用于存儲器單元的自終止寫入的制作方法
【專利說明】用于存儲器單元的自終止寫入
[0001 ] 關(guān)于聯(lián)邦政府贊助研究或開發(fā)的聲明
本發(fā)明是根據(jù)由美國政府授予的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]本公開涉及存儲器設(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)備具有長的電池壽命、強大的處理能力以及大量數(shù)據(jù)存儲，但是同時，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]一般地期望存儲器部件例如以更快的讀取和寫入操作在較小的空間中存儲更多數(shù)據(jù)。非易失性存儲器的當(dāng)前類型包括機電硬盤驅(qū)動器(hard drive)，其中讀/寫頭從和向一系列旋轉(zhuǎn)磁盤讀取和寫入數(shù)據(jù)。其它類型的非易失性存儲器包括使用晶體管和其它設(shè)備(例如，電容器、浮柵M0SFET)以在沒有任何移動部分且在具有更快的讀取和寫入訪問的情況下存儲數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本公開一般地描述了用于向諸如碳納米管(CNT)存儲器設(shè)備之類的基于可編程阻抗元件存儲器設(shè)備寫入數(shù)據(jù)的技術(shù)。該技術(shù)在某些實例中可提供更快且更精確的讀取和寫入操作。
[0006]在一個示例中，在基于可編程阻抗元件存儲器單元上執(zhí)行寫入操作的方法包括執(zhí)行寫入操作以改變可編程阻抗元件的電阻；在寫入操作期間監(jiān)視可編程阻抗元件的電阻；并且響應(yīng)于檢測到可編程阻抗元件的電阻已通過閾值值而終止寫入操作。
[0007]在另一示例中，基于碳納米管存儲器設(shè)備包括碳納米管(CNT)元件；讀取電路，被配置成在寫入操作期間確定CNT元件的電阻；以及寫入電路，被配置成作為執(zhí)行寫入操作的一部分而改變CNT元件的電阻，其中，寫入電路還被配置成基于讀取電路檢測到CNT元件的電阻已通過閾值值而終止寫入操作。
[0008]在另一示例中，基于可編程阻抗元件存儲器設(shè)備包括可編程阻抗元件；讀取電路，被配置成在寫入操作期間確定可編程阻抗元件的電阻；以及寫入電路，被配置成作為執(zhí)行寫入操作的一部分而改變可編程阻抗元件的電阻，其中，寫入電路還被配置成基于讀取電路檢測到可編程阻抗元件的電阻已通過閾值值而終止寫入操作。
[0009]在附圖和以下描述中闡述了本發(fā)明的一個或多個實施例的細(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)點將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了可用來實施本公開的技術(shù)的基于碳納米管存儲器單元的電路圖。
[0011]圖2示出了如根據(jù)當(dāng)前公開限定的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I和寫O Tpulse進(jìn)行寫入時的CNT元件電阻變化的概念圖示。示出了寫入操作(op)A—F0
[0014]圖5示出了可用來實施本公開的技術(shù)的CNT存儲器單元的陣列的圖。
[0015]圖6示出了對自終止參考電阻Rwritel_ref和RwriteO_ref進(jìn)行寫入時的CNT元件電阻變化的概念圖。示出了寫入操作(OP)A— F。
[0016]圖7示出了根據(jù)本公開的技術(shù)的對基于可編程阻抗元件存儲器單元執(zhí)行寫入操作的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]本公開描述了基于可編程阻抗元件的非易失性存儲器設(shè)備，其包括將在寫入操作期間監(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。有時將相對于CNT元件來描述本公開的技術(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器設(shè)備，該可編程阻抗元件的阻抗在功率被去除時被改變以定義“O”和“I”數(shù)據(jù)狀態(tài)，無論該設(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]與通過向CNT元件施加電壓達(dá)固定持續(xù)時間來執(zhí)行寫入操作的典型CNT存儲器設(shè)備相比，本公開的CNT存儲器設(shè)備施加寫入條件達(dá)非固定持續(xù)時間。通過監(jiān)視CNT元件的電阻以確定CNT元件已達(dá)到期望電阻的時間，本公開的CNT存儲器設(shè)備可以在實現(xiàn)CNT元件中的期望電阻時終止寫入條件，如下面將更詳細(xì)地解釋的，這可改善設(shè)備性能。
[0019]圖1是可用來實施本公開的技術(shù)的基于碳納米管存儲器單元100的電路圖。存儲器單元100可形成包括例如數(shù)百億個存儲器單元或更多的較大存儲器設(shè)備的一部分。碳納米管存儲器單元100包括CNT元件102、能夠被接通和關(guān)斷以控制對CNT元件102的存取的存取金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(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)點處連接到端子112，并且位線108在節(jié)點處連接到端子114。字線106在節(jié)點處連接到存取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對應(yīng)于存取MOSFET 104的柵極，并且端子114和端子115對應(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，電流能夠流過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，電流不能流過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。本公開遵循這樣的慣例，即電源節(jié)點的更正的(more positive)被標(biāo)記為Vdd,并且電源節(jié)點的更負(fù)的(more negative)被標(biāo)記為Vss。
[0021]如在本公開中所使用的，術(shù)語節(jié)點一般指的是其中兩個或更多端子相互連接或者其中一個或多個端子連接到線、諸如位線108、位線109或字線106的連接點。在圖1中，例如，MOSFET 104的端子115和CNT元件102的端子110在節(jié)點處相連；M0SFET 104的端子和字線106在節(jié)點處相連；M0SFET 104的端子114和位線108在節(jié)點處相連；并且CNT元件102的端子112和位線109在節(jié)點處相連。通常，如果向端子或線施加電壓，則也向同一節(jié)點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。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。
[0022]可以使存儲器單元100以存儲單個數(shù)據(jù)位(即“O”或“I”)的方式操作。存儲器單元100的存儲數(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的高電阻值可對應(yīng)于數(shù)字“O”且用于CNT元件102的低電阻值可對應(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，通過向C