專利名稱：：一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及微納電子學
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是指一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)及方法。技術(shù)背景相變存儲器技術(shù)是基于Ovshinsky在20世紀60年代末(Phys.Rev.Lett.,21,1450-1453,1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.,18,254~257,1971)提出的相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲介質(zhì)的構(gòu)想建立起來的，是一種價格便宜、性能穩(wěn)定的存儲器件。相變存儲器可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材的研究熱點也就圍繞其器件工藝展開器件的物理機制研究，包括如何減小器件料等。相變存儲器的基本原理是利用電脈沖信號作用于器件單元上，使相變材料在非晶態(tài)與多晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過分辨非晶態(tài)時的高阻與多晶態(tài)時的低阻，可以實現(xiàn)信息的寫入、擦除和讀出操作。相變存儲器由于具有高速讀取、高可擦寫次數(shù)、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗強震動和抗輻射等優(yōu)點，被國際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會認為最有可能取代目前的閃存存儲器而成為未來存儲器主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的器件。相變存儲器的讀、寫、擦操作就是在器件單元上施加不同寬度和高度的電壓或電流脈沖信號擦操作(RESET)，當加一個短且強的脈沖信號使器件單元中的相變材料溫度升高到熔化溫度以上后，再經(jīng)過快速冷卻從而實現(xiàn)相變材料多晶態(tài)到非晶態(tài)的轉(zhuǎn)換，即"1"態(tài)到"0"態(tài)的轉(zhuǎn)換；寫操作(SET)，當施加一個長且中等強度的脈沖信號使相變材料溫度升到熔化溫度之下、結(jié)晶溫度之上后，并保持一段時間促使晶核生長，從而實現(xiàn)非晶態(tài)到多晶態(tài)的轉(zhuǎn)換，即"0"態(tài)到"1"態(tài)的轉(zhuǎn)換；讀操作，當加一個對相變材料的狀態(tài)不會產(chǎn)生影響的很弱的脈沖信號后，通過測量器件單元的電阻值來讀取它的狀態(tài)。目前世界上從事相變存儲器研發(fā)工作的機構(gòu)大多數(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)的大公司，他們關(guān)注的焦點都集中在如何盡快實現(xiàn)相變存儲器的商業(yè)化上。由于相變存儲器在讀寫可靠性上還存在不足。目前解決的方式主要是通過讀反饋對相變存儲單元完成編程后，重新讀取相變存儲單元的值，與編程值相比較，如果一致，則表明編程成功，如果不一致，則對相變存儲單元再次進行編程。隨著工藝穩(wěn)定性的增加，需要重新編程的相變存儲單元必然會越來越少，但其數(shù)量之少又不足以能夠完全去處讀反饋操作。這時，如果仍然對每一個編程完畢的單元進行讀反饋操作，那么必然會浪費較大量的時間。因此，實有必要對現(xiàn)有的用于相變存儲器的編程速度做進一步改進。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，在提高相變存儲器編程操作可靠性的同時，不影響整體編程速度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，其包括編程模塊、讀取模塊，其特征在于該系統(tǒng)進一步包括讀反饋模塊，用于與編程模塊同時操作；臨時存儲載體，用于將上一次待寫入的數(shù)據(jù)保存其中，以供讀反饋模塊調(diào)用；比較模塊，用于比較讀反饋結(jié)果與上一或多個寫入數(shù)據(jù)是否相同；地址轉(zhuǎn)換模塊，用于通過地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，使得前后兩次編程的地址出現(xiàn)在同一條字線或位線上，或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中；兩個位線選通器件，用于分別控制讀取模塊和編程模塊。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，用于讀取模塊的位線選通器件采用薄氧柵和低壓控制，用于編程模塊的位線選通器件采用厚氧柵和高壓控制。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述地址轉(zhuǎn)換協(xié)議采用采用蛇形數(shù)據(jù)存儲順序。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述地址轉(zhuǎn)換模塊在相變存儲器外部，由外部的控制使得前后兩次編程數(shù)據(jù)處于同一字線或位線上，或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述地址轉(zhuǎn)換模塊在相變存儲器內(nèi)部，由內(nèi)部的邏輯控制電路控制使得前后兩次編程數(shù)據(jù)處于同一字線或位線上，或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，在字線和位線分別設(shè)計靈敏放大器。本發(fā)明進一步提供一種提高相變存儲器編程速度的方法，其中，該方法包括以下步驟步驟一，對存儲單元進行編程操作的同時，對上一個或多個經(jīng)過編程操作的單元進行讀反饋；步驟二，如果讀反饋結(jié)果與上一或多個寫入數(shù)據(jù)相同則進行下一個存儲單元的編程操作；如果不相同則在本存儲單元完成編程操作后，對上一個或多個存儲單元再進行一次編程操作；步驟三，將上一次待寫入的數(shù)據(jù)保存于寄存器中，以供讀反饋調(diào)用；步驟四，釆用地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，使得前后兩次編程的地址必須出現(xiàn)在同一條字線或位線上或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述的地址轉(zhuǎn)換協(xié)議可以是在存儲器外部完成地址轉(zhuǎn)換運算，也可以是在存儲器內(nèi)部完成地址轉(zhuǎn)換運算。本發(fā)明通過提供一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)及方法，對存儲單元進行編程操作的同時，對上一個或多個經(jīng)過編程操作的單元進行讀反饋。如果讀反饋結(jié)果與上一個或多個寫入數(shù)據(jù)相同則進行下一個存儲單元的編程操作；如果不相同則在本存儲單元完成編程操作后，對上一或多個存儲單元在進行一次編程操作。如此循環(huán)往復(fù)，將讀反饋與編程操作并行進行，在提高存儲其編程操作可靠性的同時，不影響整體編程速度。圖1是本發(fā)明一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)流程圖；圖2是本發(fā)明一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)設(shè)計原理示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實施作進一步的詳細描述-本發(fā)明涉及一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)及方法，在提高相變存儲器編程操作可靠性的同時，不影響整體編程速度的方法。對存儲單元進行編程操作的同時，對上一個或多個經(jīng)過編程操作的單元進行讀反饋。如果讀反饋結(jié)果與上一個或多個寫入數(shù)據(jù)相同則進行下一個存儲單元的編程操作；如果不相同則在本存儲單元完成編程操作后，對上一或多個存儲單元再進行一次編程操作。如此循環(huán)往復(fù)，將讀反饋與編程操作并行進行，在提高存儲其編程操作可靠性的同時，不影響整體編程速度。隨著工藝的進步和材料的穩(wěn)定，相變存儲器的編程可靠性必定會得到進一步的提高。但是由于相變存儲器編程機理，其編程還不足以能夠完全不依賴讀反饋方式?？紤]到在大量的編程操作過程中，每一次編程操作都需要在后面進行一次讀操作，這樣將大大減慢編程時間。另一方面，并不是每一次讀操作之后就必定會有再次編程，相反在較為理想的情況下，應(yīng)當是大多數(shù)讀反饋后不需要再有編程。正是基于這樣的前提，本發(fā)明的核心思想就是將讀反饋與編程操作同時進行，采用平行讀反饋方式對相變材料進行編程。這樣在不影響可靠性的前提下，極大地提升了相變存儲器編程速度，解決了可靠性與高速度之間的矛盾。本發(fā)明采用兩個位線選通器件分別控制讀取模式和編程模式。由于本發(fā)明的思想是相變存儲器的讀反饋與編程同時進行。如果按照常規(guī)的設(shè)計思路，由一個位線選通器件控制讀取模式與編程模式，那么無法實現(xiàn)讀反饋與編程同時進行的操作。所以，必須采用兩個位線選通器件分別控制讀取模式和編程模式。由于在大規(guī)模存儲器中，占有大量面積的是存儲器陣列，位線選通器件在整個版圖設(shè)計中所占的面積幾乎可以忽略不計。所以，增加一個位線選通器件對面積的影響可以忽略不計。本發(fā)明中，用于讀取模式的選通器件采用薄氧柵和低壓控制，以提高速度和降低功耗；用于編程模式的選通器件采用厚氧柵和高壓控制，以增加驅(qū)動電流。針對讀取模式，我們需要的是極高的速度和極低的功耗，另外需要降低讀取電流以防止讀破壞，采用薄氧器件和低壓控制可以實現(xiàn)上述目的。針對編程模式，我們需要的是大量的編程電流以使材料在晶態(tài)與非晶態(tài)間轉(zhuǎn)換。采用厚氧器件和高壓控制可以實現(xiàn)上述目的。本發(fā)明采用地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，使得前后兩次編程的地址必定出現(xiàn)在同一條字(位)線上。由于需要實現(xiàn)讀反饋與編程同時進行的思想，那么在使一條字(位)線有效的同時，不可以使其他的字(位)線有效，否則就會引起讀寫串擾。所以讀反饋與編程的存儲單元必須處于同一個字(位)線的控制。通過地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，可以使得前后兩次編程的地址必定出現(xiàn)在同一條字(位)線上。一方面，這個轉(zhuǎn)換協(xié)議可以在存儲器外部，由外部的控制使得存入存儲器的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)某種規(guī)律性，前后兩次編程數(shù)據(jù)處于同一字(位)線。另一方面，也可以由存儲器內(nèi)部邏輯控制電路完成地址轉(zhuǎn)換運算，實現(xiàn)上述功能。本發(fā)明針對上述地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，采用蛇形數(shù)據(jù)存儲順序。首先數(shù)據(jù)沿字(位)線方向存儲，當字(位)線方向數(shù)據(jù)都已存儲完成時，在字(位)線的末尾數(shù)據(jù)沿位(字)線方向存儲，然后再次沿字(位)線方向存儲。這樣可以保證前后兩次編程的地址必定出現(xiàn)在同一條字(位)線上。本發(fā)明還可以采用地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。由于需要實現(xiàn)讀反饋與編程同時進行的思想，在同一個存儲塊進行連續(xù)兩個數(shù)據(jù)的存儲的話必須要滿足這兩個數(shù)據(jù)位于同一字(位)線這一條件。然而，如果前后兩次編程的地址不在同一存儲塊中，那么即無需滿足上述條件。采用地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。一方面，這個轉(zhuǎn)換協(xié)議可以在存儲器外部，由外部的控制使得存入存儲器的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)某種規(guī)律性，前后兩次編程數(shù)據(jù)處于同一字(位)線。另一方面，也可以由存儲器內(nèi)部邏輯控制電路完成地址轉(zhuǎn)換運算，實現(xiàn)上述功能。為進一步闡明本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著的進步，下面通過實施例描述本發(fā)明請參照圖1所示的平行讀反饋編程方式流程圖。在編程的同時，對上一單元進行讀反饋。讀反饋過程與編程過程同時進行，使讀反饋過程不占用編程時間。如果讀反饋所得結(jié)果與待編程的數(shù)據(jù)一樣，那么則表明上一次編程操作結(jié)束；如果讀反饋所得結(jié)果與待編程的數(shù)據(jù)不一致，那么則等待本次編程操作全部完成以后，重新進行上一次編程操作。通過設(shè)定狀態(tài)機的運行方式，可以使讀反饋、編程、再編程在各自的時序中，串行或并行地進行。請參照圖2所示平行讀反饋編程方式的設(shè)計原理示意圖。包括整個存儲模塊100、寫驅(qū)動電路110、靈敏放大器lll、編程選通門112、讀選通門113，存儲單元114。可采用的編程順序如圖2所示，呈"蛇"形。這樣不管何種情況都可以使得前后連續(xù)兩位的編程單元處于同一字(位)線。假定要編程(WL2，BL0)與(WL2，BL1)這兩個單元。則在編寫(WL2，BL1)這一單元的同時，靈敏放大器開始讀取(WL2，BLO)這一單元的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與要寫入(WL2，BL0)的數(shù)據(jù)比較；如果一致，則表明上一次編程操作完成；如果不一致，則對(WL2，BL0)再進行一次編程操作。表1顯示了在編程(WL2，BL1)這一個單元的時候，各條字線、位線的電平。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。如，采用地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，將前后兩個數(shù)據(jù)寫入不同的存儲塊中等特征均不脫離本發(fā)明精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。權(quán)利要求1.一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，其包括編程模塊、讀取模塊，其特征在于該系統(tǒng)進一步包括讀反饋模塊，用于與編程模塊同時操作；臨時存儲載體，用于將上一次待寫入的數(shù)據(jù)保存其中，以供讀反饋模塊調(diào)用；比較模塊，用于比較讀反饋結(jié)果與上一或多個寫入數(shù)據(jù)是否相同；地址轉(zhuǎn)換模塊，用于通過地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，使得前后兩次編程的地址出現(xiàn)在同一條字線或位線上，或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中；兩個位線選通器件，用于分別控制讀取模塊和編程模塊。2.如權(quán)利要求1所述的一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，其特征在于用于讀取模塊的位線選通器件采用薄氧柵和低壓控制，用于編程模塊的位線選通器件采用厚氧柵和高壓控制。3.如權(quán)利要求2所述的一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，其特征在于所述地址轉(zhuǎn)換協(xié)議采用蛇形數(shù)據(jù)存儲順序。4.如權(quán)利要求2所述的一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，其特征在于所述地址轉(zhuǎn)換模塊在相變存儲器外部，由外部的控制使得前后兩次編程數(shù)據(jù)處于同一字線或位線上；或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。5.如權(quán)利要求2所述的一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，其特征在于所述地址轉(zhuǎn)換模塊在相變存儲器內(nèi)部，由內(nèi)部的邏輯控制電路控制使得前后兩次編程數(shù)據(jù)處于同一字線或位線上；或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。6.如權(quán)利要求2所述的一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)，其特征在于在字線和位線分別設(shè)計靈敏放大器。7.—種應(yīng)用權(quán)利要求1至6任一項所述系統(tǒng)提高相變存儲器編程速度的方法，其特征在于該方法包括以下歩驟步驟一，對存儲單元進行編程操作的同時，對上一個或多個經(jīng)過編程操作的單元進行讀反饋；步驟二，如果讀反饋結(jié)果與上一或多個寫入數(shù)據(jù)相同則進行下一個存儲單元的編程操作；如果不相同則在本存儲單元完成編程操作后，對上一個或多個存儲單元再進行一次編程操作；步驟三，將上一次待寫入的數(shù)據(jù)保存于寄存器中，以供讀反饋調(diào)用；步驟四，采用地址轉(zhuǎn)換協(xié)議，使得前后兩次編程的地址必須出現(xiàn)在同一條字線或位線上或使得前后兩次編程的地址不出現(xiàn)在同一個存儲塊中。8.如權(quán)利要求7所述的提高相變存儲器編程速度的方法，其特征在于所述的地址轉(zhuǎn)換協(xié)議可以是在存儲器外部完成地址轉(zhuǎn)換運算，也可以是在存儲器內(nèi)部完成地址轉(zhuǎn)換運算。全文摘要本發(fā)明涉及一種提高相變存儲器編程速度的系統(tǒng)及方法，對存儲單元進行編程操作的同時，對上一個或多個已經(jīng)過編程操作的單元進行讀反饋。如果讀反饋結(jié)果與上一個或多個寫入數(shù)據(jù)相同則進行下一個存儲單元的編程操作；如果不相同則在本存儲單元完成編程操作后，對上一或多個存儲單元再進行一次編程操作。如此循環(huán)往復(fù)，將讀反饋與編程操作并行進行，在提高存儲其編程操作可靠性的同時，不影響整體編程速度。文檔編號G11C11/56GK101329909SQ20081004095公開日2008年12月24日申請日期2008年7月24日優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日發(fā)明者晟丁,波劉,宋志棠,封松林,蔡道林,陳小剛,陳邦明申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所