進行編程；以及電路，用于接收第一電流、限制所述第一電流、并以第二電流的形式向所述脈沖發生器提供所存儲的電荷來對所述多個電阻式存儲單元進行編程。
2. 根據權利要求1所述的存儲器，其中，所述電路包括電容器，用于以所述第二電流的形式向所述脈沖發生器提 供所述所存儲的電荷。
3. 根據權利要求1所述的存儲器，其中，所述電路包括控制器，用于控制所述第一 電流以在所述脈沖發生器對所 述多個電阻式存儲單元中的至少 一個進4亍復位時，以所述第二 電流的形式向所述脈沖發生器提供所述所存儲的電荷。
4. 根據權利要求1所述的存儲器，其中，所述電路包括電荷泵，用于接收所述第一電流，并以所述第二電流的形 式向所述脈沖發生器提供所述所存儲的電荷。
5. 根據權利要求1所述的存儲器，其中，所述多個電阻式存儲單元包括多個相變存儲單元，其中，所述多個相變存儲單元中的每一個均包括Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、及S中的至少 一種。
6. —種存儲器，包括多個相變存儲單元，其中，所述多個相變存儲單元中的每 一個均可凈皮編程為至少兩種狀態中的每一種；脈沖發生器，用于提供多個寫入脈沖來對所述多個相變存 4諸單元進4于編程；以及電路，用于4妻收第一電流、限制所述第一電流進4亍、并以 第二電流的形式向所述脈沖發生器提供所存儲的電荷來對所 述多個相變存4諸單元進行編程。
7. 根據權利要求6所述的存儲器，其中，所述電路包括電容器，用于以所述第二電流的形式向所述脈沖發生器提 供所述所存儲的電荷。
8. 根據權利要求6所述的存儲器，其中，所述電路包括控制器，用于對所述第一電流進行控制以在所述脈沖發生 器對所述多個相變儲單元中的至少 一個進行復位時，以所述第 二電流的形式向所述脈沖發生器提供所述所存儲的電荷。
9. 根據權利要求8所述的存儲器，其中，所述電路包括第一開關，所述控制器操作所述第一開關來控制所述第一 電流。
10. 根據權利要求9所述的存儲器，其中，所述電路包括第二開關，所述控制器操作所述第二開關來控制來自所述 月永沖發生器的返回電流。
11. 根據權利要求8所述的存儲器，其中，所述電路包括第一開關； 第二開關；以及第三開關，其中，所述控制器對所述第一開關、所述第二 開關、及所述第三開關進行操作，以將電容器的一側充電到第 一電壓值以及將所述電容器的另 一側充電到第二電壓值，以通 過所述第二電壓值來提高所述電容器的所述一側上的所述第 一電壓值。
12. 根據權利要求6所述的存儲器，其中，所述電路包括電荷泵，用于4妄收所述第 一 電流并以所述第二電流的形式 向所述脈沖發生器提供所述所存儲的電荷。
13. 根據權利要求6所述的存儲器，其中，所述電路包括電容器；以及控制器，用于控制所述第一電流以向所述電容器和所述脈 沖發生器提供所述第 一 電流。
14. 才艮據權利要求6所述的存儲器，其中，所述多個相變存儲單元 中的每一個均包括Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、及S中的 至少一種。
15. —種存儲器系統，包括多個相變存儲單元，其中，所述多個相變存儲單元中的每 一個均可凈皮編禾呈為至少兩種狀態中的每一種；脈沖發生器，用于提供多個寫入脈沖以對所述多個相變存 儲單元進行編程；電容器；以及控制電路，用于在所述脈沖發生器對所述多個相變存儲單 元中的至少 一個進行復位時，對從電源接收到而流至電容器的 電流進行限制。
16. 根據權利要求15所述的存儲器系統，其中，在所述脈沖發生 器對所述多個相變存儲單元中的至少一個進行復位時，所述電 容器向所述脈沖發生器提供所存儲的電荷。
17. 根據權利要求15所述的存儲器系統，包括第一開關，其中，所述控制電路操作所述第一開關來限制 到所述電容器的所述電流以及對所述電容器的一側進行充電。
18. 根據權利要求17所述的存儲器系統，包括第二開關，其中，所述控制電路"l喿作所述第二開關來調整 來自所述力永沖發生器的返回電流。
19.根據權利要求17所述的存儲器系統，包括第二開關，其中，所述控制電贈 操作所述第二開關來對所 述電容器的另 一側進行充電。
20. —種存儲器，包括多個相變存儲單元，其中，所述多個相變存儲單元中的每 一個均可^皮編程為至少兩種狀態中的每一種；編程裝置，用于對所述多個相變存儲單元進行編程；用于"l妄收第 一 電流的裝置；用于在所述多個相變存〗諸單元^皮編程時限制所述第 一 電 it的裝置；以及用于以第二電流的形式向所述編程裝置提供所存儲的電 荷來對所述多個相變存儲單元進行編程的裝置。
21. 根據權利要求20所述的存儲器，其中，所述用于限制所述第 一電流的裝置包括第一開關；以及用于控制所述第 一開關來限制所述第 一 電流的裝置。
22. 根據權利要求21所述的存儲器，包括第二開關，其中，所述用于控制所述第一開關的裝置操作 所述第二開關來控制來自所述編程裝置的返回電流。
23. 才艮據權利要求21所述的存儲器，包括電容器；以及第二開關，其中，所述用于控制所述第一開關的裝置操作 所述第一開關來對所述電容器的一側進行充電，以及操作所述 第二開關。
24. —種用于對存儲器進行編程的方法，包括設置多個相變存儲單元； 4妄收第一電流；在所述多個相變存4諸單元凈皮編程時，對所述第一電流進4亍 限制；以及以第二電流的形式提供所存儲的電荷來對所述多個相變 存儲單元進行編程。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中，對所述第一電流進行限 制包括i殳置第一開關；以及控制所述第 一開關來限制所述第 一 電流。
26. 根據權利要求25所述的方法，包括i殳置第二開關；以及控制所述第二開關來控制來自脈沖發生器的返回電流。
27. 根據權利要求25所述的方法，包括設置電容器； 設置第二開關；控制所述第 一開關來對所述電容器的一側進行充電；以及 控制所述第二開關來對所述電容器的另 一側進行充電。
28. 根據權利要求24所述的方法，其中，提供所存儲的電荷包括設置電容器；控制所述第一電流以通過所述第一電流對所述電容器進 4亍充電；以及限制到所述電容器的所述第 一 電流來以所述第二電流的 形式提供所述所存儲的電荷。
29. —種用于對存儲器進行編程的方法，包括設置多個相變存儲單元； 設置電容器；對所述多個相變存儲單元進4亍編程；以及在所述多個相變存儲單元被編程時，對從電源接收而流至 所述電容器的電流進行限制。
30. 根據權利要求29所述的方法，包括在脈沖發生器對所述多個相變存4諸單元中的至少 一個進 行復位時，向所述脈沖發生器提供所存儲的電荷。
全文摘要
一個實施例提供了一種包括多個電阻式存儲單元、脈沖發生器、及電路的存儲器。多個電阻式存儲單元中的每一個均可被編程為至少兩種狀態中的每一種。脈沖發生器提供寫入脈沖以對電阻式存儲單元進行編程。電路接收第一電流，以及對第一電流進行限制并以第二電流的形式向脈沖發生器提供所存儲的電荷來對多個電阻式存儲單元進行編程。
文檔編號G11C11/56GK101197187SQ20071019478
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月6日 優先權日2006年12月7日
發明者托馬斯·尼爾希, 揚·鮑里斯·菲利普 申請人:奇夢達北美公司