專利名稱：編程電阻存儲(chǔ)單元的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子行業(yè)存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種編程電阻存儲(chǔ)單元的方法和裝置。
背景技術(shù)：
由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，非揮發(fā)存儲(chǔ)器的市場(chǎng)需求迅速增長(zhǎng)。閃存是目前非揮發(fā)存儲(chǔ)器市場(chǎng)上的主流器件。但隨著微電子技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷向前推迸，基于電荷存儲(chǔ)機(jī)制的閃存技術(shù)遭遇諸如隧穿層不能隨技術(shù)發(fā)展無(wú)限減薄以及與嵌入式系統(tǒng)集成等嚴(yán)重的技術(shù)瓶頸，迫使人們尋求下一代新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器。電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器(Resistive Random AccessMemory)因其具有簡(jiǎn)單的器件結(jié)構(gòu)、低壓低功耗操作、擦寫(xiě)速度快和極佳的尺寸縮小性等優(yōu)勢(shì)，并且其材料與當(dāng)前CMOSエ藝兼容等特點(diǎn)引起高度關(guān)注。眾多的材料體系被報(bào)道具有電阻轉(zhuǎn)變特性，如有機(jī)材料，固態(tài)電解液材料，多元金屬氧化物，ニ元金屬氧化物等。在這些材料體系中，ニ元金屬氧化物(ZrO2、NiO、Ti02、Ta205、CuOx)等由于在組分精確控制、與 CMOSエ藝兼容性的潛在優(yōu)勢(shì)更加受到青睞。圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)施加到電阻存儲(chǔ)單元的電脈沖的時(shí)序圖。以初始阻態(tài)為高阻態(tài)為例，一系列置位脈沖(101，102)與用于讀取電阻值大小的脈沖(103，104)交替地施加到RRAM器件上，若第一個(gè)置位脈沖101未能將電阻狀態(tài)置位到低于基準(zhǔn)低電阻值，則隨后施加的置位脈沖102的脈寬相對(duì)于前一個(gè)置位脈沖的脈寬以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。復(fù)位狀態(tài)與之類似。圖2是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)電阻存儲(chǔ)單元的I-V特性曲線的示意圖。由圖2可知，在 I象限和III象限分別表示出初始阻態(tài)為高電阻時(shí)的置位狀態(tài)以及初始阻態(tài)為低電阻時(shí)的復(fù)位狀態(tài)，電壓掃描方向如圖中箭頭所示。置位時(shí)電壓掃描方向?yàn)?01-202 ；復(fù)位時(shí)電壓掃描方向?yàn)?03-204。在電脈沖作用下，電阻由較高阻態(tài)突變到一個(gè)較低阻態(tài)，稱作置位，此處的較低阻態(tài)的大小由該電阻存儲(chǔ)單元或陣列中置位后最大的低阻值確定。而在電脈沖作用下，電阻由較低阻態(tài)突變到一個(gè)較高阻態(tài)，稱作復(fù)位，此處的較高阻態(tài)的大小由該電阻存儲(chǔ)単元或陣列中復(fù)位后最小的高阻值確定。圖3是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)電阻存儲(chǔ)單元在多次掃描編程的示意圖。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，置位和復(fù)位過(guò)程存在電壓漂移現(xiàn)象，置位和復(fù)位電壓是分布在ー個(gè)區(qū)間范圍(vsl-vs4，Vrl-Vr4) 而不是ー個(gè)固定的數(shù)值點(diǎn)。因此電阻存儲(chǔ)單元在使用単一脈沖編程的過(guò)程中，一般為采用施加一個(gè)高于存儲(chǔ)單元或陣列最大置位電壓的電壓脈沖編程，以圖3為例，施加的置位脈沖必須大于Vs4，復(fù)位脈沖必須大于Vrt，才能確保編程成功。即使對(duì)于同一存儲(chǔ)單元，由于エ 藝偏差等因素，同樣存在置位與復(fù)位電壓不均等的現(xiàn)象。目前，通常采用最大化編程電脈沖來(lái)復(fù)位或置位電阻存儲(chǔ)單元。雖然可以保證編程成功，但電阻存儲(chǔ)單元在重復(fù)編程過(guò)程中，其電阻值不斷在高低阻態(tài)之間來(lái)回循環(huán)編程， 對(duì)于很多存儲(chǔ)單元，最大化編程電脈沖會(huì)使得很多單元存在“過(guò)編程現(xiàn)象”，多余的電壓或電流不斷施加到存儲(chǔ)單元上，將大大降低器件反復(fù)擦寫(xiě)的能力。
圖4A是電阻存儲(chǔ)單元中理想化的單極型電流電壓曲線，圖4B是電阻存儲(chǔ)單元中理想化的雙極型電流電壓曲線，電阻的轉(zhuǎn)變發(fā)生在同一極性上，稱為單極性轉(zhuǎn)變；如圖4 中，403-404為置位掃描曲線，401-402為復(fù)位掃描曲線，可以看到置位和復(fù)位發(fā)生在同一極性上。對(duì)于單極型電阻存儲(chǔ)單元，因?yàn)樵谥梦缓蛷?fù)位中采取的電脈沖具有相似性，復(fù)位成功后，不及時(shí)停止對(duì)器件的脈沖激勵(lì)很容易在余下的復(fù)位脈沖中發(fā)生二次置位。圖5為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)在單極型電阻存儲(chǔ)單元中采用最大編程電脈沖發(fā)生的置位復(fù)位不穩(wěn)定現(xiàn)象的示意圖。上述置位與復(fù)位交叉的不穩(wěn)定現(xiàn)象對(duì)于器件反復(fù)擦寫(xiě)極為不利，容易導(dǎo)致器件失效。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人意識(shí)到現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷采用最大化編程電脈沖來(lái)復(fù)位和置位電阻存儲(chǔ)單元所產(chǎn)生的“過(guò)編程現(xiàn)象”，將大大降低器件反復(fù)擦寫(xiě)的能力。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題為解決上述缺陷，本發(fā)明提供了一種編程電阻存儲(chǔ)單元的方法和裝置，以提高器件反復(fù)擦寫(xiě)的能力，提高電阻存儲(chǔ)單元的使用壽命。(ニ)技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供了一種編程電阻存儲(chǔ)單元的方法。該方法包括采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；檢測(cè)采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功；以及在對(duì)電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第二編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，第二編程脈沖比第一編程脈沖的寬度長(zhǎng)。優(yōu)選的，該編程電阻存儲(chǔ)單元的方法中，第二編程脈沖的第二脈沖寬度相對(duì)第一編程脈沖的第一脈沖寬度以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。優(yōu)選的，該編程電阻存儲(chǔ)單元的方法中，在采用第二編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作的步驟之后還包括檢測(cè)采用第N-I編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功；以及在對(duì)電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第N編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，第N編程脈沖的第N脈沖寬度相對(duì)第N-I編程脈沖的第N-I脈沖寬度以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。優(yōu)選的，該編程電阻存儲(chǔ)單元的方法中，采用第N編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作的步驟包括檢測(cè)第N脈沖寬度是否大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度；當(dāng)?shù)贜脈沖寬度小于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，采用第N編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；當(dāng)?shù)贜脈沖寬度大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，采用增加脈沖幅度的方式對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作。優(yōu)選的，該編程電阻存儲(chǔ)單元的方法中，編程操作包括置位操作和/或復(fù)位操作。 對(duì)于置位操作，檢測(cè)采用第一置位脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行置位操作是否成功的步驟包括檢測(cè)電阻存儲(chǔ)單元的電阻是否低于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)低電阻，如果是，表示置位操作成功，否則， 表示置位操作失敗。對(duì)于復(fù)位操作，檢測(cè)采用第一復(fù)位脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行復(fù)位操作是否成功的步驟包括檢測(cè)電阻存儲(chǔ)單元的電阻是否高于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)高電阻，如果是，表示復(fù)位操作成功，否則，表示復(fù)位操作失敗。優(yōu)選的，該編程電阻存儲(chǔ)單元的方法中，基準(zhǔn)低電阻值由電阻存儲(chǔ)單元置位后的最大低阻值決定；和/或基準(zhǔn)高電阻值由電阻存儲(chǔ)單元復(fù)位后的最小高阻值決定。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，提供了一種編程電阻存儲(chǔ)單元的裝置。該裝置包括編程単元和檢測(cè)單元，其中編程單元，用于采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；并在對(duì)電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第二編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，第二編程脈沖比第一編程脈沖的寬度長(zhǎng)；第一檢測(cè)單元，與編程操作単元相連，用于檢測(cè)采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功。(三)有益效果本發(fā)明中，采用增長(zhǎng)脈沖寬度的編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，可以大大提高電阻存儲(chǔ)單元的反復(fù)擦寫(xiě)次數(shù)，延長(zhǎng)其使用壽命。采用指數(shù)式增長(zhǎng)脈寬對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程也可以大大提高器件編程速度和效率。另外，針對(duì)單極性存儲(chǔ)單元，采用本發(fā)明提供的編程方式可以有效避免器件置位或復(fù)位成功后仍加在器件兩端的“過(guò)編程脈沖”，從而避免器件失效，提高其耐受性，延長(zhǎng)其使用壽命。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)施加到電阻存儲(chǔ)單元的電脈沖的時(shí)序圖；圖2是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)電阻存儲(chǔ)單元的I-V特性曲線的示意圖；圖3是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)電阻存儲(chǔ)單元在多次掃描編程的示意圖；圖4A是電阻存儲(chǔ)單元中理想化的單極型電流電壓曲線；圖4B是電阻存儲(chǔ)單元中理想化的雙極型電流電壓曲線；圖5為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)在單極型電阻存儲(chǔ)單元中采用最大編程電脈沖發(fā)生的置位復(fù)位不穩(wěn)定現(xiàn)象的示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例編程電阻存儲(chǔ)單元方法的流程圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程的方法流程圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行置位和復(fù)位狀態(tài)比較的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種編程電阻存儲(chǔ)單元的方法。圖6為本發(fā)明實(shí)施例編程電阻存儲(chǔ)單元方法的流程圖。如圖6所示，本實(shí)施例包括步驟S602，采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；步驟S604，檢測(cè)采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功；步驟S606，在對(duì)電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第二編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)単元進(jìn)行編程操作，第二編程脈沖比第一編程脈沖的寬度長(zhǎng)。本實(shí)施例中，編程操作包括置位操作和復(fù)位操作。為清楚起見(jiàn)，本實(shí)施例中采用第 ー編程脈沖和第二編程脈沖的說(shuō)法，但事實(shí)上，第一編程脈沖為第N-I編程脈沖，第二編程脈沖為第N編程脈沖。并且，優(yōu)選地，第N編程脈沖的第N-I編程脈沖寬度相對(duì)第一編程脈沖的第一脈沖寬度以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。本實(shí)施例中，以指數(shù)式增長(zhǎng)的脈沖寬度值取決于電阻存儲(chǔ)單元的編程電壓或電流的漂移分布情況。以指數(shù)式增長(zhǎng)脈寬編程可以提高器件編程速度和效率，并且還可以大大減小置位或復(fù)位成功后仍加在器件兩端的過(guò)編程脈沖，從而提高電阻存儲(chǔ)單元的反復(fù)擦寫(xiě)次數(shù)，延長(zhǎng)其使用壽命。此外，本實(shí)施例還可以改善在單極型阻變存儲(chǔ)器中普遍存在的置位復(fù)位不穩(wěn)定現(xiàn)象，在復(fù)位成功后及時(shí)停止脈沖激勵(lì)，防止在余下復(fù)位脈沖對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行二次置位操作從而導(dǎo)致器件失效。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例當(dāng)中，編程脈沖的寬度是有一定限制的。具體來(lái)講，在圖 6中步驟S606采用第N編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作的步驟可以包括步驟S6061，檢測(cè)第N脈沖寬度是否大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，優(yōu)選地，該預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度為IOOns ；步驟S6062，當(dāng)?shù)贜脈沖寬度小于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，采用第N編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；當(dāng)?shù)贜脈沖寬度大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，采用增加脈沖幅度的方式對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，優(yōu)選地，脈沖幅度増加量介于0. I-IV之間。本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度由電阻存儲(chǔ)單元決定，不同的材料體系、器件結(jié)構(gòu)、以及エ藝的偏差等因素都會(huì)對(duì)預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度產(chǎn)生影響。一般情況下，最大脈沖寬度一般為 50-100ns。本實(shí)施例中，對(duì)編程脈沖的寬度進(jìn)行了限制，即當(dāng)采用増加脈沖寬度不能成功編程的情況下，采用增加脈沖幅度的方法對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程，從而防止過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元的負(fù)面效應(yīng)，增加了編程成功的概率。在本發(fā)明上述的實(shí)施例中，編程操作包括置位操作和/或復(fù)位操作。對(duì)于置位操作，檢測(cè)采用第一置位脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行置位操作是否成功的步驟包括檢測(cè)電阻存儲(chǔ)單元的電阻是否低于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)低電阻，如果是，表示置位操作成功，否則，表示置位操作失敗。對(duì)于復(fù)位操作，檢測(cè)采用第一復(fù)位脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行復(fù)位操作是否成功的步驟包括檢測(cè)電阻存儲(chǔ)單元的電阻是否高于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)高電阻，如果是，表示復(fù)位操作成功，否則，表示復(fù)位操作失敗。其中，基準(zhǔn)低電阻值由電阻存儲(chǔ)單元置位后的最大低阻值決定；和/或基準(zhǔn)高電阻值由電阻存儲(chǔ)單元復(fù)位后的最小高阻值決定。與上述方法實(shí)施例對(duì)應(yīng)，本發(fā)明還公開(kāi)了ー種編程電阻存儲(chǔ)單元的裝置。該裝置包括編程單元和檢測(cè)單元。編程單元，用于采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；并在對(duì)電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第二編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，第二編程脈沖比第一編程脈沖的寬度長(zhǎng)。第一檢測(cè)單元，與編程操作単元相連，用于檢測(cè)采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功。在下述的具體實(shí)施方式
說(shuō)明中，各附加技術(shù)特征均同時(shí)適用于方法實(shí)施例和裝置實(shí)施例，而不再另行說(shuō)明。以下將以置位操作和復(fù)位操作為例分別對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如果電阻存儲(chǔ)單元的材料為非揮發(fā)性的阻性材料，那么電阻存儲(chǔ)單元可以通過(guò)外加電脈沖被編程為至少兩種存儲(chǔ)狀態(tài)，隨之施加的電脈沖可以使電阻存儲(chǔ)單元的阻值大小在高阻和低阻兩種狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換。應(yīng)當(dāng)指出的是，在另外的實(shí)施例中，電阻存儲(chǔ)單元可能會(huì)被編程為兩種以上的電阻狀態(tài)，此種情況也應(yīng)當(dāng)視作本發(fā)明的適用范圍之中。此外，在電阻存儲(chǔ)器領(lǐng)域，根據(jù)置位和復(fù)位是否在同一個(gè)電壓方向來(lái)區(qū)分，可以將電阻存儲(chǔ)單元分為單、雙極性。若對(duì)于ー個(gè)存儲(chǔ)単元，置位和復(fù)位在同一個(gè)電壓方向完成，則稱為單極性；若置位和復(fù)位操作在相反的電壓方向完成，則稱為雙極性操作。在下述實(shí)施例中，均是以單極性存儲(chǔ)單元為例進(jìn)行說(shuō)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，本發(fā)明對(duì)單、雙極性存儲(chǔ)單元均適用。以初始數(shù)據(jù)狀態(tài)為高阻值為某ー實(shí)施例，參考圖1，置位脈沖Setl被施加到電阻存儲(chǔ)單元，通過(guò)該置位脈沖，使得電阻存儲(chǔ)單元中電阻值發(fā)生從高到低的轉(zhuǎn)變。初始置位脈沖Setl可以作為單脈沖施加約Ins至100ns。在某些實(shí)施例中，也可以使用多個(gè)脈沖施加初始置位脈沖Setl約Ins至100ns。在施加初始置位脈沖到電阻存儲(chǔ)單元后，由圖1時(shí)序圖可知，隨著置位脈沖后的電脈沖用于讀取施加完置位脈沖后的存儲(chǔ)單元的電阻值，此處所加的電脈沖的脈沖幅度均應(yīng)低于復(fù)位脈沖，以便通過(guò)該電脈沖不能執(zhí)行意外的復(fù)位操作。在讀取完電阻值大小之后，將讀取的電阻值與基準(zhǔn)低阻值相比較，若低于基準(zhǔn)低阻值，則說(shuō)明置位操作成功；若電阻值未能發(fā)生突變或發(fā)生轉(zhuǎn)變后的電阻值大小仍高于基準(zhǔn)低阻值，則再次施加置位脈沖Set2，相對(duì)于初始置位脈沖，Set2的脈沖寬度是其的指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系，更具體，施加的電脈沖時(shí)間更長(zhǎng)，以便完成對(duì)存儲(chǔ)単元的置位操作。由流程圖6可知，隨著第二次置位脈沖Set2之后的電脈沖用于讀取再次施加置位脈沖后的存儲(chǔ)單元的電阻大小，并與基準(zhǔn)低阻值進(jìn)行比較，當(dāng)所測(cè)得的電阻低于基準(zhǔn)低電阻吋，意味著置位切換已經(jīng)被充分地執(zhí)行，置位脈沖不再需要施加到電阻存儲(chǔ)單元上，防止過(guò)量的電脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行“過(guò)編程”，大大提高器件反復(fù)擦寫(xiě)的能力。應(yīng)當(dāng)指出的是，此處用于判定是否需要繼續(xù)以指數(shù)增長(zhǎng)的脈沖脈寬繼續(xù)編程的基準(zhǔn)低電阻應(yīng)由該電阻存儲(chǔ)單元或陣列中置位后可以達(dá)到的低阻值中最大的低阻值來(lái)決定。由流程圖7可知，若多次操作，仍未能將電阻存儲(chǔ)單元成功置位，且發(fā)現(xiàn)逐漸增加的置位脈沖的脈沖寬度已超過(guò)了脈沖寬度最大值，此時(shí)應(yīng)該増加施加到電阻存儲(chǔ)單元上的脈沖高度，一般取脈沖高度増加的幅度為0. 1-lv，進(jìn)ー步對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行重復(fù)置位和讀操作，直到編程成功。如上所述，采用逐漸地増加置位脈沖的脈沖寬度，并確認(rèn)在每個(gè)單元中是否充分地執(zhí)行了置位操作，在阻變存儲(chǔ)器的每個(gè)基本単元中可以編程置位態(tài)。此外，通過(guò)施加具有最小置位脈寬的電脈沖，可以減小置位編程成功后仍加在器件兩端的電脈沖，防止器件“過(guò)編程”，提高器件反復(fù)擦寫(xiě)的能力，延長(zhǎng)阻變存儲(chǔ)器的使用壽命。下面參考流程圖7和圖8說(shuō)明阻變存儲(chǔ)器編程復(fù)位態(tài)的方法。由時(shí)序圖1可知， 初始復(fù)位脈沖被施加到電阻存儲(chǔ)單元。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，初始復(fù)位脈沖的脈寬應(yīng)大于初始置位脈沖的脈寬。初始復(fù)位脈沖Resetl可以作為單脈沖施加約Ins至100ns。在某些實(shí)施例中，也可以使用多個(gè)脈沖施加初始復(fù)位脈沖Resetl約Ins至100ns。在施加初始復(fù)位脈沖到電阻存儲(chǔ)單元后，由圖1時(shí)序圖可知，隨著復(fù)位脈沖后的電脈沖用于讀取施加完復(fù)位脈沖后的電阻存儲(chǔ)單元的電阻值，此處所加的電脈沖的脈沖幅度均應(yīng)低于置位脈沖，以便通過(guò)該電脈沖不能執(zhí)行意外的置位操作。在讀取完電阻值大小之后，將讀取的電阻值與基準(zhǔn)高阻值相比較，若高于基準(zhǔn)高阻值，則說(shuō)明復(fù)位操作成功；若電阻值未能發(fā)生突變或發(fā)生轉(zhuǎn)變后的電阻值大小仍低于基準(zhǔn)高阻值，則再次施加復(fù)位脈沖Reset2，相對(duì)于初始復(fù)位脈沖，Reset2的脈沖寬度是其的指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系，更具體，施加的電脈沖時(shí)間更長(zhǎng)，以便完成對(duì)電阻存儲(chǔ)單元的復(fù)位操作。由流程圖8可知，隨著第二次復(fù)位脈沖Reset2之后的電脈沖用于讀取再次施加復(fù)位脈沖后的電阻存儲(chǔ)單元的電阻大小，并與基準(zhǔn)高阻值進(jìn)行比較，當(dāng)所測(cè)得的電阻高于基準(zhǔn)高電阻吋，意味著復(fù)位切換已經(jīng)被充分地執(zhí)行，復(fù)位脈沖不再需要施加到電阻存儲(chǔ)單元上，防止過(guò)量的電脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行“過(guò)編程”，大大提高器件反復(fù)擦寫(xiě)的能力。應(yīng)當(dāng)指出的是，此處用于判定是否需要繼續(xù)以指數(shù)增長(zhǎng)的脈沖脈寬繼續(xù)編程的基準(zhǔn)高電阻應(yīng)由該電阻存儲(chǔ)單元或陣列中復(fù)位后可以達(dá)到的高阻值中最小的高阻值來(lái)決定。由流程圖7可知，若多次操作，仍未能將電阻存儲(chǔ)單元成功復(fù)位，且發(fā)現(xiàn)逐漸增加的復(fù)位脈沖的脈沖寬度已超過(guò)了脈沖寬度最大值，此時(shí)應(yīng)該増加施加到電阻存儲(chǔ)單元上的脈沖高度，一般取脈沖高度増加的幅度為0. 1-lv，進(jìn)ー步對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行重復(fù)復(fù)位和讀操作，直到編程成功。如上所述，采用逐漸地増加置位脈沖的脈沖寬度，并確認(rèn)在每個(gè)單元中是否充分地執(zhí)行了置位操作，在阻變存儲(chǔ)器的每個(gè)基本単元中可以編程置位態(tài)。此外，通過(guò)施加具有最小置位脈寬的電脈沖，可以減小置位編程成功后仍加在器件兩端的電脈沖，防止器件“過(guò)編程”，提高器件反復(fù)擦寫(xiě)的能力，延長(zhǎng)阻變存儲(chǔ)器的使用壽命。應(yīng)當(dāng)指出的是，在編程復(fù)位態(tài)的時(shí)候，電流引起的熱的效應(yīng)起到了主導(dǎo)地位，因此，編程完成后多余的電脈沖加到器件兩端，將會(huì)產(chǎn)生大量的熱，大大降低了器件反復(fù)的次數(shù)。由流程圖7可知，基準(zhǔn)電阻值的設(shè)定以及變換脈寬的編程方式將會(huì)在編程完全后及時(shí)撒出電脈沖，大大提高器件反復(fù)擦寫(xiě)的次數(shù)，延長(zhǎng)阻變存儲(chǔ)器的使用壽命。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，包括采用第一編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；檢測(cè)采用第一編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功；以及在對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第二編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，所述第二編程脈沖比所述第一編程脈沖的寬度長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于所述第二編程脈沖的第二脈沖寬度相對(duì)所述第一編程脈沖的第一脈沖寬度以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，在采用第二編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作的步驟之后還包括檢測(cè)采用第N-I編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功；以及在對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第N編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，所述第N編程脈沖的第N脈沖寬度相對(duì)所述第N-I編程脈沖的第N-I脈沖寬度以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，所述采用第N編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作的步驟包括檢測(cè)所述第N脈沖寬度是否大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度；當(dāng)所述第N脈沖寬度小于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，采用第N編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；當(dāng)所述第N脈沖寬度大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，采用增加脈沖幅度的方式對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，所述預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度與以下因素中的一項(xiàng)或多項(xiàng)有關(guān)電阻存儲(chǔ)單元的材料體系、器件結(jié)構(gòu)或エ藝條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，所述增加脈沖幅度的方式對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作的步驟中，所述脈沖幅度増加量介于0.1-IV之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，所述編程操作包括置位操作和/或復(fù)位操作；對(duì)于置位操作，所述檢測(cè)采用第一置位脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行置位操作是否成功的步驟包括檢測(cè)所述電阻存儲(chǔ)單元的電阻是否低于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)低電阻，如果是，表示置位操作成功；否則，表示置位操作失??；對(duì)于復(fù)位操作，所述檢測(cè)采用第一復(fù)位脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行復(fù)位操作是否成功的步驟包括檢測(cè)所述電阻存儲(chǔ)單元的電阻是否高于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)高電阻，如果是，表示復(fù)位操作成功；否則，表示復(fù)位操作失敗。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，所述基準(zhǔn)低電阻值由電阻存儲(chǔ)單元置位后的最大低阻值決定；和/或基準(zhǔn)高電阻值由電阻存儲(chǔ)單元復(fù)位后的最小高阻值決定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，所述第一脈沖寬度介于Ins至IOOns之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在干，所述第一編程脈沖為脈沖寬度介于Ins至IOOns之間單脈沖；或脈沖寬度之和介于Ins至IOOns之間的多脈沖。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于，該方法應(yīng)用于單極性或雙極性的電阻存儲(chǔ)單元中。
12.—種編程電阻存儲(chǔ)單元的裝置，其特征在于，該裝置包括編程單元和檢測(cè)單元，其中編程單元，用于采用第一編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；并在對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第二編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，所述第二編程脈沖比所述第一編程脈沖的寬度長(zhǎng)；第一檢測(cè)單元，與所述編程操作単元相連，用于檢測(cè)采用第一編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的裝置，其特征在干，所述編程単元中， 所述第二編程脈沖的第二脈沖寬度相對(duì)所述第一編程脈沖的第一脈沖寬度以指數(shù)規(guī)律增IXo
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的裝置，其特征在于所述第一檢測(cè)單元，還用于檢測(cè)采用第N-I編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功；所述編程単元在對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第N編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，所述第N編程脈沖的第N脈沖寬度相對(duì)所述第N-I編程脈沖的第N-I脈沖寬度以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的編程電阻存儲(chǔ)單元的裝置，其特征在于，該裝置還包括第 ニ檢測(cè)單元，用于在所述采用第N編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作之前檢測(cè)所述第N脈沖寬度是否大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度；當(dāng)所述第N脈沖寬度小于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，所述編程單元采用第N編程脈沖對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；當(dāng)所述第N脈沖寬度大于預(yù)設(shè)的最大脈沖寬度，采用增加脈沖幅度的方式對(duì)所述電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種編程電阻存儲(chǔ)單元的方法和裝置。該方法包括采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作；檢測(cè)采用第一編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作是否成功；以及在對(duì)電阻存儲(chǔ)單元編程失敗的情況下，采用第二編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，第二編程脈沖比第一編程脈沖的寬度長(zhǎng)。本發(fā)明中，采用增長(zhǎng)脈沖寬度的編程脈沖對(duì)電阻存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作，可以大大提高電阻存儲(chǔ)單元的反復(fù)擦寫(xiě)次數(shù)，延長(zhǎng)其使用壽命。
文檔編號(hào)G11C16/02GK102592667SQ20111000681
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者劉明, 劉琦, 張森, 李穎弢, 王艷, 連文泰, 龍世兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所