用于讀取電阻存儲單元的方法以及用于執(zhí)行的存儲單元的制作方法
【專利摘要】在本發(fā)明的范圍內(nèi)，研發(fā)了一種用于讀取電阻存儲單元的方法，所述電阻存儲單元具有兩個通過離子傳導(dǎo)電阻材料彼此間隔開的電極，所述電極可以通過施加寫入電壓從具有較高電阻值的穩(wěn)定狀態(tài)（高阻態(tài)，HRS）被轉(zhuǎn)變到具有較低電阻值的穩(wěn)定狀態(tài)（低阻態(tài)，LRS）。根據(jù)本發(fā)明，為了讀取，將讀取電壓作為讀取脈沖來施加，其中在脈沖期間通過離子傳導(dǎo)電阻材料被推動的離子的數(shù)目通過脈沖的高度和時長被調(diào)整為使得所述數(shù)目的離子足以從用于形成經(jīng)過離子傳導(dǎo)電阻材料的導(dǎo)電路徑的狀態(tài)出發(fā)，至少直到使用流經(jīng)所述路徑的電流，并且因此足以轉(zhuǎn)移到具有減小的電阻值和預(yù)先給定的用于回到狀態(tài)HRS的松弛時間的亞穩(wěn)定狀態(tài)VRS（易失性電阻狀態(tài)），但是不足以轉(zhuǎn)移到狀態(tài)LRS。通過這種方式保證：存儲單元在讀取以后在任何情況下都再次處于與讀取以前相同的狀態(tài)。這尤其是使得由兩個存儲單元的反串聯(lián)電路構(gòu)成的存儲元件能夠以費破壞性方式被讀取，而這不減小由所述存儲元件實現(xiàn)大陣列的可能性。
【專利說明】
用于讀取電阻存儲單元的方法以及用于執(zhí)行的存儲單元
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于讀取電阻存儲單元的方法以及一種用于執(zhí)行該方法的電阻存儲單元?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]根據(jù)德國專利10 2009 023 153的由兩個電阻存儲單元的反串聯(lián)電路構(gòu)成的電阻存儲元件將DRAM工作存儲器的快速存取時間與快閃存儲器的非易失性相聯(lián)合，并且因此適于在計算機(jī)技術(shù)中將工作存儲器和大容量存儲器相結(jié)合。在所述存儲元件中，數(shù)字信息被編碼成兩個穩(wěn)定狀態(tài)〇和1，在所述穩(wěn)定狀態(tài)下，存儲元件分別具有高的總電阻。由此，在由許多存儲元件構(gòu)成的大陣列中，把在讀取各個存儲元件時產(chǎn)生的信號相疊加的寄生電流被最小化。
[0003]為了在讀取時能夠?qū)⒕哂写蟮男盘柶畹膬蓚€狀態(tài)彼此相區(qū)分，利用讀取電壓將存儲元件激勵為使得其從狀態(tài)1出發(fā)被轉(zhuǎn)變到具有小的總電阻的狀態(tài)0N，但是從狀態(tài)0出發(fā)卻不轉(zhuǎn)變。該讀取的缺點是破壞性的，也就是說，原始存在的1丟失，并且必須被重新寫入到存儲元件中。這耗費時間和能量，并且此外縮短了存儲元件的壽命，因為活性材料在每次寫入時都劣化少量的值，并且存儲器通常與寫入相比被更頻繁地讀取。
[0004]從德國專利10 2011 012 738中公知了，設(shè)計電阻存儲元件，使得其在狀態(tài)0和1下具有不同電容并且在讀取時非破壞性地檢測該區(qū)別。缺點是，該優(yōu)點必須通過如下方式來換取:由許多存儲單元構(gòu)成的陣列中的可用信號偏差隨著陣列大小的增加而非常快速地下降。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于讀取存儲單元的方法，利用該方法可以在由許多存儲元件構(gòu)成的陣列中解決非破壞性讀取與大信號偏差之間的目標(biāo)沖突。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的方法來解決。另外的有利擴(kuò)展方案從引用獨立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求中得出。
[0007]發(fā)明主題在本發(fā)明的范圍內(nèi)，研發(fā)了一種用于讀取電阻存儲單元的方法，所述電阻存儲單元具有兩個通過離子傳導(dǎo)電阻材料彼此間隔開的電極，所述電極可以通過施加寫入電壓從具有較高電阻值的穩(wěn)定狀態(tài)(高阻態(tài)，HRS)被轉(zhuǎn)變到具有較低電阻值的穩(wěn)定狀態(tài)(低阻態(tài)，LRS)。 該方法的前提是一種存儲單元，在該存儲單元中，寫入電壓推動離子通過離子傳導(dǎo)電阻材料的迀移，并且沿著該迀移的路線，形成經(jīng)過離子傳導(dǎo)電阻材料的導(dǎo)電路徑。為了讀取，施加與寫入電壓具有相同極性的讀取電壓，并且將流經(jīng)存儲單元的電流作為存儲單元的電阻值的度量進(jìn)行分析。
[0008]離子傳導(dǎo)電阻材料例如可以僅僅能傳導(dǎo)離子并且電絕緣。但是該材料也可以是電子的、例如半導(dǎo)體。依賴于電子傳導(dǎo)能力的是HRS和LRS的電阻值、以及尤其是所述電阻值之間的可用偏差。該材料尤其可以是固體電解質(zhì)。離子傳導(dǎo)能力是形成導(dǎo)電路徑的離子迀移所必需的。
[0009]離子例如可以是電極材料的離子。于是，這被稱為“電化學(xué)金屬化”存儲單元 (ECM)。但是離子、例如離子傳導(dǎo)電阻材料的氧離子也可以例如通過離子傳導(dǎo)電阻材料來推動。于是，這被稱為“價態(tài)變化機(jī)制”存儲單元(VCM)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，讀取電壓作為讀取脈沖被施加，其中在脈沖期間通過離子傳導(dǎo)電阻材料被推動的離子的數(shù)目通過脈沖的高度和時長被調(diào)整為使得所述數(shù)目的離子足以從用于形成經(jīng)過離子傳導(dǎo)電阻材料的導(dǎo)電路徑的狀態(tài)出發(fā)，至少直到使用流經(jīng)所述路徑的通過電流，并且因此足以轉(zhuǎn)移到具有減小的電阻值和預(yù)先給定的用于回到狀態(tài)HRS的松弛時間的亞穩(wěn)定狀態(tài)VRS(易失性電阻狀態(tài))，但是不足以轉(zhuǎn)移到狀態(tài)LRS。[〇〇11]已經(jīng)認(rèn)識到，在從狀態(tài)HRS轉(zhuǎn)移到狀態(tài)LRS時導(dǎo)電路徑的形成是一個逐漸的過程， 其速度和進(jìn)度由通過離子傳導(dǎo)電阻材料被推動的離子的供應(yīng)量來確定。因此，導(dǎo)電路徑的實現(xiàn)和穩(wěn)定性可以通過經(jīng)由離子傳導(dǎo)電阻材料被推動的離子的數(shù)目來精確地計量。從具有較高電阻值的狀態(tài)出發(fā)，該路徑隨著所運輸?shù)碾x子的數(shù)目增加從一個電極出發(fā)越來越向另一電極的方向前進(jìn)，直到實現(xiàn)作為允許通過電流經(jīng)過該路徑的首次接觸的通道接觸。通過該通道接觸的通過電流以指數(shù)形式依賴于通道勢皇的寬度。如果該寬度即使僅僅改變一個原子直徑，通道電流就已經(jīng)改變?nèi)齻€數(shù)量級。因此，通道接觸的穩(wěn)定性決定性地依賴于通道電流由多少原子承載。如果在接觸時存在以下原子，基本上整個通道電流通過所述原子流動，則在該原子擴(kuò)散離開或者通過其它熱或化學(xué)促使的過程從通道接觸中被除去時，該通道電流實際上崩潰。也就是說，如果通過離子傳導(dǎo)電阻材料被推動的離子恰好多得使得通道接觸恰好才實現(xiàn)，則該通道接觸是高度不穩(wěn)定的。如果現(xiàn)在推動另外的離子，則拆除首先仍然脆弱的通道接觸。通道電流通過路徑、尤其是路徑的尖端變得更寬和更厚來分布到更多原子上。同時，由離子傳導(dǎo)電阻材料構(gòu)成的通道勢皇通過路徑進(jìn)一步向另一電極的方向前進(jìn)而變得更小。在極端情況下，產(chǎn)生徹徹底底導(dǎo)通的經(jīng)過離子傳導(dǎo)電阻材料的路徑，使得通道勢皇完全消失。隨著通過離子傳導(dǎo)電阻材料被推動的每個另外的離子，路徑在運行溫度下的壽命變得更大，直到最后達(dá)到具有較低電阻值的穩(wěn)定狀態(tài)。路徑在運行溫度下的壽命等價于其破壞的松弛時間或者等價于為了其破壞所需的激活能量。
[0012]通道接觸恰好不穩(wěn)定得使得通道接觸可以以小的激活能量以及因此還以短的松弛時間又被破壞。因此，讀取可以更快速地進(jìn)行。因此，在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，當(dāng)導(dǎo)電路徑包含通道勢皇時，讀取脈沖被結(jié)束。
[0013]如果存儲單元在讀取脈沖開始以前已經(jīng)處于狀態(tài)LRS，則其電阻值不改變。而如果存儲單元在讀取脈沖開始以前處于狀態(tài)HRS，則形成經(jīng)過離子傳導(dǎo)電阻材料的導(dǎo)電路徑，該導(dǎo)電路徑僅僅是亞穩(wěn)定的并且在可通過脈沖的高度和時長、即通過所推動的離子的數(shù)目來調(diào)整的松弛時間期滿以后從讀取脈沖結(jié)束時起自發(fā)地瓦解。也就是說，讀取脈沖導(dǎo)致短時地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)定的具有減小的電阻值的第三狀態(tài)(易失性電阻狀態(tài)，VRS)，但是在預(yù)先給定的松弛時間期滿以后再次處于具有高電阻值的原始狀態(tài)HRS。
[0014]因此，VRS可以用于通過如下方式讀取存儲單元:存儲單元在讀取期間在任何情況下與狀態(tài)HRS相比都具有減小的電阻值并且盡管如此其原始狀態(tài)(LRS或HRS)在讀取結(jié)束以后保持不變。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的讀取是非破壞性的。該功能亦稱“選擇器(Selektor)”。[0〇15]為了區(qū)分脈沖是將存儲單元從HRS向VRS切換的讀取脈沖還是將存儲單元持久地從HRS向LRS切換的寫入脈沖，僅僅由脈沖通過離子傳導(dǎo)電阻材料來推動的離子的數(shù)目是決定性的。也就是說，可以使脈沖從寫入脈沖變?yōu)樽x取脈沖，其方式是，將脈沖的高度相對于寫入脈沖降低，其方式是，將脈沖的時長相對于寫入脈沖縮短或者應(yīng)用兩種措施的組合。有利的是，縮短讀取脈沖的時長，因為讀取于是更快地起作用，并且此外在激勵電路中不需要附加的用于讀取脈沖的電壓電平。
[0016]亞穩(wěn)定狀態(tài)VRS下的電阻值可以是在穩(wěn)定狀態(tài)LRS中也出現(xiàn)的相同電阻值。在本發(fā)明的一個有利的擴(kuò)展方案中，兩種狀態(tài)于是可以總是還以非破壞性地方式彼此相區(qū)分，譬如其方式是，在松弛時間期滿以后以另一脈沖測量電阻值，所述另一脈沖的高度和時長被選擇為使得其既不足以從HRS向VRS轉(zhuǎn)移，又不足以從LRS向HRS轉(zhuǎn)移。如果存儲單元在第一脈沖以前處于狀態(tài)HRS，則第一脈沖將存儲單元置于狀態(tài)VRS，該狀態(tài)VRS在松弛時間期滿以后又消失。第二脈沖因此又寄存(registries)高電阻值。而如果存儲單元在第一脈沖以前處于狀態(tài)LRS，則該狀態(tài)LRS長久地存在并且因此在松弛時間期滿以后也還存在。第二脈沖因此寄存低電阻值。
[0017]在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，選擇狀態(tài)VRS，該狀態(tài)VRS的電阻值處于狀態(tài)HRS和LRS的電阻值之間。于是，唯一讀取脈沖期間的電流測量就足以明確地確定存儲單元在脈沖開始以前是已經(jīng)處于狀態(tài)HRS還是處于狀態(tài)LRS。狀態(tài)VRS的電阻值由存儲單元的具體配置(材料和幾何形狀)與讀取脈沖的時長和高度的相互作用來確定。
[0018]狀態(tài)VRS的松弛時間應(yīng)當(dāng)至少長得以至于到該狀態(tài)的切換即使在多次從HRS向VRS 轉(zhuǎn)移以及返回以后或在HRS與LRS之間的分別導(dǎo)致離子傳導(dǎo)電阻材料的少量劣化的多次寫入過程以后仍然可靠地起作用。在另一方面，松弛時間確定讀取存儲單元時的工作速度。被證明是有利折中方案的是l〇ns與l〇ys之間的范圍內(nèi)的松弛時間。也已被證明為有利的是， 存儲單元的所打算的存儲時長至少為松弛時間的1000倍長。
[0019]在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，選擇如下的存儲單元:所述存儲單元可以通過具有相反極性的第二寫入電壓從穩(wěn)定狀態(tài)LRS被轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)HRS。存儲單元尤其可以是雙極切換存儲單元，其在絕對值方面與單極存儲單元相比需要更小的寫入電壓。易失性狀態(tài)VRS僅僅在從HRS向LRS的路線上出現(xiàn)，但是通常不在從LRS向HRS的相反路線上出現(xiàn)。為此需要將導(dǎo)電路徑恰好如此寬地展開，使得其在松弛時間期滿以后自發(fā)地重建。但是熱激活過程將系統(tǒng)基本上推動到較大熵的狀態(tài)，并且致力于破壞在存在導(dǎo)電路徑時存在的秩序。因此，在從HRS向LRS的路線上形成可用易失性中間狀態(tài)與在從LRS向HRS的路線上形成這樣的狀態(tài)相比是優(yōu)選的。
[0020]在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，選擇位于與另一存儲單元的反串聯(lián)的串聯(lián)電路中的存儲單元。同時，讀取脈沖通過該串聯(lián)電路來施加。尤其是可以選擇根據(jù)德國專利10 2009 023 153所述的被構(gòu)造成電阻雙單元的存儲元件。這樣的存儲元件具有兩個彼此可區(qū)分的狀態(tài)0和1，所述狀態(tài)以狀態(tài)組合HRS/LRS或LRS/HRS被編碼。在兩個狀態(tài)中，存儲元件具有高電阻值，使得在由許多存儲元件構(gòu)成的陣列中，經(jīng)過未被尋址的存儲元件的每個寄生電流路徑在至少一個位置處被中斷。由此，在大陣列中仍然也可以以足夠強(qiáng)的信號讀取各個存儲元件。
[0021]已經(jīng)認(rèn)識到，這樣的存儲元件可以利用根據(jù)本發(fā)明的方法以非破壞性的方式來讀取。通過反串聯(lián)接線，存儲元件的兩個存儲單元的寫入電壓具有不同的符號。這意味著，通過串聯(lián)電路施加的寫入電壓總是僅能影響兩個存儲單元之一。讀取脈沖在不限制一般性的情況下以如下極性被施加:該極性能夠?qū)⒌谝淮鎯卧獜姆€(wěn)定狀態(tài)HRS轉(zhuǎn)變到亞穩(wěn)定狀態(tài) VRS〇
[0022]如果存儲元件在讀取脈沖以前處于狀態(tài)HRS/LRS，則第一存儲單元通過讀取脈沖被轉(zhuǎn)變到狀態(tài)VRS，而第二存儲單元停留在狀態(tài)LRS。也就是說，在讀取脈沖期間，存在具有減小電阻值的狀態(tài)組合VRS/LRS，使得有可良好檢測的讀取電流流動。在松弛時間期滿以后，第一存儲單元再次回到狀態(tài)HRS，使得原始狀態(tài)組合HRS/LRS再次被建立。
[0023]如果存儲元件在讀取脈沖以前處于狀態(tài)LRS/HRS，則兩個電池單元中沒有存儲單元被切換，因為為此分別需要與讀取脈沖的極性相反的極性。因此，存儲元件停留在具有高電阻值的狀態(tài)，并且讀取脈沖僅僅推動經(jīng)過存儲元件的非常小的電流。[〇〇24] 按照根據(jù)德國專利10 2011 012 738的現(xiàn)有技術(shù)，通過相應(yīng)設(shè)計在兩個狀態(tài)HRS/ LRS和LRS/HRS中具有不同電容的存儲元件可以通過電容測量以非破壞性方式被讀取。在此可實現(xiàn)的電容差異當(dāng)前僅僅處于數(shù)量級因子10,因為該電容差異僅能通過部分地拋棄存儲元件的原來所期望的絕對對稱的構(gòu)造來實現(xiàn)。兩個狀態(tài)HRS/LRS與LRS/HRS之間的由此已經(jīng)相對小的信號偏差在由許多存儲元件構(gòu)成的陣列中進(jìn)一步減小，因為與同一位線上的當(dāng)前被尋址的存儲元件并聯(lián)的所有存儲元件都形成高的寄生電容。當(dāng)前切合實際的是40x40個存儲元件的陣列大小。
[0025]而根據(jù)本發(fā)明的讀取方法利用電阻值中的存儲元件的每個存儲單元在狀態(tài)HRS與 LRS之間轉(zhuǎn)移時都會經(jīng)歷的明顯更大的跳變。該跳變可以處于數(shù)量級因子106至108。如果單個存儲單元被尋址并且暫時被轉(zhuǎn)變到具有減小的電阻值的狀態(tài)，則由此導(dǎo)致的讀取電流非常大地大于經(jīng)過在相同位線上并聯(lián)的未被尋址的存儲元件的寄生電流。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的讀取方法所具有的效果是，對存儲元件的非破壞性讀取不必再以可用陣列大小的急劇減小來換取。[〇〇26]有利地選擇10s或更小的松弛時間。這表示了如下范圍:在該范圍中，回到狀態(tài)HRS 或停留在狀態(tài)LRS仍然是實際可控的。
[0027]在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，選擇1(T1()S和10、之間的、優(yōu)選在1(T9S 和10_6s之間的松弛時間。該時間覆蓋了對DRAM存儲器和大容量存儲器(快閃存儲器或硬盤) 的存取時間的范圍。研發(fā)電阻存儲器的目標(biāo)是一種將迄今為止分開的工作存儲器和大容量存儲器相統(tǒng)一的通用存儲器。所要求的范圍中的松弛時間例如出現(xiàn)在狀態(tài)LRS的電阻值為 10kQ和15kQ之間、優(yōu)選12.5kQ和13.5kQ之間的情況下、尤其是在電阻值為12.9kQ左右的情況下，在所述電阻值的情況下，狀態(tài)VRS由通道接觸中的一個或幾個原子來承載。原則上，狀態(tài)VRS的高電阻值伴隨著短的松弛時間，而相反地，低電阻值伴隨著長的松弛時間。精確的關(guān)系是材料和條件特定的。
[0028]根據(jù)業(yè)界迄今為止的觀點，寫入模式由于不充分的強(qiáng)度而將存儲單元從狀態(tài)HRS 出發(fā)轉(zhuǎn)變到亞穩(wěn)定狀態(tài)而不是轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)LRS的可能性是一種缺點。根據(jù)松弛時間，可能對應(yīng)用者造成的錯覺是:信息被可靠地存儲，而該信息實際上在短時間后就消失了。因此，為了存儲可靠性，迄今為止所追求的是在存儲單元中抑制亞穩(wěn)定狀態(tài)VRS的出現(xiàn)。但是至少嘗試，使這樣的狀態(tài)VRS的電阻值盡可能接近狀態(tài)HRS的電阻值，以便其在數(shù)字讀取存儲單元時始終作為HRS被寄存。在利用存儲單元的進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理中，從狀態(tài)VRS出發(fā)，至少進(jìn)一步處理出如下的正確陳述:存儲單元還未被切換到穩(wěn)定狀態(tài)LRS;僅僅表示已經(jīng)短時離開過穩(wěn)定狀態(tài)HRS的信息丟失。由此與狀態(tài)VRS已被錯誤地作為狀態(tài)LRS寄存相比，產(chǎn)生更小的錯誤。
[0029]因此，為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，恰好可以使用根據(jù)迄今為止的評估準(zhǔn)則由于缺乏穩(wěn)定性而被認(rèn)為是不合格的存儲單元。因此，本發(fā)明也涉及一種用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的存儲單元。存儲單元包括兩個電極和連接在所述電極之間的電阻存儲材料，所述存儲材料具有擁有較小電阻的穩(wěn)定狀態(tài)LRS和擁有較高電阻的穩(wěn)定狀態(tài)HRS。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，存儲材料可以轉(zhuǎn)變到亞穩(wěn)定的第三狀態(tài)VRS，其電阻值最高為狀態(tài) HRS的電阻值的十分之一，其中存儲材料從該狀態(tài)VRS出發(fā)在預(yù)先給定的松弛時間期滿以后轉(zhuǎn)移到狀態(tài)HRS。為了轉(zhuǎn)變到亞穩(wěn)定狀態(tài)，例如可以改變存儲材料本身，其方式例如是，為了形成經(jīng)過存儲材料的導(dǎo)電路徑而推動存儲材料的氧離子。但是例如為了形成這樣的導(dǎo)電路徑，可以推動電極之一的材料的離子經(jīng)過存儲材料。
[0031]已經(jīng)認(rèn)識到，根據(jù)迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)所不期望的狀態(tài)VRS可以通過其電阻值與狀態(tài)HRS的電阻值之間的所要求的間隔而成為在技術(shù)上能可靠地與狀態(tài)HRS相區(qū)分的狀態(tài)。 于是結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法，狀態(tài)VRS不再是不期望的效應(yīng)，而是豐富了存儲單元的非破壞性讀取的可能性。尤其是兩個這樣的存儲單元反串聯(lián)成存儲元件可以由此能夠非破壞性地讀取，而這不縮小由這些存儲元件實現(xiàn)大陣列的可能性。
[0032]存儲材料有利地是離子傳導(dǎo)電阻材料，通過該材料，在狀態(tài)LRS下導(dǎo)電路徑在兩個電極之間延伸。這樣的路徑通常逐漸地形成，使得其從狀態(tài)HRS出發(fā)尤其是可以通過施加到存儲單元上的電脈沖的高度和時長來控制，而不管是達(dá)到了狀態(tài)VRS還是狀態(tài)LRS。
[0033]狀態(tài)VRS的電阻值可以對應(yīng)于狀態(tài)LRS的電阻值。盡管如此通過等待松弛時間過去，可以與狀態(tài)LRS相區(qū)分。如果狀態(tài)在松弛時間期滿以后再次回到狀態(tài)HRS，則其曾是VRS; 如果狀態(tài)在松弛時間期滿以后還繼續(xù)存在，則其曾是穩(wěn)定狀態(tài)LRS。但是在各種情況下，狀態(tài)VRS的電阻值由于狀態(tài)VRS的不穩(wěn)定性而高于狀態(tài)LRS的電阻值。[〇〇34]狀態(tài)VRS的電阻值有利地為狀態(tài)LRS的電阻值的至少兩倍高、優(yōu)選至少五倍高以及完全特別優(yōu)選至少十倍高。于是，這兩個狀態(tài)在松弛時間期滿以前可以在技術(shù)上可靠地區(qū)分。
[0035]在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，狀態(tài)VRS的電阻值在10 Q和15k Q之間、 優(yōu)選在12.5k Q和13.5k Q之間。以當(dāng)前DRAM存取時間的數(shù)量級的松弛時間回到狀態(tài)HRS的狀態(tài)VRS可以特別簡單地利用作為存儲材料的離子傳導(dǎo)電阻材料來實現(xiàn)，通過該材料，不穩(wěn)定的導(dǎo)電路徑在兩個電極之間延伸。這樣的路徑在該路徑與電極至少之一之間的接觸僅僅由一個或幾個平行的通道路徑或者甚至僅僅由一個形成接觸的原子構(gòu)成時是特別不穩(wěn)定的。根據(jù)量子物理學(xué)，原子具有量子電導(dǎo)率e2/h或電阻值12.9kQ。因此在所要求的范圍中的電阻值的情況下，可以從以下出發(fā)，不是存在穩(wěn)定狀態(tài)LRS，而是存在狀態(tài)VRS，該狀態(tài)VRS 由于對路徑起分解作用的物理和/或化學(xué)力是不穩(wěn)定的。[〇〇36]狀態(tài)LRS的電阻值有利地為5k Q或更小、優(yōu)選2k Q或更小以及完全特別優(yōu)選lkQ 或更小。一方面，狀態(tài)LRS的電阻值于是可以特別良好地與狀態(tài)VRS相區(qū)分，并且另一方面，小的讀取電壓已經(jīng)導(dǎo)致可良好檢測的讀取電流。
[0037]在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，存儲材料是離子傳導(dǎo)電阻材料，其在從狀態(tài)HRS切換到狀態(tài)LRS時通過至少一個電極材料被電化學(xué)金屬化。在這樣的系統(tǒng)中，對導(dǎo)電路徑起分解作用的物理和化學(xué)力是特別大的，使得可以實現(xiàn)短的松弛時間。尤其是在這些存儲材料中，高電動力(EMK)形成分解過程的強(qiáng)烈推動力。
[0038]例如，存儲材料可以包含半導(dǎo)體，并且電極至少之一可以包含貴金屬。存儲元件于是通過以下方式轉(zhuǎn)移到狀態(tài)LRS(或VRS)，即半導(dǎo)體與貴金屬反應(yīng)以用于形成經(jīng)過存儲元件的導(dǎo)電路徑。半導(dǎo)體例如可以是鍺或硅，并且貴金屬例如可以是銀。在本發(fā)明的一個特別有利的擴(kuò)展方案中，存儲材料包含半導(dǎo)體與硫、硒或碲的化合物。該化合物尤其可以是硫化鍺 (GeSx)或者硒化鍺(GeSex)。通過該化合物的化學(xué)計量，于是可以調(diào)整:半導(dǎo)體多么強(qiáng)地被結(jié)合到該化合物中并且半導(dǎo)體的哪些物質(zhì)量可供用于形成導(dǎo)電路徑。半導(dǎo)體的供應(yīng)量越大， 則導(dǎo)電路徑的穩(wěn)定性就越快地增長。
[0039]類似效果可以利用如下存儲材料來實現(xiàn):該存儲材料包含所述電極至少之一中也含有的至少一種金屬的化合物。在此，該金屬尤其可以是銅或銀，并且該化合物可以作為另夕卜的元素尤其是包含硫、硒或蹄。例如，該化合物可以是AgxS、CuxS、AgxSe、CuxSe或者CuxTe。
[0040]針對該方法給定的全部公開內(nèi)容明確地也適用于存儲元件并且反之亦然。【附圖說明】
[0041]下面根據(jù)附圖闡述本發(fā)明的主題，而本發(fā)明的主題并不受此限制。其中:圖1:示出了在按照根據(jù)本發(fā)明的方法的兩個實施例(子圖a和b)進(jìn)行讀取時的電壓和電流的時間走向曲線。【具體實施方式】
[0042]圖1闡釋了利用根據(jù)本發(fā)明的方法非破壞性地讀取由兩個存儲單元A和B構(gòu)成的電阻存儲元件。在圖la中，讀取脈沖R通過其較小的高度與具有相同極性的寫入脈沖W相區(qū)分， 但是與寫入脈沖W持續(xù)恰好一樣長的時間。在圖lb中，讀取脈沖R通過其較短的時長與具有相同極性的寫入脈沖W相區(qū)別，但是恰好一樣高。在上面的曲線中分別繪出了施加在存儲元件上的電壓u( U關(guān)于時間t)的時間走向曲線，在下面的曲線中繪出了經(jīng)過存儲元件被推動的電流1(1關(guān)于時間t)的時間走向曲線。在圖la和lb的下部分別說明了在存儲元件中串聯(lián)的存儲單元A和B所處的狀態(tài)。存儲元件被極化，使得正的讀取或?qū)懭腚妷嚎梢詫⒋鎯卧狝 從狀態(tài)HRS向VRS或LRS轉(zhuǎn)變。[〇〇43]在開始時，存儲元件處于狀態(tài)LRS/HRS(0)。正的讀取脈沖(步驟1)對該狀態(tài)不做任何改變，使得存儲元件的總電阻高地保持，并且沒有值得一提的電流通過存儲元件被推動。 負(fù)的寫入脈沖(步驟2)將存儲元件切換到狀態(tài)HRS/LRS(1)。在此，該存儲元件保持為高歐姆的，使得始終沒有值得一提的電流流動。如果現(xiàn)在重新施加正的讀取脈沖(步驟3)，則將存儲單元A從HRS向VRS切換，并且存儲元件的總電阻下降。有可良好檢測的讀取電流流動。在讀取脈沖結(jié)束以后，存儲單元A又松弛回到狀態(tài)HRS，使得存儲元件總體上再次處于其在讀取脈沖開始以前曾經(jīng)所處的狀態(tài)。發(fā)生該松弛的時間刻度在圖1中被強(qiáng)烈夸張地示出。在步驟4中，最后通過正的寫入脈沖將存儲元件持久地轉(zhuǎn)變到狀態(tài)LRS/HRS(0)。
【主權(quán)項】
1.用于讀取電阻存儲單元的方法，所述電阻存儲單元具有兩個通過離子傳導(dǎo)電阻材 料彼此間隔開的電極，所述電極能夠通過施加寫入電壓從具有較高電阻值的穩(wěn)定狀態(tài)HRS 轉(zhuǎn)變到具有較低電阻值的穩(wěn)定狀態(tài)LRS，其方式是，寫入電壓推動離子通過離子傳導(dǎo)電阻 材料的迀移，并且沿著所述迀移的路線，形成經(jīng)過離子傳導(dǎo)電阻材料的導(dǎo)電路徑，其中為了 讀取，施加與寫入電壓具有相同極性的讀取電壓，并且分析流經(jīng)存儲單元的電流，其特征在于，將讀取電壓作為讀取脈沖來施加，其中在脈沖期間通過離子傳導(dǎo)電阻材料被推動的離 子的數(shù)目通過脈沖的高度和時長被調(diào)整為使得所述數(shù)目的離子足以從用于形成經(jīng)過離子 傳導(dǎo)電阻材料的導(dǎo)電路徑的狀態(tài)HRS出發(fā)，至少直到使用流經(jīng)所述路徑的通過電流，并且因 此足以轉(zhuǎn)移到具有減小的電阻值和預(yù)先給定的用于回到狀態(tài)HRS的松弛時間的亞穩(wěn)定狀態(tài) VRS，但是不足以轉(zhuǎn)移到狀態(tài)LRS。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了形成所述路徑，電極的材料的離子或 者離子傳導(dǎo)電阻材料的氧離子通過離子傳導(dǎo)電阻材料被推動。3.根據(jù)權(quán)利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)導(dǎo)電路徑包含通道勢皇時，結(jié)束 讀取脈沖。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在松弛時間期滿以后以另一脈沖 測量電阻值，所述另一脈沖的高度和時長被選擇為使得所述另一脈沖既不足以從HRS向VRS 轉(zhuǎn)移，又不足以從LRS向HRS轉(zhuǎn)移。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，選擇狀態(tài)VRS，所述狀態(tài)VRS的電阻 值處于狀態(tài)HRS和LRS的電阻值之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，選擇如下的存儲單元:所述存儲單 元能夠通過具有相反極性的第二寫入電壓從穩(wěn)定狀態(tài)LRS被轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)HRS。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，選擇位于與另一存儲單元的反串 聯(lián)的串聯(lián)電路中的存儲單元，并且讀取脈沖通過所述串聯(lián)電路來施加。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，選擇10s或更小的松弛時間。9.根據(jù)權(quán)利要求8述的方法，其特征在于，選擇在1(T1()S和10、之間、優(yōu)選在l(T9s和1(T 6s之間的松弛時間。10.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法的存儲單元，包括兩個電極和連接在 所述電極之間的電阻存儲材料，所述存儲材料具有擁有較小電阻的穩(wěn)定狀態(tài)LRS和擁有較 高電阻的穩(wěn)定狀態(tài)HRS，其特征在于，所述存儲材料能夠被轉(zhuǎn)變到亞穩(wěn)定的第三狀態(tài)VRS，所述第三狀態(tài)VRS的電阻值最高為 狀態(tài)HRS的電阻值的十分之一，其中所述存儲材料從所述狀態(tài)VRS出發(fā)在預(yù)先給定的松弛時 間期滿以后轉(zhuǎn)變到狀態(tài)HRS。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的存儲單元，其特征在于，所述存儲材料是離子傳導(dǎo)電阻材 料，通過所述材料，在狀態(tài)LRS下導(dǎo)電路徑在兩個電極之間延伸。12.根據(jù)權(quán)利要求10至11之一所述的存儲單元，其特征在于，狀態(tài)VRS的電阻值為狀態(tài) LRS的電阻值的至少兩倍高、優(yōu)選至少五倍高以及完全特別優(yōu)選至少十倍高。13.根據(jù)權(quán)利要求10至12之一所述的存儲單元，其特征在于，狀態(tài)VRS的電阻值在10k Q和15kQ之間、優(yōu)選在12.5kQ和13.5kQ之間。14.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一所述的存儲單元，其特征在于，狀態(tài)LRS的電阻值為5kQ 或更小、優(yōu)選2k Q或更小以及完全特別優(yōu)選lk Q或更小。15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的存儲單元，其特征在于，存儲材料是離子傳導(dǎo)電阻 材料，所述材料在從狀態(tài)HRS切換到狀態(tài)LRS時通過至少一個電極材料被電化學(xué)地金屬化。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲單元，其特征在于，存儲材料包含半導(dǎo)體，并且所述電 極至少之一包含貴金屬。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲單元，其特征在于，鍺或硅作為半導(dǎo)體。18.根據(jù)權(quán)利要求16至17之一所述的存儲單元，其特征在于，所述存儲材料包含半導(dǎo)體 與硫、硒或碲的化合物。19.根據(jù)權(quán)利要求16至18之一所述的存儲單元，其特征在于，銀作為貴金屬。20.根據(jù)權(quán)利要求15至19之一所述的存儲單元，其特征在于，所述存儲材料包含所述電 極至少之一中也含有的至少一種金屬的化合物。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲單元，其特征在于，所述金屬是銅或銀。22.根據(jù)權(quán)利要求20至21之一所述的存儲單元，其特征在于，所述化合物包含硫、硒或 碲。
【文檔編號】F16H48/40GK105980743SQ201480066846
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年10月29日
【發(fā)明人】J.范登胡爾克, E.林, R.瓦澤爾, I.瓦洛夫
【申請人】于利奇研究中心有限公司