用于使用電荷監(jiān)測(cè)形成存儲(chǔ)器單元的設(shè)備及方法
【專利說(shuō)明】用于使用電荷監(jiān)測(cè)形成存儲(chǔ)器單元的設(shè)備及方法
[0001]優(yōu)先權(quán)串請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)案主張2013年2月20日提出申請(qǐng)的第13/772，056號(hào)美國(guó)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，所述美國(guó)申請(qǐng)案以其全文引用的方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]例如計(jì)算機(jī)的設(shè)備及其它電子產(chǎn)品(例如，數(shù)字電視、數(shù)字相機(jī)、蜂窩式電話、平板計(jì)算機(jī)、游戲裝置、電子閱讀器及類似物)通常具有帶有用于存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器裝置。一些存儲(chǔ)器裝置可包含甚至在未經(jīng)供電時(shí)仍存儲(chǔ)信息的非易失性單元。
【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1圖解說(shuō)明一個(gè)實(shí)施例中的用于形成電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器單元的電路；
[0005]圖2A圖解說(shuō)明另一實(shí)施例中的用于形成電阻式存儲(chǔ)器單元的電路；
[0006]圖2B是圖解說(shuō)明圖2A的電路實(shí)施例的操作的時(shí)序圖；
[0007]圖3圖解說(shuō)明利用多個(gè)比較器來(lái)編程存儲(chǔ)器單元的電路；且
[0008]圖4是使用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一形成設(shè)備實(shí)施例的圖解說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0009]常見(jiàn)的非易失性存儲(chǔ)器形式包含快閃存儲(chǔ)器、EPROM(可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPR0M(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)及類似物。已開(kāi)發(fā)稱作電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)的相對(duì)新的非易失性存儲(chǔ)器形式，其使用新技術(shù)來(lái)形成存儲(chǔ)器單元。
[0010]在RRAM中，通過(guò)施加相對(duì)高電壓使電介質(zhì)通過(guò)細(xì)絲的形成傳導(dǎo)。用于制作RRAM的材料包含(但不限于)基于二元過(guò)渡金屬氧化物的材料、基于銅的材料及硫?qū)倩铩?br>[0011 ] 為形成或編程RRAM存儲(chǔ)器單元，將存儲(chǔ)器單元置于接通狀態(tài)中且施加特定電壓達(dá)特定時(shí)間量。形成RRAM存儲(chǔ)器單元的先前方法使用開(kāi)環(huán)控制，將固定電壓施加到每一存儲(chǔ)器單元達(dá)所設(shè)定時(shí)間量。典型電壓介于從約3伏特到約5伏特的范圍內(nèi)以形成存儲(chǔ)器單元且從約2伏特到約3伏特的范圍內(nèi)以編程所述存儲(chǔ)器單元，此取決于所使用的材料、包含厚度、位線/字線的電阻率、行及位線驅(qū)動(dòng)器差異及類似物的局部變化。典型形成時(shí)間介于從10納秒到100納秒的范圍內(nèi)。同樣，此值取決于用于形成單元的材料而變化。形成RRAM存儲(chǔ)器單元可首次被視為編程存儲(chǔ)器單元。
[0012]然而，上述技術(shù)可并非最優(yōu)的，這是因?yàn)槠鋵⒚恳?RRAM存儲(chǔ)器單元視為相同的。實(shí)際上，每一單元為稍微不同的。
[0013]—些單元需要較多電壓或電荷來(lái)形成存儲(chǔ)器單元。一些單元需要較少電壓或電荷。使用電壓及時(shí)間的固定值可在使用比所需要多的電力時(shí)導(dǎo)致過(guò)度電力消耗。使用過(guò)度電力量還可不利地影響RRAM存儲(chǔ)器單元的使用壽命。
[0014]相反，電壓及時(shí)間的相同固定值可不足以形成特定RRAM存儲(chǔ)器單元。使用不足電力量可導(dǎo)致有缺陷的RRAM存儲(chǔ)器單元。
[0015]圖1展示使用自適應(yīng)技術(shù)來(lái)形成RRAM存儲(chǔ)器單元的本發(fā)明的實(shí)施例的概述。用于形成存儲(chǔ)器單元的總電荷經(jīng)監(jiān)測(cè)。在圖1中，將形成存儲(chǔ)器單元110。出于清晰的目的，未圖解說(shuō)明可耦合到存儲(chǔ)器單元110的其它組件，例如其它存儲(chǔ)器單元、讀取/寫(xiě)入線、電力及類似物。然而，應(yīng)理解，存儲(chǔ)器單元操作所需的典型耦合將存在于各種實(shí)施例中。
[0016]當(dāng)開(kāi)關(guān)102閉合時(shí)，電壓Vin 101用于將電容器104充電。電容器104可包含離散電容器或寄生電容器。晶體管108配置為源極跟隨器配置。因此，可以以下方式計(jì)算存儲(chǔ)器單元110處的電壓(Veell):
[0017]Vcell= V prog - Vgs
[0018]其中VpragS晶體管108的柵極處的電壓且Vgs為晶體管108的柵極處的電壓與晶體管108的源處的電壓之間的差，此為晶體管108的固有性質(zhì)。
[0019]電容器104的使用使得用于形成存儲(chǔ)器單元110的電荷易于通過(guò)測(cè)量電容器的電壓Vmp(存在于節(jié)點(diǎn)105處)經(jīng)監(jiān)測(cè)。用于形成存儲(chǔ)器110單元的電荷可使用以下方程式計(jì)算:
[0020]Qset= AVcap^Cref
[0021]其中Craf為電容器104的電容，AVeap為節(jié)點(diǎn)105處的電壓的改變，且Qset為施加到存儲(chǔ)器單元110的總電荷。
[0022]通過(guò)適當(dāng)技術(shù)，可監(jiān)測(cè)形成存儲(chǔ)器單元110的過(guò)程。此后，可動(dòng)態(tài)地調(diào)整(例如，改變)用于形成存儲(chǔ)器單元110的電壓以考慮到存儲(chǔ)器單元110的特性。舉例來(lái)說(shuō)，如果存儲(chǔ)器單元I1正過(guò)于緩慢地消耗電荷(例如，在特定時(shí)間量之后經(jīng)監(jiān)測(cè)電荷低于特定(例如，預(yù)定)值)，借此過(guò)于緩慢地形成存儲(chǔ)器單元110，那么可增加Vprog使得存儲(chǔ)器單元110以較高速率消耗電荷。類似地，如果存儲(chǔ)器單元110正過(guò)于快速地消耗電荷，此可過(guò)于快速地形成存儲(chǔ)器單元110，那么可減小\_使得存儲(chǔ)器單元110以較低速率消耗電荷。
[0023]存在可用于監(jiān)測(cè)及控制存儲(chǔ)器單元的充電的數(shù)種技術(shù)。展示用于監(jiān)測(cè)電壓ν-的比較器的使用的實(shí)施例展示于圖2A中。電壓Vin 201、預(yù)充電開(kāi)關(guān)202、電壓Veap 205、電容器204、晶體管208、電壓Vprag 206及存儲(chǔ)器單元210起到類似于圖1中所展示的以類似方式編號(hào)的元件的作用。
[0024]比較器230耦合到電容器204。比較器230具有兩個(gè)輸入:正輸入232及負(fù)輸入234。參考電壓Vraf 220在參考電壓節(jié)點(diǎn)處耦合到負(fù)輸入234。比較器230還具有耦合到控制邏輯240的輸出236?？刂七壿?40具有耦合到電壓Vprog 206的輸出242及耦合到預(yù)充電開(kāi)關(guān)202的輸出244。在一個(gè)實(shí)施例中，Vprag 206為從4伏特到6伏特，Vin 201為從5伏特到7伏特，且Vraf 220為從3伏特到6伏特。電容器204的值可介于從大約100飛法拉(fF)到I毫微法拉(nF)的范圍內(nèi)。
[0025]比較器230經(jīng)配置使得當(dāng)電壓Veap 205降到低于電壓Vraf 220時(shí)輸出236跳脫。當(dāng)輸出236跳脫時(shí)，控制邏輯240可經(jīng)配置以降低(此在一些實(shí)施例中可包含關(guān)斷)電壓Vprog206。在其它實(shí)施例中，控制邏輯240可經(jīng)配置以在關(guān)于電壓、電荷或時(shí)序的特定經(jīng)監(jiān)測(cè)情形中升高電壓Vprog 206。
[0026]圖2B是圖解說(shuō)明圖2A的電路實(shí)施例的可能操作方案的時(shí)序圖。圖形250表示預(yù)充電開(kāi)關(guān)202的接通/關(guān)斷狀態(tài)，其中高值為接通且低值為關(guān)斷。圖形260表示Veap 205處的電壓。圖形270表示比較器230的輸出236。圖形280表示如由控制邏輯240控制的Vprog 206處的電壓。圖形290表示存儲(chǔ)器單元210處的電壓。圖形250、260、270、280、290中的每一者相對(duì)于增加的時(shí)間繪制。
[0027]在圖2B的圖形250、260、270、280、290的左手側(cè)，所有電平為低的。當(dāng)預(yù)充電開(kāi)關(guān)202接通(由移動(dòng)到高電平的圖形250的振幅表示)時(shí)，電容器204開(kāi)始充電，由圖形260中所展示的增加的電壓Veap 205所圖解說(shuō)明。在特定時(shí)間量之后，預(yù)充電開(kāi)關(guān)202關(guān)斷(由從高電平移動(dòng)到低電平的圖形250的振幅表示)。同時(shí)，當(dāng)電壓Vmp變得高于電壓V 220時(shí)比較器230的輸出236變高，如在圖形270中所圖解說(shuō)明。當(dāng)?shù)竭_(dá)開(kāi)始形成存儲(chǔ)器單元的過(guò)程的時(shí)間時(shí)，將電壓Vprag設(shè)定為高電平，如在圖形280中所展示。如在圖形260中所展示，響應(yīng)于將Vprog設(shè)定為高，電容器204開(kāi)始放電且電壓V 開(kāi)始減小。當(dāng)電壓V 變?yōu)榈陀陔妷篤raf時(shí)，比較器230的輸出236變低，如在圖形270中所見(jiàn)。此導(dǎo)致控制邏輯240關(guān)斷(例如，將Vprag的值減小到零)電壓Vprag，如在圖形280中所見(jiàn)。此導(dǎo)致存儲(chǔ)器單元210處的電壓變?yōu)榱?，因此完成形成RRAM存儲(chǔ)器單元的過(guò)程。
[0028]如上文所陳述，通過(guò)使用比較器230來(lái)監(jiān)測(cè)電容器204的電壓，可監(jiān)測(cè)流動(dòng)到存儲(chǔ)器單元210中的電荷。在圖2A及2B中所展示的實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上，比較器230正監(jiān)測(cè)形成存儲(chǔ)器單元210的過(guò)程。如果存儲(chǔ)器單元210比所期望形成地更快，那么電容器204將快速放電，從而導(dǎo)致Vprog被快速關(guān)斷。如果存儲(chǔ)器單元210比所期望形成地更緩慢，那么電容器204將更緩慢地放電，從而導(dǎo)致Vprog稍后被關(guān)斷，使得存儲(chǔ)器單元210經(jīng)受充電達(dá)較長(zhǎng)時(shí)間段。
[0029]圖3中展示編程電路的另一實(shí)施例。電壓Vin 301、預(yù)充電開(kāi)關(guān)302、電壓Veap 305、電容器304、晶體管308、電壓Vprog 306及存儲(chǔ)器單元310起到類似于圖1及2A中所展示的以類似方式編號(hào)的元件的作用。
[0030]此處，電容器304耦合到三個(gè)比較器360、370及380的正輸入。三個(gè)比較器360、370,380中的每一者的負(fù)輸入分別耦合到不同參考電壓Vrafl362、Vraf2372及Vraf3382。因此，電壓Vrafl362耦合到比較器360的負(fù)輸