[发明专利]存储器阵列装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种存储器阵列装置，特别是关于不受温度影响的存储器阵列装置。

背景技术

传统的相变化存储器操作在单极模式(unipolar mode)，其意味着复位电流及设定电流的方向相同。存储器状态是通过相变化物质的相来定义，相包含用来作为高电阻状态的非晶相(amorphous)，以及用来作为低电阻状态的结晶(crystalline)相。操作于单极模式下的存储单元具有小尺寸的存储单元阵列、在低温的范围(低于摄氏85)较佳的数据保存能力、以及可操作于高速的优点。

请参阅图1(a)，其为已知存储单元与单极寻址电路10的示意图。存储单元101包含第一电极1011、第二电极1012、以及位于第一电极1011与第二电极1012之间的存储材料1013。单极寻址电路102包含晶体管103、位线104、字线105、以及源极线107。

请参阅图1(b)，其为在单极操作下的栅极电压的波形图。横轴代表时间，以纳秒为单位，纵轴代表电压，以伏特为单位。在图1(b)中的波形WF1代表施加于晶体管103的栅极的电压V_g1的波形，电压V_g1等于施加于字线105的电压V_WL1。在图1(a)中的存储单元101受到寻址电路102的一第一偏压操作，该第一偏压操作可使存储单元101编程为高电阻状态。该第一偏压操作包含：施加电压V_BL1＝4伏特于位线104、施加电压V_WL1于字线105、施加电压Vsub＝0伏特于晶体管103的基底B、以及施加电压V_SL1＝0伏特于源极线107。

在图1(b)中，波形WF1的上升期间、波宽、以及下降期间分别为19纳秒、70纳秒、以及2纳秒，当电压V_WL1在19纳秒的上升期间从0伏特快速地上升至2.4伏特后，电压V_WL1在2.4伏特维持70纳秒，此时通过存储单元101的电流为相对较高的电流I1＝600微安培(如图1(a)所示)，然后电压V_WL1在2纳秒的下降期间从2.4伏特快速地下降至0伏特。波形WF1形成的高电流及快速下降过程，使存储材料1013形成非晶相，该非晶相会形成存储材料1013的高电阻状态。

请参阅图1(c)，其为已知存储单元与单极寻址电路的示意图。在图1(c)中的单极寻址电路112与图1(a)中的单极寻址电路102的差异在于所施加于字线105的电压V_WL2。请参阅图1(d)，其为在单极操作下的栅极电压的波形图。横轴代表时间，以纳秒为单位，纵轴代表电压，以伏特为单位。在图1(c)中的波形WF2代表施加于晶体管103的栅极电压V_g2的波形，栅极电压V_g2等于施加于字线105的电压V_WL2。在图1(d)中的存储单元101受到单极寻址电路102的一第二偏压操作，该第二偏压操作可使存储单元101擦除为低电阻状态。该第二偏压操作包含：施加电压V_BL1＝4伏特于位线104、施加电压V_WL2于字线105、施加电压Vsub＝0伏特于晶体管103的基底B、以及施加电压V_SL1＝0伏特于源极线107。

在图1(d)中，波形WF2的上升期间、波宽、以及下降期间分别为100纳秒、400纳秒、以及2000纳秒，当电压V_WL2在100纳秒的上升期间从0伏特上升至1.2伏特后，电压V_WL2在1.2伏特维持400纳秒，此时通过存储单元101的电流为相对较低的电流I2＝350微安培(如图1(c)所示)，然后电压V_WL2在2000纳秒的下降期间从1.2伏特相对缓慢地下降至0伏特。波形WF2形成的低电流及缓慢下降过程，使存储材料1013形成结晶相，该结晶相会造成存储材料1013的低电阻状态。

虽然操作于单极模式下的由存储单元101所形成的存储单元阵列具有较小尺寸、在低温的范围(低于摄氏85)较佳的数据保存能力、以及可操作于高速的优点，但是当存储单元101在非晶状态下却很容易受到高温的影响而产生热退火(annealing)，使得材料由非晶相转变为低电阻状态的结晶相，也就是说，存储于存储单元101的数据受到高温的影响而被擦除，此为操作于单极模式下的存储单元101的缺点。