[发明专利]相变存储器的数据读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及相变存储器，尤其涉及相变存储器的数据读出电路。

背景技术

相变存储器(PC-RAM)是一种新型的阻变式非易失性半导体存储器，它与目前已有的多种半导体存储技术相比，具有低功耗，非挥发、高密度、抗辐照、非易失性、高速读取、循环寿命长(＞10¹³次)、器件尺寸可缩性(纳米级)，耐高低温(-55℃至125℃)、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单(能和现有的集成电路工艺相匹配)等优点，是目前被工业界广泛看好的下一代存储器中最有力的竞争者，拥有广阔的市场前景。

相变存储器以硫系化合物材料为存储介质，利用电脉冲或光脉冲产生的焦耳热使相变存储材料在非晶态(材料呈高阻状态)与晶态(材料呈低阻状态)之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过测量电阻的状态来实现。

相变存储器中存储的数据(即相变单元的晶态或非晶态)要通过数据读出电路读取，考虑到其呈现出来的直观特性为低阻态或高阻态，因此，相变存储器都是通过在读使能信号及数据读出电路的控制下，向相变存储器的相变存储单元输入较小量值的电流或者电压，然后测量相变存储单元上的电压值或电流值来实现的。

一般，数据读出电路通过发送一个微小的电流值(电压值)给相变存储单元，此时读取位线的电压(电流)，如果位线电压较高(电流较小)则表示相变单元为高阻态，即“1”；如果位线电压较低(电流较大)则表示相变单元为低阻态，即“0”。然而，在读的过程中，当有电流流过相变存储单元时，相变存储单元会产生焦耳热，如果焦耳热的功率大于相变存储单元的散热效率时，这种热效应会影响相变存储单元的基本状态；同时，当相变存储单元两端的电压差超过某一个阈值时，相变材料内部载流子会发生击穿效应，载流子突然增加，表现出低阻的特性，但此时的材料本身并没有发生相变。上述两个现象即所谓的读破坏现象。

为了避免出现上述的读破坏现象，数据读出电路需要满足以下要求：读出电流(电压)必须非常小，以便产生焦耳热的功率不超过相变存储单元的散热效率；在容许的范围内选择适当大的读出电流(电压)时，必须保证读出速度非常快，以便使产生的焦耳热还来不及使单元的基本状态发生改变，而且，读出电流(电压)的最大值须小于相变单元的内部载流子击穿阈值，以防止相变材料内部载流子发生击穿效应。

对于理想情况下的相变存储器，以上要求是可实现的。然而，在实际的相变存储器中，由于位线上的寄生电容的存在，会导致在满足上述要求的同时，使得读出电流(电压)的操作需要很长的时间。因为数据读出电路需要等待读出电流(电压)给位线电容充完电以后才能正确的读出相变存储单元的状态，这样便极大地制约了相变存储器的速度特性。

传统的读电流模式(即输入电压读取相应电流)一般采取处于负反馈工作态时的运算放大器直接将箔位电压强制加载到相变单元所在位线上，进而通过将箔位电流和参考电流进行比较的方式实现。然而，由于位线寄生电容的存在和位线电压不能超过相变单元阈值电压的限制，其读取速度将受到严重制约。同时，对于高阻态的阻值和低阻态的阻值差值比较小时，所述数据读出电路的读出速度和所读得数据的可靠性也将受到严重制约。

另外，由于位线上或者读电路负载端的寄生电容的影响，在连续高速读取过程中数据读出电路负载端和位线上的残留电荷会影响下一次读取时的初始情况，从而产生数据串扰。

因此，如何改善上述读出数据耗时太长、高低组分辨率较低、可能出现串扰的问题，以及如何提高相变存储器的速度特性和数据可靠性，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变存储器的数据读出电路，用于解决在现有技术中数据读出电路中读取速度较慢、读出数据的可靠性较低或功耗较大的问题。

为解决上述及其他问题，本发明提供一种相变存储器的数据读出电路，所述存储存储器包括一个或多个相变存储单元，每一个相变存储单元通过位线和字线与控制电路连接；所述数据读出数据包括：箔位电压产生电路，用于产生箔位电压；预充电电路，在所述箔位电压的控制下对所述存储单元的位线进行快速充电；箔位电流产生电路，在所述箔位电压的控制下产生使所述位线维持在箔位平衡态时的箔位电流；箔位电流运算电路，将所述箔位电流进行求差和倍乘运算，增大高阻态时箔位电流和低阻态时箔位电流的差值；比较放大电路，将经过所述箔位电流运算电路运算处理后的箔位电流与参考电流比较，输出读出结果。

可选地，所述数据读出电路还包括在所述位线上串接的传输门，使得所述预充电电路和所述箔位电流产生电路经由所述传输门与所述位线连接。