一种相变存储器及其恢复数据的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子器件领域，特别是涉及一种相变存储器及其恢复数据的方法。
【背景技术】
[0002]相变存储器(Phase Change Memory，简称为PCM)技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末、70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材料等。相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。
[0003]相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。其编程过程分为写入过程(RESET)和擦除过程(SET)。写入过程(RESET)是对相变存储器单元施加一个具有较高幅值及较短脉宽的电压方波或电流，在电学作用下相变材料变成熔融状态，并迅速淬火至结晶温度以下，相变材料变成高阻的非晶态，记为“I”。擦除过程(SET)是对相变存储器施加一个幅度较低脉宽较宽的电学脉冲，使相变材料的温度置于晶化温度和熔融温度之间并持续作用一段时间后，相变材料被置于稳定的低阻晶态，记为“O”。
[0004]由于相变存储器都是用高阻的非晶态(记为“I”)和低阻的晶态(记为“O”)的作为储存数据，而相变材料的非晶态与晶态的稳定性与温度有着非常紧密的关系。相变存储器写入的数据为“I”时，即置于非晶态(高阻值)，若将PCM置于高温的环境中，PCM的相变材料可能会发生部分晶化，造成阻值降低，甚至是低至晶态(低阻值)，导致该单元上存储的数据丢失。这就是高温环境对PCM所造成的主要而直接的保持力可靠性问题。即使是高温环境以及放置时间不足以使相变存储器的高阻态转变成低阻态，外界温度环境的变化也足以使相变存储器的相变材料的电学性能发生变化，例如非晶态阻值(RESET阻值)下降，但是并未下降到晶态阻值(SET阻值)。因此，对于已存有数据的相变存储器，如何判断其数据在外界温度环境的变化下是否丢失是不得不考虑的问题，而且随着相变存储器的存储容量和存储密度的不断增加，如何快速的判定数据是否丢失以及快速恢复丢失的数据，已经成为一个刻不容缓的事情。如何快速判定数据丢失及恢复数据已经成为制约相变存储器商用化的一个重要因素。
[0005]但是，目前对于在高温环境下，如何快速判定相变存储器数据是否丢失以及快速恢复的研究还比较少。因此，对于相变存储器快速数据恢复方法有待于进一步深入的研究。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变存储器及其恢复数据的方法，用于解决现有技术中相变存储器在外界温度变化下数据易丢失的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相变存储器，所述相变存储器至少包括:
[0008]预写相变存储单元，通过对所述预写相变存储单元写入数据及读取数据以获取基准参考电阻值；
[0009]正常访问相变存储单元，用于存储数据；
[0010]电学控制模块，连接于所述预写相变存储单元及所述正常访问相变存储单元，用于对所述预写相变存储单元及所述正常访问相变存储单元写入数据及读取数据；
[0011]温度控制模块，连接于所述预写相变存储单元及所述正常访问相变存储单元，用于控制所述预写相变存储单元及所述正常访问相变存储单元所处环境的温度范围。
[0012]优选地，所述温度控制模块为加热器或电压产生装置，通过加热器或外加电压提高所述相变存储器所处环境的温度。
[0013]为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种相变存储器恢复数据的方法，所述相变存储器恢复数据的方法至少包括:
[0014]在相变存储器的预写地址和正常访问地址中写入数据；
[0015]改变所述相变存储器的环境温度；
[0016]读取所述预写地址内的数据，选取非晶态阻值的最小阻值和晶态阻值的最大阻值的几何平均值作为基准参考电阻值；
[0017]读取所述正常访问地址内的数据，以所述基准参考电阻值作为参考标准，判断所述正常访问地址内的数据是否失效；
[0018]若所述正常访问地址内的数据均未失效则结束；
[0019]若所述正常访问地址内的数据失效则恢复失效数据后结束。
[0020]优选地，改变所述相变存储器的环境温度的方法包括:将所述相变存储器置于高温环境中，或者对所述相变存储器持续施加外部电压。
[0021]优选地，判断所述正常访问地址内的数据是否失效的具体方法包括:若所述正常访问地址内的数据呈现的非晶态阻值低于所述基准参考电阻值或所述正常访问地址内的数据呈现的晶态阻值高于所述基准参考电阻值，则认为对应的正常访问地址内的数据失效；反之若所述正常访问地址内的数据呈现的非晶态阻值高于所述基准参考电阻值或所述正常访问地址内的数据呈现的晶态阻值低于所述基准参考电阻值，则认为对应的正常访问地址内的数据正常。
[0022]优选地，恢复失效数据的具体方法包括:将数据重新写入失效数据所对应的正常访问地址内。
[0023]优选地，所述预写地址为预留的地址，用于预写数据，并不参与正常访问相变存储器。
[0024]优选地，写入所述预写地址中的数据为已知数据，包括相同位数的“ I ”和“O”。
[0025]优选地，所述非晶态阻值是对非晶态下实际电阻取对数，所述晶态阻值是对晶态下实际电阻取对数。
[0026]如上所述，本发明的相变存储器及其恢复数据的方法，具有以下有益效果:
[0027]本发明的相变存储器及其恢复数据的方法利用相变材料的特性，在预写地址和正常访问地址中写入数据，然后改变相变存储器的外部环境温度；读取预写地址内的数据，获取基准参考电阻值；然后读取正常访问地址中的数据，并以基准参考电阻值作为参考值，判定数据是否失效，若失效对该地址的数据重新写入，恢复到原数据。此时，就可以对相变存储器正常访问。本发明的相变存储器及其恢复数据的方法能快速判定相变存储器中的数据是否失效并恢复失效数据，操作简单、快速、效率高。
【附图说明】
[0028]图1显示为本发明的相变存储器的结构示意图。
[0029]图2显示为本发明的相变存储器中预写相变存储单元和正常访问相变存储单元的结构示意图。
[0030]图3显示为本发明的相变存储器恢复数据的方法的流程示意图。
[0031]元件标号说明
[0032]I相变存储器
[0033]11 预写相变存储单元
[0034]12 正常访问相变存储单元
[0035]13电学控制模块
[0036]14 温度控制模块
[0037]15控制电路
[0038]Rref 基准参考电阻值
[003