電阻式隨機存取存儲單元的工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工作方法，且特別涉及一種電阻式隨機存取存儲單元的工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非易失性存儲器具有存入的數(shù)據(jù)在斷電后也不會消失的優(yōu)點，因此是許多電子產(chǎn)品維持正常操作所必備的存儲元件。目前，電阻式隨機存取存儲器(resistive randomaccess memory, RRAM)是業(yè)界積極發(fā)展的一種非易失性存儲器,其具有寫入操作電壓低、寫入抹除時間短、存儲時間長、非破壞性讀取、多狀態(tài)存儲、結(jié)構(gòu)簡單以及所需面積小等優(yōu)點，在未來個人電腦和電子設(shè)備上極具應用潛力。
[0003]然而，電阻式隨機存取存儲器仍有許多挑戰(zhàn)亟待克服，例如可變阻抗元件中的絲狀導電路徑(filament path)可能受高溫的影響而窄化或消失，進而影響位元的寫入。因此，如何降低高溫對可變阻抗元件中的絲狀導電路徑的影響則是設(shè)計電阻式隨機存取存儲器的一個重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種電阻式隨機存取存儲單元的工作方法，可使可變阻抗元件中移動的離子具有更長的移動時間，以降低移動的離子停留在主動層的比例，進而降低流失的離子因高溫活化而跳回到絲狀導電路徑的可能。因此，可降低高溫對可變阻抗元件中的絲狀導電路徑的影響。
[0005]本發(fā)明的電阻式隨機存取存儲單元的工作方法，其中電阻式隨機存取存儲單元包括串接的一可變阻抗元件及一開關(guān)元件。工作方法包括下列步驟。當開關(guān)元件導通時，提供一寫入信號至可變阻抗元件以設(shè)定可變阻抗元件的阻抗值。在一第一期間，設(shè)定寫入信號為一第一寫入電壓以傳送一第一電能至可變阻抗元件。在一第二期間，通過寫入信號傳送一第二電能至可變阻抗元件，其中第二期間的位于第一期間之后，第一電能及第二電能大于零，且第二電能小于第一電能。
[0006]基于上述，本發(fā)明實施例的電阻式隨機存取存儲單元的工作方法，在寫入電壓的期間后，寫入信號仍傳送能量至可變阻抗元件，以維持可變阻抗元件的熱化學效應，進而延長可變阻抗元件中的氧離子的移動時間。因此，移動的氧離子會遠離可變阻抗元件中的絲狀導電路徑，因此可降低高溫對可變阻抗元件中的絲狀導電路徑的影響。
[0007]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合說明書附圖作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0008]圖1為依據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式隨機存取存儲單元的電路示意圖。
[0009]圖2為依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的寫入信號的驅(qū)動波形示意圖。
[0010]圖3為依據(jù)本發(fā)明的第二實施例的寫入信號的驅(qū)動波形示意圖。
[0011]圖4A及圖4B分別為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的寫入信號的寫入效果示意圖。
[0012]圖5為依據(jù)本發(fā)明的第三實施例的寫入信號的驅(qū)動波形示意圖。
[0013]圖6為依據(jù)本發(fā)明的第四實施例的寫入信號的驅(qū)動波形示意圖。
[0014]圖7為依據(jù)本發(fā)明的第五實施例的寫入信號的驅(qū)動波形示意圖。
[0015]附圖標記說明:
[0016]100:電阻式隨機存取存儲單元
[0017]411 ?412、421 ?426:坐標點
[0018]El:第一電極
[0019]E2:第二電極
[0020]FPl:絲狀導電路徑
[0021]GND:接地電壓
[0022]Id:漏極電流
[0023]INO:氧離子
[0024]LMl ?LM3、LM51 ?LM54:維持電壓
[0025]Lffl ?LW4、Lff51 ?LW54:寫入電壓
[0026]Ml:晶體管
[0027]P21 ?P22、P31 ?P32、P51 ?P58、P61 ?P63、P71 ?P73:期間
[0028]SETl?SET4:寫入組合
[0029]SMl:切換媒介
[0030]VD:漏極電壓
[0031]VG:柵極控制電壓
[0032]VRE:可變阻抗元件
[0033]WRa?WRe:寫入信號
【具體實施方式】
[0034]圖1為依據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式隨機存取存儲單元的電路示意圖。請參照圖1，在本實施例中，電阻式隨機存取存儲單元100例如包括可變阻抗元件VRE及晶體管Ml (亦即開關(guān)元件)，其中可變阻抗元件VRE可以是電壓控制切換元件或電流控制切換元件。其中可變阻抗元件VRE耦接于漏極電壓VD及晶體管Ml的漏極之間，亦即可變阻抗元件VRE串接晶體管M1，晶體管的柵極接收一柵極控制電壓VG，晶體管的源極接收一接地電壓GND。并且,可變阻抗元件VRE具有第一電極E1、切換媒介(switching medium) SMl及第二電極E2，其中第一電極El的材質(zhì)例如是鈦(Ti)，切換媒介SMl的材質(zhì)例如是氧化鉿(Hf02)，第一電極El的材質(zhì)例如是氮化鈦(TiN)。
[0035]當設(shè)定可變阻抗元件VRE時，柵極控制電壓VG會提供至晶體管Ml的柵極以導通晶體管M1，而正極性的漏極電壓VD(亦即寫入信號WR)會提供至可變阻抗元件VRE，以使切換媒介SMl中的氧離子INO會受漏極電壓VD的影響移動至第一電極El。此時，切換媒介SMl中會形成氧空缺(oxygen vacancies)以形成絲狀導電路徑FPl,進而產(chǎn)生漏極電流Id,且漏極電流Id會流經(jīng)切換媒介SMl所構(gòu)成的絲狀導電路徑FPl。由于絲狀導電路徑FPl的產(chǎn)生，切換媒介SMl的阻抗值會大幅降低，亦即切換媒介SMl會為低阻抗狀態(tài)，代表邏輯電平 “I”。
[0036]另一方面，當重置可變阻抗元件VRE時，柵極控制電壓VG同樣會提供至晶體管Ml的柵極以導通晶體管M1，但是會提供負極性的漏極電壓VD至可變阻抗元件VRE，以使第一電極El中的氧離子INO會受漏極電壓VD及漏極電流Id的影響移回至切換媒介SM1。此時，切換媒介SMl中的氧空缺會消失，因此絲狀導電路徑FPl會消失。由于絲狀導電路徑FPl的消失，切換媒介SMl的阻抗值會大幅提高，亦即切換媒介SMl會為高阻抗狀態(tài)，代表邏輯電平“O”。
[0037]此外，當可變阻抗元件VRE為電壓控制切換元件，則柵極控制電壓VG可高于漏極電壓VD。當可變阻抗元件VRE為電流控制切換元件時，則柵極控制電壓VG可低于漏極電壓VD0
[0038]圖2為依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的寫入信號的驅(qū)動波形示意圖。請參照圖1及圖2，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，寫入信號WRa用以設(shè)定可變阻抗元件VRE。亦即當晶體管Ml導通時，提供寫入信號WRa至可變阻抗元件VRE以設(shè)定可變阻抗元件VRE的阻抗值。
[0039]在期間P21 (對應第一期間)中，設(shè)定寫入信號WRa為寫入電壓LWl (對應第一寫入電壓)，以引發(fā)切換媒介SMl中的氧離子INO開始移動，進而于可變阻抗元件VRE中形成絲狀導電路徑FP1。接著，在期間P22(對應第二期間)中，設(shè)定寫入信號WRa由寫入電壓Lffl遞減至接地電壓(即電壓O)，以延長切換媒介SMl中的氧離子INO的移動時間，增加絲狀導電路徑的形成，其中寫入信號WRa由寫入電壓LWl遞減至接地電壓的遞減期間假設(shè)為等于期間P22。
[0040]換言之，在期間P21中，會設(shè)定寫入信號WRa為寫入電壓LWl以傳送較大的第一電能(對應于寫入電壓LWl與期間P21的時間長度的乘積)至可變阻抗元件VRE，以觸發(fā)切換媒介SMl形成絲狀導電路徑FP1。并且，在接續(xù)于期間P2