基于相变材料的异或逻辑门制造技术

一种装置，包括：相变材料；第一电极，位于所述相变材料的第一端；第二电极，位于所述相变材料的第二端；以及加热元件，耦合到所述相变材料的在所述第一端和所述第二端之间的至少给定部分。该装置还包括耦合到加热元件的第一输入端子、耦合到加热元件的第二输入端子和耦合到第二电极的输出端子。耦合到第二电极的输出端子。耦合到第二电极的输出端子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于相变材料的异或逻辑门

技术介绍

[0001]本专利技术涉及半导体，更具体地，涉及用于形成半导体结构的技术。半导体和集成电路芯片在许多产品中已经变得普遍存在，特别是当它们在成本和尺寸上持续降低时。持续需要减小结构特征的尺寸和/或针对给定芯片尺寸提供更大数量的结构特征。通常，小型化允许以较低功率水平和较低的成本来提高性能。目前的技术处于或接近某些微型器件(例如逻辑门、场效应晶体管(FET)和电容器)的原子级尺度。

技术实现思路

[0002]本专利技术的实施例提供了利用相变材料实现XOR逻辑门的技术。
[0003]在一个实施例中，一种设备包括：相变材料、在相变材料的第一端处的第一电极、在相变材料的第二端处的第二电极以及加热元件，加热元件耦合到相变材料的在第一端与第二端之间的至少给定部分。该装置还包括耦合到加热元件的第一输入端子、耦合到加热元件的第二输入端子和耦合到第二电极的输出端子。
[0004]在另一实施例中，一种方法包括：向耦合到加热元件的第一输入端子提供第一电压，加热元件耦合到相变材料的在相变材料的第一端与相变材料的第二端之间的至少给定部分，相变材料的第一端耦合到第一电极，相变材料的第二端耦合到第二电极。该方法还包括向耦合到加热元件的第二输入端子提供第二电压以及测量耦合到第二电极的输出端子处的电压的幅度。
[0005]在另一实施例中，一种操作逻辑门的方法包括：响应于到逻辑门的两个或更多个输入中的一个输入为排他性地为真，将相变材料的至少给定部分设置为具有第一电阻率的第一相；响应于到逻辑门的两个或更多个输入中的两个输入为真，将相变材料的给定部分设置为具有比第一电阻率高的第二电阻率的第二相；以及基于耦合到相变材料的第一端的输入电极与耦合到相变材料的第二端的输出电极之间的测量电阻来确定逻辑门的输出逻辑状态。
[0006]在另一实施例中，一种系统包括两个或更多个逻辑门，两个或更多个逻辑门中的每一个包括一个或多个逻辑器件。在两个或多个逻辑门中的给定一个中的一个或多个逻辑器件中的至少一个包括基于相变材料的逻辑门，基于相变材料的逻辑门包括相变材料和加热元件，它们互连以使得当耦合到加热元件的第一输入端子和第二输入端子中的一个排他地处于真逻辑状态时，输出端子处于真逻辑状态。在给定逻辑门中的基于相变材料的逻辑门包括使能输出端子，该使能输出端子将加热元件耦合到两个或更多个逻辑门中的另一个逻辑门中的逻辑器件。
[0007]在另一个实施例中，一种方法包括：测量两个或更多个逻辑门中的第一逻辑门中的第一逻辑器件的使能输出端子处的电流，确定在第一逻辑门中的第一逻辑器件的使能输出端子处的测量电流是否超过指定的阈值使能电流，以及响应于确定在第一逻辑门中的第一逻辑器件的使能输出端子处的测量电流超过指定的阈值使能电流，触发两个或更多个逻辑门中的第二逻辑器件的使能输入端子。第二逻辑器件包括基于相变材料的逻辑门，基于
相变材料的逻辑门包括相变材料和加热元件，它们互连使得当耦合到加热元件的第一输入端子和第二输入端子中的一个排他地处于真逻辑状态时，输出端子处于真逻辑状态。
附图说明
[0008]图1描绘了根据本专利技术实施例的XOR逻辑门的电路图。
[0009]图2描绘了根据本专利技术的实施例的示出用于相变存储器件的置位脉冲和复位脉冲的曲线图。
[0010]图3描绘了示出根据本专利技术实施例的相变存储器件的编程的电阻和编程电流的曲线图。
[0011]图4描绘了根据本专利技术实施例的使用相变存储器件实现的XOR逻辑门。
[0012]图5描绘了根据本专利技术实施例的使用XOR逻辑门的多级逻辑系统，该XOR逻辑门是使用相变存储器件实现的。
[0013]图6描绘了根据本专利技术实施例的作为多级逻辑系统的一部分的使用相变存储器件实现的XOR逻辑门。
[0014]图7描绘了根据本专利技术实施例的使用XOR逻辑门的多级逻辑系统的使能控制电路，该XOR逻辑门是使用相变存储器件实现的。
[0015]图8描绘了根据本专利技术一实施例的图7多级逻辑系统中的图6测量的XOR逻辑门的时序控制图。
[0016]图9描绘了根据本专利技术实施例的包括一个或多个逻辑门的集成电路。
[0017]图10描绘了根据本专利技术实施例的包括多级逻辑系统的集成电路。
具体实施方式
[0018]本专利技术的说明性实施例可以在使用相变材料形成逻辑门的说明性方法以及使用这样的方法形成的说明性装置、系统和器件的上下文中描述。然而，应当理解，本专利技术的实施例不限于说明性方法、装置、系统和设备，而是相反地可更广泛地应用于其它合适的方法、装置、系统和设备。
[0019]XOR测量(“异或”)是当两个或更多个输入中的一个排他地为真时(例如，对于2输入XOR，当其输入不同时)输出“真”的逻辑运算。XOR门是一种数字逻辑门，当其输入中仅有一个为真时，其给出真输出(例如，1或高)。XOR门可以使用多个其它逻辑门来构造，例如AND门、OR门和NOT门的组合。图1示出了使用非门101、或门103和与门105构造的XOR门的电路图100。图1还示出了XOR逻辑运算的表150，其中给定A和B的输入值，示出了输出Q的值。目前没有单个设备可用于表示XOR逻辑。相反，如图1的电路图100所示，使用多个器件来表示XOR逻辑。
[0020]说明性实施例提供了用于执行仅需要单个相变存储器(PCM)器件的XOR逻辑的结构。因此，实施例可以显著地提高密度，因为单个PCM器件被用于代替用于执行XOR逻辑的传统晶体管。一些实施例进一步利用用于PCM装置的加热器设计和用于多级逻辑结构的使能端子的集合。
[0021]PCM是非易失性计算机存储器的一种类型。PCM器件使用例如硫族化物玻璃的某些材料的行为，其可以在施加热量的情况下在两种状态(例如，晶态和非晶态)之间“切换”。硫
族化物玻璃是相变材料的一个例子，其中相变材料的特征在于它以两种主要状态(例如，晶态和非晶态)存在。在非晶状态中，硫属化物玻璃或其它相变材料具有第一电阻(例如，高电阻)，而在结晶状态中，硫属化物玻璃或其它相变材料具有不同于第一电阻的第二电阻(例如，低电阻)。这样，相变材料可以用于表示两个二进制状态中的一个。
[0022]为了将相变材料在晶态和非晶态之间转换，可以施加电流，使得相变材料的温度被改变。例如，为了将相变材料(例如，硫族化物玻璃)从晶态“重置”到非晶态，可以施加高电流，使得相变材料的温度超过大约600摄氏度(℃)。这可能需要向相变材料施加持续几纳秒的电流脉冲。为了“设置”相变材料(例如，将相变材料从其非晶态转变到其晶态)，将相变材料(例如，硫族化物玻璃)加热到低于大约400℃和高于大约200℃的温度，并且在该温度下保持一段持续时间，然后允许根据施加到其上的电流脉冲的衰减形状来冷却。在一些情况下，设置相变材料所需的总时间高达100纳秒或更多。相变材料的“置位”时间通常比其“复位”时间长得多。然而，应注意，仅以实例方式呈现置位时间及复位时间的特定实例以及针对置位操作及复位操作所给定的特定温度范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：相变材料；在相变材料的第一端处的第一电极；在所述相变材料的第二端处的第二电极；加热元件，所述加热元件耦合到所述相变材料的在所述第一端与所述第二端之间的至少给定部分；耦合到所述加热元件的第一输入端子；耦合到所述加热元件的第二输入端子；以及耦合到所述第二电极的输出端子。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一输入端子包括第一二极管和第一电阻元件，所述第一二极管包括第一端子和第二端子，所述第一二极管的所述第二端子耦合到所述第一电阻元件，所述第一电阻元件耦合到所述加热元件。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二输入端子包括第二二极管和第二电阻元件，所述第二二极管包括第一端子和第二端子，所述第二二极管的所述第二端子耦合到所述第二电阻元件，所述第二电阻元件耦合到所述加热元件。4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括布置在所述加热元件与所述相变材料的所述给定部分之间的电绝缘导热层。5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括附加加热元件，所述附加加热元件耦合到所述相变材料的在所述第一端与所述第二端之间的另一部分，所述附加加热元件耦合到使能输入端子。6.根据权利要求5所述的设备，进一步包括布置在所述附加加热元件与所述相变材料的所述另一部分之间的电绝缘且导热层。7.根据权利要求1所述的设备，还包括耦合到所述加热元件的使能输出端子，所述使能输出端子耦合到附加器件的使能输入端子。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述相变材料和所述加热元件形成逻辑门的至少一部分，所述逻辑门被互连以使得当所述第一输入端子和所述第二输入端子中的一个排他地处于真逻辑状态时，所述输出端子处于真逻辑状态。9.一种系统，包括：两个或更多个逻辑门，所述两个或更多个逻辑门中的每一个包括一个或多个逻辑器件；在所述两个或更多个逻辑门中的给定逻辑门中的所述一个或多个逻辑器件中的至少一个逻辑器件包括基于相变材料的逻辑门，所述基于相变材料的逻辑门具有互连的如权利要求1至8中任一项所述的装置，使得当所述第一输入端子和所述第二输入端子中的一个输入端子处于真逻辑状态时，输出端子处于真逻辑状态；其中所述给定逻辑门中的所述基于相变材料的逻辑门包括将所述加热元件耦合到所述两个或更多个逻辑门中的另一个逻辑门中的逻辑器件的使能输出端子。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述给定逻辑门中的所述基于相变材料的逻辑门包括耦合到附加加热元件的使能输入端子，所述附加加热元件耦合到所述相变材料的至少另一部分。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述给定逻辑门中的所述基于相变材料的逻辑门的所述使能输入端子耦合到所述两个或两个以上逻辑门中的前一者中的逻辑装置的使
能输出端子。12.根据权利要求9所述的系统，其中所述给定逻辑门中的所述基于相变材料的逻辑门的所述使能输出端子耦合到所述两个或两个以上逻辑门中的后续逻辑门中的逻辑装置的使能输入端子。13.根据权利要求9所述的系统，其中所述后续逻辑门中的所述逻辑装置包括另一基于相变材料的逻辑门。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述给定逻辑门中的所述基于相变材料的逻辑门的所述输出端子耦合到另一加热元件的输入，所述另一加热元件耦合到所述后续逻辑门中的所述另一基于相变材料的逻辑门的相变材料。15.一种方法，包括：向耦合到加热元件的第一输入端子提供第一电压，所述加热元件耦合到相变材料的在所述相变材料的第一端与所述相变材料的第二端之间的至少给定部分，所述相变材料的所述第一端耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚南博，G，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：