[发明专利]存储装置和存储装置的操作方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2011年2月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-24575所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及包括通过存储层的电特性的变化来存储信息的存储元件的存储装置和该存储装置的操作方法。

背景技术

在诸如计算机等信息设备中，高速操作和高密度的动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)被广泛用作随机存取存储器。然而，在DRAM中，由于制造工艺比用于电子设备的一般的逻辑电路LSI(大规模集成电路，Large Scale Integrated Circuit)和一般的信号处理器更加复杂，所以制造成本高。另外，由于DRAM是断电后信息就无法保持的易失性存储器，所以必须频繁地进行刷新操作，也就是说，必须读出写入的信息(数据)，再次放大该信息，并且再写入该信息。

同时，近年来，已经研发出根据电流方向记录低电阻状态和高电阻状态的存储器，我们称之为双极型电阻随机存取存储器。另外，还提出了由上述双极型电阻随机存取存储器和选择晶体管的组合构成的非易失性存储单元，我们称之为1T1R型(一个晶体管配备一个存储元件)非易失性存储单元。例如，在由K.Aratani和其他12位作者共同完成的“具有高可扩性和纳秒级切换的新型电阻存储器(A Novel Resistance Memory with High Scalability and Nanosecond Switching)”(Technical Digest IEDM2007，第783-786页)中提出了一种特别有利于存储元件的微细加工限制的新型电阻随机存取存储器。

上面提到的“具有高可扩性和纳秒级切换的新型电阻存储器(A Novel Resistance Memory with High Scalability and Nanosecond Switching)”的电阻随机存取存储器具有这样的结构：其中，两个电极之间夹着含有金属的离子导体(存储层)。在该电阻随机存取存储器中，在两个电极中的一者中含有离子导体所含有的金属。因此，在两个电极施加有电压的情况下，电极中含有的上述金属扩散成为离子导体中的离子，于是离子导体的电阻值或电容等的电特性发生改变。通常，把存储元件的电阻状态从高电阻状态变为低电阻状态的操作被称为“设定操作(setting operation)”，与之相反地，把存储元件的电阻状态从低电阻状态变为高电阻状态的操作被称为“复位操作(resetting operation)”。

在上述双极型电阻随机存取存储器中，为了改善长期可靠性，提高数据(信息)的保持特性是很重要的。数据的保持特性的示例包括在上述设定操作时的保持特性和在上述复位操作时的保持特性。然而，在现有的设定操作方法和复位操作方法中，难以适当调节用于进行设定操作和复位操作的加载(stress application)步骤之间的强度平衡，并且也难以提高数据保持特性。上述的“加载步骤”在这里指的是对作为驱动对象的存储元件施加用于进行设定操作或复位操作的电流或电压等的步骤。因此，期望提出能够提高存储元件中的数据保持特性并且改善存储元件中的长期可靠性的方法。

发明内容

鉴于上述缺陷，本发明期望提供能够改善长期可靠性的存储装置和该存储装置的操作方法。

本发明的实施方案提供了一种存储装置，所述存储装置包括多个存储元件和驱动部，所述多个存储元件的电阻状态根据施加电压的极性而发生反转变化，所述驱动部选择性地将作为驱动对象的存储元件的电阻状态从低电阻状态变为高电阻状态或从所述高电阻状态变为所述低电阻状态。在用于将所述存储元件的电阻状态从所述低电阻状态和所述高电阻状态中的一个电阻状态变为另一个电阻状态的第一操作与用于将所述存储元件的电阻状态从所述另一个电阻状态变为所述一个电阻状态的第二操作中，在执行所述第一操作中，所述驱动部进行步进操作，在所述步进操作中，所述驱动部反复进行至少一次如下步骤：进行强加载步骤并随后进行弱加载步骤，所述强加载步骤用来施加用于对作为所述驱动对象的所述存储元件相对强地进行所述第一操作的加载，所述弱加载步骤用来施加用于对作为所述驱动对象的所述存储元件相对弱地进行所述第二操作的加载，并且接着进行所述强加载步骤。上述“加载”在这里表示对作为驱动对象的所述存储元件施加用于进行所述第一操作或所述第二操作的电流或电压等。