用于讀取電阻性隨機訪問存儲器(rram)單元的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于讀取電阻性隨機訪問存儲器(RRAM)單元的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)串請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年10月10日遞交的美國發(fā)明申請?zhí)枮?4/050，678的優(yōu)先權(quán)，以及于2012年10月15日遞交的美國臨時申請?zhí)枮?1/713，900的權(quán)益。以上引用的申請的全部公開通過引用的方式被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及用于讀取電阻性隨機訪問存儲器(RRAM)單元的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]本文提供的【背景技術(shù)】的描述是用于概括地呈現(xiàn)本公開的環(huán)境的目的?，F(xiàn)在提名的發(fā)明人的工作，至被描述在【背景技術(shù)】部分的工作的程度，以及在遞交的時間本不能算作現(xiàn)有技術(shù)的描述的方面，既不明示也不暗示地被承認作為關(guān)于本公開的現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]電阻性隨機訪問存儲器(RRAM)陣列包括被布置在字線和位線的相交處的RRAM單元。RRAM單元包括作為電阻元件的絕緣材料。當(dāng)電流在一個方向流經(jīng)該絕緣材料時，該絕緣材料的電阻增大，當(dāng)電流在相反的方向流經(jīng)該絕緣材料時，該絕緣材料的電阻減小。相應(yīng)地，RRAM單元可以通過使得電流在一個方向流經(jīng)該RRAM單元被編程為高阻態(tài)，并且通過使得電流在相反的方向流經(jīng)該RRAM單元被編程為低阻態(tài)。該高阻態(tài)可以被用來指示邏輯高(二進制I)，并且該低阻態(tài)可以被用來指示邏輯低(二進制O)，或反之亦然。
[0006]使用相反極性的電流被編程為高阻態(tài)和低阻態(tài)的RRAM單元被稱為雙極RRAM單元?？商娲?，RRAM單元可以通過使得兩個不同大小的電流在相同的方向上流經(jīng)該RRAM單元的絕緣材料而被編程為高阻態(tài)和低阻態(tài)。使用在相同方向上的兩個不同大小的電流被編程為高阻態(tài)和低阻態(tài)的RRAM單元被稱為單極RRAM單元。
[0007]每個RRAM單元包括諸如二極管或晶體管之類的開關(guān)元件。該開關(guān)元件與該絕緣材料(即，電阻元件)串聯(lián)地連接。使用該開關(guān)元件，在RRAM陣列中的RRAM單元在讀取操作和寫入操作期間可以被選擇并且被取消選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一種系統(tǒng)，包括連接至字線和位線的電阻性隨機訪問存儲器單元以及被配置為將位線預(yù)充電至第一電壓并且字線不被選擇的預(yù)充電電路。該系統(tǒng)進一步包括驅(qū)動器電路以及比較器，該驅(qū)動器電路被配置為在位線被充電至第一電壓之后的第一時間選擇字線，該比較器被配置為將位線上的第二電壓與供應(yīng)至該比較器的第三電壓比較并且基于該比較生成輸出。該系統(tǒng)進一步包括鎖存器，其被配置為將該比較器的該輸出鎖存并且生成鎖存的輸出。該系統(tǒng)進一步包括脈沖生成器，其被配置為在該第一時間之后的時延之后生成脈沖以將該鎖存器計時，從而將該比較器的該輸出鎖存并且生成鎖存的輸出。鎖存的輸出指示該電阻性隨機訪問存儲器單元的狀態(tài)。
[0009]在其它特征中，該時延是可編程的并且基于以下因素被選擇:該位線的寄生電容、對應(yīng)于該電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻態(tài)的電阻值、以及該電阻性隨機訪問存儲器單元的開關(guān)元件的特性。
[0010]在另外的特征中，該時延是可編程的并且基于工藝變化被選擇。
[0011]在其它的特征中，該時延是可編程的，并且在包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的制造期間被選擇，或者響應(yīng)于包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的該存儲器陣列的電源被接通而被選擇，或者兩者兼具而被選擇。
[0012]在其它特征中，比較器包括反相器，并且該第一電壓和該第三電壓(i)在包括電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓與參考電壓之間是可調(diào)節(jié)的，(?)小于損壞電阻性隨機訪問存儲器單元的電壓，并且(iii)被選擇為允許感應(yīng)電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻態(tài)。
[0013]在其它特征中，該比較器包括反相器，該反相器包括具有選擇的閾值電壓的晶體管，并且選擇的閾值電壓允許將包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓減小至小于選擇的值以節(jié)省功率，并且允許將該第三電壓降低至小于該電源電壓。
[0014]在其它特征中，該比較器包括反相器，該反相器包括具有選擇的閾值電壓的晶體管，并且選擇的閾值電壓允許將包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓減小至小于選擇的閾值電壓，同時允許感應(yīng)該電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻態(tài)。
[0015]在另外的其它特征中，一種系統(tǒng)包括被連接至字線和位線的電阻性隨機訪問存儲器單元，被配置為提供流經(jīng)位線的電流的電流源，以及被配置為選擇該字線的驅(qū)動器電路。該系統(tǒng)進一步包括比較器，其被配置為將在該位線上的第一電壓與被供應(yīng)至該比較器的第二電壓比較并且基于該比較生成輸出。該系統(tǒng)進一步包括鎖存器，其被配置為將該比較器的該輸出鎖存并且生成鎖存的輸出。該系統(tǒng)進一步包括脈沖生成器，其被配置為在時延之后生成脈沖，從而將該比較器的該輸出鎖存并且生成鎖存的輸出。該時延大于該第一電壓的穩(wěn)定時間。鎖存的輸出指示該電阻性隨機訪問存儲器單元的狀態(tài)。
[0016]在其它特征中，該電流、該第二電壓、或該兩者是可編程的并且被選擇以允許該比較器區(qū)分該電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)與低阻態(tài)。
[0017]在另外的特征中，該電流是可編程的并且基于工藝變化被選擇。
[0018]在其它特征中，該電流、該第二電壓、或該兩者是可編程的，并且在包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的制造期間被選擇，或者響應(yīng)于包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的該存儲器陣列的電源被接通而被選擇，或者兩者兼具而被選擇。
[0019]在其它特征中，該比較器包括反相器，并且該第二電壓(i)在包括電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓與參考電壓之間是可調(diào)節(jié)的，(?)小于損壞電阻性隨機訪問存儲器單元的電壓，并且(iii)被選擇為允許感應(yīng)電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻態(tài)。
[0020]在其它特征中，該比較器包括反相器，該反相器包括具有選擇的閾值電壓的晶體管，并且選擇的閾值電壓允許將包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓減小至小于選擇的值以節(jié)省功率，并且允許將該第二電壓降低至小于該電源電壓。
[0021]在其它特征中，該比較器包括反相器，該反相器包括具有選擇的閾值電壓的晶體管，并且選擇的閾值電壓允許將包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓減小至小于選擇的閾值電壓，同時允許感應(yīng)該電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻態(tài)。
[0022]在其它特征中，該比較器被配置為響應(yīng)于接收該脈沖而接通并且響應(yīng)于該鎖存器將該比較器的該輸出鎖存以及生成該鎖存的輸出而關(guān)斷。
[0023]在另外的特征中，該驅(qū)動器響應(yīng)于選擇該字線向該字線供應(yīng)第三電壓。該第三電壓小于損壞電阻性隨機訪問存儲器單元的電壓與被用作電阻性隨機訪問存儲器單元中的開關(guān)元件的晶體管的閾值電壓之和。
[0024]在另外的特征中，該系統(tǒng)進一步包括反饋放大器，其被配置為接收來自位線的反饋電壓以及小于損壞電阻性隨機訪問存儲器單元的電壓的第三電壓，并且限制第一電壓小于損壞電阻性隨機訪問存儲器單元的電壓。
[0025]在另外的其它特征中，一種方法包括將電阻性隨機訪問存儲器單元連接至字線和位線，將該位線預(yù)充電至第一電壓并且該字線不被選擇，并且在該位線被充電至第一電壓之后的第一時間選擇該字線。該方法進一步包括將在該位線上的第二電壓與被供應(yīng)至比較器的第三電壓比較，并且基于該比較生成輸出，并且在將該比較器的該輸出鎖存的第一時間之后的時延之后生成脈沖。鎖存的輸出指示該電阻性隨機訪問存儲器單元的狀態(tài)。
[0026]在其它特征中，該第一電壓和第三電壓(i)在包括電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓與參考電壓之間是可調(diào)節(jié)的，(?)小于損壞電阻性隨機訪問存儲器單元的電壓，并且(iii)被選擇為允許感應(yīng)電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻態(tài)。
[0027]在其它特征中，該比較使用反相器被執(zhí)行，并且該反相器包括具有選擇的閾值電壓的晶體管。選擇的閾值電壓允許將包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓減小至小于選擇的值以節(jié)省功率，并且允許將該第三電壓降低至小于該電源電壓。選擇的閾值電壓允許將該電源電壓減小至小于選擇的閾值電壓，同時允許感應(yīng)該電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻態(tài)。
[0028]在另外的其它特征中，一種方法包括將電阻性隨機訪問存儲器單元連接至字線和位線，提供流經(jīng)位線的電流，以及選擇該字線。該方法進一步包括將在該位線上的第一電壓與被供應(yīng)至該比較器的第二電壓比較并且基于該比較生成輸出。該方法進一步包括在時延之后生成脈沖，從而將該比較器的該輸出鎖存。該時延大于該第一電壓的穩(wěn)定時間。鎖存的輸出指示該電阻性隨機訪問存儲器單元的狀態(tài)。
[0029]在其它特征中，該電流、該第二電壓、或該兩者是可編程的并且被選擇以允許該比較器區(qū)分該電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)與低阻態(tài)。
[0030]在另外的特征中，該電流是可編程的并且基于工藝變化被選擇。
[0031]在其它特征中，該電流、該第二電壓、或該兩者是可編程的，并且在包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的制造期間被選擇，或者響應(yīng)于包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的該存儲器陣列的電源被接通而被選擇，或者兩者兼具而被選擇。
[0032]在其它特征中，該第二電壓(i)在包括電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源電壓與參考電壓之間是可調(diào)節(jié)的，(ii)小于損壞電阻性隨機訪問存儲器單元的電壓，并且(iii)被選擇為允許感應(yīng)電阻性隨機訪問存儲器單元的電阻元件的高阻態(tài)和低阻??τ O
[0033]在其它特征中，該比較使用反相器被執(zhí)行，并且該反相器包括具有選擇的閾值電壓的晶體管。選擇的閾值電壓允許將包括該電阻性隨機訪問存儲器單元的存儲器陣列的電源