專利名稱：阻變存儲器的檢測電路及檢測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體存儲器的測試技術領域，特別涉及一種阻變存儲器的檢測電路
和具有該檢測電路的檢測設備。
背景技術：
盡管目前FLASH存儲器仍然是非易失性半導體存儲器市場上的主流器件，但是隨著微電子技術節(jié)點不斷向前推進，基于傳統(tǒng)浮柵結構的FLASH技術正在遭遇嚴重的技術難點，其中最主要的問題是其隨技術代發(fā)展的可縮小性受阻。在這種局面下，工業(yè)界和學術界對下一代非易失性半導體存儲器技術的研發(fā)，投入了越來越多的精力，其中阻變存儲器(Resistance-Change Memory)便是其中一個研究方向，其采用完全不同的新技術和新存儲原理。如阻性隨機存取存儲器(RRAM)表示的阻變存儲器，其存儲數(shù)據(jù)的原理是通過配置使其表現(xiàn)出高阻和低阻兩種狀態(tài)，從而實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的目標。 使用阻變存儲器作為存儲單元的半導體設備具有這樣的結構特點阻變存儲器一般位于字線和位線的交叉點。在編程時，通過在字線和位線上加以編程電壓，隨著所加電壓的變化，則位于交叉點的阻變存儲器的阻值，在高低阻態(tài)之間變化。當進行數(shù)據(jù)讀取時，字線上加以讀取電壓，而位線連接到數(shù)據(jù)檢測電路，通過檢測流過阻變存儲器中電流的大小，來確定阻變存儲器中所存儲的數(shù)據(jù)。 在阻變存儲器的檢測電路中，電流的大小差別往往轉換成電壓的大小差別上來，然后通過取高低阻態(tài)對應的電壓的平均值，作為電壓比較器的參考電壓，從而得到存儲器存儲的對應數(shù)據(jù)("0"或"1")。雖然這種方法道理簡單，但實現(xiàn)起來需要一些額外的電路，這樣就導致了成本的增加，對大規(guī)模的生產不利。

發(fā)明內容
( — )要解決的技術問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種更合適的阻變存儲器檢測電路，和具有該檢測電路的檢測設備。通過使用這種檢測設備為檢測電路提供一個合適的取樣電阻，達到可以用讀取電壓替代額外的電壓參考源的目的，從而減少電路的元器件數(shù)量，降低生產成本。
( 二 )技術方案 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下 —種阻變存儲器的檢測電路，該檢測電路被配置成通過設置字線的電壓為預定的讀取電壓并檢測流過阻變存儲器的電流值，在合理的配置可調取樣電阻后，比較讀取電壓和取樣電阻上的電壓，從而讀出存儲器中的數(shù)據(jù)，該檢測電路包括
—用于把電流轉換成電壓的放大器；
—用于使電壓反向的放大器； —可調取樣電阻和兩個用于電壓反向的電阻；以及
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—電壓比較器。 上述方案中，所述合理的配置可調取樣電阻，是指使所述可調取樣電阻上的電壓，在存儲器為低阻時高于讀取電壓，且在存儲器為高阻時低于讀取電壓，從而實現(xiàn)讀出存儲器中數(shù)據(jù)的目標。 上述方案中，所述電壓比較器使用讀取電壓作為參考電壓，不需要額外的參考電壓源。 —種阻變存儲器的檢測設備，該檢測設備包括
顯示器；
控制器； 用于產生編程電壓、讀取電壓以及保護電壓的電壓產生電路；
用于配置字線電壓和電壓比較器參考電壓的字線選擇開關陣列；
用于配置位線電壓和電流檢測端口的位線選擇開關陣列；
自適應AD采樣電路；以及
用于讀出阻變存儲器數(shù)據(jù)的檢測電路。 上述方案中，該檢測設備通過使用試探法，為所述檢測電路獲得合適的取樣電阻。
上述方案中，所述的試探法具體包括先設置取樣電阻的初始值，然后編程存儲器使其處于低阻態(tài)，通過自適應AD采樣電路，計算出存儲器處于低阻態(tài)時的電阻&，然后再編程存儲器使其處于高阻態(tài)，再次通過自適應AD采樣電路，計算出存儲器處于高阻態(tài)時的電阻R"通過調整取樣電阻的阻值Rs，使其滿足R\ < Rs < R，并盡量接近(R'^R)/2，其中R=min(RH， VDDR' yVKD) ， R't為低阻&和寄生電阻之和。
(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，通過使用這種檢測設備為檢測電路提供一個合適的取樣電阻，可以達到用讀取電壓替代額外的電壓參考源的目的，能夠減少額外的參考電壓源，從而減少了電路的元器件數(shù)量，降低了生產成本。


為了更進一步說明本發(fā)明的內容，以下結合附圖，對本發(fā)明做詳細的描述 圖1是本發(fā)明所述的檢測設備的結構示意圖； 圖2是圖1的字線選擇開關陣列6的結構示意圖； 圖3是圖1的位線選擇開關陣列10的結構示意圖； 圖4是交叉陣列結構的阻變存儲器的編程和讀取數(shù)據(jù)的示意圖； 圖5是圖1的檢測電路20的電路圖； 圖6是圖1的電壓產生電路4的方框圖； 圖7是圖1的自適應AD采樣電路13的方框圖； 圖8是用試探法推斷、調整取樣電阻阻值的試驗流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
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圖1是本發(fā)明的檢測設備結構示意圖。符號1和2分別表示顯示器和控制器；符 號4表示電壓產生電路，其產生的電壓為符號5所示；3是控制器發(fā)給電壓產生電路4的電 壓控制指令；6是字線選擇開關陣列，10是位線選擇開關陣列，其中18為控制器發(fā)給字線選 擇開關陣列6和位線選擇開關陣列10的控制指令；8是待測的阻變存儲器，7是待測阻變存 儲器8的字線，9是待測阻變存儲器8的位線；20是用于讀出阻變存儲器8的數(shù)據(jù)的檢測電 路，其由電流電壓轉換器12和電壓比較器17構成，11表示流過阻變存儲器8的電流，19表 示電壓比較器17的參考電壓(等于讀取電壓V皿)，16表示阻變存儲器8的讀出值("0"或 "1") ;13是自適應AD采樣電路，用于為檢測電路20獲得合適的取樣電阻。14表示電流電 壓轉換器12的輸出電壓，15表示自適應AD采樣電路的控制指令和AD采樣數(shù)據(jù)。
圖2是表示圖1中字線選擇開關陣列6的結構示意圖，和圖1相同的部分標以相 同的符號，其說明省略。在圖2中，21是阻變存儲器的讀取電壓VKD，22是阻變存儲器的編
程電壓VPr。gram， 23是阻變存儲器的編程保護電壓VPr。tert，它們共同構成圖1所示的5 ;24表
示接地；25是字線選擇開關控制電路，通過控制26、27、28等開關三極管的開關狀態(tài)，從而 實現(xiàn)位線與21、22、23、24相連通，參考電壓19與讀取電壓21相連通的目標。 圖3是表示圖1中位線選擇開關陣列10的結構示意圖，其與圖2很相似，圖3中 和圖1、2相同的部分標以相同的符號，其說明省略。在圖3中，29為位線選擇開關控制電 路，通過控制30、31、32等開關三極管的開關狀態(tài)，從而實現(xiàn)位線與11、22、23、24相連通的目標。 圖4是具有交叉陣列結構的，阻性隨機存取存儲器(RRAM)表示的阻變存儲器的編 程和讀取數(shù)據(jù)的示意圖。圖中的33、34、35、36代表交叉陣列的字線，37、38、39、40代表交叉 陳列的位線，阻性隨機存取存儲器(RRAM)則位于字線和位線的交叉點處，如41所示。編程 時，在待編程的點對應的字線加上編程電壓Vpr。g，，對應的位線則接地(GND)，其他所有的 字線和位線均連接到保護電壓VPr。tert ;讀出數(shù)據(jù)時，在待讀取的點對應的字線加上讀取電 壓V,對應的位線則連接到檢測電路20，其他所有的字線和位線均接地(GND)。
圖5是圖1中檢測電路20的電路圖，和圖1相同的部分標以相同的符號，其說明 省略。其中，34和39分別表示字線和位線(和圖4中的符號相同)，42是位于字線34和位 線39之間的阻變存儲器，43是由引線等帶來的寄生電阻；44是放大器，用來把檢測電流信 號轉換成電壓信號，46是可調取樣電阻；45是放大器，用來反向電壓信號，47和48是兩個 用來反向電壓的電阻；49是電壓比較器，通過比較放大器45的輸出電壓14和參考電壓19， 得到存儲器所存儲的數(shù)據(jù)("0"或"1")。其中50、51、52為開關三極管，是圖2和圖3中 所示開關三極管的一部分。 圖6是圖1中電壓產生電路4的方框圖，和圖l相同的部分標以相同的符號，其說 明省略。53是直流電壓源；54是線性可控電壓調整器；55是電阻可控電路，通過控制電阻 的變化，使線性可控電壓調整器54的輸出電壓按要求變化。56是分壓和電壓保護電路，通 過合理的分壓與保護，能使后續(xù)的電路更安全可靠；57是AD采樣電路；58是比較電路，通 過比較采樣電壓與電壓指令，生成合適的控制指令控制電阻可控電路55 。
圖7是圖1中自適應AD采樣電路13的方框圖，和圖1相同的部分標以相同的符 號，其說明省略。59是增益可控放大器，通過控制放大器，可使電壓信號放大合適的倍數(shù)； 60是分壓和電壓保護電路；61是AD采樣電路；62是增益判斷和控制電路，通過判斷采樣電壓，得到合適的信號放大倍數(shù)，使整個閉合環(huán)路更穩(wěn)定。
實施例 下面以圖4中阻性隨機存取存儲器(RRAM)表示的阻變存儲器41為例，介紹本發(fā) 明方法的實施過程，其所采樣的檢測電路為圖5所示。 對于使用同樣工藝、同樣結構、同樣材料制造的阻變存儲器，其取樣電阻46的阻 值是可以固定的，通過使用上一次的取樣電阻值，即可讀出存儲器的數(shù)據(jù)。而對于使用不同 的工藝、結構、材料制造的阻變存儲器，我們需要先確定其取樣電阻46的阻值，然后再根據(jù) 這個阻值來讀取其他相同的阻變存儲器的數(shù)據(jù)。 下面分步驟來介紹取樣電阻阻值的確定過程，如圖8所示 步驟S81 :根據(jù)阻變存儲器使用的工藝、結構、材料，估算取樣電阻的范圍，并在這 個范圍內隨機的選擇一個阻值作為取樣電阻的初始值。 步驟S82 :編程使阻性隨機存取存儲器(RRAM)處于低阻態(tài)，假設所述的阻性隨機 存取存儲器(RRAM)為對稱的雙極性阻變存儲器。結合圖4所示，當字線34的電壓比位線 39的電壓高VPr。gMm時，阻性隨機存取存儲器(RRAM)41被配置成低阻態(tài)，其中字線33、35、36 和位線37 、38 、40都被配置成保護電壓VPMtect。 步驟S83 :測量阻性隨機存取存儲器(RRAM)處于低阻態(tài)時的電阻&。結合圖4所 示，字線34連接讀取電壓V,位線39連接檢測電路20，其他的字線33、35、36和位線37、 38、40連接到地。通過檢測電路和自適應AD采樣電路計算出低阻態(tài)時的電阻&。
步驟S84 :編程使阻性隨機存取存儲器(RRAM)處于高阻態(tài)。這一步和步驟S82類 似，所不同的是，這個時候字線34的電壓比位線39的電壓低VPr。gram。 步驟S85 :測量阻性隨機存取存儲器(RRAM)處于高阻態(tài)時的電阻RH。這一步和步 驟S83的方法相同，通過計算得到高阻態(tài)時的電阻RH。 步驟S86 :估算并調整取樣電阻的阻值。計算R = min(RH，VDDR' 乂V^ ，(其中，R', 為低阻&和寄生電阻之和)，并使取樣電阻的阻值滿足R\ < Rs < R，然后微調使Rs慢慢 接近(R' L+R)/2。 步驟S87 :判斷微調后的電阻是否在估算的范圍內，如果在范圍內，又接近 (R' JR)/2則認為滿足條件，進入下一步S88，否則返回上一步S86。 步驟S88 :固定好取樣電阻46的阻值。對于測量使用相同工藝、相同結構、相同材 料制造的阻變存儲器，其檢測電路的取樣電阻不再變化。
下面根據(jù)圖5，介紹數(shù)據(jù)的讀取過程 待測阻性隨機存取存儲器(RRAM) 42的阻值為R，寄生電阻43的阻值為RP，取樣電 阻46的阻值為Rs。當字線34加上讀取電壓V皿，位線39連接到放大器44的反向輸入端 11時，則放大器44的輸出端電壓為V產-Vrd.Rs/ (R+Rp);若讓放大器45的兩個電阻 相等，則比較器49的反向輸入端電壓V2 = V歐RS/(R+RP)，其中R， l < Rs < min(RH， VDDR， L/ Vkd)，且R' l = RL+RP。因此當R = RL時，VDD > V2 > V即；當R = RH時，V2 < VKD。通過比較 反向輸入V2和正向輸入VKD的電壓，從而在比較器49的輸出端16獲得存儲器的數(shù)據(jù)("0" 或'T)。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡
6在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內。
權利要求
一種阻變存儲器的檢測電路，其特征在于，該檢測電路被配置成通過設置字線的電壓為預定的讀取電壓并檢測流過阻變存儲器的電流值，在合理的配置可調取樣電阻后，比較讀取電壓和取樣電阻上的電壓，從而讀出存儲器中的數(shù)據(jù)，該檢測電路包括一用于把電流轉換成電壓的放大器；一用于使電壓反向的放大器；一可調取樣電阻和兩個用于電壓反向的電阻；以及一電壓比較器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的阻變存儲器的檢測電路，其特征在于，所述合理的配置可調 取樣電阻，是指使所述可調取樣電阻上的電壓，在存儲器為低阻時高于讀取電壓，且在存儲 器為高阻時低于讀取電壓，從而實現(xiàn)讀出存儲器中數(shù)據(jù)的目標。
3 根據(jù)權利要求1所述的阻變存儲器的檢測電路，其特征在于，所述電壓比較器使用 讀取電壓作為參考電壓，不需要額外的參考電壓源。
4. 一種阻變存儲器的檢測設備，其特征在于，該檢測設備包括 顯示器；控制器；用于產生編程電壓、讀取電壓以及保護電壓的電壓產生電路； 用于配置字線電壓和電壓比較器參考電壓的字線選擇開關陣列； 用于配置位線電壓和電流檢測端口的位線選擇開關陣列； 自適應AD采樣電路；以及 用于讀出阻變存儲器數(shù)據(jù)的檢測電路。
5. 根據(jù)權利要求4所述的阻變存儲器的檢測設備，其特征在于，該檢測設備通過使用 試探法，為所述檢測電路獲得合適的取樣電阻。
6. 根據(jù)權利要求4所述的阻變存儲器的檢測設備，其特征在于，所述的試探法具體包括先設置取樣電阻的初始值，然后編程存儲器使其處于低阻態(tài)，通過自適應AD采樣電 路，計算出存儲器處于低阻態(tài)時的電阻&，然后再編程存儲器使其處于高阻態(tài)，再次通過自 適應AD采樣電路，計算出存儲器處于高阻態(tài)時的電阻RH，通過調整取樣電阻的阻值Rs，使其 滿足R' L < Rs < R，并盡量接近(R' L+R) /2，其中R = min (RH， VDDR， L/VKD) ， R， L為低阻RL和 寄生電阻之和。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種阻變存儲器的檢測電路及檢測設備。檢測電路為設置字線的電壓為預定的讀取電壓并檢測阻變存儲器中流動的電流值，在合理的選擇取樣電阻后，通過比較讀取電壓和取樣電阻上的電壓，從而讀出存儲器中的數(shù)據(jù)。檢測設備包括顯示器(1)和控制器(2)；用于產生編程電壓、讀取電壓以及保護電壓的電壓產生電路(4)；用于配置字線電壓(7)和電壓比較器參考電壓(19)的字線選擇開關陣列(6)；用于配置位線電壓(9)和電流檢測端口(11)的位線選擇開關陣列(10)；自適應AD采樣電路(13)；以及用于讀出阻變存儲器數(shù)據(jù)的檢測電路(20)。通過自適應AD采樣電路(13)，得到合適的采樣電阻，從而高效的讀出阻變存儲器數(shù)據(jù)。
文檔編號G11C7/06GK101783182SQ20091007752
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權日2009年1月21日
發(fā)明者劉興華, 劉明, 劉舸, 商立偉, 姬濯宇, 柳江, 涂德鈺, 王宏 申請人:中國科學院微電子研究所