相变存储器及其操作方法、存储器系统与流程

本公开涉及半导体，涉及但不限于一种相变存储器及其操作方法、存储器系统。

背景技术：

1、相变随机存取存储器(phase change random access memory，pcram)弥补了动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)和闪存(flash)之间的性能差距，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，而被广泛地使用。

2、不同于以电荷形式存储数据的dram和flash，相变存储器是利用相变材料的结晶态和非结晶态的特性来存储数据，例如，对相变材料用不同的电脉冲诱导，在非结晶态和结晶态之间进行快速和可逆的相变。使用电流加热，使得相变材料从非结晶态转化为结晶态，这一过程称为set(置位)操作；或者，使得相变材料从结晶态转换为非结晶态，这一过程称为reset(复位)操作。相变材料的这种状态的变化就可以表示一个比特的数据“0”或“1”。

3、随着更高性能产品的需求，如何进一步提高相变存储器的可靠性，成为亟需解决的技术问题之一。

技术实现思路

1、根据本公开实施例的第一方面，提供了一种相变存储器的操作方法，包括：

2、在执行初始化操作的第一阶段，向所述相变存储器的存储单元施加开启电压；所述开启电压大于所述存储单元的阈值电压；

3、在所述第一阶段之后的第二阶段，向所述存储单元施加初始化操作电压和初始化操作电流；所述初始化操作电流大于所述存储单元的阈值电流，且小于所述存储单元的保持电流。

4、上述方案中，所述初始化操作电压小于所述开启电压且大于或者等于所述存储单元的保持电压。

5、上述方案中，所述第一阶段的时长小于所述第二阶段的时长。

6、上述方案中，所述存储单元包括选通层和相变层，所述选通层在所述第二阶段按照第一频率反复地导通和关断。

7、上述方案中，所述初始化操作电流越小，所述第一频率越高。

8、上述方案中，所述方法还包括：重复执行至少一次所述第一阶段的操作和所述第二阶段的操作，以完成所述初始化操作。

9、上述方案中，所述初始化操作包括初始化置位操作和初始化复位操作；其中，所述初始化置位操作的时长大于所述初始化复位操作的时长。

10、根据本公开实施例的第二方面，提供了一种相变存储器，包括：相变存储单元阵列以及与所述相变存储单元阵列耦接的外围电路；其中，

11、所述相变存储单元阵列包括多个存储单元，以及与所述多个存储单元耦接的多条字线和多条位线；

12、所述外围电路被配置为：在执行初始化操作的第一阶段，向所述存储单元所耦接的字线和位线之间施加开启电压；所述开启电压大于所述存储单元的阈值电压；

13、在所述第一阶段之后的第二阶段，向所述存储单元所耦接的字线和位线之间施加初始化操作电压和初始化操作电流；所述初始化操作电流大于所述存储单元的阈值电流，且小于所述存储单元的保持电流。

14、上述方案中，所述初始化操作电压小于所述开启电压且大于或者等于所述存储单元的保持电压。

15、根据本公开实施例的第三方面，提供了一种存储器系统，包括：一个或多个如上所述的相变存储器；以及

16、与所述相变存储器耦接的且用于控制所述相变存储器的存储器控制器。

17、本公开实施例中提供的相变存储器的操作方法，通过将初始化操作的第二阶段的初始化操作电流的大小控制在存储单元的阈值电流和保持电流之间，利用存储单元在低于保持电流时的不稳定状态的驰豫共振现象，使得存储单元的选通层按照第一频率反复地导通和关断。仅施加一次初始化操作电流，就能实现多次的复位或置位操作，因此可以大幅度地降低初始化操作所需的脉冲次数，从而减少初始化操作时间将产品尽快投入使用。同时，减小初始化操作带来的浪涌电流，以减轻对相变存储器的危害，从而提高相变存储器的可靠性。

技术特征：

1.一种相变存储器的操作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述初始化操作电压小于所述开启电压且大于或者等于所述存储单元的保持电压。

3.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，所述第一阶段的时长小于所述第二阶段的时长。

4.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，所述存储单元包括选通层和相变层，所述选通层在所述第二阶段按照第一频率反复地导通和关断。

5.根据权利要求4所述的操作方法，其特征在于，所述初始化操作电流越小，所述第一频率越高。

6.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，所述方法还包括：重复执行至少一次所述第一阶段的操作和所述第二阶段的操作，以完成所述初始化操作。

7.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，所述初始化操作包括初始化置位操作和初始化复位操作；其中，所述初始化置位操作的时长大于所述初始化复位操作的时长。

8.一种相变存储器，其特征在于，包括：相变存储单元阵列以及与所述相变存储单元阵列耦接的外围电路；其中，

9.根据权利要求8所述的相变存储器，其特征在于，所述初始化操作电压小于所述开启电压且大于或者等于所述存储单元的保持电压。

10.一种存储器系统，其特征在于，包括：一个或多个权利要求8或9所述的相变存储器；以及

技术总结
本公开实施例提供了一种相变存储器及其操作方法、存储器系统，该相变存储器的操作方法包括：在执行初始化操作的第一阶段，向相变存储器的存储单元施加开启电压；开启电压大于存储单元的阈值电压；在第一阶段之后的第二阶段，向存储单元施加初始化操作电压和初始化操作电流；初始化操作电流大于存储单元的阈值电流，且小于存储单元的保持电流。

技术研发人员：彭文林,刘峻,杨海波,刘广宇,付志成,周光乐
受保护的技术使用者：长江先进存储产业创新中心有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15