一種相變存儲器及其恢復數(shù)據(jù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子器件領(lǐng)域，特別是涉及一種相變存儲器及其恢復數(shù)據(jù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相變存儲器(Phase Change Memory，簡稱為PCM)技術(shù)是基于Ovshinsky在20世紀60年代末、70年代初提出的相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲介質(zhì)的構(gòu)想建立起來的，是一種價格便宜、性能穩(wěn)定的存儲器件。相變存儲器可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材料等。相變存儲器由于具有高速讀取、高可擦寫次數(shù)、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗強震動和抗輻射等優(yōu)點，被國際半導體工業(yè)協(xié)會認為最有可能取代目前的閃存存儲器而成為未來存儲器主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的器件。
[0003]相變存儲器的基本原理是利用電脈沖信號作用于器件單元上，使相變材料在非晶態(tài)與多晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過分辨非晶態(tài)時的高阻與多晶態(tài)時的低阻，可以實現(xiàn)信息的寫入、擦除和讀出操作。其編程過程分為寫入過程(RESET)和擦除過程(SET)。寫入過程(RESET)是對相變存儲器單元施加一個具有較高幅值及較短脈寬的電壓方波或電流，在電學作用下相變材料變成熔融狀態(tài)，并迅速淬火至結(jié)晶溫度以下，相變材料變成高阻的非晶態(tài)，記為“I”。擦除過程(SET)是對相變存儲器施加一個幅度較低脈寬較寬的電學脈沖，使相變材料的溫度置于晶化溫度和熔融溫度之間并持續(xù)作用一段時間后，相變材料被置于穩(wěn)定的低阻晶態(tài)，記為“O”。
[0004]由于相變存儲器都是用高阻的非晶態(tài)(記為“I”)和低阻的晶態(tài)(記為“O”)的作為儲存數(shù)據(jù)，而相變材料的非晶態(tài)與晶態(tài)的穩(wěn)定性與溫度有著非常緊密的關(guān)系。相變存儲器寫入的數(shù)據(jù)為“I”時，即置于非晶態(tài)(高阻值)，若將PCM置于高溫的環(huán)境中，PCM的相變材料可能會發(fā)生部分晶化，造成阻值降低，甚至是低至晶態(tài)(低阻值)，導致該單元上存儲的數(shù)據(jù)丟失。這就是高溫環(huán)境對PCM所造成的主要而直接的保持力可靠性問題。即使是高溫環(huán)境以及放置時間不足以使相變存儲器的高阻態(tài)轉(zhuǎn)變成低阻態(tài)，外界溫度環(huán)境的變化也足以使相變存儲器的相變材料的電學性能發(fā)生變化，例如非晶態(tài)阻值(RESET阻值)下降，但是并未下降到晶態(tài)阻值(SET阻值)。因此，對于已存有數(shù)據(jù)的相變存儲器，如何判斷其數(shù)據(jù)在外界溫度環(huán)境的變化下是否丟失是不得不考慮的問題，而且隨著相變存儲器的存儲容量和存儲密度的不斷增加，如何快速的判定數(shù)據(jù)是否丟失以及快速恢復丟失的數(shù)據(jù)，已經(jīng)成為一個刻不容緩的事情。如何快速判定數(shù)據(jù)丟失及恢復數(shù)據(jù)已經(jīng)成為制約相變存儲器商用化的一個重要因素。
[0005]但是，目前對于在高溫環(huán)境下，如何快速判定相變存儲器數(shù)據(jù)是否丟失以及快速恢復的研究還比較少。因此，對于相變存儲器快速數(shù)據(jù)恢復方法有待于進一步深入的研究。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種相變存儲器及其恢復數(shù)據(jù)的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中相變存儲器在外界溫度變化下數(shù)據(jù)易丟失的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種相變存儲器，所述相變存儲器至少包括:
[0008]預寫相變存儲單元，通過對所述預寫相變存儲單元寫入數(shù)據(jù)及讀取數(shù)據(jù)以獲取基準參考電阻值；
[0009]正常訪問相變存儲單元，用于存儲數(shù)據(jù)；
[0010]電學控制模塊，連接于所述預寫相變存儲單元及所述正常訪問相變存儲單元，用于對所述預寫相變存儲單元及所述正常訪問相變存儲單元寫入數(shù)據(jù)及讀取數(shù)據(jù)；
[0011]溫度控制模塊，連接于所述預寫相變存儲單元及所述正常訪問相變存儲單元，用于控制所述預寫相變存儲單元及所述正常訪問相變存儲單元所處環(huán)境的溫度范圍。
[0012]優(yōu)選地，所述溫度控制模塊為加熱器或電壓產(chǎn)生裝置，通過加熱器或外加電壓提高所述相變存儲器所處環(huán)境的溫度。
[0013]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明還提供一種相變存儲器恢復數(shù)據(jù)的方法，所述相變存儲器恢復數(shù)據(jù)的方法至少包括:
[0014]在相變存儲器的預寫地址和正常訪問地址中寫入數(shù)據(jù)；
[0015]改變所述相變存儲器的環(huán)境溫度；
[0016]讀取所述預寫地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，選取非晶態(tài)阻值的最小阻值和晶態(tài)阻值的最大阻值的幾何平均值作為基準參考電阻值；
[0017]讀取所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，以所述基準參考電阻值作為參考標準，判斷所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)是否失效；
[0018]若所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)均未失效則結(jié)束；
[0019]若所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)失效則恢復失效數(shù)據(jù)后結(jié)束。
[0020]優(yōu)選地，改變所述相變存儲器的環(huán)境溫度的方法包括:將所述相變存儲器置于高溫環(huán)境中，或者對所述相變存儲器持續(xù)施加外部電壓。
[0021]優(yōu)選地，判斷所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)是否失效的具體方法包括:若所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的非晶態(tài)阻值低于所述基準參考電阻值或所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的晶態(tài)阻值高于所述基準參考電阻值，則認為對應(yīng)的正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)失效；反之若所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的非晶態(tài)阻值高于所述基準參考電阻值或所述正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的晶態(tài)阻值低于所述基準參考電阻值，則認為對應(yīng)的正常訪問地址內(nèi)的數(shù)據(jù)正常。
[0022]優(yōu)選地，恢復失效數(shù)據(jù)的具體方法包括:將數(shù)據(jù)重新寫入失效數(shù)據(jù)所對應(yīng)的正常訪問地址內(nèi)。
[0023]優(yōu)選地，所述預寫地址為預留的地址，用于預寫數(shù)據(jù)，并不參與正常訪問相變存儲器。
[0024]優(yōu)選地，寫入所述預寫地址中的數(shù)據(jù)為已知數(shù)據(jù)，包括相同位數(shù)的“ I ”和“O”。
[0025]優(yōu)選地，所述非晶態(tài)阻值是對非晶態(tài)下實際電阻取對數(shù)，所述晶態(tài)阻值是對晶態(tài)下實際電阻取對數(shù)。
[0026]如上所述，本發(fā)明的相變存儲器及其恢復數(shù)據(jù)的方法，具有以下有益效果:
[0027]本發(fā)明的相變存儲器及其恢復數(shù)據(jù)的方法利用相變材料的特性，在預寫地址和正常訪問地址中寫入數(shù)據(jù)，然后改變相變存儲器的外部環(huán)境溫度；讀取預寫地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，獲取基準參考電阻值；然后讀取正常訪問地址中的數(shù)據(jù)，并以基準參考電阻值作為參考值，判定數(shù)據(jù)是否失效，若失效對該地址的數(shù)據(jù)重新寫入，恢復到原數(shù)據(jù)。此時，就可以對相變存儲器正常訪問。本發(fā)明的相變存儲器及其恢復數(shù)據(jù)的方法能快速判定相變存儲器中的數(shù)據(jù)是否失效并恢復失效數(shù)據(jù)，操作簡單、快速、效率高。
【附圖說明】
[0028]圖1顯示為本發(fā)明的相變存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2顯示為本發(fā)明的相變存儲器中預寫相變存儲單元和正常訪問相變存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3顯示為本發(fā)明的相變存儲器恢復數(shù)據(jù)的方法的流程示意圖。
[0031]元件標號說明
[0032]I相變存儲器
[0033]11 預寫相變存儲單元
[0034]12 正常訪問相變存儲單元
[0035]13電學控制模塊
[0036]14 溫度控制模塊
[0037]15控制電路
[0038]Rref 基準參考電阻值
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