确定相变存储器的访问信息的方法、装置和系统的制作方法
【专利说明】确定相变存储器的访问信息的方法、装置和系统
[0001]本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2011/053171，国际申请日为2011年09月24日，进入中国国家阶段的申请号为201180045844.2，名称为“确定相变存储器的访问信息的方法、装置和系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明总地涉及访问相变存储器器件。更具体地，某些实施例涉及确定描述相变存储器单元的访问的访问信息。
【背景技术】
[0003]相变存储器(PCM)使用在与两种不同的晶体结构关联、具有独特电气特性的两个相之间切换的一类材料。更具体地，PCM单元可以多种方式在无定形、无序相和晶体(或多晶)有序相之间改变。这两个相因此关联于值不同的电阻率。
[0004]当前，被称为硫族化物或硫属化物(chalcogenic)材料的周期表中VI族元素(例如Te或Se)的合金可以较为有利地用于相变存储器单元。一种有前途的硫族化物形成自Ge、Sb和Te的合金——即Ge2Sb2Te5。相变材料的电阻率在完全置位(晶体)状态和完全复位(无定形)状态之间切换时可变动几个数量级。
[0005]计算机组件和/或平台的数据存储和访问速率的改善带来许多要求，这些要求对于总体系统设计而言越来越难以负担，而PCM也未能幸免。用于实现PCM的先前技术一一包括确定如何和/或何时能访问PCM单元的技术一一日益与系统设计者和工业标准引入的新的、更严格的设计规范相冲突。
【附图说明】
[0006]以解说方式且非限定地在如下附图中示出本发明的多个实施例，在附图中:
[0007]图1A是示出根据实施例对其确定访问信息的相变存储器(PCM)单元的框图。
[0008]图1B是示出PCM单元电流相关于PCM单元电压的概念表示的曲线图。
[0009]图1C是示出PCM单元的阈值电压分布的概念表示的曲线图。
[0010]图2A是示出PCM单元的漂移阈值电压分布的概念表示的曲线图。
[0011]图2B是示出PCM单元的阈值电压与时间的对数关系的概念表示的曲线图。
[0012]图3A是示出根据实施例用于确定访问PCM单元中使用的分界电压的技术的曲线图。
[0013]图3B是示出根据实施例用于确定访问PCM中使用的时间窗的技术的曲线图。
[0014]图4是示出根据实施例用于确定访问PCM单元中使用的分界电压的技术的曲线图。
[0015]图5是示出根据实施例用于确定访问PCM单元中使用的访问信息的计算机系统的元件的方框图。
[0016]图6是示出根据实施例用于确定访问PCM单元中使用的访问信息的访问器件的元件的方框图。
[0017]图7是示出根据一实施例用于确定访问信息的实施例的方法的流程图。
[0018]详细说明
[0019]图1示出包括根据实施例对其确定访问信息的相变存储器(PCM)单元102的系统100的挑选出的元件。系统100可包括寄存器、队列、高速缓存、阵列或其它数据存储结构，例如具有一个或多个附加的PCM单元(未示出)。
[0020]在一个实施例中，系统100包括耦合至PCM单元102相对两侧以选择性地允许将数据写至PC单元102和/或从PC单元102读取数据的列线105和行线130。列线105和/或行线130各自被称为地址线，其中给定的线可被用来在编程或读取期间对PCM单元102寻址。列线105和/或行线130也被可称为位线和/或字线，这取决于列线105和/或行线130是否或如何用于访问特定的一个PCM单元或多个不同的PCM单元。
[0021]PCM单元102 (例如在列线105和行线130之间的连续层中)可包括选择性地使PCM单元102与传导电流隔离的双向阈值开关(0TS) 110、中间电极115、维持表示具体存储的数据值和0TS 110的PCM状态材料120以及底部电极125。要理解，PCM单元102可包括根据各实施例的多种附加和/或替代结构的任何一种，其中这些结构单独或组合地向PCM单元102提供如本文描述的一种或多种阈值电压漂移特性。
[0022]在一个实施例中，PCM状态材料120包括相变材料。相变材料可以是具有可通过施加能量(诸如热、光、电压电位或电流)而改变的电气属性(例如电阻、电容等)的材料。相变材料的示例可包括硫族材料或双向材料。
[0023]双向材料可以是当施加电压电位、电流、光、热等时经历电子或结构变化并充当半导体的材料。双向材料可用于存储器元件或电子开关。硫族材料可以是包括来自周期表第VI栏的至少一种元素的材料，或者可以是包括氧属元素的一种或多种——例如碲、硫或砸兀素中的任何一种的材料。在一个实施例中，PCM状态材料120可以是蹄-错-铺(TexGeySbz)类材料或GeSbTe合金的硫族元素化合物，尽管各实施例不仅限于此。
[0024]PCM状态材料120可通过向PCM状态材料120施加电信号被编程为至少两种存储器状态中的一种，以在基本上晶体状态和基本上无定形状态之间改变PCM状态材料120的相，其中基本上无定形状态的PCM状态材料120的电阻大于基本上晶体状态的PCM状态材料120的电阻。编程PCM状态材料120以改变材料的状态或相可通过向中间电极115和底部电极125施加电压电位来实现，由此产生跨PCM状态材料120的电压电位。电流可响应于所施加的电压电位流过PCM状态材料120的一部分，并可导致对PCM状态材料120的加热。
[0025]该加热和后续的冷却可改变PCM状态材料120的存储器状态或相。改变PCM状态材料120的相或状态可改变PCM状态材料120的电气特性。例如，可通过改变PCM状态材料120的相来改变材料的电阻。PCM状态材料120也被称为可编程电阻性材料或简称为可编程材料。
[0026]在一个实施例中，可通过将大约3伏施加至电极115并将大约0伏施加于电极125，跨PCM状态材料的一部分施加大约3伏的电压电位差。电流可响应于所施加的电压电位流过PCM状态材料120，并可导致对PCM状态材料120的加热。该加热和后续的冷却可改变PCM状态材料120的存储器状态或相。
[0027]在“置位”状态下，PCM状态材料120可处于晶体或半晶体状态，而在“复位”状态下，PCM状态材料120的至少一部分可处于无定形或半无定形状态。处于无定形或半无定形状态的PCM状态材料120的电阻可大于处于晶体或半晶体状态的PCM状态材料120的电阻。要理解，分别将复位和置位与无定形和晶体状态相关联是惯例，并且至少可采用相反的惯例。
[0028]使用电流，PCM状态材料120可被加热至相对较高的温度以使PCM状态材料120无定形化并“复位”PCM状态材料120 (例如将PCM状态材料120编程至逻辑“0”值)。将PCM状态材料120加热至相对较低的结晶温度可使PCM状态材料120结晶并“置位"PCM状态材料120 (例如将PCM状态材料120编程至逻辑“ 1 ”值)。可通过改变流过PCM状态材料120体积的电流量和持续时间来实现PCM状态材料120的多个电阻，以存储信息。
[0029]存储在PCM状态材料120中的信息可通过测量PCM状态材料120的电阻来读取。例如，可使用电极115、125将读取——诸如“边界”——电压提供给PCM状态材料120，并使用例如感测放大器(未示出)将跨PCM状态材料120的结果读取电压与基准电压进行比较。读取电压可与存储器单元表现出的电阻成比例。因此，较高的电压可指示PCM状态材料120处于相对高的电阻状态，例如“复位”状态，而较低的电压可指示PCM状态材料120处于相对低的电阻状态，例如“置位”状态。
[0030]0TS 110可用于在PCM状态材料120编程或读取期间访问PCM状态材料120。0TS110可包括双向材料以作为开关操作，该开关根据跨双向材料施加的电压电位的量“截止”或“导通”。截止状态可以是基本上不导电状态，并且导通状态可以是基本上导电状态。例如，0TS 110可具有阈值电压并且如果跨0TS 110施加低于0TS 110的阈值电压的电压电位，则0TS110可保持“截止”或处于相对高电阻状态以使很少或没有电流流过存储器单元。替代地，如果跨0TS 110施加高于0TS 110的阈值电压的电压电位，则0TS 110可“导通”，即工作在相对低电阻状态以使电流流过存储器单元。换句话说，如果跨0TS 110施加小于预定电压电位(例如阈值电压)的电压，则0TS 110可处于基本上不导电状态。如果跨0TS110施加高于预定电压电位的电压，则0TS 110可处于基本上导电状态。0TS 110也被称为访问器件或隔离器件。
[0031]在一个实施例中，0TS 110可包括开关材料(例如硫族或双向材料)，并可被称为双向阈值开关，或简称为双向开关。0TS 110的开关材料可以是位于两电极之间基本上无定形状态的材料，它可通过施加预定的电流或电压电位在较高电阻“截止”状态(例如大于约10兆欧)和相对较低电阻“导通”状态(例如大约0欧)之间重复地和可逆地切换。在该实施例中，0TS 110可以是双端器件，它可具有与处于无定形状态下的相变存储器元件相同的电流-电压(Ι-v)特征。然而，与相变存储器元件不同，0TS 110的开关材料可以不改变相。也就是说，0TS 110的开关材料可以不是可编程材料，结果0TS 110可以不是能够存储信息的存储器器件。例如，0TS 110的开关材料可永久保持无定形，并且1-V特征可在整个工作寿命中保持相同。
[0032]图1B是示出给定PCM单元的单元电流152相关于施加至PCM单元的单元电压154的概念表示的曲线图1