存儲裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種存儲裝置及其控制方法，特別是有關(guān)于一種電阻式存儲裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前新型易失性存儲器包括，鐵電存儲器、相變化存儲器、磁性存儲器及電阻式存儲器。由于電阻式存儲器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、速度快與低功耗等優(yōu)點，故大幅被使用。在電阻式存儲器中，控制一特殊金屬導(dǎo)電層的跨壓，用以在金屬導(dǎo)電層中形成導(dǎo)電絲。然而，現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的導(dǎo)電絲太粗并且數(shù)量少，因此，在后續(xù)的操作中，不易打斷導(dǎo)電絲。再者，現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的導(dǎo)電絲數(shù)量較少，故不易降低金屬導(dǎo)電層的阻抗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種存儲裝置及其控制方法，大幅縮短格式化或初始化重置操作的時間，并且改善格式化或初始化重置操作的效率。
[0004]本發(fā)明提供一種存儲裝置，包括一控制單元以及至少一存儲單元?？刂茊卧刂埔蛔志€、一位線以及一源極線的電平。存儲單元包括一晶體管以及一可變電阻。晶體管的柵極耦接字線。可變電阻耦接于晶體管的漏極與位線之間。晶體管的源極耦接源極線。在一預(yù)設(shè)期間，控制單元提供多個脈沖予字線、位線以及源極線中的一第一特定線。預(yù)設(shè)期間至少大于1微秒(microsecond)。
[0005]本發(fā)明另提供一種控制方法，適用于一存儲裝置。存儲裝置具有至少一存儲單元。存儲單元具有一晶體管以及一可變電阻。晶體管的柵極耦接一字線?？勺冸娮桉罱佑诰w管的漏極與一位線之間。晶體管的源極耦接一源極線。本發(fā)明的控制方法包括，在一預(yù)設(shè)期間，提供多個脈沖予字線、位線以及源極線中的一第一特定線；以及提供一第一電平及一第二電平予字線、位線以及源極線中的一第二特定線以及一第三特定線。預(yù)設(shè)期間至少大于1微秒。
[0006]綜上所述技術(shù)方案，本發(fā)明能夠使得金屬導(dǎo)電層中形成細(xì)而多的導(dǎo)電絲，在對存儲單元的操作過程中易于打斷導(dǎo)電絲并且能夠降低金屬導(dǎo)電層的阻抗，大幅縮短格式化或初始化重置操作的時間，并且改善格式化或初始化重置操作的效率。
[0007]為讓本發(fā)明的特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下:
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的存儲裝置的示意圖。
[0009]圖2A?圖2E為可變電阻的阻態(tài)變化示意圖。
[0010]圖3A及圖3B為本發(fā)明的格式化操作的可能實施例。
[0011]圖4A及圖4B為本發(fā)明的初始化重置操作的可能實施例。
[0012]圖5A?圖51為脈沖的可能形狀及電平示意圖。
[0013]圖6A?圖6C為本發(fā)明的控制方法的可能流程示意圖。
[0014]圖中符號說明:
[0015]100:存儲裝置；
[0016]110:控制單元；
[0017]120:陣列單元；
[0018]字線；
[0019]ΒΙ^?ΒΙ^:位線；
[0020]SLi ?SLn:源極線；
[0021]112:列解碼器；
[0022]114:行解碼器；
[0023]116:存取控制器；
[0024]AD!、AD2:地址信息；
[0025]DATA:、DATA。:數(shù)據(jù)；
[0026]Mn?Μ?η:存儲單元；
[0027]T11:晶體管；
[0028]Rn:可變電阻；
[0029]210:上電極；
[0030]220:金屬氧化物；
[0031]230:下電極；
[0032]240:導(dǎo)電絲；
[0033]VLn ?VL16、VL21 ?VL26、VL31 ?VL34、VL41 ?VL44、V!?V4:電平；
[0034]210、220、230、240、250、410、420:期間；
[0035]PSi ?PS9:脈沖；
[0036]S612、S614、S616、S622、S624、S626、S628:步驟。
【具體實施方式】
[0037]圖1為本發(fā)明的存儲裝置的示意圖。如圖所示，存儲裝置100包括一控制單元110以及一陣列單元120?？刂茊卧?10控制字線WQ?WLn、位線?以及源極線SL:?SL?的電平，用以存取陣列單元120。本發(fā)明并不限定控制單元110的內(nèi)部架構(gòu)。只要能夠適當(dāng)?shù)乜刂谱志€WL:?WLn、位線?以及源極線SQ?SK的電平的電路架構(gòu)，均可作為控制單元110。在本實施例中，控制單元110包括一列解碼器112、一行解碼器114以及一存取控制器116。
[0038]列解碼器112解碼地址信息Ah，并根據(jù)解碼結(jié)果提供適當(dāng)?shù)碾娖接枳志€WU?WLn。行解碼器114解碼地址信息AD2，并根據(jù)解碼結(jié)果提供適當(dāng)?shù)碾娖接栉痪€?BL?。存取控制器116將外部數(shù)據(jù)DAT&寫入陣列單元120，或是讀取并輸出陣列單元120所儲存的數(shù)據(jù)DATA。。
[0039]陣列單元120包括存儲單元Mn?Mmn。由于存儲單元Mn?Mmn具有相同的電路架構(gòu)，故圖1僅顯示存儲單元Mn的電路架構(gòu)。如圖所示，存儲單元Mn包括一晶體管Tn以及一可變電阻Rn。晶體管Tn的柵極耦接字線WQ?？勺冸娮鑂n耦接于晶體管Tn的漏極與位線之間。晶體管Tn的源極耦接源極線SQ。在本實施例中，控制單元110由調(diào)整字線WL:?WLn、位線BL:?BL?以及源極線SL:?Sk的電平，便可令可變電阻Rn為高阻態(tài)或是低阻態(tài)。
[0040]圖2A?圖2D為可變電阻的阻態(tài)變化示意圖。由圖2A可知，可變電阻Rn由一上電極210、一金屬氧化物220以及一下電極230所構(gòu)成。金屬氧化物220形成在上電極210與下電極220之間。請參考圖2B?圖2D，由控制上電極210以及下電極230的電平，便可形成導(dǎo)電絲(conductive filamentary ;CF) 240或是打斷導(dǎo)電絲240。
[0041]圖2B顯示一格式化(forming)操作，其施加適當(dāng)?shù)母袷交妷褐辽想姌O210以及下電極230，用以在上電極210以及下電極230之間形成導(dǎo)電絲240。此時，可變電阻Rn為低阻態(tài)(Low resistance state ；LRS)。圖 2C 顯不一初始化重置(initial reset)操作，由施加適當(dāng)?shù)某跏蓟刂秒妷褐辽想姌O210以及下電極230，便可打斷上電極210以及下電極230之間的導(dǎo)電絲240。此時，可變電阻Rn為高阻態(tài)(High resistance state ；HRS)。
[0042]圖2D顯示一設(shè)定(set)操作，由施加適當(dāng)?shù)脑O(shè)定電壓至上電極210以及下電極230，便可恢復(fù)上電極210以及下電極230之間的導(dǎo)電絲240。此時，可變電阻Rn為低阻態(tài)。圖2E顯示一重置(reset)操作，由施加適當(dāng)?shù)闹刂秒妷褐辽想姌O210以及下電極230，便可打斷上電極210以及下電極230之間的導(dǎo)電絲240。此時，可變電阻Rn為高阻態(tài)。
[0043]一般而言，存儲裝置100在出廠前，必須先對存儲單元Mn?Μ?η進(jìn)行格式化操作，用以產(chǎn)生導(dǎo)電絲240。在另一可能實施例中，在進(jìn)行完格式化操作后，更進(jìn)行初始化重置操作，用以打斷導(dǎo)電絲240。在出廠后，不需要再對存儲單元Μη?Μ?η進(jìn)行格式化及初始化重置操作。使用者可依實際需求，對存儲單元Μη?Μ?η進(jìn)行設(shè)定及重置操作，用以將存儲單元Μη?Μ?η設(shè)定成低阻態(tài)或高阻態(tài)。
[0044]圖3Α為本發(fā)明的格式化操作的一可能實施例。在本實施例中，控制單元110提供電平予位線^^及源極線SQ。在一可能實施例中，電平￥1^大于電平VL12。電平VL12可為一接地電平。在預(yù)設(shè)期間210內(nèi)，控制單元110提供多個脈沖予字線WQ。在本實施例中，字線WQ的電平在電平VL13&VL14之間變化。在一些實施例中，電平VL13可能等于或不等于電平VL12。
[0045]在本實施例中，預(yù)設(shè)期間210至少大于1微秒(microsecond)。舉例而言,預(yù)設(shè)期間210約在200?250微秒之間。在其它實施例中，每一脈沖的持續(xù)期間220約在50?150 納秒(nanosecond)之間。
[0046]由提供多個脈沖予字線WQ，便可形成多且細(xì)長的導(dǎo)電絲。因此，在后續(xù)的初始化重置或重置操作中，可輕易地打斷導(dǎo)電絲。另外，借由大量的導(dǎo)電絲，可有效地降低可變電阻Rn的阻抗，進(jìn)而改變數(shù)據(jù)保留度(data retent1n)與擦寫穩(wěn)定性(endurancestability)。再者，由多個脈沖，可大幅降低格式化時間。
[0047]完成格式化操作后，可對存儲單元Mn進(jìn)行一設(shè)定操作。在設(shè)定期間230中，控制單元110提供電平VL15、VL16以及VL12予位線、字線WQ以及源極線SLp在本實施例中，電平VL15小于電平VLn，用以避免過度崩潰。舉例而言，當(dāng)電平VL15大于或等于電平VLn時，將造成流經(jīng)金屬氧化物220的電流過大，因而發(fā)生過度崩潰，進(jìn)而破壞導(dǎo)電絲240。因此，電平VL15需小于電平VLn。
[0048]在另一可能實施例中，設(shè)定期間230遠(yuǎn)小于預(yù)設(shè)期間210。舉例而言，當(dāng)設(shè)定期間230過大，如達(dá)微秒等級時，可能會造成過度崩潰現(xiàn)象。因此，在一可能實施例中，設(shè)定期間230為納秒(ns)等級。
[0049]圖3B為本發(fā)明的格式化操作的另一可能實施例。圖3B相似圖3A，不同之處在于控制單元110將多個脈沖提供予位線BL1;并提供電平VL21與VL22予字線WL:與源極線SL:。在本實施例中，在預(yù)設(shè)期間240，控制單元110交替地提供電平VL23以及VL24予位線，用以產(chǎn)生多且細(xì)長的導(dǎo)電絲。在其它實施例中，電平乂1^2可能等于或不等于電平VL23。由于預(yù)設(shè)期間240的特性與預(yù)設(shè)期間210的特性相同，故不再贅述。另外，脈沖的持續(xù)期間250約為50?150納秒。
[0050]在設(shè)定期間260，控制單元110提供電平VL25與VL26予字線WQ與位線，并提供電平VL22予源極線SLp在本實施例中，電平VL26小于電平VL24，并且設(shè)定期間260遠(yuǎn)小于預(yù)設(shè)期間240，用以避免發(fā)生過度崩潰現(xiàn)象。在一可能實施例中，設(shè)定期間260約略等于持續(xù)期間250。本發(fā)明并不限定電平之間的關(guān)系。在一可能實施例中，電平VL21小于電平vl25。
[0051]圖4A為本發(fā)明的初始化重置操作的一可能實施例。如圖所示，控制單元110提供電平源極線SL:與位線BQ。在一可能實施例中，電平VL32S—接地電平。在預(yù)設(shè)期間410中，控制單元110將多個脈沖提供予字線WQ。在本實施例中，字線WQ的電平在