相变存储器的数据读出电路制造技术

一种读电压/读电流可切换的相变存储器的数据读出电路，包括：箔位电压产生电路；预充电电路；箔位电路，具有产生箔位电流的第一工作模式和产生预放大电压的第二工作模式；读模式切换电路，在读模式选择信号控制下选择读电流模式或读电压模式；电流电压转换电路，读电流模式下，将箔位电流和参考电流进行运算，转换为互补的两路电压；比较放大电路，将选择的两路电压进行比较，输出读出结果；在读电流模式下，两路电压为电流电压转换电路转换后形成的两路电压；在读电压模式下，两路电压为预放大电压和读电压模式下的参考电压。相比于现有技术，本发明专利技术数据读出电路实现了读电压/读电流的切换，可以针对不同的负载条件选择与其相匹配的读模式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相变存储器，尤其涉及读电压/读电流可切換的相变存储器的数据读出电路。
技术介绍
相变存储器(PC-RAM)是ー种新型的阻变式非易失性半导体存储器，它与目前已有的多种半导体存储技术相比，具有低功耗，非挥发、高密度、抗辐照、非易失性、高速读取、循环寿命长(> IO13次)、器件尺寸可缩性(纳米级)，耐高低温(_55°C至125°C)、抗振动、抗电子干扰和制造エ艺简单(能和现有的集成电路エ艺相匹配)等优点 ，是目前被エ业界广泛看好的下一代存储器中最有力的竞争者，拥有广阔的市场前景。相变存储器以硫系化合物材料为存储介质，利用电脉冲或光脉冲产生的焦耳热使相变存储材料在非晶态(材料呈高阻状态)与晶态(材料呈低阻状态)之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过测量电阻的状态来实现。相变存储器中存储的数据(即相变单元的晶态或非晶态)要通过数据读出电路读取，考虑到其呈现出来的直观特性为低阻态或高阻态，因此，相变存储器都是通过在读使能信号及数据读出电路的控制下，向相变存储器的相变存储単元输入较小量值的电流或者电压，然后測量相变存储単元上的电压值或电流值来实现的。一般，数据读出电路通过发送ー个微小的电流值(电压值)给相变存储单元，此时读取位线的电压(电流)，如果位线电压较高(电流较小)则表示相变单元为高阻态，即“I”;如果位线电压较低(电流较大)则表示相变单元为低阻态，即“O”。然而，在读的过程中，当有电流流过相变存储单元时，相变存储単元会产生焦耳热，如果焦耳热的功率大于相变存储単元的散热效率时，这种热效应会影响相变存储单元的基本状态；同吋，当相变存储单元两端的电压差超过某ー个阈值时，相变材料内部载流子会发生击穿效应，载流子突然増加，表现出低阻的特性，但此时的材料本身并没有发生相变。上述两个现象即所谓的读破坏现象。为了避免出现上述的读破坏现象，数据读出电路需要满足以下要求读出电流(电压)必须非常小，以便产生焦耳热的功率不超过相变存储単元的散热效率；在容许的范围内选择适当大的读出电流(电压)时，必须保证读出速度非常快，以便使产生的焦耳热还来不及使単元的基本状态发生改变，而且，读出电流(电压)的最大值须小于相变単元的内部载流子击穿阈值，以防止相变材料内部载流子发生击穿效应。对于理想情况下的相变存储器，以上要求是可实现的。然而，在实际的相变存储器中，由于位线上的寄生电容的存在，会导致在满足上述要求的同时，使得读出电流(电压)的操作需要很长的时间。因为数据读出电路需要等待读出电流(电压)给位线电容充完电以后才能正确的读出相变存储単元的状态，这样便极大地制约了相变存储器的速度特性。一般来说，相变存储器读出电路可以分为读电流模式和读电压模式，其中，读电流模式的相变存储器读出电路相对于读电压模式的相变存储器读出电路具有更快的读出速率，而读电压模式的相变存储器读出电路相对于读电流模式的相变存储器读出电路具有更低的功耗。同时，读出速率和功耗均受到负载寄生电容的大小和相变存储単元高低阻态阻值区间的限制，而读出电路的负载寄生电容和相变存储単元的高低阻态阻值又与制作エ艺联系在一起，这些不确定的參数对如何设计出ー个高速低功耗的高性能读出电路构成了严重的挑战。因此，如何改善上述负载寄生电容和存储单元高低阻态阻值区间对读出数据耗时太长、高低阻态分辨率较低、功耗大等问题，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种读电压/读电流可切换的相变存储器的数据读出电路，用于解决在现有技术中数据读出速率与功耗不可兼得的问题。为解决上述及其他问题，本专利技术提供ー种读电压/读电流可切換的相变存储器的数据读出电路，所述相变存储器包括一个或多个相变存储单元，每ー个相变存储単元通过位线和字线与控制电路相连；所述数据读出数据包括箔位电压产生电路，用于产生箔位电压；预充电电路，在所述箔位电压的控制下对所述存储单元的位线进行快速充电；箔位电路，由箔位电压的控制，具有在读电流模式下对位线进行箔位而产生箔位电流的第一エ作模式和在读电压模式下对位线信号进行预放大而产生预放大电压的第二工作模式；读模式切换电路，在读模式选择信号控制下选择读电流模式或读电压模式，控制箔位电路执行对应读电流模式的第一工作模式或对应读电压模式的第二工作模式，以及选择需要比较的两路电压；电流电压转换电路，在所述读模式切換电路选择读电流模式的情况下，将产生的箔位电流和读电流模式下的參考电流进行运算进而转换为互补的两路电压；比较放大电路，将所述读模式切换电路选择的两路电压进行比较，输出读出结果在读电流模式下，所述读模式切換电路选择的两路电压包括所述电流电压转换电路转换后形成的互补的两路电压；在读电压模式下，所述读模式切換电路选择的两路电压包括箔位电路对位线信号进行预放大的预放大电压和读电压模式下的參考电压。可选地，所述数据读出电路还包括在所述位线上串接的位线传输门，使得所述预充电电路和所述箔位电流产生电路经由所述位线传输门与所述位线连接。可选地，所述数据读出电路还包括放电电路，用于在所述比较放大电路完成比较放大操作后泄放所述位线上和所述数据读出电路负载端的残存电荷。可选地，所述放电电路包括连接在所述预充电电路和地线之间的受控第一 nMOS管和连接在所述位线和地线之间的受控第二 nMOS管。可选地，所述数据读出电路还包括位线偏置电流电路，用于给位线提供偏置电流。可选地，所述位线偏置电流电路包括由两个pMOS管形成的电流镜结构，其中，第一 pMOS管的漏极与偏置电流源连接，第二 pMOS管的漏极与所述箔位电路连接。可选地，所述位线偏置电流电路分别处于读电压模式和读电流模式时其偏置电流源具有不同的电流。可选地，所述箔位电压产生电路包括电流源、连接成ニ极管形式的第一 nMOS管以及与第一 nMOS管串接的第二 nMOS管，第一 nMOS管的漏极与所述电流源的电流输出端连接，第一 nMOS管的栅极与第二 nMOS管的栅极连接，第一 nMOS管的源极与第二 nMOS管的漏极连接，第二 nMOS管的源极接地。可选地，所述预充电电路包括预充电开关管和与所述预充电开关管串联的预充电箔位nMOS管。可选地，所述箔位电路包括箔位nMOS管。可选地，所述读模式切换电路包括电流电压转换电路控制开关；比较放大电路输入信号选择开关，包括用于分别连接读电流模式下由电流电压转换电路产生的第一电压和比较放大器正输入端、读电压模式下预放大电压和比较放大器正输入端、读电流模式下由电流电压转换电路产生的第二电压和比较放大器负输入端、读电压模式下參考电压和比较放大器负输入端的四个传输门；以及用于对读模式选择信号进行反相而获得读模式选择信号反信号的反相器。可选地，读模式选择信号及其经过反相器的读模式选择信号反信号分别加载在四 个传输门的控制端以及电流电压转换电路控制开关控制端；当选择信号为“I”吋，电流电压转换电路控制开关关闭，连接在预放大电压和比较放大器正输入端的传输门以及连接在读电压模式參考电压和比较放大器负输入端的传输门导通；反之，当选择信号为“0”吋，电流电压转换电路控制开关打开，连接在读电流模式下由电流电压转换电路产生的第一电压和比较放大器正输入端的传输门以及连接在读电流模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种读电压/读电流可切换的相变存储器的数据读出电路，所述相变存储器包括一个或多个相变存储单元，每一个相变存储单元通过位线和字线与控制电路相连；其特征在于，所述数据读出数据包括：箔位电压产生电路，用于产生箔位电压；预充电电路，在所述箔位电压的控制下对所述存储单元的位线进行快速充电；箔位电路，由箔位电压的控制，具有在读电流模式下对位线进行箔位而产生箔位电流的第一工作模式和在读电压模式下对位线信号进行预放大而产生预放大电压的第二工作模式；读模式切换电路，在读模式选择信号控制下选择读电流模式或读电压模式，控制箔位电路执行对应读电流模式的第一工作模式或对应读电压模式的第二工作模式，以及选择需要比较的两路电压；电流电压转换电路，在所述读模式切换电路选择读电流模式的情况下，将产生的箔位电流与读电流模式下的参考电流进行运算，进而转换为互补的两路电压；比较放大电路，将所述读模式切换电路选择的两路电压进行比较，输出读出结果；在读电流模式下，所述读模式切换电路选择的两路电压包括所述电流电压转换电路转换后形成互补的两路电压；在读电压模式下，所述读模式切换电路选择的两路电压包括箔位电路对位线信号进行预放大的预放大电压和读电压模式下的参考电压。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜，陈后鹏，宋志棠，蔡道林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：