作時(shí)，偏置電壓被施加到與存儲(chǔ)單元連接的第一信號(hào)線和第二信號(hào)線，以從存儲(chǔ)單元陣列110中包括的存儲(chǔ)單元之中選擇要執(zhí)行寫入操作或讀取操作的存儲(chǔ)單元。例如，設(shè)定寫入電壓、重置寫入電壓和讀取電壓中的一種電壓被施加到選擇的信號(hào)線(即，與選擇的存儲(chǔ)單元連接的信號(hào)線)，抑制電壓被施加到未選擇的信號(hào)線。經(jīng)由與信號(hào)線連接的開關(guān)來(lái)施加諸如設(shè)定寫入電壓、重置寫入電壓、讀取電壓和抑制電壓的偏置電壓。在本實(shí)施例中，電壓生成器140生成多個(gè)開關(guān)電壓，并根據(jù)施加到每個(gè)開關(guān)的偏置電壓的電壓電平，響應(yīng)于至少一個(gè)開關(guān)電壓而接通開關(guān)，以將偏置電壓施加到相應(yīng)的信號(hào)線。另外，電壓生成器140可以根據(jù)存儲(chǔ)裝置100的操作模式調(diào)整開關(guān)電壓的電壓電平。
[0057]在本實(shí)施例中，將偏置電壓施加到信號(hào)線的開關(guān)包括與同一信號(hào)線連接的至少兩個(gè)第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，并且所述至少兩個(gè)第一導(dǎo)電型MOS晶體管可以響應(yīng)于彼此不同的開關(guān)電壓而導(dǎo)通。在本實(shí)施例中，至少兩個(gè)第一導(dǎo)電型MOS晶體管可以是NMOS晶體管。
[0058]如上所述，根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，存儲(chǔ)裝置100根據(jù)存儲(chǔ)裝置100的操作模式而調(diào)整施加到信號(hào)線的偏置電壓的電壓電平和開關(guān)電壓的電壓電平以減小施加到開關(guān)的電壓的電壓電平。因此，可以提高存儲(chǔ)裝置100的耐久性，并且可以降低存儲(chǔ)裝置100的功耗。
[0059]此外，存儲(chǔ)控制器200和存儲(chǔ)裝置100可以集成到半導(dǎo)體裝置。例如，可以將存儲(chǔ)控制器200和存儲(chǔ)裝置100集成到半導(dǎo)體裝置，因此可以構(gòu)造存儲(chǔ)卡。作為一個(gè)示例，可以將存儲(chǔ)控制器200和存儲(chǔ)裝置100集成到半導(dǎo)體裝置，因此可以構(gòu)造PC卡(PCMCIA卡)、緊湊型閃存卡(CF卡)、智能媒體卡(SM卡)、記憶棒、多媒體卡(MMC、RS-MMC或MMCmicro、安全數(shù)字(SD)卡(SD、迷你SD或微型SD)或通用閃存(UFS)。作為另一個(gè)示例，可以將存儲(chǔ)控制器200和存儲(chǔ)裝置100集成到半導(dǎo)體裝置，因此可以構(gòu)造固態(tài)硬盤/驅(qū)動(dòng)(SSD)。
[0060]下面，將描述具有上述結(jié)構(gòu)的電阻式存儲(chǔ)系統(tǒng)I中包括的存儲(chǔ)裝置100的操作。
[0061]圖2是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖1的存儲(chǔ)裝置100的框圖。
[0062]參照?qǐng)D2，存儲(chǔ)裝置100包括存儲(chǔ)單元陣列110、寫入/讀取電路120、控制邏輯130和電壓生成器140。另外，存儲(chǔ)裝置100可以包括行解碼器150和列解碼器160。寫入/讀取電路120包括寫入電路121和讀取電路122。
[0063]存儲(chǔ)單元陣列110可以連接到多條第一信號(hào)線和多條第二信號(hào)線。另外，存儲(chǔ)單元陣列110可以包括分別布置在第一信號(hào)線和第二信號(hào)線彼此交叉的區(qū)域中的存儲(chǔ)單元。在下文中，假設(shè)第一信號(hào)線是位線BL，第二信號(hào)線是字線WL。
[0064]可以利用命令CMD來(lái)接收表示要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址ADDR，地址ADDR可以包括用于選擇存儲(chǔ)單元陣列110的字線WL的行地址X_ADDR以及用于選擇存儲(chǔ)單元陣列110的位線BL的列地址Y_ADDR。行解碼器150經(jīng)由字線WL連接到存儲(chǔ)單元陣列110，并且可以響應(yīng)于行地址X_ADDR而選擇至少一條字線WL。列解碼器160經(jīng)由位線BL連接到存儲(chǔ)單元陣列110，并且可以響應(yīng)于列地址Y_ADDR而選擇至少一條位線BL。
[0065]寫入/讀取電路120根據(jù)控制邏輯130的控制，可以將從外面輸入的數(shù)據(jù)DATA寫入到存儲(chǔ)單元陣列110中，或者可以感測(cè)并輸出已經(jīng)寫入在存儲(chǔ)單元陣列110中的數(shù)據(jù)。另夕卜，寫入/讀取電路120可以向控制邏輯130提供寫入結(jié)果或讀取結(jié)果。例如，寫入/讀取電路120可以執(zhí)行用于檢測(cè)寫入操作的結(jié)果的驗(yàn)證操作，并且可以向控制邏輯130提供驗(yàn)證結(jié)果(例如，通過(guò)或失敗(P/F)信號(hào))。
[0066]寫入/讀取電路120可以選擇性地連接到行解碼器150或列解碼器160因而選擇性地連接到字線WL或位線BL，以將數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)單元中或者從存儲(chǔ)單元中讀取數(shù)據(jù)。
[0067]寫入/讀取電路120包括寫入電路121和讀取電路122。寫入電路121經(jīng)由列解碼器160連接到被選擇的位線BL，以向被選擇的存儲(chǔ)單元MC提供執(zhí)行編程操作(即，寫入操作)的編程脈沖。相應(yīng)地，可以寫入要存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元陣列110中的數(shù)據(jù)DATA。這里，編程脈沖可以稱為寫入脈沖。在發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例中，編程脈沖可以是電流脈沖，在另一個(gè)實(shí)施例中，編程脈沖可以是電壓脈沖。
[0068]具體地，寫入電路121可以執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)單元MC編程的設(shè)定寫入操作使得存儲(chǔ)單元MC的電阻減小。另外，寫入電路121可以執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)單元MC編程的重置寫入操作使得存儲(chǔ)單元MC的電阻增大。
[0069]讀取電路122經(jīng)由列解碼器160連接到選擇的位線BL，并且可以感測(cè)所選擇的存儲(chǔ)單元MC的電阻電平以讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)DATA。如此，可以輸出存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元陣列110中的數(shù)據(jù)DATA。
[0070]具體地，如果從存儲(chǔ)控制器200發(fā)送讀取命令，則讀取電路122可以對(duì)存儲(chǔ)單元MC執(zhí)行常規(guī)的讀取操作。另外，讀取電路122可以執(zhí)行預(yù)讀取操作，S卩，在對(duì)存儲(chǔ)單元MC執(zhí)行寫入操作之前，對(duì)存儲(chǔ)單元MC執(zhí)行讀取操作以讀取存儲(chǔ)單元MC的初始電阻狀態(tài)。
[0071]此外，在對(duì)存儲(chǔ)單元MC執(zhí)行寫入操作之后，讀取電路122可以執(zhí)行用于確定對(duì)存儲(chǔ)單元MC的寫入操作是否完成的驗(yàn)證讀取操作。
[0072]在常規(guī)的讀取操作的情況下，讀取電路122可以將讀取數(shù)據(jù)DATA提供到存儲(chǔ)裝置的外部(例如，存儲(chǔ)控制器200)。另外，在預(yù)讀取操作和驗(yàn)證讀取操作的情況下，讀取電路122可以將讀取數(shù)據(jù)DATA或表示寫入/讀取操作是否成功的通過(guò)P/失敗F信號(hào)作為寫入/讀取操作的結(jié)果提供到存儲(chǔ)裝置100的內(nèi)部(例如，控制邏輯130或?qū)懭腚娐?21)。
[0073]在本實(shí)施例中，寫入電路121和讀取電路122可以連接到字線WL。在另一個(gè)實(shí)施例中，寫入電路121和讀取電路122可以連接到位線BL。在另一個(gè)實(shí)施例中，寫入電路121可以連接到字線WL，讀取電路122可以連接到位線BL。在另一個(gè)實(shí)施例中，寫入電路121可以連接到位線BL，讀取電路122可以連接到字線WL。
[0074]電壓生成器140可以基于電壓控制信號(hào)CTRL_vol生成對(duì)存儲(chǔ)單元陣列110執(zhí)行寫入、讀取和擦除操作的各種類型的電壓。電壓生成器140可以生成驅(qū)動(dòng)字線WL和位線BL的驅(qū)動(dòng)電壓(VDRV)(或偏置電壓)，例如，設(shè)定寫入電壓Vset、重置寫入電壓Vreset、讀取電壓Vread和抑制電壓Vinh。
[0075]電壓生成器140可以生成向行解碼器150或列解碼器160中包括的開關(guān)提供的多個(gè)開關(guān)電壓，例如，第一電壓VPPl和第二電壓VPP2。電壓生成器140可以根據(jù)存儲(chǔ)裝置100的操作模式(例如，設(shè)定寫入模式、重置寫入模式或讀取模式)改變開關(guān)電壓的電壓電平。為此，電壓生成器140包括電壓選擇器141。電壓選擇器141可以根據(jù)存儲(chǔ)裝置100的操作模式，從電壓生成器140生成的多個(gè)電壓或外面施加的電壓之中選擇第一電壓VPPl或第二電壓VPP2，并且輸出所選擇的電壓。因此，開關(guān)電壓的電壓電平可以根據(jù)存儲(chǔ)裝置100的操作模式而變化。然而，發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例不限于此。電壓生成器140可以根據(jù)存儲(chǔ)裝置100的操作模式，生成具有期望的電壓電平的第一電壓VPPl和第二電壓VPP2。
[0076]行解碼器150或列解碼器160可以通過(guò)使用從電壓生成器140提供的多個(gè)開關(guān)電壓(例如，第一電壓VPPl和第二電壓VPP2)而生成用于控制行解碼器150或列解碼器160中包括的開關(guān)的開關(guān)信號(hào)。將在下面參照?qǐng)D8A至圖14更詳細(xì)地描述此情況。
[0077]控制邏輯130可以基于從存儲(chǔ)控制器200發(fā)送的命令CMD、地址ADDR和控制信號(hào)CTRL而輸出用于將數(shù)據(jù)DATA寫入存儲(chǔ)單元陣列110或從存儲(chǔ)單元陣列110讀取數(shù)據(jù)DATA的各種控制信號(hào)。從控制邏輯130輸出的各種控制信號(hào)可以提供給寫入/讀取電路120、電壓生成器140、行解碼器150和列解碼器160。因此，控制邏輯130可以控制存儲(chǔ)裝置100中的整體操作。
[0078]具體地，控制邏輯130可以基于命令CMD和控制信號(hào)CTRL來(lái)生成操作控制信號(hào)CTRL_op，并且可以將操作控制信號(hào)CTRL_op提供給寫入/讀取電路120。
[0079]此外，控制邏輯130可以向行解碼器150提供行地址X_ADDR，并且可以向列解碼器160提供列地址Y_ADDR。
[0080]另外，控制邏輯130可以基于命令CMD、控制信號(hào)CTRL和從讀取電路122發(fā)送的P/F信號(hào)而生成電壓控制信號(hào)CTRL_vol。例如，電壓控制信號(hào)CTRL_vol可以包括表示存儲(chǔ)裝置100的操作模式的信號(hào)和用于控制通過(guò)電壓生成器140生成的電壓的電壓電平的信號(hào)?？刂七壿?30可以將生成的電壓控制信號(hào)CTRL_vol提供給電壓生成器140。
[0081]圖3是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖2的存儲(chǔ)單元陣列110的示例的電路圖。存儲(chǔ)單元陣列110可以包括多個(gè)存儲(chǔ)塊，圖3示出多個(gè)存儲(chǔ)塊的一個(gè)代表性的存儲(chǔ)塊。
[0082]參照?qǐng)D3，存儲(chǔ)單元陣列110包括水平結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)單元陣列110可以包括字線WLl至WLn、位線BLl至BLm以及存儲(chǔ)單元MC。由同一字線WL選擇的一組存儲(chǔ)單元MC可以定義為頁(yè)P(yáng)AGE。這里，在不脫離本教導(dǎo)的范圍的情況下，字線WL的數(shù)量、位線BL的數(shù)量以及存儲(chǔ)單元MC的數(shù)量可以根據(jù)示例性實(shí)施例而變化。圖3示出水平結(jié)構(gòu)的二維存儲(chǔ)器，但是發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例不限于此。S卩，存儲(chǔ)單元陣列110根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例可以是例如垂直結(jié)構(gòu)的三維存儲(chǔ)器。
[0083]根據(jù)本示例性實(shí)施例，每個(gè)存儲(chǔ)單元MC可以包括可變電阻裝置R和選擇裝置D。這里，可變電阻裝置R可以稱為可變電阻材料，選擇裝置D可以稱為開關(guān)裝置。
[0084]在本示例性實(shí)施例中，可變電阻裝置R連接在字線WLl至WLn中的一條字線和選擇裝置D之間，選擇裝置D連接在可變電阻裝置R和位線BLl至BLm中的一條位線之間。然而，本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例不限于此。S卩，選擇裝置D可以連接在字線WLl至WLn中的一條字線和可變電阻裝置R之間，并且可變電阻裝置R可以連接在選擇裝置D和位線BLl至BLm中的一條位線之間。
[0085]根據(jù)本示例性實(shí)施例，可變電阻裝置R可以通過(guò)對(duì)其施加的電子脈沖而切換到多個(gè)電阻狀態(tài)中的一種電阻狀態(tài)。在本示例性實(shí)施例中，可變電阻裝置R可以包括其結(jié)晶狀態(tài)根據(jù)電流的量而變化的相變材料。相變材料可以改變并可以是例如兩種元素的化合物GaSb、InSb、InSe、Sb2Te3S GeTe，三種元素的化合物 GeSbTe、GaSeTe、InSbTe、SnSb 2Te4SInSbGe 以及四種元素的化合物 AgInSbTe、(GeSn) SbTe、GeSb (SeTe)或 Te81Ge15Sb2S2。
[0086]相變材料可以擁有電阻相對(duì)高的非晶態(tài)和電阻相對(duì)低的晶態(tài)。相變材料的相可以被根據(jù)電流的量生成的焦耳熱所改變。此外，可以利用相變來(lái)寫入數(shù)據(jù)。
[0087]此外，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)示例性實(shí)施例，代替相變材料，可變電阻裝置R可以包括鈣鈦礦化合物、傳輸金屬氧化物、磁性材料、鐵磁材料或反鐵磁材料。
[0088]選擇裝置D可以連接在字線WLl至WLn中的一條字線與可變電阻裝置R之間，并且可以根據(jù)施加到所連接的字線和位線的電壓來(lái)控制至可變電阻裝置R的電流的供給。在本示例性實(shí)施例中，選擇裝置D可以是例如PN結(jié)二極管或PIN結(jié)二極管。二極管的陽(yáng)極可以連接到可變電阻裝置R，二極管的陰極可以連接到字線WLl至WLn中的一條字線。這里，當(dāng)二極管的陽(yáng)極和陰極之間的電壓差變得大于二極管的閾值電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通以將電流供給到可變電阻裝置R。在圖3中，選擇裝置D被示出為二極管，然而，發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例不限于此。即，在不脫離本教導(dǎo)的范圍的情況下，選擇裝置D可以是可作為開關(guān)的另一個(gè)裝置。
[0089]圖4是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的在圖3的存儲(chǔ)單元MC中包括的可變電阻器裝置R的圖。
[0090]參照?qǐng)D4，可變電阻裝置R包括第一電極ELl和第二電極EL2以及設(shè)置在第一電極ELl和第二電極EL2之間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)膜DS。
[0091]第一電極RLl和第二電極EL2可以由各種金屬、金屬氧化物或金屬氮化物形成。例如，第一電極ELl和第二電極EL2可以由鋁(Al)、銅(Cu)、氮化鈦(TiN)、氮化鈦鋁(TixAlyNz)、銥(Ir)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、多晶硅、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、鎳(Ni)、鈷(Co)、絡(luò)(Cr)、銻(Sb)、鐵(Fe)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、錫(Sn)、錯(cuò)(Zr)、鋅(Zn)、氧化銥(IrO2)或氧化錯(cuò)酸鎖(SrZrO3)形成。
[0092]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)膜DS可以是雙極電阻式存儲(chǔ)材料或單極電阻式存儲(chǔ)材料。雙極電阻式存儲(chǔ)材料可以根據(jù)脈沖的極性被編程為設(shè)定狀態(tài)或重置狀態(tài)，單極電阻式存儲(chǔ)材料可以是鈣鈦礦基的材料。此外，單極電阻式存儲(chǔ)材料可以根據(jù)相同極性的脈沖被編程為設(shè)定狀態(tài)或重置狀態(tài)，單極電阻式存儲(chǔ)材料可以是諸如N13J^ T1 x的過(guò)渡金屬氧化物。
[0093]圖5A至圖5C是示出圖3中所示的存儲(chǔ)單元MC的變型示例的電路圖。
[0094]參照?qǐng)D5A，存儲(chǔ)單元MCa包括可變電阻裝置Ra，可變電阻裝置Ra可以連接在位線BL和字線WL之間。存儲(chǔ)單元MCa可以使用施加到位線BL和字線WL的電壓來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0095]參照?qǐng)D5B，存儲(chǔ)單元MCb包括可變電阻裝置Rb和雙向二極管Db?？勺冸娮柩b置Rb可以包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電阻器材料。雙向二極管Db連接在可變電阻裝置Rb和字線WL之間，并且可變電阻裝置Rb連接在位線BL和雙向二極管Db之間。雙向二極管Db和可變電阻裝置Rb的各自的位置可以交換?？梢杂呻p向二極管Db來(lái)阻止流入非選擇的電阻器單元的泄漏電流。
[0096]參照?qǐng)D5C，存儲(chǔ)單元MCc包括可變電阻裝置Re和晶體管TR。晶體管TR可以是根據(jù)字線WL的電壓向可變電阻裝置Re供給電流或阻止電流的選擇裝置，即，開關(guān)裝置。晶體管TR連接在可變電阻裝置Re和源極線SL之間，可變電阻裝置Re連接在位線BL和晶體管TR之間。晶體管TR和可變電阻裝置Re各自的位置可以交換。可以根據(jù)導(dǎo)通/截止被字線WL驅(qū)動(dòng)的