[发明专利]一种实现存储器多级存储的方法及装置

说明书

本发明涉及一种实现存储器多级存储的方法及装置，方法包括以下步骤：将存储器单元操作至低阻态；根据所述存储器单元的电阻变化特性，提取一组电脉冲，使得所述存储器单元的电阻随所述电脉冲个数的增加而线性增加；使用所述电脉冲来实现所述存储器的多级存储，并在每个脉冲操作后都紧随一个读操作，确认所述存储器单元的电阻值是否到达目标状态，用以控制脉冲操作的停止或继续。本发明能够降低功耗，提高效率，节约成本，提高多级存储成功率。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种实现存储器多级存储的方法及装置。

背景技术

随着大数据时代的到来，对高密度存储的需求越来越大。相变存储器作为下一代存储技术的有力竞争者，有着与CMOS工艺兼容性好、高速、低功耗、寿命高等优点。多级存储技术有助于相变存储器提高密度、降低成本，拓宽在存储领域的应用。传统相变存储器利用相变材料的非晶态(高阻)和晶态(低阻)的巨大电阻差异来存储数据，多级存储技术则利用两个状态之间的电阻态来实现中间态，这涉及到结晶成核以及非晶区域变大的过程，从而相变存储器每个单元能够存储多于一个比特的数据，可以使相变存储器以较低的成本实现高存储密度应用。

在多级存储的实现中，以每个存储单元存储两个比特(四个状态)信息时为例，一般是将单元电阻(通常取对数)的变化范围平均分成四个区间，每个区间分别对应一种状态。当相变存储器单元阻值处于某个区间范围时，则认为目前相变存储器处于该区间所对应的状态。使用逐渐增大的RESET电流目前将处于SET态的单元缓慢操作到不同状态是一种最常使用的相变存储器多级存储实现方法，单元阻值随着电流增大而逐渐增加。但是，均匀的电流步长下阻值的增加并不均匀，在电阻最大值和最小值附近增加缓慢，而在中间态变化相对较快。在电阻变化缓慢的区域，单元目标状态电阻范围所对应的电脉冲个数远远大于在电阻变化较快区域电阻范围所对应的电脉冲个数，导致在实现多级存储时功耗大，寿命短，速度慢；但是如果步长较大，在电阻变化较快的区域，一个脉冲就可能会使得单元电阻变化量较大而错过目标阻值范围，导致多级存储的成功率低等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现存储器多级存储的方法及装置，能够降低功耗，提高效率，节约成本，提高多级存储成功率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种实现存储器多级存储的方法，包括以下步骤：

(1)将存储器单元操作至低阻态；

(2)根据所述存储器单元的电阻变化特性，提取一组电脉冲，使得所述存储器单元的电阻随所述电脉冲个数的增加而线性增加；

(3)使用所述电脉冲来实现所述存储器的多级存储，并在每个脉冲操作后都紧随一个读操作，确认所述存储器单元的电阻值是否到达目标状态，用以控制脉冲操作的停止或继续。

所述步骤(2)包括以下子步骤：

(21)使用均匀步长的电脉冲对所述存储器单元从低阻态逐渐操作到高阻态，改变所述步长并重复上述操作，得到所述存储器单元的电脉冲-电阻曲线；

(22)根据所述电脉冲-电阻曲线确定不同步长下能够覆盖所述存储器单元阻值范围的电阻变化量区间，并提取对应的电脉冲；

(23)使用提取到的一组由小到大，步长不均匀的电脉冲将所述存储器单元从低阻态逐渐操作到高阻态，从而得到电阻随电脉冲个数线性变化的结果；

(24)对电脉冲进行调整，以得到能够使所述存储器单元电阻随电脉冲个数线性增加的一组电脉冲。

所述步骤(3)中每个脉冲操作后，都紧随一个读电阻脉冲，并判断所述存储器单元的电阻值是否处于目标区间范围，一旦电阻达到目标区间范围内，立即停止发送脉冲，使得所述存储器单元的电阻准确处于目标范围。

所述步骤(2)中的电脉冲为电压脉冲或电流脉冲。