一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法及系统；读写控制方法包括：(1)当选定所操作的存储单元后，在存储单元的两端施加不同的偏置电压；(2)根据流过存储单元的电流大小获取当前存储单元中存储的数据；(3)如果当前操作为读操作，则输出数据；如果当前操作为写操作，则将写入的数据与读出的数据进行比较，并根据比较结果对存储单元进行相应操作。在本发明专利技术中，双阈值选通管需要电压型激励开启导通，相变存储介质需要电流型激励进行稳定复位、置位操作，本发明专利技术针对这两种性质，提出对1S1R结构的相变存储器进行切换不同激励源的操作方案，以达到对1S1R结构的相变存储器进行选通、读取、编程等操作控制的目的。

A Reading and Writing Control Method and System for Phase Change Memory Based on Double Threshold Gate Tube

【技术实现步骤摘要】
一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法及系统
本专利技术属于相变存储器
，更具体地，涉及一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法及系统。
技术介绍
相变存储器是基于某种硫系化合物薄膜的非易失性存储器，通过相变材料可在非晶态及晶态实现快速、可逆的变化来达到存储数据的功能，材料为非晶态时，表现为高阻态，表示数据‘0’，材料为晶态时，表现为低阻态，表示数据‘1’。传统相变存储器多使用1D1R，1T1R的存储单元结构，其中1T1R结构为一个晶体管与相变存储单元相连，该结构有利于外围电路对存储阵列进行控制，但在实现上一定程度上限制了存储阵列的规模；1D1R结构为一个二极管与相变存储单元相连，同样有效实现外围电路对存储阵列的控制，且阵列面积较小，但二极管的驱动能力较小，制造小尺寸能通过大电流的二极管的工艺较为复杂。还有一种基于双阈值选通器件的相变存储器，其存储单元的采用相变材料作为存储器元件的存储介质，同时使用双阈值选通器件作为控制流经存储介质电流的选择器，存储介质与选择器耦合形成存储单元，称为1S1R结构。由于双阈值选通器件的驱动能力较强，同时该种结构形成的存储单元面积也较小，有利于相变存储器的三维集成，因此是一种较为理想的存储单元结构。对该类型存储单元进行写、擦操作时，需先控制选择器开启，再将激励送入存储介质，改变存储介质的状态，进行操作。选择器的开通与关断通过控制其两端电压进行，当选择器两端的分压大于其开启的阈值电压时，选择器开启，允许电流通过存储单元；当选择器两端的分压小于其开启的阈值电压时，选择器关断，可流经存储单元的电流几乎为零。选择器开启后，送入激励改变存储介质的状态，存储介质状态的改变方向由接收到的热量及冷却方式决定：进行Set操作时，需相对低的热量及较缓的冷却过程实现；进行Reset操作时，需相对高的热量及迅速的冷却过程实现。本领域的实验表明，由于相变材料存在阈值效应，实际过程中一般采用电流型激励来进行Set和Reset操作。由于1S1R结构的存储单元为两端器件，进行选通过程及读、写过程均需通过两个端口进行。这就要求在对存储单元进行操作时，无论是选通过程还是读、写过程，选择器及存储单元必须且只能同时受到控制，因此针对此类新型的存储器，需提出一种新的读写方案及读写系统，实现其读写功能。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法及系统，旨在解决现有技术中使用单一激励类型操作1S1R结构相变存储器带来的控制复杂和稳定性较差的问题。本专利技术提供了一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法，包括下述步骤：(1)当选定所操作的存储单元后，在所述存储单元的两端施加不同的偏置电压；(2)根据流过所述存储单元的电流大小获取当前存储单元中存储的数据Data_Read；(3)如果当前操作为读操作，则输出数据Data_Read；如果当前操作为写操作，则将写入的数据Data_In与读出的数据Data_Read进行比较，并根据比较结果对所述存储单元进行相应操作。更进一步地，施加在所述存储单元两端的电压差Vread满足以下条件：Vth0＞Vread＞Vth1；其中，Vth0为相变存储单元为非晶态时开启所需的阈值电压，Vth1为相变存储单元为晶态时开启所需的阈值电压。更进一步地，在步骤(3)中，如果当前操作为写操作，且写入的数据Data_In等于读出的数据Data_Read时，则无需进行写操作，对该单元的操作周期结束。更进一步地，在步骤(3)中，如果当前操作为写操作，且写入的数据Data_In不等于读出的数据Data_Read时，则对所述存储单元进行编程操作。更进一步地，对所述存储单元进行编程操作具体为：对所述存储单元施加选通电压，选通管开启，选通管阻值降低；撤掉选通电压后对所述存储单元施加编程电流，存储介质发生相变，存储介质阻值变化；撤掉编程电流后对所述存储单元施加未选中状态下的偏置电压，选通管关闭，选通管阻值升高。更进一步地，选通存储单元时采用电压型激励，选通编程存储单元时采用电流型激励；且不同类型的激励之间的切换时间或者相同类型不同幅值的激励之间的切换时间小于双阈值选通管从开启到关闭的延迟时间。本专利技术还提供了一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制系统，包括：操作判断模块、脉宽控制模块、激励开关选择模块、地址译码模块、灵敏放大器模块、编程电流产生模块和电压偏置模块；所述操作判断模块的第一输入端用于接收写使能信号，操作判断模块的第二输入端用于接收读使能信号，操作判断模块的第三输入端用于接收输入数据；操作判断模块用于根据所述写使能信号、读使能信号和输入数据判断当前要执行的操作类型；所述脉宽控制模块的输入端连接至操作判断模块的输出端，脉宽控制模块用于根据要执行的操作类型生成一系列不同宽度的脉冲信号；所述地址译码模块的输入端用于接收地址信号，地址译码模块用于根据所述地址信号进行译码操作来确定选中的存储单元，并将译码结果输出；所述激励开关选择模块的第一输入端连接至脉宽控制模块的输出端，第二输入端连接至地址译码模块的输出端，激励开关选择模块用于根据所述脉冲信号以及所述译码结果输出WL电压控制信号、BL电压控制信号、Set控制信号、Reset控制信号和Read控制信号；所述灵敏放大器模块的输入端连接至激励开关选择模块的第一输出端，灵敏放大器模块用于根据所述Read控制信号读取选中的存储单元的存储数据，并输出至存储芯片；所述编程电流产生模块的第一输入端连接至激励开关选择模块的第二输出端，编程电流产生模块的第二输入端连接至激励开关选择模块的第三输出端，编程电流产生模块用于Set控制信号和Reset控制信号对选中的存储单元提供操作所需的电流，实现相变存储介质向晶态或者非晶态的转变；所述电压偏置模块的第一输入端连接至激励开关选择模块的第四输出端，电压偏置模块的第二输入端连接至激励开关选择模块的第五输出端，电压偏置模块用于根据所述WL电压控制信号和所述BL电压控制信号对选中和未选中的存储单元分别提供不同的电压偏置。更进一步地，脉宽控制模块包括：用于控制脉冲信号的顺序和宽度的同步状态机；所述同步状态机包括：空闲状态、读操作状态、选通操作状态、SET操作状态、RESET操作状态和结束状态；所空闲状态和结束状态输出未选中电压偏置控制信号；所读操作状态输出读脉冲控制信号；所选通操作状态输出选通电压脉冲控制信号；所SET操作状态输出SET电流脉冲控制信号；所RESET操作状态输出RESET电流脉冲控制信号。更进一步地，所述激励开关选择模块包括：逻辑门单元，用于对所述译码结果和所述脉宽控制模块输出的脉冲控制信号进行逻辑门运算后获得对应的控制信号。更进一步地，所述编程电流产生模块包括：运算放大器、电阻和电流镜，所述运算放大器对带隙基准电压进行钳位处理后获得带隙电压；所述带隙电压加载在所述电阻上获得编程电流，所述电流镜用于输出所述编程电流。更进一步地，不同类型的激励之间的切换时间或者相同类型不同幅值的激励之间的切换时间小于双阈值选通管从开启到关闭的延迟时间。本专利技术中，先施加一个选通电压，该电压根据相变存储介质的状态不同而不同；当相变存储介质处于晶态时，该选通电压较小；当相变存储介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)当选定所操作的存储单元后，在所述存储单元的两端施加不同的偏置电压；(2)根据流过所述存储单元的电流大小获取当前存储单元中存储的数据Data_Read；(3)如果当前操作为读操作，则输出数据Data_Read；如果当前操作为写操作，则将写入的数据Data_In与读出的数据Data_Read进行比较，并根据比较结果对所述存储单元进行相应操作。

【技术特征摘要】
1.一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)当选定所操作的存储单元后，在所述存储单元的两端施加不同的偏置电压；(2)根据流过所述存储单元的电流大小获取当前存储单元中存储的数据Data_Read；(3)如果当前操作为读操作，则输出数据Data_Read；如果当前操作为写操作，则将写入的数据Data_In与读出的数据Data_Read进行比较，并根据比较结果对所述存储单元进行相应操作。2.如权利要求1所述的相变存储器读写控制方法，其特征在于，施加在所述存储单元两端的电压差Vread满足以下条件：Vth0＞Vread＞Vth1；其中，Vth0为相变存储单元为非晶态时开启所需的阈值电压，Vth1为相变存储单元为晶态时开启所需的阈值电压。3.如权利要求1或2所述的相变存储器读写控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，如果当前操作为写操作，且写入的数据Data_In等于读出的数据Data_Read时，则无需进行写操作，对该单元的操作周期结束。4.如权利要求1-3任一项所述的相变存储器读写控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，如果当前操作为写操作，且写入的数据Data_In不等于读出的数据Data_Read时，则对所述存储单元进行编程操作。5.如权利要求4所述的相变存储器读写控制方法，其特征在于，对所述存储单元进行编程操作具体为：对所述存储单元施加选通电压，选通管开启，选通管阻值降低；撤掉选通电压后对所述存储单元施加编程电流，存储介质发生相变，存储介质阻值变化；撤掉编程电流后对所述存储单元施加未选中状态下的偏置电压，选通管关闭，选通管阻值升高。6.如权利要求1-4任一项所述的相变存储器读写控制方法，其特征在于，选通存储单元时采用电压型激励，选通编程存储单元时采用电流型激励；且不同类型的激励之间的切换时间或者相同类型不同幅值的激励之间的切换时间小于双阈值选通管从开启到关闭的延迟时间。7.一种基于双阈值选通管的相变存储器读写控制系统，其特征在于，包括：操作判断模块(401)、脉宽控制模块(402)、激励开关选择模块(403)、地址译码模块(404)、灵敏放大器模块(405)、编程电流产生模块(406)和电压偏置模块(407)；所述操作判断模块(401)的第一输入端用于接收写使能信号，操作判断模块(401)的第二输入端用于接收读使能信号，操作判断模块(401)的第三输入端用于接收输入数据；操作判断模块(401)用于根据所述写使能信号、读使能信号和输入数据判断当前要执行的操作类型；所述脉宽控制模块(402)...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鑑铭，毛奕陶，刘黛眉，阮鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42