在本发明专利技术的范围内，研发了一种用于读取电阻存储单元的方法，所述电阻存储单元具有两个通过离子传导电阻材料彼此间隔开的电极，所述电极可以通过施加写入电压从具有较高电阻值的稳定状态（高阻态，HRS）被转变到具有较低电阻值的稳定状态（低阻态，LRS）。根据本发明专利技术，为了读取，将读取电压作为读取脉冲来施加，其中在脉冲期间通过离子传导电阻材料被推动的离子的数目通过脉冲的高度和时长被调整为使得所述数目的离子足以从用于形成经过离子传导电阻材料的导电路径的状态出发，至少直到使用流经所述路径的电流，并且因此足以转移到具有减小的电阻值和预先给定的用于回到状态HRS的松弛时间的亚稳定状态VRS（易失性电阻状态），但是不足以转移到状态LRS。通过这种方式保证：存储单元在读取以后在任何情况下都再次处于与读取以前相同的状态。这尤其是使得由两个存储单元的反串联电路构成的存储元件能够以费破坏性方式被读取，而这不减小由所述存储元件实现大阵列的可能性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于读取电阻存储单元的方法以及一种用于执行该方法的电阻存储单元。
技术介绍
根据德国专利10 2009 023 153的由两个电阻存储单元的反串联电路构成的电阻存储元件将DRAM工作存储器的快速存取时间与快闪存储器的非易失性相联合，并且因此适于在计算机技术中将工作存储器和大容量存储器相结合。在所述存储元件中，数字信息被编码成两个稳定状态0和1，在所述稳定状态下，存储元件分别具有高的总电阻。由此，在由许多存储元件构成的大阵列中，把在读取各个存储元件时产生的信号相叠加的寄生电流被最小化。为了在读取时能够将具有大的信号偏差的两个状态彼此相区分，利用读取电压将存储元件激励为使得其从状态1出发被转变到具有小的总电阻的状态ON，但是从状态0出发却不转变。该读取的缺点是破坏性的，也就是说，原始存在的1丢失，并且必须被重新写入到存储元件中。这耗费时间和能量，并且此外缩短了存储元件的寿命，因为活性材料在每次写入时都劣化少量的值，并且存储器通常与写入相比被更频繁地读取。从德国专利10 2011 012 738中公知了，设计电阻存储元件，使得其在状态0和1下具有不同电容并且在读取时非破坏性地检测该区别。缺点是，该优点必须通过如下方式来换取：由许多存储单元构成的阵列中的可用信号偏差随着阵列大小的增加而非常快速地下降。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供一种用于读取存储单元的方法，利用该方法可以在由许多存储元件构成的阵列中解决非破坏性读取与大信号偏差之间的目标冲突。根据本专利技术，该任务通过根据独立权利要求所述的方法来解决。另外的有利扩展方案从引用独立权利要求的从属权利要求中得出。专利技术主题在本专利技术的范围内，研发了一种用于读取电阻存储单元的方法，所述电阻存储单元具有两个通过离子传导电阻材料彼此间隔开的电极，所述电极可以通过施加写入电压从具有较高电阻值的稳定状态（高阻态，HRS）被转变到具有较低电阻值的稳定状态（低阻态，LRS）。该方法的前提是一种存储单元，在该存储单元中，写入电压推动离子通过离子传导电阻材料的迁移，并且沿着该迁移的路线，形成经过离子传导电阻材料的导电路径。为了读取，施加与写入电压具有相同极性的读取电压，并且将流经存储单元的电流作为存储单元的电阻值的度量进行分析。离子传导电阻材料例如可以仅仅能传导离子并且电绝缘。但是该材料也可以是电子的、例如半导体。依赖于电子传导能力的是HRS和LRS的电阻值、以及尤其是所述电阻值之间的可用偏差。该材料尤其可以是固体电解质。离子传导能力是形成导电路径的离子迁移所必需的。离子例如可以是电极材料的离子。于是，这被称为“电化学金属化”存储单元（ECM）。但是离子、例如离子传导电阻材料的氧离子也可以例如通过离子传导电阻材料来推动。于是，这被称为“价态变化机制”存储单元（VCM）。根据本专利技术，读取电压作为读取脉冲被施加，其中在脉冲期间通过离子传导电阻材料被推动的离子的数目通过脉冲的高度和时长被调整为使得所述数目的离子足以从用于形成经过离子传导电阻材料的导电路径的状态出发，至少直到使用流经所述路径的通过电流，并且因此足以转移到具有减小的电阻值和预先给定的用于回到状态HRS的松弛时间的亚稳定状态VRS（易失性电阻状态），但是不足以转移到状态LRS。已经认识到，在从状态HRS转移到状态LRS时导电路径的形成是一个逐渐的过程，其速度和进度由通过离子传导电阻材料被推动的离子的供应量来确定。因此，导电路径的实现和稳定性可以通过经由离子传导电阻材料被推动的离子的数目来精确地计量。从具有较高电阻值的状态出发，该路径随着所运输的离子的数目增加从一个电极出发越来越向另一电极的方向前进，直到实现作为允许通过电流经过该路径的首次接触的通道接触。通过该通道接触的通过电流以指数形式依赖于通道势垒的宽度。如果该宽度即使仅仅改变一个原子直径，通道电流就已经改变三个数量级。因此，通道接触的稳定性决定性地依赖于通道电流由多少原子承载。如果在接触时存在以下原子，基本上整个通道电流通过所述原子流动，则在该原子扩散离开或者通过其它热或化学促使的过程从通道接触中被除去时，该通道电流实际上崩溃。也就是说，如果通过离子传导电阻材料被推动的离子恰好多得使得通道接触恰好才实现，则该通道接触是高度不稳定的。如果现在推动另外的离子，则拆除首先仍然脆弱的通道接触。通道电流通过路径、尤其是路径的尖端变得更宽和更厚来分布到更多原子上。同时，由离子传导电阻材料构成的通道势垒通过路径进一步向另一电极的方向前进而变得更小。在极端情况下，产生彻彻底底导通的经过离子传导电阻材料的路径，使得通道势垒完全消失。随着通过离子传导电阻材料被推动的每个另外的离子，路径在运行温度下的寿命变得更大，直到最后达到具有较低电阻值的稳定状态。路径在运行温度下的寿命等价于其破坏的松弛时间或者等价于为了其破坏所需的激活能量。通道接触恰好不稳定得使得通道接触可以以小的激活能量以及因此还以短的松弛时间又被破坏。因此，读取可以更快速地进行。因此，在本专利技术的一个特别有利的扩展方案中，当导电路径包含通道势垒时，读取脉冲被结束。如果存储单元在读取脉冲开始以前已经处于状态LRS，则其电阻值不改变。而如果存储单元在读取脉冲开始以前处于状态HRS，则形成经过离子传导电阻材料的导电路径，该导电路径仅仅是亚稳定的并且在可通过脉冲的高度和时长、即通过所推动的离子的数目来调整的松弛时间期满以后从读取脉冲结束时起自发地瓦解。也就是说，读取脉冲导致短时地转移到亚稳定的具有减小的电阻值的第三状态（易失性电阻状态，VRS），但是在预先给定的松弛时间期满以后再次处于具有高电阻值的原始状态HRS。因此，VRS可以用于通过如下方式读取存储单元：存储单元在读取期间在任何情况下与状态HRS相比都具有减小的电阻值并且尽管如此其原始状态（LRS或HRS）在读取结束以后保持不变。也就是说，根据本专利技术的读取是非破坏性的。该功能亦称“选择器（Selektor）”。为了区分脉冲是将存储单元从HRS向VRS切换的读取脉冲还是将存储单元持久地从HRS向LRS切换的写入脉冲，仅仅由脉冲通过离子传导电阻材料来推动的离子的数目是决定性的。也就是说，可以使脉冲从写入脉冲变为读取脉冲，其方式是，将脉冲的高度相对于写入脉冲降低，其方式是，将脉冲的时长相对于写入脉冲缩短或者应用两种措施的组合。有利的是，缩短读取脉冲的时长，因为读取于是更快地起作用，并且此外在激励电路中不需要附加的用于读取脉冲的电压电平。亚稳定状态VRS下的电阻值可以是在稳定状态LRS中也出现的相同电阻值。在本专利技术的一个有利的扩展方案中，两种状态于是可以总是还以非破坏性地方式彼此相区分，譬如其方式是，在松弛时间期满以后以另一脉冲测量电阻值，所述另一脉冲的高度和时长被选择为使得其既不足以从HRS向VRS转移，又不足以从LRS向HRS转移。如果存储单元在第一脉冲以前处于状态HRS，则第一脉冲将存储单元置于状态VRS，该状态VRS在松弛时间期满以后又消失。第二脉冲因此又寄存（registriert）高电阻值。而如果存储单元在第一脉冲以前处于状态LRS，则该状态LRS长久地存在并且因此在松弛时间期满以后也还存在。第二脉冲因此寄存低电阻值。在本专利技术的一个特别有利的扩展方案中，选择状本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于读取电阻存储单元的方法，所述电阻存储单元具有两个通过离子传导电阻材料彼此间隔开的电极，所述电极能够通过施加写入电压从具有较高电阻值的稳定状态HRS转变到具有较低电阻值的稳定状态LRS，其方式是 ，写入电压推动离子通过离子传导电阻材料的迁移，并且沿着所述迁移的路线，形成经过离子传导电阻材料的导电路径，其中为了读取，施加与写入电压具有相同极性的读取电压，并且分析流经存储单元的电流，其特征在于，将读取电压作为读取脉冲来施加，其中在脉冲期间通过离子传导电阻材料被推动的离子的数目通过脉冲的高度和时长被调整为使得所述数目的离子足以从用于形成经过离子传导电阻材料的导电路径的状态HRS出发，至少直到使用流经所述路径的通过电流，并且因此足以转移到具有减小的电阻值和预先给定的用于回到状态HRS的松弛时间的亚稳定状态VRS，但是不足以转移到状态LRS。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.11 DE 102013020517.41. 用于读取电阻存储单元的方法，所述电阻存储单元具有两个通过离子传导电阻材料彼此间隔开的电极，所述电极能够通过施加写入电压从具有较高电阻值的稳定状态HRS转变到具有较低电阻值的稳定状态LRS，其方式是 ，写入电压推动离子通过离子传导电阻材料的迁移，并且沿着所述迁移的路线，形成经过离子传导电阻材料的导电路径，其中为了读取，施加与写入电压具有相同极性的读取电压，并且分析流经存储单元的电流，其特征在于，将读取电压作为读取脉冲来施加，其中在脉冲期间通过离子传导电阻材料被推动的离子的数目通过脉冲的高度和时长被调整为使得所述数目的离子足以从用于形成经过离子传导电阻材料的导电路径的状态HRS出发，至少直到使用流经所述路径的通过电流，并且因此足以转移到具有减小的电阻值和预先给定的用于回到状态HRS的松弛时间的亚稳定状态VRS，但是不足以转移到状态LRS。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成所述路径，电极的材料的离子或者离子传导电阻材料的氧离子通过离子传导电阻材料被推动。3. 根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，当导电路径包含通道势垒时，结束读取脉冲。4. 根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在松弛时间期满以后以另一脉冲测量电阻值，所述另一脉冲的高度和时长被选择为使得所述另一脉冲既不足以从HRS向VRS转移，又不足以从LRS向HRS转移。5. 根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，选择状态VRS，所述状态VRS的电阻值处于状态HRS和LRS的电阻值之间。6. 根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，选择如下的存储单元：所述存储单元能够通过具有相反极性的第二写入电压从稳定状态LRS被转变到稳定状态HRS。7. 根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，选择位于与另一存储单元的反串联的串联电路中的存储单元，并且读取脉冲通过所述串联电路来施加。8. 根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，选择10s或更小的松弛时间。9. 根据权利要求8述的方法，其特征在于，选择在10...
【专利技术属性】
技术研发人员：J范登胡尔克，E林，R瓦泽尔，I瓦洛夫，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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