相關(guān)案件的交叉引用

本申請根據(jù)35u.s.c.§120要求于2014年8月12日提交的美國專利申請?zhí)?4/457,520的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該專利申請被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人并通過引用以其整體結(jié)合在此。

本申請與以下美國專利相關(guān)，這些專利被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人并通過引用以其整體結(jié)合在此：

美國專利號6,835,591，2002年4月23日提交，標(biāo)題為methodsofnanotubefilmsandarticles(納米管薄膜和粒子的方法)；

美國專利號7,335,395，2003年1月13日提交，標(biāo)題為methodsofusingpre-formednanotubestomakecarbonnanotubefilms,layers,fabrics,ribbons,elements,andarticles(使用預(yù)成型納米管來制造碳納米管薄膜、層、結(jié)構(gòu)、帶、元件、和粒子的方法)；；

美國專利號6,706,402，2004年3月16日提交，標(biāo)題為nanotubefilmsandarticles(納米管薄膜和粒子)；

美國專利號7,115,901，2004年6月9日提交，標(biāo)題為non-volatileelectromechanicalfieldeffectdevicesandcircuitsusingsameandmethodsofformingsame(非易失性機電場效應(yīng)設(shè)備和使用其的電路以及其形成方法)；以及

美國專利號7,365,632，2005年9月20日提交，標(biāo)題為resistiveelementsusingcarbonnanotubes(使用碳納米管的電阻元件)。

美國專利號7,781,862，2005年11月15日提交，標(biāo)題為two-terminalnanotubedevicesandsystemsandmethodsofmakingsame(二端子納米管設(shè)備及其制作系統(tǒng)和方法)；

美國專利號7,479,654，2005年11月15日提交，標(biāo)題為memoryarraysusingnanotubearticleswithreprogrammableresistance(使用具有可再編程電阻的納米管粒子的存儲器陣列)；

美國專利號8,217,490，2008年8月8日提交，標(biāo)題為nonvolatilenanotubediodesandnonvolatilenanotubeblocksandsystemsusingsameandmethodsofmakingsame(非易失性納米管二極管以及使用其的非易失性納米管塊和系統(tǒng)以及其制造方法)；

美國專利號8,351,239，2009年10月23日提交，標(biāo)題為dynamicsensecurrentsupplycircuitandassociatedmethodforreadingandcharacterizingaresistivememoryarray(動態(tài)感應(yīng)電流提供電路以及用于讀取和表征電阻存儲器陣列的相關(guān)方法)；以及

美國專利號8,000,127，2009年11月13日提交，標(biāo)題為methodforresettingaresistivechangememoryelement(用于重置電阻變化存儲器元件的方法)。

本申請與以下美國專利申請相關(guān)，這些專利被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人并通過引用以其整體結(jié)合在此；

美國專利申請?zhí)?2/536,803，2009年8月6日提交，標(biāo)題為nonvolatilenanotubeprogrammablelogicdevicesandanonvolatilenanotubefieldprogrammablegatearrayusingsame(非易失性納米管可再編程邏輯設(shè)備以及使用其的非易失性納米管現(xiàn)場可編程門陣列)；以及

美國專利申請?zhí)?2/873,946，2010年9月1日提交，標(biāo)題為amethodforadjustingaresistivechangeelementusingareference(用于使用參考來調(diào)整電阻變化元件的方法)；以及

美國專利申請?zhí)?3/716,453，2012年12月12日提交，標(biāo)題為carbonbasednonvolatilecrosspointmemoryincorporatingcarbonbaseddiodeselectdevicesandmosfetselectdevicesformemoryandlogicapplications(基于碳的非易失性交叉點存儲器結(jié)合針對存儲器和邏輯應(yīng)用的基于碳的二極管選擇設(shè)備和mosfet選擇設(shè)備)。

背景技術(shù)：

1.技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及電阻變化元件陣列，并且更具體地涉及用于無需原位選擇和限流元件的對此類陣列動態(tài)地讀取和編程的改進方法。

2.相關(guān)技術(shù)的討論

在整個說明書中對相關(guān)技術(shù)的任何討論絕不應(yīng)該被視為承認這個技術(shù)是廣泛已知的或形成領(lǐng)域中一般公知常識。

電阻變化設(shè)備和陣列(通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為電阻ram)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中熟知的。此類設(shè)備和陣列例如包括但不限于相變存儲器、固態(tài)電解質(zhì)存儲器、金屬氧化物電阻存儲器、和碳納米管存儲器比如nram^tm。

電阻變化設(shè)備和陣列通過調(diào)整電阻變化元件來存儲信息，所述電阻變化元件一般包括可以響應(yīng)于處于兩個或更多個電阻狀態(tài)之間的每個個體陣列單元中某個施加的刺激在多個非易失性電阻狀態(tài)之間調(diào)整的某種材料。例如，電阻變化元件單元內(nèi)的每個電阻狀態(tài)可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)值，通過支持設(shè)備或陣列中的電路可以對所述數(shù)據(jù)值編程或讀回。

例如，電阻變化元件可以被安排成在兩個電阻狀態(tài)之間切換：高電阻狀態(tài)(可以對應(yīng)于邏輯“0”)和低電阻狀態(tài)((可以對應(yīng)于邏輯“1”)。以這種方式，電阻變化元件可以用于存儲一個二進制數(shù)字(位)的數(shù)據(jù)。

或者，作為另一示例，電阻變化元件可以被安排成在四個電阻狀態(tài)之間切換，從而存儲兩位的數(shù)據(jù)?；蛘?，電阻變化元件可以被安排成在八個電阻狀態(tài)之間切換，從而存儲四位的數(shù)據(jù)?；蛘?，電阻變化元件可以被安排成在2ⁿ個電阻狀態(tài)之間切換，從而存儲n位的數(shù)據(jù)。

在本領(lǐng)域目前狀態(tài)下，越來越需要縮放和提高電阻變化元件陣列中陣列的單元密度。然而，隨著本領(lǐng)域狀態(tài)下發(fā)展技術(shù)來提供越來越小的電阻變化元件，電阻變化元件陣列內(nèi)個體陣列單元的物理尺寸在某些應(yīng)用中變得受傳統(tǒng)電阻變化元件陣列單元內(nèi)所使用的選擇電路的物理尺寸限制。為此，如果實現(xiàn)了用于對電阻變化元件的陣列讀取和編程的方法，從而使得可以在不需要每個單元內(nèi)原位選擇電路或的其他電流控制設(shè)備的情況下快速地訪問(讀取)或調(diào)整(編程)個體陣列單元，將是有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開涉及用于對電阻變化元件陣列進行編程和讀取的動態(tài)方法，并且更確切地涉及其中在每個單元內(nèi)不需要原位選擇或電流控制電路的情況下可以快速地編程或讀取陣列中的單元的此類方法。

具體地，本公開提供了一種用于確定電阻變化元件陣列內(nèi)的至少一個電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法。所述方法首先包括提供電阻變化元件陣列，此電阻變化元件陣列包括多條字線、多條位線、和多個電阻變化元件。在所述電阻變化元件陣列內(nèi)，每個電阻變化元件具有第一端子和第二端子。每個電阻變化元件的所述第一端子與字線電連通并且每個電阻變化元件的所述第二端子與位線電連通。這種方法進一步包括：同時將所述電阻變化元件陣列內(nèi)的所有所述位線與所有所述字線充電至預(yù)先選擇的電壓電平。這種方法進一步包括：選擇所述電阻變化元件內(nèi)的一條字線并允許所述所選字線浮動，同時驅(qū)動所有其他字線和所有所述位線接地。這種方法進一步包括：觀察當(dāng)所述所選字線通過與所述所選字線電連通的那些電阻變化元件放電時通過這些電阻變化元件的電流，從而測量至少一個電阻變化元件的至少一個讀取電流值。這種方法進一步包括：從所述至少一個讀取電流值中確定至少一個電阻變化元件的電阻狀態(tài)。

在本公開的一方面下，這種用于讀取電阻變化元件的方法還包括：允許所述所選字線通過至少一個電阻參考元件放電。并且，通過比較至少一個讀取電流值與通過所述至少一個電阻參考元件測量的電流值來確定所述至少一個電阻變化元件的電阻狀態(tài)。

進一步，本公開提還供了一種用于調(diào)整電阻變化元件陣列內(nèi)的至少一個電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法。這種方法包括首先提供電阻變化元件陣列。此電阻變化元件陣列包括多條字線、多條位線、和多個電阻變化元件。在所述電阻變化元件陣列內(nèi)，每個電阻變化元件具有第一端子和第二端子。每個電阻變化元件的所述第一端子與字線電連通并且每個電阻變化元件的所述第二端子與位線電連通。這種方法進一步包括：同時將所述電阻變化元件陣列內(nèi)的所有所述位線與所有所述字線充電至預(yù)先選擇的電壓電平。這種方法進一步包括：選擇所述電阻變化元件陣列內(nèi)的一條字線并驅(qū)動所述所選字接地，同時允許所有其他字線和所有所述位線浮動。這種方法進一步包括：通過與所述所選字線電連通的那些電阻變化元件來對與這些電阻變化元件電連通的那些位線進行放電，從而通過至少一個電阻變化元件提供至少一個編程電流。在這種方法中，所述至少一個編程電流將至少一個電阻變化元件的電阻從第一電阻狀態(tài)調(diào)整至第二電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，所述第一電阻狀態(tài)低于所述第二電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，所述第一電阻狀態(tài)高于所述第二電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，同時調(diào)整與所述所選字線電連通的每個電阻變化元件的電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，所述第一電阻狀態(tài)對應(yīng)于第一邏輯值并且所述第二邏輯狀態(tài)對應(yīng)于第二邏輯值。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，在所述字線被放電之后，與所述所選字線電連通的所有電阻變化元件被編程為同一邏輯值。

進一步，本公開提還供了一種用于調(diào)整電阻變化元件陣列內(nèi)的單個電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法。所述方法包括首先提供電阻變化元件陣列，此電阻變化元件陣列包括多條字線、多條位線、和多個電阻變化元件。在所述電阻變化元件陣列內(nèi)，每個電阻變化元件具有第一端子和第二端子，其中。每個電阻變化元件的所述第一端子與字線電連通并且每個電阻變化元件的所述第二端子與位線電連通。這種方法進一步包括：首先同時將所述電阻變化元件陣列內(nèi)的所有所述位線與所有所述字線充電至預(yù)先選擇的電壓電平。所述方法進一步包括：在所述電阻變化元件陣列中選擇一條字線和一條位線并允許所述所選字線浮動并驅(qū)動所述所選位線接地，同時驅(qū)動所有其他字線接地并通過限流路徑將所有其他位線拉至接地。所述方法進一步包括：通過與所述所選字線和所述所選位線電連通的單個電阻變化元件對所述所選字線放電，從而通過所述單個電阻變化元件提供編程電流。在本公開的這種方法中，所述至少編程電流將所述單個電阻變化元件的電阻從第一電阻狀態(tài)調(diào)整至第二電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整單個電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，所述第一電阻狀態(tài)低于所述第二電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整單個電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，所述第一電阻狀態(tài)高于所述第二電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整單個電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，所述第一電阻狀態(tài)對應(yīng)于第一邏輯值并且所述第二邏輯狀態(tài)對應(yīng)于第二邏輯值。

在本公開的另一方面，在這種用于調(diào)整單個電阻變化元件的電阻狀態(tài)的方法中，所述限流路徑足以防止通過未選擇電阻變化元件的放電電流足夠大到調(diào)整所述未選擇電阻變化元件的電阻狀態(tài)。

在本公開的另一方面，在所介紹的動態(tài)編程和讀取方法內(nèi)，所述電阻變化元件是二端子納米管開關(guān)元件。

在本公開的另一方面，在所介紹的動態(tài)編程和讀取方法內(nèi)，所述電阻變化元件是金屬氧化物存儲器元件。

在本公開的另一方面，在所介紹的動態(tài)編程和讀取方法內(nèi)，所述電阻變化元件是相變存儲器元件。

在本公開的另一方面，在所介紹的動態(tài)編程和讀取方法內(nèi)，所述電阻變化元件陣列是存儲器陣列。

從下文聯(lián)系附圖提供的對發(fā)明的以下描述中，本公開的其他特征和優(yōu)點將變得明顯。

附圖描述

在附圖中：

圖1是展示了電阻變化元件陣列的示例性典型架構(gòu)的簡化示意圖，其中，在所述陣列的單元中使用了fet選擇設(shè)備。

圖2是展示了電阻變化元件陣列的示例性典型架構(gòu)的簡化示意圖，其中，在所述陣列的單元中使用了二極管選擇設(shè)備。

圖3a是展示了1-r電阻變化元件單元陣列的示例性典型架構(gòu)的簡化示意圖，其中，在所述陣列的單元中未使用選擇設(shè)備或其他限流電路。

圖3b是展示了靜態(tài)dc編程或讀取操作過程中圖3a的1-r電阻變化元件陣列架構(gòu)內(nèi)存在的寄生電流的圖。

圖4是展示了1-r電阻變化元件單元陣列的示例性架構(gòu)的簡化示意圖，其中，在所述陣列的單元(如圖3a一樣)中未使用選擇設(shè)備或其他限流電路但同樣包括用于每條字線的參考元件，如對于本公開的某些實施例所描述的。

圖5是展示了1-r電阻變化元件單元3d陣列的布局的透視圖。

圖6是展示了相對于圖7b、圖8b和圖9b將引用的電阻變化元件陣列中的示例性個體1-r電阻變化單元的圖。

圖7a是詳述了根據(jù)本公開的用于對與電阻變化元件陣列中的選擇字線相關(guān)聯(lián)的所有位線執(zhí)行動態(tài)讀取操作的方法的流程圖。

圖7b是系列波形圖(710-790)，詳述了在根據(jù)如圖7a中詳述的本公開的方法執(zhí)行的示例性動態(tài)讀取操作過程中被提供給圖6的電阻變化單元的電刺激。

圖8a是詳述了根據(jù)本公開的用于對與電阻變化元件陣列中的選擇字線相關(guān)聯(lián)的所有位線執(zhí)行多單元動態(tài)編程操作的方法的流程圖。

圖8b是系列波形圖(810-880)，詳述了在根據(jù)如圖8a中詳述的本公開的方法執(zhí)行的示例性多單元動態(tài)編程操作過程中被提供給圖6的電阻變化單元的電刺激。

圖9a是詳述了根據(jù)本公開的用于對電阻變化元件陣列中的一個單元執(zhí)行單個單元動態(tài)編程操作的方法的流程圖。

圖9b是系列波形圖(910-980)，詳述了在根據(jù)如圖9a中詳述的本公開的方法執(zhí)行的示例性單個單元動態(tài)編程操作過程中被提供給圖6的電阻變化單元的電刺激。

圖10是展示了能夠?qū)﹄娮枳兓嚵袌?zhí)行本公開的動態(tài)編程和動態(tài)讀取方法的訪問和尋址系統(tǒng)的簡化框圖。

具體實施方式

本公開涉及電阻變化元件陣列以及用于對陣列內(nèi)的電阻變化元件的電阻狀態(tài)進行編程和讀取的方法。如下文將詳細討論的，本公開的動態(tài)編程和讀取方法非常適合用于1-r電阻變化元件單元陣列中。這些和1-r電阻變化元件陣列(圖3a和圖4中示出并且下文相對于這些圖詳細討論)的特征在于，這些單元僅由二端子電阻變化元件組成并且不包括任何原位選擇電路或其他限流元件。本公開的動態(tài)編程和讀取方法包括：首先同時對電阻變化元件陣列內(nèi)的所有陣列線進行預(yù)先充電，并且然后將某些陣列線接地，同時允許其他陣列線“浮動”從而引導(dǎo)放電電流僅通過所選單元。以這種方式，如下文詳細描述的，本公開的方法可以用于可靠地且快速地編程(即，將電阻變化元件的電阻狀態(tài)從第一個值調(diào)整為期望的第二個值)和讀取(即，確定陣列中的一個或多個單元中的電阻變化元件的電阻狀態(tài))，而不需要許多常規(guī)編程和讀取方法固有的某些設(shè)計和布局限制。

如本公開的方法中所描述的若干過程步驟需要一個或多個陣列線在被充電至期望電壓電平之后“被浮動”。應(yīng)該注意的是，在本公開的范圍內(nèi)，“浮動”陣列線是以高阻抗驅(qū)動這條線(或簡單地將所述線與用于將期望電壓驅(qū)動至所述線上的電路元件斷開連接)，從而使得所述陣列線上的預(yù)先充電的電壓由于線路電容而被暫時保留。如下文將詳細展示的，這種“浮動”技術(shù)用于本公開的動態(tài)編程和動態(tài)讀取方法，從而提供通過所選單元的陣列線放電路徑(并防止此類路徑通過未選的單元)而陣列單元中不需要原位選擇電路。

如下文詳細描述的，本公開教導(dǎo)了用于對陣列內(nèi)的電阻變化元件編程(即，執(zhí)行設(shè)置和重置操作)和訪問(即，執(zhí)行讀取操作)的方法。在本公開的某些實施例中，電阻變化元件陣列被安排為使得每個電阻變化元件的第一端子與字線電耦合并且每個電阻變化元件的第二端子與位線電耦合。以這種方式，在此類安排中，每個電阻變化元件是通過具體字線和位線組合可唯一地訪問的。圖3a、圖4和圖5(下文詳細討論)提供了此類電阻變化元件陣列的示例。本公開的一些方面提供了用于對這種陣列中的電阻變化元件編程和訪問的方法(同樣，如下文將詳細解釋的)，而不需要本地原位選擇電路或限流設(shè)備。

為此，根據(jù)本公開的一些方面的多單元編程操作(即，設(shè)置或重置操作，如在此所定義的)包含將與一組所選單元相關(guān)聯(lián)的字線預(yù)先充電至所需的設(shè)置或重置電壓。陣列中的其他字線和位線被同時充電，從而使得在預(yù)先充電過程步驟中陣列中沒有單元經(jīng)歷電壓降。一旦陣列中的所有字線和位線被充分充電，與所選單元相關(guān)聯(lián)的字線被以高阻抗驅(qū)動。所選的字線內(nèi)固有的線路電容保持被預(yù)先充電的編程電壓。與所選單元相關(guān)聯(lián)的字線被驅(qū)動至接地，從而允許被保持的編程電壓通過所選單元放電。剩余的位線和字線保持以需要的電壓(同時)被驅(qū)動，從而方式跨(通過)未選擇單元的電壓降(以及進而不期望的電流)。以這種方式，電阻變化元件陣列的ac瞬態(tài)行為可以用于提供通過這個陣列內(nèi)的一組選擇電阻變化元件單元的動態(tài)編程電流，而每個陣列單元中不需要本地原位選擇電路。下面參照對圖8a和圖8b的討論更詳細地描述根據(jù)本公開的多單元編程方法。

進一步，還可以使用本公開的方法執(zhí)行單個單元編程操作(即對電阻變化元件陣列中單個單元的設(shè)置或重置操作)。如上文相對于多單元編程操作所描述的，與所選單元相關(guān)聯(lián)的字線被預(yù)先充電至所需的設(shè)置或重置電壓，同時其他陣列線被同時充電以防止在編程操作之前陣列單元中的任何一個兩端的任何電壓降。一旦所有線路有時間充分地充電，以高阻抗驅(qū)動所選字線并允許其浮動。另外，由于線路的固有線路電容，所施加的編程電壓留在所選字線上。與所選單元相關(guān)聯(lián)的位線然后被驅(qū)動接地，從而允許編程電壓留存在選擇字線上以通過所選單元放電。在單個單元編程操作情況下，與所選字線相關(guān)聯(lián)的其他單元的關(guān)聯(lián)位線被遠程限流(即，例如，通過位于陣列外部的驅(qū)動電路或通過陣列外部的下拉電阻器)。以這種方式，被暫時存儲在選擇字線上的編程電壓被允許僅通過所選單元放電。通過僅對與未選擇的單元相關(guān)聯(lián)的位線進行遠程限流，這種方法還可以用于對與單個字線或位線相關(guān)聯(lián)的單元子集進行編程。另外，以這種方式，電阻變化元件陣列的ac瞬態(tài)行為可以用于提供通過這個陣列內(nèi)的單個選擇電阻變化元件單元(或字線或位線上的單元子集)的動態(tài)編程電流。下面參照對圖9a和圖9b的討論更詳細地描述根據(jù)本公開的單個單元編程方法。

如上文簡介的本公開的方法(即，如上文參照編程操作描述的這種預(yù)先充電、浮動、和選擇性放電方法)還可以提供對電阻變化元件陣列內(nèi)所選單元的訪問方法(即，讀取操作)。在下面參照對圖7a和圖7b的討論中更詳細地描述了這種訪問操作。在本公開的一些實施例中，這些讀取操作還對陣列本身使用參考元件(如例如圖4中所描繪的)。如下面將更詳細描述的，允許與所選一個或多個單元同時通過這些參考元件對讀取電壓(被預(yù)先充電至所選字線，如上所述)進行放電。以這種方式，一個(或多個)所選單元的電壓放電可以簡單地與同一環(huán)境中的參考元件的電壓放電比較，而不是被測量并與陣列之外的一些期望值進行比較。如下面將討論的，在某些應(yīng)用中，以這種方式使用參考元件可以提供更快且更低電壓的讀取操作。在下面對圖4、圖7a和圖7b的更詳細討論中描述了本公開的訪問方法中對此類參考元件的使用。

應(yīng)該理解的是，雖然對根據(jù)本公開的方法的對電阻變化元件的編程和訪問方法的前述討論描述了從字線流動至位線的編程和讀取電流，本公開的方法并不限于此。的確，如下面將詳細描述的，可以將編程或讀取電流預(yù)先充電或浮動至例如與一個(或多個)所選單元相關(guān)聯(lián)的位線上以及與接地的所述(或這些)所選單元相關(guān)聯(lián)的所述(或這些)字線，從而提供從位線流動至字線的編程和讀取電流。這樣，本公開的方法提供了與雙極(即，雙極性)電阻變化元件操作兼容的編程和訪問方法。

電阻變化元件通過使用單元內(nèi)的電阻變化元件來存儲信息。響應(yīng)于電刺激，可以在至少兩個非瞬態(tài)電阻狀態(tài)之間調(diào)整這個電阻變化元件。一般地，使用兩個電阻狀態(tài)：低電阻狀態(tài)(一般對應(yīng)于邏輯‘1’，設(shè)置狀態(tài))和高電阻狀態(tài)(一般對應(yīng)于邏輯‘0’，重置狀態(tài))。以這種方式，電阻變化元件單元內(nèi)的電阻變化元件的電阻值可以用于存儲一比特信息(例如作為1比特的存儲器元件運作)。根據(jù)本公開的其他方面，使用了兩個以上電阻狀態(tài)，從而允許單個單元存儲不止一比特信息。例如，電阻變化存儲器單元可以在四個非易失性電阻狀態(tài)之間調(diào)整期電阻變化元件，從而允許將兩比特信息存儲在單個單元中。

在本公開內(nèi)，術(shù)語“編程”用來描述其中將電阻變化元件從初始電阻狀態(tài)改變?yōu)樾碌钠谕娮锠顟B(tài)的操作。此類編程操作可以包括設(shè)置操作，其中，電阻變化元件被從相對高的電阻狀態(tài)(例如，約10μω)調(diào)整至相對低的電阻狀態(tài)(例如，約100kω)。此類編程操作(如本公開所定義的)還可以包括重置操作，其中，電阻變化元件被從相對低的電阻狀態(tài)(例如，約100kω)調(diào)整至相對高的電阻狀態(tài)(例如，約1μω)。另外，如本公開所定義的“讀取”操作用來描述其中在不顯著改變所存儲的電阻狀態(tài)的情況下確定電阻變化元件的電阻狀態(tài)的操作。

電阻變化元件可以使用例如二端子納米管開關(guān)元件、相變存儲器、金屬氧化物存儲器單元、或?qū)щ姌虼鎯ζ?cbram)以及其他材料和設(shè)計。

電阻變化元件(及其陣列)非常適用于作電子設(shè)備(比如但并不限于手機、數(shù)碼相機、固態(tài)硬盤驅(qū)動、和計算機)中用于存儲數(shù)字數(shù)據(jù)的非易失性存儲器設(shè)備(將邏輯值作為電阻狀態(tài)存儲)。然而，電阻變化元件的用途并不限于存儲器應(yīng)用。的確，電阻變化元件陣列以及本公開所教導(dǎo)的先進架構(gòu)還可以用于邏輯設(shè)備中或模擬電路中。

一般地，通過在電阻變化元件兩端施加電刺激來在不同電阻狀態(tài)之間調(diào)整(編程)所述元件。例如，可以(按照特定應(yīng)用的需要所要求的)在電阻變化元件兩端施加具有特定電壓、電流、和脈沖寬度的一個或多個編程脈沖，從而將電阻變化元件的電阻從初始電阻值調(diào)整為新的期望電阻值。一個(或多個)第二編程脈沖可以用來將電阻變化元件調(diào)整回到第一初始電阻狀態(tài)或(取決于特定應(yīng)用)第三電阻狀態(tài)。

進一步，可以例如通過在電阻變化元件兩端施加dc測試電壓并測量通過電阻變化元件的電流來確定電阻變化元件的狀態(tài)。在一些應(yīng)用中，可以使用具有電流反饋輸出的電源(例如，可編程電源或讀出放大器)來測量這個電流。在其他應(yīng)用中，可以通過與電阻變化元件串聯(lián)插入電流測量設(shè)備來測量這個電流。可替代地，還可以例如通過驅(qū)動固定dc電流通過電阻變化元件并測量電阻變化元件兩端的產(chǎn)生的電壓來確定電阻變化元件的狀態(tài)。在這兩種情況下，應(yīng)用于電阻變化元件的電刺激都被限制，比如為了不改變元件的電阻狀態(tài)。以這種方式，讀取操作可以確定電阻變化存儲器元件的狀態(tài)。

電阻變化元件可以由多種材料形成，比如但不限于金屬氧化物、固態(tài)電解質(zhì)、相變材料(比如硫?qū)倩锊Ａ?、和碳納米管結(jié)構(gòu)。例如，通過引用結(jié)合在此的授予伯廷(bertin)等人的美國專利號7,781,862公開了包括第一和第二導(dǎo)電端子以及納米管結(jié)構(gòu)粒子的二端子納米管開關(guān)設(shè)備。伯廷教導(dǎo)了用于在多個非易失性電阻狀態(tài)之間調(diào)整納米管結(jié)構(gòu)粒子的電阻的方法。在至少一個實施例中，將電刺激施加于第一和第二導(dǎo)電元件中的至少一個，比如為了使電流通過所述納米管結(jié)構(gòu)層。通過將這個電刺激認真地控制在某組預(yù)定參數(shù)(如伯廷在美國專利申請?zhí)?,781,862中所描述的)內(nèi)，可以在相對高電阻狀態(tài)與相對低電阻狀態(tài)之間重復(fù)地切換納米管粒子的電阻。在某些實施例中，這些高和低電阻狀態(tài)可以用來存儲一比特信息。

如所結(jié)合的參考文件所描述的，如本文中用于本公開所提到的納米管結(jié)構(gòu)包括一層多個互連的碳納米管。本公開中的納米管結(jié)構(gòu)(或納米結(jié)構(gòu))(例如非織物碳納米管(cnt)結(jié)構(gòu))可以例如具有相對于彼此不整齊地安排的多個雜亂納米管的結(jié)構(gòu)?？商娲?、或另外，例如用于本公開的納米管結(jié)構(gòu)可以具有一定的納米管位置整齊度，例如沿著其長軸的一定平行度?？梢岳缭谙鄬π〉囊?guī)模上發(fā)現(xiàn)這種位置整齊性，其中，在約一納米長且十到二十納米寬的筏內(nèi)，扁平的納米管陣列被沿其長軸安排在一起。在其他示例中，可以在較大規(guī)模上發(fā)現(xiàn)這種位置整齊性，其中，具有整齊納米管的區(qū)域(在一些情況下)基本上在整個結(jié)構(gòu)層上延伸。這種較大規(guī)模位置整齊性是本公開具體感興趣的。

雖然本公開內(nèi)的電阻變化單元和元件的一些示例具體引用了基于碳納米管的電阻變化單元和元件，本公開的方法并不限于此。的確，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，本公開的方法適用于任何類型的電阻變化單元或元件(比如，但不限于相變和金屬氧化物)。

現(xiàn)在參照圖1，在簡化的示意圖中展示了電阻變化元件陣列100的示例性架構(gòu)。在示例性架構(gòu)100內(nèi)，在每個電阻變化元件單元內(nèi)使用了場效應(yīng)晶體管(fet)來為這個單元提供選擇能力功能。即，fet設(shè)備(q00-qxy)提供了一種在隔離未選擇的元件的同時訪問期望電阻變化元件的手段。

確切地，現(xiàn)在看圖1，陣列100包括多個單元(單元00-單元xy)，每個單元包括電阻變化元件(sw00-swxy)和選擇設(shè)備(q00-qxy。使用如下面將描述的源線(sl[0]-sl[x])、字線(wl[0]-wl[y])、和位線(bl[0]-bl[x])陣列選擇電阻變化陣列100內(nèi)的個體陣列單元(單元00-單元xy)以進行讀取和編程操作。

響應(yīng)于施加至字線(wl[0]-wl[y])的控制信號)，個體陣列單元內(nèi)的選擇設(shè)備(q00-qxy)允許訪問或電性地隔離電阻變化元件(sw00-swxy)。通過借助足以打開期望單元的選擇fet(用于單元00的q00)的電刺激來驅(qū)動相關(guān)聯(lián)的字線(用于單元00的wl[0])，可以訪問特定的個體單元(例如，單元00)。對所選電阻變化元件(用于單元00的sw00)進行編程(即，設(shè)置或重置)或讀取的所需的電刺激然后可以應(yīng)用于與所選單元相關(guān)聯(lián)的位線(用于單元[0]的bl[0])和選擇線(用于單元00的sl[0])。由于選擇設(shè)備(在本示例中q00)被使能，在位線與選擇線之間通過所選電阻變化元件提供了導(dǎo)電路徑，并且僅在所選電阻變化元件(用于單元00的sw00)兩端驅(qū)動所提供的編程或讀取刺激。與正在使用的位線和選擇線相關(guān)聯(lián)的其他單元在單獨的字線上并因此未被使能。以這種方式，圖1的示例性電阻變化元件陣列架構(gòu)100提供了一種用于對陣列內(nèi)的所有單元單獨地訪問和尋址并對所施加的足夠用于對陣列內(nèi)的單元中的任何一個進行編程(即，設(shè)置或重置)或讀取的電刺激進行引導(dǎo)的手段。

如上所述，圖1的電阻變化元件陣列架構(gòu)100提供了一種需要每個單元對三條單獨的控制線響應(yīng)的訪問和尋址方案。進一步，它需要每個單元包括原位fet選擇設(shè)備，并且進一步需要這個fet選擇設(shè)備被額定的功率足夠高以承受陣列內(nèi)正使用的電阻變化元件所需的編程電壓。在某些實施例中，這會導(dǎo)致當(dāng)與正使用的電阻變化元件的物理尺寸相比時或者甚至當(dāng)與陣列單元的期望實際尺寸邊界相比時相當(dāng)大的fet選擇設(shè)備。當(dāng)電阻變化元件陣列被縮小且單元密度增大時，圖1的陣列架構(gòu)100的這些和其他設(shè)計要求可以代表(在某些應(yīng)用中)相對于電路設(shè)計和縮放兩者的顯著限制。

現(xiàn)在參照圖2，在簡化的示意圖中展示了電阻變化元件陣列200的第二示例性架構(gòu)。在示例性架構(gòu)200內(nèi)，在每個電阻變化元件單元內(nèi)使用了二極管來為這個單元提供選擇能力功能。即，二極管設(shè)備(d00-dxy)提供了一種在隔離未選擇的元件的同時訪問期望電阻變化元件的手段。

確切地，現(xiàn)在看圖2，陣列200包括多個單元(單元00-單元xy)，并且每個單元包括與選擇設(shè)備(d00-dxy)串聯(lián)的電阻變化元件(sw00-swxy)。使用如下面將描述的字線(wl[0]-wl[y])、和位線(bl[0]-bl[x])陣列選擇電阻變化元件陣列200內(nèi)的個體陣列單元(單元00-單元xy)以進行讀取和編程操作。

通過以特定偏置驅(qū)動其字線(wl[0]-wl[y])和位線(bl[0]-bl[x])陣列，圖2的電阻變化元件陣列架構(gòu)200可以通過前向偏置這個單元的選擇二極管同時或者反向偏置或者簡單地在剩余未選擇的單元的選擇二極管兩端不提供電壓降來使能所選陣列單元。例如，為了訪問單元00，施加足夠的讀取、設(shè)置、或重置電壓(或電流)至wl[0]，同時驅(qū)動bl[0]接地(0v)。驅(qū)動剩余的字線(wl[1]-wl[y])接地(0v))，并且以提供給wl[0]的相同電壓驅(qū)動剩余的位線(bl[1]-bl[x])。以這種方式，所選位線(bl[0])上的剩余單元(即單元01-單元0y)內(nèi)的選擇二極管保持未偏置，這些單元中的每一個在其相關(guān)聯(lián)的字線和其相關(guān)聯(lián)的位線上都看見0v。類似地，所選字線(wl[0])上的剩余單元(即單元10-單元x0)內(nèi)的選擇二極管也保持未偏置，這些單元中的每一個在其相關(guān)聯(lián)的字線和其相關(guān)聯(lián)的位線上都看見所施加的編程或讀取電壓。并且最終，陣列中剩余單元(即，單元11-單元xy)內(nèi)的選擇二極管被反向偏置，這些單元中的每一個在其相關(guān)聯(lián)的字線看見0v并在其相關(guān)聯(lián)的位線上看見所施加的編程電壓或讀取電壓。以這種方式，只有d00被反向偏置，并且所述施加的編程或讀取電壓(或電流)僅應(yīng)用于在所選電阻變化元件sw00上。

如上所述，與圖1的陣列架構(gòu)100所需的三條控制線相比，圖2的電阻變化元件陣列架構(gòu)200提供了一種需要每個單元僅對兩條單獨控制線響應(yīng)的尋址方案。雖然這代表架構(gòu)和布局的顯著簡化，圖2的陣列架構(gòu)200仍要求每個單元包括原位選擇設(shè)備(在這種情況下，二極管)。對于圖1的陣列架構(gòu)100的fet選擇設(shè)備，此選擇二極管必須被額定的功率足夠高以承受陣列內(nèi)正使用的電阻變化元件所需的編程電壓——這包括比正使用的電阻變化元件所需的編程電壓和電流更大的反向偏置等級。對于圖1的fet選擇設(shè)備，在某些實施例中，這會導(dǎo)致當(dāng)與正使用的電阻變化元件的物理尺寸相比時或者甚至當(dāng)與陣列單元的期望實際尺寸邊界相比時相當(dāng)大的二極管選擇設(shè)備。另外，圖2的陣列架構(gòu)200不允許電阻變化元件的雙極操作。即，編程(設(shè)置和重置)電流和讀取電流僅可以被應(yīng)用于僅僅一個方向：與選擇二極管的前向偏置方向相關(guān)聯(lián)的極性。在某些應(yīng)用中，在用于具體電阻變化元件技術(shù)或配置的編程方案中期望雙極操作，例如其中，將借助從位線到字線流經(jīng)電阻變化元件的電流執(zhí)行設(shè)置操作，并且將借助從字線流動至位線的電流執(zhí)行重置操作。當(dāng)電阻變化元件陣列被縮小且單元密度增大時，圖2的陣列架構(gòu)200的這些和其他設(shè)計要求可以代表(在某些應(yīng)用中)相對于電路設(shè)計和縮放兩者的顯著限制。

現(xiàn)在參照圖3a，在簡化的示意圖中展示了電阻變化元件陣列301的第三示例性架構(gòu)。在示例性架構(gòu)301中，在電阻變化元件單元中未使用選擇設(shè)備或其他限流元件。即，每個單元僅由電阻變化元件組成，通過兩條控制線(字線和位線)訪問所述電阻變化元件。

對于圖2中詳述的陣列架構(gòu)200，圖3a的陣列架構(gòu)301可以通過以特定偏置驅(qū)動字線和位線來對陣列內(nèi)的個體電阻變化單元尋址。在個體陣列單元(單元00-單元xy)內(nèi)不存在任何選擇設(shè)備的情況下，對陣列架構(gòu)301的訪問操作必須提供足夠的電刺激(按照編程(設(shè)置或重置)或讀取操作所要求的)給所選陣列單元并同時防止陣列中的其他單元經(jīng)歷將改變其存儲的電阻狀態(tài)的任何電刺激。

例如，為了訪問圖3a的陣列架構(gòu)301中的單元00，施加足夠的讀取、設(shè)置、或重置電壓(或電流)至wl[0]，同時驅(qū)動bl[0]接地(0v)。以提供給wl[0]的電壓(或電流)的一半驅(qū)動剩余的字線(wl[1]-wl[y])和剩余的位線(bl[1]-bl[x])。以這種方式，僅所施加的編程或讀取電壓(或電流)的一半被應(yīng)用于所選位線(bl[0])上的剩余單元(即，單元01-單元0y)內(nèi)和所選字線(wl[0])上的剩余單元(即，單元10-單元x0)內(nèi)的電阻變化元件。即，單元01-單元0y各自在其相關(guān)聯(lián)的字線上看見所施加的編程或讀取電壓的一半并且在其相關(guān)聯(lián)的位線上看見0v，并且單元10-單元x0在其相關(guān)聯(lián)的字線上看見完整的編程或讀取電壓但在其相關(guān)聯(lián)的位線上僅看見編程或讀取電壓的一半。陣列中剩余的單元(單元11-單元xy)未偏置，這些單元中的每一個在其相關(guān)聯(lián)的字線上和在其相關(guān)聯(lián)的位線上均看見所施加的編程或讀取電壓(或電流)的一半，導(dǎo)致這些單元中的電阻變化元件兩端/中間沒有電壓降或沒有電流流經(jīng)。以這種方式，所施加的編程或讀取電壓僅應(yīng)用于所選電阻變化元件sw00上，并且當(dāng)在訪問和尋址過程中將陣列內(nèi)的未選擇的單元中的一部分部分地偏置時，施加至這些單元的電刺激不足以改變這些單元的電阻狀態(tài)或打擾正對所選單元執(zhí)行的編程或讀取操作。

圖3b是展示了在(如上文相對于圖3a所描述的)對圖3a的1-r電阻變化元件陣列執(zhí)行的常規(guī)靜態(tài)dc編程或讀取操作過程中經(jīng)過所選單元以及還有與所選單元相鄰的單元的電流的圖302。在圖302內(nèi)，通過驅(qū)動足夠的編程(設(shè)置或重置)或讀取電壓(由具體應(yīng)用的特定需要或所使用的電阻變化元件的類型來確定此類電壓要求)值wl1上或?qū)l1下拉至接地(0v)，訪問所選單元310。響應(yīng)于所施加的這個電刺激，從wl1至bl1通過所選電阻變化元件310生成編程或讀取電流350。另外(如上文相對于圖3a詳細描述的)，處于施加至wl1的電壓電平一半的電壓被應(yīng)用于未選擇的字線(wl0和wl2)和未選擇的位線(bl0和bl2)。以這種方式，未選擇的單元321、323、326、和328保持未偏置(這些單元中的每一個在其相關(guān)聯(lián)的位線和其相關(guān)聯(lián)的字線上都看見所施加的編程或讀取電壓的一半)。并且未選擇的單元322、324、325、和327在施加至wl1的電壓的一半變得偏置，從而生成通過這些單元的寄生電流360。如上所述，伴隨仔細選擇電阻變化元件本身的編程電壓、電流、和設(shè)計參數(shù)，這些寄生電流360保持不足以改變未選擇的單元322、324、325、和327的電阻狀態(tài)或妨礙對所選單元310的編程或讀取操作。

如上所述，圖3a中詳述的陣列架構(gòu)301提供了一種電路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)與圖2的陣列架構(gòu)200一樣與圖1的陣列架構(gòu)100所需的三條控制線相比需要每個單元僅對兩條單獨控制線響應(yīng)。圖3a中詳述的進一步陣列架構(gòu)301不需要每個電阻變化元件具有原位選擇設(shè)備，并且陣列架構(gòu)301允許雙極操作(即，可以從字線流至位線或位線流至字線的編程或讀取電流，適合特定應(yīng)用或特定電阻變化元件技術(shù)的需要)。通過引用以其整體結(jié)合在此的授予伯廷(bertin)等人的美國專利申請序列號13/716,453教導(dǎo)了電阻變化元件陣列的這種類型架構(gòu)，同時描述一些用于對這種陣列中的單元編程和讀取的方法(如上文所討論的)。在13/716,453中，伯廷把這種類型的電阻變化元件單元稱為1-r單元，其中，陣列單元僅由二端子電阻變化元件組成。

圖3a中詳述(并在授予伯廷的13/716,453中所討論的)的這種1-r單元陣列架構(gòu)301代表相對于用于某些應(yīng)用的電路架構(gòu)和布局(當(dāng)與圖1和圖2的陣列架構(gòu)100和200相比時)的進一步顯著改進和簡化。例如，對陣列架構(gòu)301內(nèi)單元尺寸的縮放僅受電阻變化元件本身的實際尺寸要求的限制。進一步，由于每個陣列單元僅包括一個設(shè)備(電阻變化元件本身)和兩個互連件(位線電耦合至電阻變化元件的第一端子，字線電耦合至第二端子)，電阻變化元件陣列的復(fù)雜性顯著減小，從而(在某些應(yīng)用中)相對于易制造性、成本、提高縮放能力、和電路集成提供了許多益處。這樣，如圖3a中詳述的簡化的陣列架構(gòu)301(或類似變化，比如像圖4中所示的陣列結(jié)構(gòu))是非?？扇〉模驗楸绢I(lǐng)域的狀態(tài)繼續(xù)要求更高密度的電阻變化元件陣列。

然而，雖然在某些應(yīng)用中陣列架構(gòu)301(和類似變化)是非?？扇〉模缟纤霾⑾鄬τ趫D3a和圖3b詳述的傳統(tǒng)靜態(tài)dc編程和讀取方法(以及授予伯廷的13/716,453中所討論的那些方法)在某些應(yīng)用中可以代表相對于電阻變化元件陣列的布局和設(shè)計的限制。如相對于圖3b所描述的靜態(tài)dc編程和讀取操作所固有的寄生電流360例如在某些應(yīng)用中可以在電阻變化元件陣列中引入某些設(shè)計限制。例如，這種編程方法在某些應(yīng)用中可以要求：與其他架構(gòu)(例如，圖1和圖2中的100和200)中所使用的電阻變化元件相比，特定電阻變化元件中所使用的設(shè)置和重置電阻值明顯離得很遠。標(biāo)稱電阻值的這種寬范圍可以例如在用于(組成陣列的單元的)電阻變化元件的納米管結(jié)構(gòu)或硫?qū)倩飰K中引入實際尺寸要求。

進一步，在另一示例中，(部分地)由于圖3b中詳述的寄生電流360，電阻變化元件陣列中所使用的位線和字線的長度在某些應(yīng)用中可能有限。當(dāng)非常長的陣列線本身充電至其所需電壓時，這些線中固有的電容可以(再次，在某些應(yīng)用中)允許這些小電流流經(jīng)未選擇的單元。雖然這些寄生電流值例如與期望的編程電流相比可能在幅值上較小，如果在陣列涉及中未被認真考慮的話，延長的電流可能足以改變未選擇的單元中多存儲的電阻值或禁止或另外不利地影響編程或讀取操作。在某些應(yīng)用中，這種限制可以要求位線和字線被限制為某個長度從而減小線路電容。

在另一示例中，圖3b中詳述的訪問和尋址方法在某些應(yīng)用中與其他電阻變化元件陣列架構(gòu)(例如，圖1和圖2中的100和200)相比要求更高的設(shè)置、重置、和讀取電流。圖3b中所示的寄生電流360中的許多例如被同一驅(qū)動器電路所驅(qū)動，即：驅(qū)動wl1上的編程電壓的外部電路。在比如圖2中所示的陣列架構(gòu)中，例如，只有所選單元將被偏置并使能，并且全部供應(yīng)的電流將流經(jīng)所選電阻變化元件。然而，如圖3b中所示，在比如圖3a中所示的陣列結(jié)構(gòu)中使用傳統(tǒng)靜態(tài)dc編程或讀取方法(其中，陣列單元不包含選擇元件)，所供應(yīng)的編程或讀取電流被驅(qū)動不僅通過所選單元而且還通過所選位線和所選字線上的未選擇的單元中的許多。這樣，與其他架構(gòu)相比，通過所選單元的有效電流可以(在這些一定應(yīng)用中)顯著地減小。即，例如，為了按照使用圖3b中詳述的訪問和尋址方法的某些應(yīng)用和電阻變化元件技術(shù)所要求的提供足夠的讀取電流，將需要在wl1上供應(yīng)顯著高的讀取電流(或電壓)從而引起所述訪問和尋址方法中固有的寄生電流。在某些應(yīng)用中，此類提高的功率要是可能是不可取的。

如上文詳細描述的，雖然圖3a的1-r電阻變化元件陣列架構(gòu)301(以及類似改變)相對于易設(shè)計性和易制造性以及成本和縮放考慮提供了許多益處，針對其他類型的陣列架構(gòu)(比如但不限于圖1和圖2的陣列架構(gòu)100和200)所開發(fā)的靜態(tài)dc編程方法可能引入不期望的限制，在某些應(yīng)用中，這些不期望的限制會限制這種陣列結(jié)構(gòu)的有效性。為此，本公開提供了一種非常適用于1-r電阻變化元件陣列架構(gòu)的動態(tài)訪問和尋址方法，其中，陣列單元中未使用選擇設(shè)備(或其他限流元件)(如圖3a中詳述的，例如)。這種動態(tài)訪問和尋址方法可以用于在此類架構(gòu)中執(zhí)行設(shè)置、重置、和讀取操作，而不招致上文所述相對于聯(lián)系圖3b所描述的方法的限制。下面將在對圖6、圖7a、圖7b、圖8a、圖8b、圖9a、和圖9b的討論中詳細描述這種動態(tài)訪問和尋址方法。

現(xiàn)在看圖4，在簡化的示意圖中展示了圖3a中詳述的1-r陣列架構(gòu)的更改版本。這種經(jīng)更改陣列架構(gòu)400作為圖3a中所示的陣列架構(gòu)301的變化展示并且非常適用于本公開的動態(tài)編程和動態(tài)讀取方法。

陣列架構(gòu)40在結(jié)構(gòu)上與圖3a中的陣列架構(gòu)301幾乎完全相同。1-r陣列單元(單元00-單元xy)中的每一個僅由單個電阻變化元件(sw00-swxy)組成，并且陣列單元中未使用原位選擇設(shè)備或其他限流設(shè)備。僅響應(yīng)于兩條線對這些單元(單元00-單元xy)中的每一個進行尋址和訪問：字線(wl[0]-wl[y])和位線(bl[0]-bl[x])。(與圖3的陣列架構(gòu)301相比)陣列架構(gòu)400內(nèi)的這個變化是增加參考電阻元件(r參考0-r參考y)和參考位線(bl_參考)。這些參考元件用于本公開的動態(tài)讀取方法的至少一方面，并且下面將在對圖7a和圖7b的討論中詳細解釋其功能。

圖5是3d電阻變化元件陣列500的透視圖。電阻變化元件陣列500由安排在三個維度(沿著x軸、y軸、和z軸)的1-r電阻變化單元組成。第一層位線(542a、544a、546a、和548a)被沿著y軸安置，并且第一層字線(532a、534a、536a、和538a)被沿著x軸安置并在這個第一層位線上方。在這兩個第一層位線(542a、544a、546a、和548a)與字線(532a、534a、536a、和538a)之間，第一層電阻變化元件510被安置著成每個字線與位線交叉處有一個電阻變化元件。電阻變化元件各自由安置在第一導(dǎo)電元件512與第二導(dǎo)電元件514之間的電阻變化材料516(比如但不限于納米管結(jié)構(gòu)層或相變材料塊)組成。在某些應(yīng)用中，期望使用這些第一和第二導(dǎo)電元件(分別為512和514)來提供陣列線(字線或位線)與實際電阻變化材料516之間的導(dǎo)電路徑。然而，這些導(dǎo)電元件(512和514)不是在每個應(yīng)用中都要求的。例如，取決于用于陣列線的材料、針對電阻變化元件516選擇的具體材料、以及正在使用的布局和制造方法，在某些應(yīng)用中，電阻變化材料塊直接連接陣列線本身可能更加有利。這樣，包括第一和第二導(dǎo)電元件(分別為512和514)不應(yīng)該被視為相對于1-r電阻變化元件陣列的架構(gòu)為限制性的。

第二層位線(542b、544b、546b、和548b)沿著y軸安置在第一層字線上方。在這個第二層位線(542b、544b、546b、和548b)與第一層字線(532a、534a、536a、和538a)之間，第二層電阻變化元件510被安置成每個字線與位線交叉處有一個電阻變化元件。第二層字線(532b、534b、536b、和538b)沿著x軸安置在第二層位線(542b、544b、546b、和548b)上方，并且第三層電阻變化元件510被安置成每個字線與位線交叉處有一個電阻變化元件。以這種方式，四十八個1-r電阻變化元件單元的陣列被安排在基本上相同的橫截面積，所述橫截面積將用于傳統(tǒng)2d陣列結(jié)構(gòu)中僅十六個陣列單元的陣列。

3d陣列結(jié)構(gòu)(如圖5中詳述的)就縮放和陣列單元密度而言是非常可取的。并且，1-r單元架構(gòu)的相對簡單性(如相對于圖3a和圖4詳細描述的)非常適用于這種3d結(jié)構(gòu)，并提供了許多制造和功能益處。進一步，本公開的動態(tài)訪問和尋址方法尤其適用于這種復(fù)雜的陣列結(jié)構(gòu)。如下面將詳細討論的(相對于圖6、圖7a、圖7b、圖8a、圖8b、圖9a、和圖9b)，本公開的動態(tài)編程和讀取方法消除了靜態(tài)dc方法(比如上文聯(lián)系圖3b所描述的)固有的設(shè)計約束中的許多。這樣，在某些應(yīng)用中，本公開的方法非常適用于復(fù)雜陣列結(jié)構(gòu)，比如圖5中所描繪的。

現(xiàn)在參照圖6，在透視圖中詳述并展示了電阻變化元件陣列的四個1-r單元(650、660、670、和680)。這四個電阻變化元件單元(650、660、670、和680)將被用作參考(對圖7b、圖8b、和圖9b的討論中)從而展示根據(jù)本公開的方法的示例性動態(tài)讀取和動態(tài)編程操作。

如圖6中所描繪的電阻變化元件陣列是使用了如圖4中詳述的陣列結(jié)構(gòu)的1-r電阻變化元件單元陣列。字線630-635與圖4中的wl[0]-wl[y]類似，并且位線640-644與圖4中的bl[0]-bl[y]類似。如在圖4的陣列結(jié)構(gòu)400中所描繪的，在這些字線(630-635)與位線(640-644)的每個交叉點是1-r電阻變化元件單元(與圖4中的單元00-單元xy類似)，電阻變化元件的一個端子電耦合至字線并且另一端子電耦合至位線。位線645與圖4中的bl_參考類似，并且在位線645與字線(630-635)的每個交叉點有一個參考電阻元件(與圖4中的r參考0-r參考y類似)。

圖6內(nèi)的放大的透視圖中所示的四個示例性單元(650、660、670、和680)被示為對wl0、wl1、bl0、和bl1(630、631、640、和641)響應(yīng)。這樣，示例性單元650被標(biāo)記為單元00，對wl0(630)和bl0(630)響應(yīng)；示例性單元660被標(biāo)記為單元01，對wl0(630)和bl1(641)響應(yīng)；示例性單元670被標(biāo)記為單元10，對wl1(631)和bl0(640)響應(yīng)；并且示例性單元680被標(biāo)記為單元11，對wl1(631)和bl1(641)響應(yīng)。在圖7b、圖8b、和圖9b中詳述的示例性動態(tài)讀取和動態(tài)編程操作中分別將引用這些單元及其相關(guān)聯(lián)的陣列線。另外，圖7b將電壓和電流波形展示為應(yīng)用至參考元件r參考1。雖然為了清楚而未在圖6中清晰地示出，參考元件r參考1是位于wl1(字線631)與參考位線645的交叉點的元件并與圖4中的r參考1類似。

現(xiàn)在參照圖7a和圖7b，示出了根據(jù)本公開的用于動態(tài)讀取電阻變化元件陣列中的一個或多個單元的方法。圖7a是根據(jù)本公開的方法詳述動態(tài)讀取操作的流程圖700。并且，圖7b是展示了如圖7a中所描述并根據(jù)本公開的方法的示例性動態(tài)讀取操作的一系列波形圖。圖7b中的波形詳述了圖6中的對單元10(670)和單元11(680)的示例性動態(tài)讀取操作(兩個單元同時讀取)并且旨在充當(dāng)本公開的動態(tài)讀取方法的非限制性示例性示例(如圖7a中詳述的)。如上文詳細描述的，這種動態(tài)讀取操作非常適用于對1-r電阻變化元件單元陣列內(nèi)的元件進行訪問和尋址，比如圖3a、圖4、圖5和圖6以及那些陣列結(jié)構(gòu)的類似變化中所描繪的。

在第一過程步驟701中，陣列中的所有字線和位線被同時預(yù)先充電至所需的讀取電壓。以這種方式，陣列線預(yù)先充電過程中(過程步驟701)，陣列內(nèi)的單元中的任何一個都不經(jīng)歷電壓降(或電流)。即，在預(yù)先充電過程中，陣列內(nèi)的所有單元在其相關(guān)聯(lián)的字線和其相關(guān)聯(lián)的位線上看見基本上相同的電壓。

現(xiàn)在看圖7b，在波形710所表示的時鐘信號的前四個周期內(nèi)執(zhí)行這個預(yù)先充電過程步驟(圖7a中的701)。這個時鐘信號波形710已經(jīng)包括在圖7b的波形內(nèi)，從而相對于執(zhí)行本公開的動態(tài)讀取方法的處理器控制元件(比如但不限于微處理器、微控制器、fpga、或cpld)表示所施加的信號和過程步驟的定時。在這前四個時鐘周期內(nèi)，wl0(與波形730相關(guān)聯(lián))、bl0(與波形740相關(guān)聯(lián))、wl1(與波形731相關(guān)聯(lián))、和bl1(與波形741相關(guān)聯(lián))同時充電并追蹤基本上相同的電壓電平，直到所有字條線都處于要求的讀取電壓(按照具體應(yīng)用中所使用的電阻變化元件的需要所確定的)。這樣，所有四個單元——單元00(與波形750相關(guān)聯(lián))、單元01(與波形760相關(guān)聯(lián))、單元10(與波形770相關(guān)聯(lián))、單元11(與波形780相關(guān)聯(lián))兩端和中間的電壓和電流在預(yù)先充電過程步驟(圖7a中的701)持續(xù)時間內(nèi)近似為零。

在下一過程步驟702中，使得所選字線——即與電阻變化元件陣列中有待讀取的這個(這些)單元相關(guān)聯(lián)的字線——浮動，并且將剩余字線向下驅(qū)動至接地(0v)。陣列中的所有位線也被下拉至接地(0v)。然后，在下一過程步驟703中，允許所選字線通過與其相關(guān)聯(lián)的電阻變化元件放電。在下一過程步驟704中，當(dāng)所選字線被放電(過程步驟703)時，觀察并分析通過每個單元的電流，由此確定每個單元內(nèi)的電阻變化元件的電阻狀態(tài)。即，配置成相對高電阻狀態(tài)的電阻變化元件在這個放電過程中將呈現(xiàn)相對低電流，并且配置成相對低電阻狀態(tài)的電阻變化元件將呈現(xiàn)相對高電流。

現(xiàn)在看圖7b，在第四與第六時鐘周期(再次，看參考時鐘波形710)之間執(zhí)行這個放電過程步驟(圖7a中702)。由于圖7b中詳述的示例性動態(tài)讀取操作旨在確定單元10和單元11的電阻狀態(tài)，wl0、bl0、和bl1被拉至接地(0v)并且wl1被浮動。由于wl0、bl0、和bl1均被同時拉至接地(0v)，單元00和單元01兩端基本上不存在電壓降或中間不存在產(chǎn)生的電流(如波形750和760中所示)。在讀取操作的整個過程中，兩個單元在其相關(guān)聯(lián)的字線和位線上均看見幾乎相同的電壓。然而，wl1通過單元10和單元11分別放電至bl0和bl1(bl0和bl1均為0v)，對應(yīng)于圖7a中的過程步驟703。

為了更好地展示下一過程步驟704，在圖7b的示例性動態(tài)讀取操作中，單元10被想象成配置為相對高電阻狀態(tài)，并且單元11被想象成配置為相對低電阻狀態(tài)。當(dāng)wl1放電(圖7a中的過程步驟703)時，單元10(wl1與bl0之間的電壓差)和單元11(wl1與bl1之間的電壓差)兩端均看見電壓降，分別如波形770和780中所示。通過觀察wl1放電(圖7a中的過程步驟704)過程中通過每個單元的電流，同時讀取這兩個單元的電阻狀態(tài)。這個觀察到或測量到的電流是正在讀取的陣列單元的“讀取電流”并指示陣列單元內(nèi)電阻變化元件的電阻狀態(tài)以及(擴展開來)存儲在其中的邏輯值。見波形770，觀察到的相對低電流將指示單元10被配置在相對高電阻狀態(tài)(或重置狀態(tài))。并且見波形780，觀察到的相對高電流將指示單元11被配置在相對低電阻狀態(tài)(或設(shè)置狀態(tài))。

波形790描繪了位于字線631與參考位線645(圖6中)的交叉點并與圖4的r參考1相似的的電阻參考元件(r參考1)兩端的電壓和中間的電流。雖然圖7b中未示出，圖6的參考位線645上的電壓波形可以被視為與bl0的波形完全相同，如與圖7a的過程步驟一致。在圖7b的示例性讀取操作中，r參考1被選擇為具有在設(shè)置條件的標(biāo)稱電阻值與重置條件的標(biāo)稱電阻值之間的電阻值。在示例性動態(tài)讀取操作(如上所述)過程中，當(dāng)wl1通過單元10和單元11放電(圖7a中的過程步驟703)時，它還通過r參考1放電。并且，當(dāng)r參考1的電阻被選擇為固定在陣列中正使用的具體電阻變化元件的設(shè)置和重置條件的標(biāo)稱電阻之間的點時，通過r參考1(波形790)觀察的電流被觀察到在通過單元10的電流(波形770)和通過單元11的電流(波形780)之間某處。

在某些應(yīng)用中，(如圖4中所描繪并相對于圖7b中的波形790所描述的)以這種方式使用電阻參考元件可以提供一種用于確定讀取操作過程中所選電阻變化元件單元中所存儲的電阻狀態(tài)。例如，使用電阻變化元件陣列外部的電流讀出放大器陣列，可以在wl1放電過程中實時地比較位線(bl0和bl1)中的每一條的放電電流與r參考1上的放電電流。如果通過位線的電流大于通過r參考1的電流(在本示例性動態(tài)讀取操作中，如將對于單元11的情況)，對這些電流讀出放大器響應(yīng)的電路則可以鎖定在第一邏輯值，并且如果通過位線的電流小于通過r參考1的電流(在本示例性動態(tài)讀取操作中，如將對于單元10的情況)則鎖定在第二邏輯值。鎖定在邏輯值的這些將當(dāng)然表示單元10和單元11中所存儲的實際邏輯值。以這種方式，在不需要陣列單元中存在原位附加電路元件的情況下，可以可靠且快速地讀出放電電流的非常小的差異。在某些應(yīng)用中，這個精度可以允許使用顯著更低的讀取電壓和電流和顯著更快的讀取定時(與常規(guī)靜態(tài)dc訪問和尋址方法相比，比如例如相對于圖1、圖2、圖3a、和圖3b所討論的)。

應(yīng)該注意的是，雖然如上所述電阻參考元件(比如r參考1)的使用在某些應(yīng)用中可以提供益處，本公開的方法并不限于此。的確，對于圖7a中詳述并如上所述的讀取，并不要求使用電阻參考元件。僅作為非限制性示意性示例相對于過程步驟704討論了電阻參考元件r參考1的使用。參照圖7a中詳述的動態(tài)讀取操作討論的本公開的方法僅需要觀察通過正被讀取的單元中的每一個的放電電流。這種觀察可以被執(zhí)行然后適用于特定應(yīng)用的需要。例如，驅(qū)動陣列內(nèi)位線(位于電阻變化元件陣列外部)上的電壓電平的電流讀出電源電路可以用來讀出通過所選單元或向陣列的位線中放電的讀取電流。在另一示例中，外部參考元件可以用來提供與上文對r參考1的討論類似的功能。

還應(yīng)該注意的是，雖然圖7a中所描述以及圖7b的示例性動態(tài)讀取操作中所使用的動態(tài)讀取方法對所選字線上的每個陣列單元同時執(zhí)行讀取操作，本公開的方法并不限于此。的確，圖7a中詳述的動態(tài)讀取方法可以用于對具體字線上的單個單元或單元子集進行尋址和讀取。通過在圖7a的過程步驟702、703、和704中限定通過未選擇的單元的位線的電流，通過未選擇的單元的放電電流可以被限制為比如不顯著地流經(jīng)未選擇的單元。以這種方式，字線上的施加的讀取電流可以被引導(dǎo)大部分通過針對讀取操作所選所述一個或多個單元?？梢岳缤ㄟ^將未選擇的位線通過下拉電阻器下拉至接地(0v)同時將(這些)所選位線直接拉至接地來執(zhí)行限制這些未選擇的位線上的電流。將在對圖9b的討論中更詳細地展示和描述這種個體單元選擇供(相對于本公開的動態(tài)訪問和尋址方法)，此圖示出了對示例性電阻變化元件陣列內(nèi)的單個單元執(zhí)行的動態(tài)編程操作。

在最終的過程步驟705中，所選字線(wl1)已經(jīng)完成放電，并且所有的字線和位線都接地(0v)，并且陣列準(zhǔn)備好用于下一訪問或?qū)ぶ凡僮?。?yīng)該注意的是，雖然圖7a和圖7b示出了以單極性(從字線到位線)流動的讀取電流，本公開的方法并不限于此。的確，還可以通過將所有的字線接地并使所選位線浮動來執(zhí)行圖7a中詳述的動態(tài)讀取操作。這將導(dǎo)致讀取電流從位線流動至字線(與圖7b的示例性動態(tài)讀取操作中所示的極性相反)。也就是說，本公開的動態(tài)讀取方法非常適用于電阻變化元件陣列中的雙極性操作。

現(xiàn)在參照圖8a和圖8b，示出了根據(jù)本公開的用于動態(tài)編程電阻變化元件陣列中的多個單元的方法。圖8a是根據(jù)本公開的方法詳述對電阻變化元件陣列內(nèi)的多個單元進行動態(tài)編程操作的流程圖800。并且，圖8b是展示了如圖8a中所描述并根據(jù)本公開的方法的示例性動態(tài)編程操作的一系列波形圖。圖8b中的波形詳述了圖6中的對單元10(670)和單元11(680)的示例性動態(tài)編程操作(兩個單元同時被編程)并且旨在充當(dāng)本公開的動態(tài)編程方法的非限制性示例性示例(如圖8a中詳述的)。如上文詳細描述的，這種動態(tài)編程操作非常適用于對1-r電阻變化元件單元陣列內(nèi)的元件進行訪問和尋址，比如圖3a、圖4、圖5和圖6以及那些陣列結(jié)構(gòu)的類似變化中所描繪的。

在第一過程步驟801中，陣列中的所有字線和位線被同時預(yù)先充電至所需的編程電壓。這個編程電壓被選擇(根據(jù)具體應(yīng)用的需要以及陣列中正使用的電阻變化元件的類型確定)為用于提供足以將陣列中使用的電阻變化元件的電阻從第一電阻狀態(tài)調(diào)整至第二電阻狀態(tài)的編程電流。即，這所選編程電壓足以設(shè)置(將電阻變化元件從較高電阻狀態(tài)調(diào)整為較低電阻狀態(tài))或重置(將電阻變化元件從較低電阻狀態(tài)調(diào)整為較高電阻狀態(tài))所選陣列單元。由于這個編程電壓被同時應(yīng)用于陣列的所有位線和字線，在陣列線預(yù)先充電(過程步驟801)過程中，陣列內(nèi)的單元中的任何一個都沒有經(jīng)歷電壓降(或電流)。即，在預(yù)先充電過程中，陣列內(nèi)的所有單元在其相關(guān)聯(lián)的字線和其相關(guān)聯(lián)的位線上看見基本上相同的電壓。

現(xiàn)在看圖8b，在波形810所表示的時鐘信號的前四個周期內(nèi)執(zhí)行這個預(yù)先充電過程步驟(圖8a中的801)。正如圖7b中的波形710，這個時鐘信號波形810已經(jīng)包括在圖8b的波形內(nèi)，從而相對于執(zhí)行本公開的動態(tài)編程方法的處理器控制元件(比如但不限于微處理器、微控制器、fpga、或cpld)表示所施加的信號和過程步驟的定時。在這前四個時鐘周期內(nèi)，wl0(與波形830相關(guān)聯(lián))、bl0(與波形840相關(guān)聯(lián))、wl1(與波形831相關(guān)聯(lián))、和bl1(與波形841相關(guān)聯(lián))同時充電并追蹤基本上相同的電壓電平，直到所有字條線都處于要求的編程電壓(按照具體應(yīng)用中所使用的電阻變化元件的需要所確定的)。這樣，所有四個單元——單元00(與波形850相關(guān)聯(lián))、單元01(與波形860相關(guān)聯(lián))、單元10(與波形870相關(guān)聯(lián))、單元11(與波形880相關(guān)聯(lián))兩端和中間的電壓和電流在預(yù)先充電過程步驟(圖8a中的801)持續(xù)時間內(nèi)近似為零。

在下一過程步驟802中，驅(qū)動所選字線——即與電阻變化元件陣列中有待編程的這些單元相關(guān)聯(lián)的字線接地(0v)，并允許未選擇的字線浮動。也允許陣列中的所有位線浮動。然后，在下一過程步驟803中，允許與陣列內(nèi)的所選單元相關(guān)聯(lián)的經(jīng)浮動位線通過所選單元向所選字線(該字線是唯一接地(0v)的字線)放電，從而誘發(fā)通過所選單元的編程電流。這個編程電流足以將所選單元中的電阻變化元件從初始電阻狀態(tài)調(diào)整至期望的第二電阻狀態(tài)(例如，調(diào)整為或者設(shè)置或者重置條件)。由于與未選擇的單元相關(guān)聯(lián)的位線和字線在編程操作過程中保持幾乎相同的電壓，沒有電流流過陣列中未選擇的單元。

現(xiàn)在看圖8b，在第四與第六時鐘周期(再次，看參考時鐘波形810)之間執(zhí)行這個編程電流過程步驟(圖8a中803)。由于圖8b中詳述的示例性動態(tài)編程操作旨在調(diào)整單元10和單元11內(nèi)的電阻變化元件的電阻狀態(tài)，wl0、bl0、和bl1被允許浮動并且wl1被驅(qū)動接地(0v)。由于wl0、bl0、和bl1在編程操作持續(xù)時間內(nèi)保持基本上相同的電壓，單元00和單元01兩端基本上不存在電壓降或中間不存在產(chǎn)生的電流(如波形850和860中所示)。在編程操作的整個過程中，兩個單元在其相關(guān)聯(lián)的字線和位線上均看見幾乎相同的電壓。然而，隨著wl1被拉至接地(0v)，bl0和bl1被允許以足以將那些單元內(nèi)的電阻變化元件從第一電阻狀態(tài)調(diào)整至第二期望電阻狀態(tài)(如波形870和880中所示)的電流通過單元10和單元11向wl1放電，與圖8a中的過程步驟803相對應(yīng)。

應(yīng)該注意的是，如波形870和880中所示，在圖8b中詳述的示例性動態(tài)編程操作中應(yīng)用于所選單元的編程電壓和電流與在示例性動態(tài)讀取操作中應(yīng)用的讀取電壓和電流相比(并與下面將相對于圖9b討論的單個單元編程電壓和電流相比)具有相反的極性。然而，雖然與本公開的這種方法相關(guān)聯(lián)的編程電流(在圖8a和圖8b中)被描述為以某種極性(從位線到字線)流動，本公開的方法并不限于此。的確，還可以通過使陣列內(nèi)的所有的字線浮動并將所選位線接地來執(zhí)行圖8a中詳述的動態(tài)編程操作。這將導(dǎo)致編程電流從字線流動至位線(與圖8b的示例性動態(tài)編程操作中所示的極性相反)。也就是說，本公開的動態(tài)編程方法非常適用于電阻變化元件陣列中的雙極性操作。

在最終的過程步驟804中，所有位線(bl0和bl1)已經(jīng)完成放電，并且所有的字線和位線都接地(0v)，并且陣列準(zhǔn)備好用于下一訪問或?qū)ぶ凡僮鳌Ｒ赃@種方式，與所選字線(wl1)相關(guān)聯(lián)的所有單元被調(diào)整至設(shè)置或重置狀態(tài)。

應(yīng)該注意的是，在電阻變化元件陣列的某些應(yīng)用中，一組編程條件用來將電阻變化元件驅(qū)動至設(shè)置狀態(tài)，并且不同的第二組編程條件用來將電阻變化元件驅(qū)動至重置狀態(tài)。即，例如，在此類應(yīng)用中，第一組編程條件(例如，電壓、電流、脈沖寬度、極性等)將把初始處于設(shè)置狀態(tài)的電阻變化元件調(diào)整至重置狀態(tài)。然而，當(dāng)這個同一組編程條件被應(yīng)用于已經(jīng)處于重置狀態(tài)的電阻變化元件時，這個元件將響應(yīng)于所應(yīng)用的編程條件而簡單地保持重置狀態(tài)(即，這個元件的電阻狀態(tài)將保持基本上不變)。這樣，在這些一定應(yīng)用中，(如相對于圖8a和圖8b描述的)本公開的多單元動態(tài)編程操作可以用來保證整個組的單元(或所選字線上的單元，例如)處于同一狀態(tài)。例如，在這種應(yīng)用中，根據(jù)本公開的方法的多單元動態(tài)編程操作可以用于對所選字線執(zhí)行全局重置操作。在這種操作中，所選字線上最初處于設(shè)置狀態(tài)的那些單元將被調(diào)整至重置狀態(tài)，并且所選字線上最初處于重置狀態(tài)的那些單元將保持基本上不受編程操作影響并保持重置狀態(tài)。以這種方式，在編程操作結(jié)束時，所選字線上的所有單元將處于重置狀態(tài)。

現(xiàn)在參照圖9a和圖9b，示出了根據(jù)本公開的用于動態(tài)編程電阻變化元件陣列中的單個單元的方法。圖9a是根據(jù)本公開的方法詳述對電阻變化元件陣列內(nèi)的單個單元進行動態(tài)編程操作的流程圖900。并且，圖9b是展示了如圖9a中所描述并根據(jù)本公開的方法的示例性動態(tài)編程操作的一系列波形圖。圖9b中的波形詳述了圖6中對單元11(680)執(zhí)行的示例性動態(tài)編程操作(陣列中的所有其他單元保持不受編程操作的影響)并且旨在充當(dāng)本公開的動態(tài)編程方法的非限制性示例性示例(如圖9a中詳述的)。如上文詳細描述的，這種動態(tài)編程操作非常適用于對1-r電阻變化元件單元陣列內(nèi)的元件進行訪問和尋址，比如圖3a、圖4、圖5和圖6以及那些陣列結(jié)構(gòu)的類似變化中所描繪的。

在第一過程步驟901中，陣列中的所有字線和位線被同時預(yù)先充電至所需的編程電壓。這個編程電壓被選擇(根據(jù)具體應(yīng)用的需要以及陣列中正使用的電阻變化元件的類型確定)為用于提供足以將陣列中使用的電阻變化元件的電阻從第一電阻狀態(tài)調(diào)整至第二電阻狀態(tài)的編程電流。即，這所選編程電壓足以設(shè)置(將電阻變化元件從較高電阻狀態(tài)調(diào)整為較低電阻狀態(tài))或重置(將電阻變化元件從較低電阻狀態(tài)調(diào)整為較高電阻狀態(tài))所選陣列單元。由于這個編程電壓被同時應(yīng)用于陣列的所有位線和字線，在陣列線預(yù)先充電(過程步驟901)過程中，陣列內(nèi)的單元中的任何一個都基本上沒有經(jīng)歷電壓降(或電流)。即，在預(yù)先充電過程中，陣列內(nèi)的所有單元在其相關(guān)聯(lián)的字線和其相關(guān)聯(lián)的位線上看見基本上相同的電壓。

現(xiàn)在看圖9b，在波形910所表示的時鐘信號的前四個周期內(nèi)執(zhí)行這個預(yù)先充電過程步驟(圖9a中的901)。正如圖7b中的波形710和圖8b中的波形810，這個時鐘信號波形910已經(jīng)包括在圖9b的波形內(nèi)，從而相對于執(zhí)行本公開的動態(tài)編程方法的處理器控制元件(比如但不限于微處理器、微控制器、fpga、或cpld)表示所施加的信號和過程步驟的定時。在這前四個時鐘周期內(nèi)，wl0(與波形930相關(guān)聯(lián))、bl0(與波形940相關(guān)聯(lián))、wl1(與波形931相關(guān)聯(lián))、和bl1(與波形941相關(guān)聯(lián))同時充電并追蹤基本上相同的電壓電平，直到所有字條線都處于要求的編程電壓(按照具體應(yīng)用中所使用的電阻變化元件的需要所確定的)。這樣，所有四個單元——單元00(與波形950相關(guān)聯(lián))、單元01(與波形960相關(guān)聯(lián))、單元10(與波形970相關(guān)聯(lián))、單元11(與波形980相關(guān)聯(lián))兩端和中間的電壓和電流在預(yù)先充電過程步驟(圖9a中的901)持續(xù)時間內(nèi)近似為零。

在下一過程步驟902中，允許所選字線——即與電阻變化元件陣列中有待編程的這些單元相關(guān)聯(lián)的字線浮動，并且將未選擇的字線拉至接地(0v)。所選位線——即與電阻變化元件陣列中有待編程的單元相關(guān)聯(lián)的位線被直接下拉至接地(0v)。陣列中未選擇的位線也被拉至接地(0v)，但它們被下拉的方式為便于限制通過那些位線流動至接地的電流。可以例如通過將未選擇的位線通過下拉電阻器下拉至接地(0v)(同時將這些所選位線直接拉至接地)來執(zhí)行限制這些未選擇的位線上的電流。在另一示例中，驅(qū)動未選擇的位線的可編程電源可以被設(shè)定為用于限制通過這些未選擇的位線的電流。

在下一過程步驟903中，允許經(jīng)浮動的字線通過所選單元向所選位線放電，從而誘發(fā)通過所選單元的編程電流。這個編程電流足以將所選單元中的電阻變化元件從初始電阻狀態(tài)調(diào)整至期望的第二電阻狀態(tài)(例如，調(diào)整為或者設(shè)置或者重置條件)。小電流可以流經(jīng)與所選字線相關(guān)聯(lián)的未選擇的單元，然而這個電流被電阻變化元件外部的電路元件充分限制，從而使得它不影響未選擇的元件。以這種方式，所選字線上的施加的編程電流將被幾乎全部引導(dǎo)通過被選擇用于編程操作的單個單元。

現(xiàn)在看圖9b，在第四與第六時鐘周期(再次，看參考時鐘波形910)之間執(zhí)行這個編程電流過程步驟(圖9a中903)。由于圖9b中詳述的示例性編程操作旨在調(diào)整單元11內(nèi)電阻變化元件的電阻狀態(tài)，wl0和bl0被直接拉至接地，并且通過限流元件(比如但不限于下拉電阻器)將bl1拉至接地(0v)。允許wl1(所選字線)浮動。由于wl0和bl0在編程操作持續(xù)時間內(nèi)保持基本上相同的電壓，單元00兩端中間基本上不存在電壓降或電流(如波形950中所示)。并且，由于在編程操作的持續(xù)時間內(nèi)bl1保持在幾乎與wl1和bl0相同的電壓，單元01和單元10兩端近存在非常小的電壓降(以及結(jié)果其中非常小的產(chǎn)生的電流)(如波形960和970中所示)。由驅(qū)動未選擇的位線的外部電路元件將這些小的產(chǎn)生的電流保持足夠低，從而使得這些未選擇的陣列單元(單元01和單元10)中的電阻變化元件保持不受影響。然而，隨著bl1被直接拉至接地(0v)，wl1被允許以足以將那個單元內(nèi)的電阻變化元件從第一電阻狀態(tài)調(diào)整至第二期望電阻狀態(tài)(如波形980中所示)的電流通過單元11向bl1放電，與圖9a中的過程步驟903相對應(yīng)。

應(yīng)該注意的是，如上文相對于圖8a和圖8b中詳述的示例性多單元編程方法所描述的，如圖9a和圖9b中詳述的本公開的單個單元編程操作還非常適用于雙極操作。的確，還可以通過將陣列內(nèi)的所選字線接地并使所選位線浮動來執(zhí)行圖9a中詳述的動態(tài)編程操作。這將導(dǎo)致編程電流從位線流動至字線(與圖9b的示例性動態(tài)編程操作中所示的極性相反)。

在最終的過程步驟904中，所選字線(wl1)已經(jīng)完成放電，并且所有的字線和位線都接地(0v)，并且陣列準(zhǔn)備好用于下一訪問和尋址操作。以這種方式，在動態(tài)編程操作過程中，僅僅調(diào)整電阻變化元件陣列內(nèi)的單個所選單元的電阻。

現(xiàn)在參照圖10，示出了系統(tǒng)級框圖，展示了非常適用于應(yīng)用本公開的動態(tài)讀取和動態(tài)編程操作的示例性訪問和尋址系統(tǒng)1000中的電阻變化元件陣列。

所述訪問和尋址系統(tǒng)1000的內(nèi)核處是在架構(gòu)上與圖3a、圖4、和圖5中所示的陣列類似的1-r電阻變化元件陣列1040。處理器控制元件1010提供通向位線驅(qū)動器/緩存器電路1020和通向字線驅(qū)動器/緩存器電路1030的地址控制線陣列。所述位線驅(qū)動器/緩存器電路1020然后通過位線解碼器元件1025生成位線陣列并且然后將那些位線提供給電阻變化元件陣列1040。類似地，所述字線驅(qū)動器/緩存器電路1030通過字線解碼器元件1035生成字線陣列并且然后將那些字線提供給電阻變化元件陣列1040。以這種方式，可以通過處理器控制元件1010所提供的電刺激來執(zhí)行如在上文對圖8a、圖8b、圖9a和圖9b的討論中詳細描述的本公開的動態(tài)編程方法。

所述1-r電阻變化元件陣列1040通過模擬復(fù)用器元件1050耦合至讀出放大器1060陣列。響應(yīng)于來自處理器控制元件1010的控制信號，模擬復(fù)用器元件1050將位線、字線、以及(在某些情況下)參考位線(如圖4中所示，例如)與讀出放大器1060陣列互連。i/o門1070系統(tǒng)對讀出放大器1060陣列以及來自處理器控制元件1010的控制信號響應(yīng)，并用于暫時地鎖定和存儲從電阻變化元件陣列讀取的邏輯值。響應(yīng)于所述i/o門元件1070，數(shù)據(jù)緩存器驅(qū)動器元件1080將從陣列讀取的邏輯值提供回處理器控制元件1010。以這種方式，可以通過處理器控制元件1010所提供的電刺激來執(zhí)行如在上文對圖7a和圖7b的討論中詳細描述的本公開的動態(tài)讀取方法。

圖10的示例性訪問和尋址系統(tǒng)內(nèi)的處理器控制元件1010用來代表編程操作電路(等)，所述編程操作電路可以用于按照本公開的方法的要求并如上文相對于圖7a、圖7b、圖8a、圖8b、圖9a、和圖9b所討論的將不同電壓和其他條件應(yīng)用于電阻變化元件陣列內(nèi)的位線和字線陣列。可以通過各種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)本公開的動態(tài)編程和動態(tài)讀取操作所需的電刺激，最適合特定應(yīng)用的需要。例如，fpga、pld、微控制器、邏輯電路、或計算機上執(zhí)行的軟件程序都可以用于執(zhí)行如上文所討論的圖7a、圖7b、圖8a、圖8b、圖9a、和圖9b中詳述的動態(tài)編程操作和動態(tài)讀取操作。

應(yīng)該注意的是，使用圖3a和圖4中的示例性示意圖呈現(xiàn)用于展示本公開的動態(tài)編程和動態(tài)讀取方法的1-r電阻變化元件陣列架構(gòu)，本公開的方法不應(yīng)該限于所繪的那些特定電路。的確，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，圖3a和圖4中所繪的電路可以被通過多種方式更改并且仍然實現(xiàn)非常適用于本公開的動態(tài)編程和動態(tài)讀取操作的陣列架構(gòu)。然后，優(yōu)選的是，前述將電阻變化元件陣列架構(gòu)描述為它們涉及本公開的方法表示并包括這些變化并且不另外限于詳述的特定示意性參數(shù)。

雖然聯(lián)系其具體實施例對本發(fā)明進行了描述，許多其他變化和更改以及其他用途將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得清楚。因此，優(yōu)選的是，本發(fā)明部限于本文的具體公開。