专利名称：抵消阻抗漂移效应的存储器读取方法
技术领域：
本发明涉及读取计算机存储器，更具体地说，涉及读取在一段时间内呈现阻抗漂移的相变存储器。
背景技术：
计算机存储器分为两大组非易失性存储器和易失性存储器。在非易失性存储器中不需要持续输入能量以保留信息，但在易失性存储器中则需要。非易失性存储器件的实例是只读存储器(ROM)、闪速电可擦除只读存储器、铁电随机存取存储器、磁随机存取存储器(MRAM)以及相变存储器(PCM)；非易失性存储器件是其中存储元件的状态可以在不消耗电力的情况下保留数天到数十年的存储器。易失性存储器件的实例包括动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)；其中DRAM需要不断刷新存储元件，而SRAM需要不断供应能量以维持存储元件的状态。本发明涉及相变存储器。在相变存储器中，信息存储在可被操纵成不同相的物质中。这些相中的每个相都呈现可用于存储信息的不同电气属性。典型地，非晶相和结晶相是用于位存储(1和0)的两个相，因为它们具有可检测的电阻抗差异。具体地说，非晶相的阻抗高于结晶相的阻抗。硫族化物是一组经常用作相变物质的物质。该组物质包含硫族元素(周期表组 16/VIA)和其他元素。硒(Se)和碲(Te)是此组中两个最常见的元素，它们在产生相变存储单元时用于生成硫族化物半导体。此硫族化物半导体的实例是Ge2Sb2Te5、SbTe和hje3。改变相变物质的状态需要将物质加热到熔点，然后将物质冷却到可能状态之一。 通过相变物质的电流产生欧姆加热并导致相变物质熔化。熔化并逐渐冷却相变物质使相变物质有时间形成结晶状态。熔化并骤然冷却相变物质会将相变物质淬火成非晶状态。在多位存储中，个体相变存储单元必须能够被编程为多个状态。这些多个状态是非晶相和结晶相的相变物质的不同比率。非晶相变物质与结晶相变物质的比率直接影响存储单元的电阻抗。相变存储器的一个问题是存储单元的阻抗漂移。如在此使用的，阻抗漂移是相变物质的一个相的阻抗随时间变化的过程。相变物质的非晶相的阻抗属性在一段时间内呈现随机漂移，并且可使存储单元中存储的数据难以恢复。因此，需要一种与存储单元的特有阻抗漂移无关的、用于读取相变存储单元中的数据并在相变存储单元中存储数据的方法。
发明内容
从第一方面看，本发明提供了一种用于操作存储单元的方法。由所述存储单元中的非晶物质的组态表示所述存储单元的存储状态。所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移。所述方法包括将多个电输入信号施加于所述存储单元。所述方法包括测量来自所述存储单元的多个电输出信号。从所述多个电输入信号产生所述电输出信号。所述方法包括计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分。所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关。所述方法还包括根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。从另一方面看，本发明提供了一种用于操作存储单元的方法。由所述存储单元中的非晶物质的组态表示存储单元状态。所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移。所述方法包括将至少一个周期性输入信号施加于所述存储单元。所述方法包括测量从施加周期性输入信号产生的至少一个谐波频率的振幅。从所述至少一个周期性输入信号产生所测量的谐波频率振幅。所述方法包括根据从所述至少一个周期性输入信号产生的所述至少一个谐波频率的振幅计算不变成分。所述不变成分取决于所述存储单元中的非晶物质的组态并且基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关。所述方法还包括根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。从另一方面看，本发明提供了一种用于操作存储单元的存储控制器。由所述存储单元中的物质的组成表示存储单元状态。所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移。所述存储控制器包括被配置为通过多个电输入信号偏置存储单元的偏置单元。所述存储控制器包括被配置为测量来自所述存储单元的多个电输出信号的测量单元。从所述多个电输入信号产生所述电输出信号。所述存储控制器包括被配置为计算所述多个电输出信号的不变成分的计算单元，所述不变成分取决于所述存储单元中的非晶物质的组态并且基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关。所述存储控制器还包括被配置为根据所述多个输出电信号的不变成分确定所述存储单元的存储状态的确定单元。从另一方面看，本发明提供了一种体现在计算机可用存储器中的计算机程序产品。所述计算机程序产品包括与所述计算机可用介质耦合以便操作存储单元的计算机可读程序代码。由所述存储单元中的非晶物质的组态表示存储单元状态。所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移。所述计算机可读程序代码被配置为导致所述程序将多个电输入信号施加于所述存储单元。所述计算机可读程序代码被配置为导致所述程序测量来自所述存储单元的多个电输出信号。从所述多个电输入信号产生所述多个电输出信号。所述计算机可读程序代码被配置为导致所述程序计算所述多个电输出信号的不变成分，所述不变成分取决于所述存储单元中的非晶物质的组态并且基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关。所述计算机可读程序代码还被配置为导致所述程序根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。从另一方面看，本发明提供了一种包括多个存储单元的存储器件。每个存储单元包括由所述存储单元中的非晶物质的组态表示的存储状态，并且所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移。所述存储器件还包括被配置为执行以下操作的控制器(a)接收指定要读取的存储器位置的地址；(b)选择所指定的存储单元；(C)将多个电输入信号施加于所述存储单元；(d)测量来自所述存储单元的、从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号； (e)计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分，所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及(f)根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。从第七方面看，本发明提供了一种包括计算机代码的计算机程序，所述计算机程序当被加载到计算机系统并在其上执行时，导致所述计算机系统执行本发明的所有步骤。
现在将仅通过实例的方式参考附图中示出的优选实施例描述本发明，这些附图是图IA和IB示出了根据本发明的一个优选实施例的相变存储单元的模型；图2示出了根据本发明的一个优选实施例的用于读取相变存储器的过程；图3示出了根据本发明的一个优选实施例的用于计算不变成分的本发明的一个实施例的流程图；图4示出了根据本发明的一个优选实施例的存储单元的四个测量区域的实例；图5示出了基于存在漂移和多级单元统计模型的本发明的备选实施例；图6示出了用于计算不变成分的本发明的备选实施例的流程图；图7示出了根据本发明的一个优选实施例的两种测量到单值量的通用映射；图8示出了用于计算不变成分的本发明的另一个实施例的流程图；图9示出了根据本发明的一个优选实施例的将至少一个周期性输入信号施加于存储单元；以及图10示出了根据本发明的一个优选实施例的相变存储器件、存储控制器以及存储器阵列。
具体实施例方式参考本发明的实施例描述了本发明。在对本发明的优选实施例的描述中，将参考图 1-10。本发明的一个实施例是一种用于在一段时间内读取相变存储器的方法。在相变存储器中，存储单元的状态由所述存储单元中的物质的组成表示。例如，在四状态相变存储单元中，二进制00状态可以由0%的非晶物质表示，二进制01状态可以由25%的非晶物质表示，二进制10状态可以由50%的非晶物质表示，二进制11状态可以由75%的非晶物质表此外，在一段时间内，相变存储器呈现阻抗漂移(电阻抗变化)。与用于读取存储器的常规存储器配置不同，本发明的实施例通过确定来自存储单元的两个或多个检测到的信号的不变成分来读取存储单元的状态，或者备选地使用周期性输入信号来获得传达有关单元状态的信息的谐波。如下面更详细描述的，所述不变成分取决于存储单元的组成并且基本上与存储单元中在所述一段时间内发生的阻抗漂移无关。在本发明的一个优选实施例的特定配置中，所述存储单元包括诸如锗-锑-碲 (GST)之类的相变物质，其非晶物质和结晶物质的组成可以调整。也就是说，非晶物质量或结晶物质量用于表示所述存储单元中的数据。因此，所述存储单元可以被编程为至少两种状态中的一种。每种状态由结晶物质与非晶物质的不同比率表示。结晶物质与非晶物质的比率可以被理解为结晶物质量、非晶物质量或结晶物质与非晶物质的比率的特性。要强调的是，本发明的实施例的应用并不限于使用GST型相变存储器的存储单元。还需要指出的是，将单元的状态与比率关联过于简单化，因为两个单元可能具有相同的比率，但非晶物质和结晶物质之间的特定组态却完全不同。由于此原因，应参考单元中非晶物质的组态以便描述单元的状态。尽管非晶物质的阻抗可能随时间漂移，但组态本身不会更改(至少对于所讨论的特定漂移现象)，因此组态是用于与状态关联的良好实体。
已对相变物质的非晶状态和结晶状态的电特性进行了广泛的研究。从这些研究中得出的一种观点是非晶物质的阻抗特性是高度非线性的。也就是说，通过处于非晶状态的单元的电流不随对单元施加的电压而成比例(线性)增加。另一方面，公知的是，相变物质的结晶状态与非晶物质具有完全不同的电特性，具体地说，结晶状态在电流和电压之间遵循更线性的关系。由于单元的状态由非晶物质连同关联结晶物质一起的组态形成，因此可以通过在单元的电流/电压关系的多个不同工作点处激励单元来获得有关单元状态的信息。本发明的实施例利用此工作特性开发了一种用于抵抗漂移的技术，更具体地说，一种用于比常规一次测量单元读数更准确地表征单元状态的技术。在图IA中，示出了相变存储单元的模型102。模型102包括底部电极104、相变物质106和顶部电极112。相变物质106包括非晶物质108和结晶物质110。如图所示，非晶物质108和结晶物质110相对于底部电极104和顶部电极112在串联电路中。将指出的是，此模型102是实际相变存储单元的广泛概括。在图IB中，非晶物质108和结晶物质110 被示为相对于底部电极104和顶部电极112配置在并联电路中。在其他实施例(未示出) 中，非晶物质108可以在结晶物质110内形成并且反之亦然。如前所述，通常可以构想存储单元中的非晶物质的不同组态。结晶物质110与非晶物质108的不同比率呈现不同的特性。例如，随着非晶物质 108的数量的增加，底部电极104与顶部电极112之间的阻抗也增加。但是，在一段特定时间内，结晶物质110与非晶物质108的任意比率的阻抗呈现阻抗漂移。存储单元处最初存储或编程的阻抗以随机方式变化。因此，单独存储单元的阻抗可能不再准确地表示存储的数据。转到图2，示出了用于读取相变存储单元的实例流程图。所述存储单元被编程为至少两种状态之一，由所述存储单元中的物质的组成表示该状态。例如，物质的组成可以是所述存储单元中的非晶物质的组态。过程流始于施加操作204。在施加操作204期间，将多个电输入信号施加于所述存储单元。所述多个电输入信号在所述相变存储单元的电流-电压特性关系的多个点处偏置所述存储单元。也就是说，将每个电输入信号设置为不同的电压， 以便进出相变物质的电流或阻抗是不同的。本领域的技术人员将认识到，对于施加操作204，可以使用各种用于施加多个电输入信号的方法。例如，可以施加多个(两个或更多)不同的电输入信号(0. 2V、0. 5V、0. 7V)， 其中可以读取不同的电流或阻抗。备选地，可以施加连续电输入信号以便可获得连续的电流或阻抗曲线，随后可以使用可执行若干积分和采样步骤的电路将这些曲线转换成一系列样本。施加操作204还包括测量多个生成的电输出信号。在本发明的优选实施例的一个实施例中，所述连续电输入信号采用正弦信号或其他周期性信号的形式，并且采样电路测量输出信号中存在的各种频率成分的振幅。将周期性信号施加于非线性系统时，输出信号的频谱将不同于输入信号的频谱。例如，如果将单一正弦波施加于具有二次响应的系统(即，其中输入信号的加倍将产生四倍的输出信号的系统)，则系统的输出将包含原始频率和两倍于原始频率的生成成分。因此，一种测量PCM单元的非线性行为的方法是施加具有已知或已测量的频率成分的周期性信号，然后在将由任何非线性行为生成或增强的频率处测量输出信号的幅度。作为一个简单的实例，如果施加具有固定振幅并且频率为F的单一正弦波作为单元的输入信号，则在频率F处测量的输出幅度将提供系统的线性响应的量度，而在频率2F 处测量的输出幅度将提供系统的非线性特性的量度。实际上，周期性输入信号可具有直流 (DC)偏移并且可能包含多个输入频率。在施加操作204期间，将测量来自所述存储单元的多个电输出信号。从所述多个电输入信号产生所述多个电输出信号。可以作为相变物质的电流或阻抗读取所述电输出信号。如上所述，如果在施加操作204期间施加了三个电输入信号，则测量三个电输出信号。 如果在施加操作204期间施加了连续电输入信号，则随后可以使用可执行若干积分和采样步骤的电路将连续电输出信号转换成一系列样本。例如，如果电输入信号为0. 2V、0. 5V和 0.7V，则可以测量电流20uA、60uA和IOOuA作为电输出信号。要指出的是，这些值仅为示例性的。施加操作204完成之后，控制传递到计算操作206。如果使用周期性输入信号代替一系列固定振幅电平，则在施加操作204期间，所述多个输出信号代表输出信号中选定频率成分的振幅，而不是输出的DC测量(如果给定多个DC输入电平)。在计算操作206期间，根据所述多个电输出信号计算所述多个电输出信号的不变成分。如上所述，所述不变成分取决于存储单元中的物质的组态，并且基本上与存储单元在一段特定时间内的阻抗漂移特性无关。在本发明的一个优选实施例中，将测量存储单元的温度。可以使用安装在包含所述存储单元的存储器芯片外部的温度传感器，或优选地使用嵌入所述存储器芯片内并靠近所述存储单元的温度传感器来执行此类测量。测量温度之后，计算所述多个输出电信号的不变成分包括至少部分地考虑所述存储单元的温度和所述一段时间的因素。计算操作206完成之后，控制传递到确定操作212。在确定操作212期间，根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。确定操作212完成之后，过程流结束。在图3中示出的本发明的一个优选实施例中，计算所述不变成分包括映射操作 302和确定操作304。计算所述不变成分始于映射操作302。在映射操作302期间，将所述多个电输出信号映射到多个测量区域之一。每个测量区域包含多维空间的多维区域。例如，如果存在两个电输出信号，则在可能测量值的2维平面上为每个测量区域指定包含(x，y)坐标的面积。 如果存在三个电输出信号，则在可能测量值的3维体积上为每个测量区域指定包含(X，y， ζ)坐标的体积。每个坐标基于单个电输出信号的值。换言之，所述多个测量区域对应于所述多个电输出信号在所述存储单元的不同存储状态处的可能结果。图4示出了四个测量区域的实例。图的R7tltl和Ii2cici轴分别表示700mV和200mV时获得的阻抗测量。还通过点线示出了样本测量402。这些样本测量对应于被编程为四种不同初始状态的单元(其阻抗随时间漂移)。当漂移发生时，使用两个电压中的任一电压测量 404的阻抗(示为实线)以不同的速率增加。从图中可以看到，一旦发生显著的阻抗漂移， 则不可能通过单个测量区分单元的初始状态。但是使用两种测量并使用在此所述的测量区域，可以正确地识别单元的状态。可以通过各种处理获得所述测量区域。仅可偶发地(例如，在系统存储器安装时) 进行测量区域的定义。存储器可支持的测量区域数可以更改，具体取决于存储器的质量和存储器的工作条件以及其他因素。在本发明的另一个优选实施例中，用于获得测量区域的处理包括接受期望数量的不同存储单元状态(或简称存储状态)。所述处理然后包括将至少一个存储单元编程为每种期望的存储状态。对于每种存储状态，将多个电输入信号施加于所述存储单元。从每种存储状态的多个电输入信号，优选地在多个时间实例从所述存储单元测量多个电输出信号，以便单元的阻抗由于漂移而改变。所述处理然后将来自每种存储状态的多个电输出信号与该存储状态关联。为每种存储状态指定测量区域，以便每个测量区域包含所述多个电输出信号中绝大多数与该存储状态关联的电输出信号。如果此操作不可能，则减少可能测量区域的数量以便扩大测量区域大小。返回图3，映射操作302完成之后，控制传递到确定操作304。在确定操作304期间，确定所述不变成分。将所述不变成分确定为等于所述多个电输出信号所映射到的特定测量区域。例如，在将两个电输出信号作为电流读取的1位相变存储单元中，存在两个测量区域。第一测量区域包含所有大于或等于直线y = 2X+150的值，第二测量区域包含所有小于此直线的值。如果所述多个电输出信号具有值90uA和200uA，则将所述不变成分确定为等于所述第二测量区域。要指出的是，这些值仅为示例性的。在示例性实施例中，值x、y和 ζ可以表示电流的对数。确定操作304完成之后，将完成图2中的计算操作206，并且控制传递到确定操作212。在本发明的另一个优选实施例中，确定测量区域包括将至少一个存储单元编程为多种可能初始状态中的每一种初始状态至少一次。接下来，在每次编程操作之后施加所述多个输入电信号。然后在一段时间内测量从所述多个电输入信号产生的多个输出电信号至少一次，以便观察单元漂移。将所述多个输出电信号与所述至少一个单元被编程为的可能初始状态关联。最后，为所述多种可能初始状态中的每一种初始状态选择所述测量区域中的一个测量区域，以包含所述多个输出电信号中绝大多数与期望初始状态关联的输出电信号。如果此操作不可能，则减少测量区域数(因此减少状态数)，并重新启动选择测量区域的过程。在迄今为止讨论的实施例中，假定从所述单元获得两个或更多测量，则通过计算与所述测量关联的测量区域推导所述单元的状态。此类信息提取方法可以说具有“硬决策” 属性，因为在获得两个或更多测量之后决定单元的特定状态。更具体地说，可以通过以下方式获得显著益处避免就所认为的单元状态进行这种硬决策，从而采用本领域公知的信息作为软决策。软决策的概念所关注的问题是计算在已在单元中编程特定(假定)状态的条件下获得一组特定的已获得测量的概率。针对每种假定的初始状态获得此概率，并且生成的概率向量概括了针对所述单元获得的测量。从此概率向量可以计算单元状态的所谓最大似然估计，这对应于选择如上计算的概率最大的初始状态。为此，此概率向量在此被称为似然概率向量。如果可以假定初始状态上的概率分布(例如均勻分布)，则可以通过将上述似然概率向量与初始状态上的概率分布组合在一起并使用称为贝叶斯规则的概率和统计工具来获得另一类估计，称为最大后验概率(MAP)估计。MAP估计选择具有最高正确状态概率的初始状态(给定多个测量的情况下)。计算最大对数(ML)和MAP估计并且然后忽视所述测量仍在硬决策方法的范围内，但是如果存储的数据被编码，即，如果数据具有已知冗余 (例如，它采用错误控制代码)，则似然概率向量可以非常有效地与所述错误控制代码和读取的数据组合，以显著增强单元的恢复后的状态的可靠性。可以依赖大量文献来设计执行此操作的系统。本发明的各实施例的新颖性在于使用多个测量抵抗漂移的概念的新颖组合以及获得似然概率向量，所述似然概率向量然后使能将许多统计信号处理技术有效地应用于相变存储器。图5示出了基于存在漂移和多级单元统计模型502(应简短描述)的本发明的备选实施例。图5源自图2，其中增加了在所述单元的每种可能初始编程状态条件下计算测量的概率的步骤504。然后将这些估计传输506到更高层的处理，所述更高层的处理可以使用来自多个存储器位置的似然概率向量以及错误控制代码，以便根据本领域公知的技术以高可靠性推导所述多个存储器位置中的单元的状态。现在描述导致创建统计模型502的步骤。将确定多种基准测量。每种基准测量对应于所述多个电输出信号在存储单元的不同存储状态以及在不同测量时间和不同温度时的可能结果。例如，在具有两个电输出信号的1位相变存储单元中，第一基准测量可以是 (100uA，150uA)，第二基准测量可以是(50uA，IOOuA)。再次地，这些值仅为示例性的。本领域的技术人员将认识到，可以使用各种过程确定基准测量。确定基准测量的实例包括但不限于在考虑阻抗漂移的制造期间确定基准测量，或者在读取操作期间通过多次采样多个存储单元(以便考虑漂移)来确定基准测量。使用所述基准测量可以获得统计模型，所述统计模型描述了当已在给定状态编程单元时，在给定时间之后并在给定温度处获得给定多种测量的概率。本领域的技术人员将认识到，可以使用各种过程生成所述统计模型。例如，可以在制造期间或通过采样多个存储单元来从已知值生成所述统计模型。一种可以使用的可能参数化统计模型是将漂移建模为对数阻抗域中的更改，所述更改将多种测量中的每一种解释为编程与读取之间已用时间的对数的线性函数，并且具有可以建模为可能的有色高斯随机过程的附加噪声。也就是说，给定时间实例的噪声可以取决于先前时间实例的噪声。描述先前提及的线性函数的参数以及高斯随机过程的参数可以从所述基准测量中提取，其中所述参数通常是初始编程单元状态以及读取温度的函数。通过调整上面引入的斜率和方差将进行读取时的温度结合在所述统计模型中。转到图6，示出了图2中所示的计算操作206的另一个实施例。在此实施例中，计算操作206包括将所述多个测量映射到单值量。例如，计算操作206可以进一步包括计算操作602和确定操作604。计算操作206始于计算操作602。在计算操作602期间，根据所述多个电输出信号计算单值量。所述单值量对应于存储状态之一。本领域的技术人员将认识到，可以使用各种过程计算单值量。例如，可以使用数学模型求解方程式系统。存储单元的第一相的电气行为可以在数学上建模为函数约束Phi (E，I，a) = 0，其中E是电场向量信号，I是电流密度向量信号， a是一组参数，其中部分参数可能经历漂移并且部分参数可能随温度变化。存储单元的第二相的电气行为可以在数学上建模为函数约束Psi (E，I，b) = 0，其中E是电场向量信号，I 是电流密度向量信号，b是一组参数，所述参数或者基本上不随时间变化(但可能取决于温度)或者可通过其他手段测量。接下来，通过考虑相变物质的两相的空间分布的几何模型对存储单元的电流-电压特性关系进行建模，所述两相可以根据Phi和psi，通过与电磁场和半导体理论有关的标准技术约减为稳态约束f (I，V，a, b，c) = 0，其中I是电流，V是施加于单元的电压，a和b同上，并且c是一组描述两相的空间分布的参数。求解c提供了给出所述不变成分的单值量。在一个特定实施例中，用于获得稳态约束的方法基于有限元法。在一个特定实施例中，第一和第二相的空间分布如图1中所示，具有底部触点、第一相(非晶)层和第二相(多晶)层以及顶部触点，第一和第二相的厚度是不变参数。在另一个特定实施例中，第一相在由绝缘材料包围的底部电极的顶部具有半球形分布，而第二相填满剩余空间并与第一相共同形成一层，所述层的顶部是顶部电极；所述球形的半径和所述层的总厚度是不变成分。本领域的技术人员将容易地认识到，本发明并不限于PCM单元的空间描述的特定选择。在示例性实施例中，可以使用本领域公知的非线性求解技术、本领域公知的近似非线性求解技术、本领域公知的标准线性拟合技术以及本领域公知的标准非线性拟合技术的组合来计算不变成分C。在本发明的一个特定优选实施例中，使用以下数学模型phi(E，I，a) = (al *asinh(a2 * I)—Ε)，其中 a = (al, a2)；psi(E，I，a) = (b * I_E)；以及f(I，V，a，b，c) = (cl * al * asinh (a2 * I)+c2 * b * I_V)，其中 c = (cl，c2)。 此模型可用于描述如图1中的空间分布，也称为系列模型(series model)，其中cl是非晶物质的厚度，并且c2是多晶物质的厚度。因此，相变存储单元的电流-电压特性关系被建模为V = (C，* a * asinh (b
I)+c女I)，其中V是跨相变存储单元的压降，I是通过相变存储单元的电流，a和b取决于相变存储单元的漂移特性，C’、c其中之一或两者可以是不变成分。在本发明的另一个实施例中，使用以下数学模型phi(E, I，a) = (al * sinh(a2 * E)_I)，其中 a = (al, a2)；psi(E，I，a) = (b * E-I)；以及f(I，V，a，b，c) = (cl * al * sinh (a2 * V) +c2 * b * V_I)，其中 c = (cl，c2)。 此模型可用于描述称为平行模型的空间分布，其中cl是描述非晶物质的有效横截面的表面参数，c2是描述多晶物质的有效横截面的表面参数。因此，相变存储单元的电流-电压特性关系被建模为(I = c’ ^ a ^ sinh(b
V)+c * V)，其中V是跨相变存储单元的压降，I是通过相变存储单元的电流，a和b取决于相变存储单元的漂移特性，c’、c其中之一或两者可以是不变成分。计算操作602完成之后，控制传递到确定操作604。在确定操作604期间，将所述不变成分确定为等于所述单值量。在确定操作604之后，将完成计算操作206。在图7中，示出了两个测量到单值量的通用映射。图702中的轴表示两个测量的可能值。图中的粗线706表示分配给相同单值量的点。可以针对具有区域712的分割线704 解释所述单值量。这些区域712中的每一个都旨在与一种单元状态关联。如果将两个测量映射到区域712，则推断单元状态与区域712关联。图8连同图9示出了本发明的一个备选实施例。此实施例始于施加操作802。在施加操作802期间，将至少一个周期性输入信号904施加于存储单元。此周期性信号可能具有零或非零平均值。所述存储单元具有可能是非线性的输入/输出特性关系902。本领域的技术人员将认识到用于将周期性输入信号施加于存储单元的各种方法。施加操作802 完成之后，控制传递到将测量输出906的测量操作804。在测量操作804期间，将测量从施加的每个周期性输入信号904产生的至少一个谐波频率908的振幅。测量操作804完成之后，控制传递到计算操作806。
在计算操作806期间，将计算不变成分。在本发明的此实施例中，所述不变成分取决于存储单元中的非晶物质的数量。本领域的技术人员将认识到，可以使用各种方法计算所述不变成分。在所述方法的一个实施例中，所述单元可以如图1中那样建模，其中非晶物质层被多晶物质层覆盖。假设将周期性电压信号施加于所述单元，并假设可忽略多晶物质存在的影响，则电流由以下公式描述I = (a* Sinh (b * V))，其中I是瞬时电流，V是瞬时电压，a和b是描述非晶物质的组态及其电气特性两者的参数。将电压信号V(t) =cos(w0 女t)施加于所述单元，其中t是时间，w0是基角频率。然后通过标准技术(例如，对频率 w0的有限倍数进行紧密过滤(tight filtering)，后跟信号振幅提取和量化电路)测量电流I(t)的频率成分。然后使用提取的频率成分H、f2等计算不变成分。可以根据所述模型以分析方式或数字方式提取不变成分。一种可能的方法是计算所述模型的ΙΛ关系的泰勒级数展开并使用标准分析技术将每个级数系数映射到fl、f2等中的每一个。其他近似方法可以包括使用f3作为不变成分。更一般地说，谐波频率振幅的计算结果可以被解释为已在此实施例内广泛讨论的多种测量。因此，在此描述的所有技术(用于处理多种测量以获得不变成分并进而推导单元的状态)均适用于周期性信号是所述单元的输入并测量谐波频率振幅的情况。因此，测量区域和到单值量的映射的概念将扩展到这种情况。在一个特定实施例中，为每种可能的存储单元状态指定所述不变成分的值。计算操作806完成之后， 控制传递到确定操作808。在确定操作808期间，根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。如上所述，可以使用各种方法根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。确定操作808完成之后，过程流结束。转到图10，示出了存储器件、存储控制器1002和存储器阵列1004的一个实施例。 存储控制器1002包括偏置单元1008、测量单元1010、计算单元1012和确定单元1014。存储器阵列1004包括多个存储单元1006。每个存储单元1006包括相变物质1016。相变物质1016通过存储单元中的非晶物质的组态表示存储状态，并且存储单元的阻抗在一段时间内漂移。控制器1002被配置为(a)接收指定要读取的存储器位置的地址；(b)选择所指定的存储单元；(c)将多个电输入信号施加于所述存储单元；(d)测量来自所述存储单元的、 从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号；(e)计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分，所述不变成分基本上与所述存储单元在一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及(f)根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。在本发明的一个优选实施例中，偏置单元1008被配置为通过所述多个电输入信号偏置存储单元1006。如上所述，所述电输入信号可以在所述相变存储单元的电流-电压特性关系的多个点处偏置存储单元1006或者是施加于相变存储单元1006的连续输入信号的一部分。在本发明的一个备选实施例中，偏置单元1008被配置为施加周期性输入信号。在本发明的一个备选实施例中，测量单元1010被配置为测量来自存储单元1006 的、从所述多个电输入信号产生的所述多个电输出信号。测量单元1010可以被配置为将所述多个电输出信号测量为多个不同的电输出信号或连续电输出信号。在本发明的一个备选实施例中，测量单元1010测量从周期性输入信号产生的谐波频率的振幅。在本发明的一个备选实施例中，计算单元1012被配置为计算所述多个电输出信号的不变成分。所述不变成分取决于存储单元1006中的非晶物质的组态并且基本上与存储单元1006在一段时间内的阻抗漂移特性无关。如上所述，计算单元1012可以使用各种方法计算所述不变成分。计算单元1012可以通过以下方法计算所述不变成分将所述电输出信号或所述谐波频率的振幅映射到测量区域，计算所述多个电输出信号的不变成分或所述谐波频率的振幅的不变成分对应于存储状态之一的概率，或者求解方程式系统以得到等于所述不变成分的测量值。在本发明的一个备选实施例中，确定单元1014被配置为根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。本领域的技术人员将理解，结合在此披露的实施例描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清晰地描述硬件和软件的这种互换性，以上总体按照其功能描述了各种示例性组件、块、模块、电路和步骤。 此类功能实现为硬件还是软件取决于特定应用和对整体系统施加的设计约束。本领域技术人员可以针对每种特定应用以不同方式实现所描述的功能，但是此类实现决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。结合在此披露的实施例描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以使用旨在执行在此描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分离门或晶体管逻辑、分离硬件组件或它们的任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器、常规处理器、控制器、微控制器、状态机等。处理器还可以实现为计算器件的组合，例如DSP和一个微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器连同DSP核心或任何其他此类配置的组合。此外，术语“处理”是广义术语， 旨在包含多种含义，例如包括实现程序代码、执行指令、执行算术运算等。结合在此披露的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件、处理器执行的软件模块或两者的组合中。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)存储器、闪存、 只读存储器(ROM)存储器、可擦除可编程ROM(EPROM)存储器、电可擦除可编程ROM(EEPROM) 存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、光盘ROM(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)或本领域公知的任何其他形式的存储介质中。存储介质耦合到处理器以便所述处理器可以从存储介质读取信息并向其中写入信息。备选地，所述存储介质可以与所述处理器集成。所述处理器和所述存储介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。备选地， 所述处理器和所述存储介质可以作为分离组件驻留在用户终端中。模块可以包括但不限于以下任一项软件或硬件组件(例如面向软件对象的软件组件、类组件和任务组件)、进程、方法、函数、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组或变量。下面参考根据本发明的优选实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方块图对本发明进行了描述。将理解，所述流程图和/或方块图的每个方块以及所述流程图和/或方块图中的方块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，以便通过所述计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的所述指令产生用于实现一个或多个流程图和/或方块图方块中指定的功能/操作的装置。这些计算机程序指令也可以被存储在可引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式执行功能的计算机可读存储器中，以便存储在所述计算机可读存储器中的所述指令产生一件包括实现在所述一个或多个流程图和/或方块图方块中指定的功能/操作的指令装置的制品。所述计算机程序指令还可被加载到计算机或其他可编程数据处理装置，以导致在所述计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，从而在所述计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在一个或多个流程图和/或方块图方块中指定的功能/操作的步骤。附图中的流程图和方块图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在此方面，所述流程图或方块图中的每个方块都可以表示代码的模块、段或部分，所述代码包括用于实现指定的逻辑功能(多个)的一个或多个可执行指令。还应指出，在某些备选实施方式中，在方块中说明的功能可以不按图中说明的顺序发生。例如，示为连续的两个方块可以实际上被基本同时地执行，或者某些时候，取决于所涉及的功能，可以以相反的顺序执行所述方块。还将指出，所述方块图和/或流程图的每个方块以及所述方块图和/或流程图中的方块的组合可以由执行指定功能或操作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。在此使用的术语仅用于描述特定实施例，并非旨在限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定存在所声明的特性、整体、步骤、 操作、元素和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特性、整体、步骤、操作、元素、 组件和/或它们的组合。下面权利要求中的所有装置或步骤加功能元素的对应结构、材料、操作以及等同物旨在包括用于与其他具体要求保护的元素结合执行所述功能的任何结构、材料或操作。 出于示例和说明目的给出了对本发明的描述，但是所述描述并非旨在是穷举的或是将本发明限于所公开的形式。实施例的选择和描述是为了最佳地解释本发明的原理、实际应用，并且当适合于所构想的特定使用时，使得本领域的其他技术人员能够理解本发明的具有各种修改的各种实施例。已如上所述地详细并通过参考本申请的发明的实施例描述了本发明，将显而易见的是，可以在不偏离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下做出修改和变化。
权利要求
1.一种用于操作存储单元的方法，由所述存储单元中的非晶物质的组态表示所述存储单元的存储状态，所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移，所述方法包括将多个电输入信号施加于所述存储单元；测量来自所述存储单元的、从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号； 计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分，所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。
2.如权利要求1中所述的方法，其中所述多个电输入信号在所述存储单元的电流-电压特性关系的多个点处偏置所述存储单元。
3.如权利要求1或2中所述的方法，其中计算所述不变成分包括将所述多个电输出信号映射到包含所述多个电输出信号的测量区域，所述测量区域是多个测量区域中的一个测量区域，所述多个测量区域中的每个测量区域都对应于所述存储单元的一种可能存储状态；以及将所述不变成分确定为等于所述多个电输出信号被映射到的测量区域。
4.如权利要求3中所述的方法，其中根据以下步骤确定所述测量区域将至少一个存储单元编程为多种可能初始状态中的每一种初始状态至少一次； 在每次编程操作之后施加所述多个输入电信号至少一次； 测量从所述多个电输入信号产生的所述多个输出电信号； 将所述多个输出电信号与所述至少一个单元被编程为的初始状态关联；以及为所述多种可能初始状态中的每一种初始状态选择所述测量区域中的一个测量区域， 以包含所述多个输出电信号中绝大多数与期望初始状态关联的输出电信号。
5.如任一上述权利要求中所述的方法，还包括对于多种可能初始单元状态中的每一种状态，根据统计模型计算在所述初始单元状态的条件下获得电输出信号的多个测量的概率。
6.如任一上述权利要求中所述的方法，还包括 测量所述存储单元的温度；以及其中至少部分地根据所述存储单元的温度和所述一段时间来计算所述多个输出电信号的不变成分。
7.如权利要求1至5中的任一权利要求中所述的方法，其中计算所述不变成分包括将电输出信号的多个测量映射到单值量。
8.一种用于操作存储单元的方法，由所述存储单元中的非晶物质的组态表示存储单元状态，所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移，所述方法包括将至少一个周期性输入信号施加于所述存储单元； 测量从所述至少一个周期性输入信号产生的至少一个谐波频率的振幅； 根据从所述至少一个周期性输入信号产生的所述至少一个谐波频率的振幅计算不变成分，所述不变成分取决于所述存储单元中的非晶物质的组态，所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。
9.如权利要求8中所述的方法，其中计算所述不变成分包括将所述至少一个谐波频率的振幅映射到包含所述至少一个谐波频率的振幅的测量区域，所述测量区域是多个测量区域中的一个测量区域，所述多个测量区域对应于所述至少一个谐波频率的振幅在所述存储单元的不同存储状态下的可能结果；以及将所述不变成分确定为等于所述至少一个谐波频率的振幅所映射到的测量区域。
10.如权利要求9中所述的方法，其中通过以下步骤确定所述测量区域将至少一个存储单元编程为多种可能初始状态中的每一种初始状态至少一次； 在每次编程操作之后施加至少一个周期性输入信号至少一次； 测量从所述至少一个周期性输入信号产生的所述至少一个谐波频率的振幅； 将所述至少一个谐波频率的振幅与所述至少一个单元被编程为的初始状态关联；以及为所述多种可能初始状态中的每一种初始状态选择所述测量区域中的一个测量区域， 以包含所述至少一个谐波频率的振幅中绝大多数与期望初始状态关联的振幅。
11.一种用于操作存储单元的存储控制器，由所述存储单元中的非晶物质的组态表示存储单元状态，所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移，所述存储控制器包括偏置单元，被配置为通过多个电输入信号偏置存储单元；测量单元，被配置为测量来自所述存储单元的、从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号；计算单元，被配置为计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分，所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及确定单元，被配置为根据所述多个输出电信号的所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。
12.如权利要求11中所述的存储控制器，其中所述多个电输入信号在所述存储单元的电流-电压特性关系的多个点处偏置所述存储单元。
13.如权利要求11中所述的存储控制器，其中所述多个电输入信号是施加于所述存储单元的连续输入信号的一部分。
14.如权利要求11至13中的任一权利要求中所述的存储控制器，其中所述计算单元进一步被配置为将所述多个电输出信号映射到包含所述多个电输出信号的测量区域，所述测量区域是多个测量区域中的一个测量区域，所述多个测量区域中的每个测量区域都对应于所述存储单元的一种可能存储状态；以及将所述不变成分确定为等于所述多个电输出信号被映射到的测量区域。
15.如权利要求11至14中的任一权利要求中所述的存储控制器，其中所述计算单元进一步被配置为对于多种可能初始单元状态中的每一种状态，根据统计模型计算在所述初始单元状态的条件下获得电输出信号的多个测量的概率。
16.如权利要求11至15中的任一权利要求中所述的存储控制器，其中所述计算单元进一步被配置为根据所述多个电输出信号计算单值量，所述单值量是取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的值，每个单值量对应于所述可能存储单元状态中的一种状态；以及将所述不变成分确定为等于根据所述多个电输出信号计算的所述单值量。
17.—种体现在计算机可用存储器中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括 与计算机可用介质耦合以便操作存储单元的计算机可读程序代码，由所述存储单元中的非晶物质的组态表示存储单元状态，所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移，所述计算机可读程序代码被配置为导致所述程序执行以下操作 将多个电输入信号施加于所述存储单元；测量来自所述存储单元的、从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号； 计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分，所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。
18.如权利要求17中所述的计算机程序产品，其中所述多个电输入信号在所述存储单元的电流-电压特性关系的多个点处偏置所述存储单元。
19.如权利要求17或18中所述的计算机程序产品，还包括被配置为导致所述程序执行以下操作的计算机可读程序代码将所述多个电输出信号映射到包含所述多个电输出信号的测量区域，所述测量区域是多个测量区域中的一个测量区域，所述多个测量区域中的每个测量区域都对应于所述存储单元的一种可能存储状态；以及将所述不变成分确定为等于所述多个电输出信号被映射到的测量区域。
20.如权利要求19中所述的计算机程序产品，还包括被配置为导致所述程序执行以下操作的计算机可读程序代码将至少一个存储单元编程为多种可能存储状态中的每一种存储状态至少一次； 对于每种可能存储状态，施加多个电输入信号；对于每种可能存储状态，测量从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号； 对于每种可能存储状态，将所述多个电输出信号与所述存储状态关联；以及对于每种可能存储状态，为所述多种存储状态中的每一种存储状态指定测量区域，所述测量区域包含所述多个电输出信号中绝大多数与所述存储状态关联的电输出信号。
21.如权利要求17至20中的任一权利要求中所述的计算机程序产品，还包括被配置为导致所述程序执行以下操作的计算机可读程序代码对于多种可能存储状态中的每一种存储状态，计算所述多个电输出信号对应于所述存储状态的概率。
22.如权利要求17至21中的任一权利要求中所述的计算机程序产品，还包括被配置为导致所述程序执行以下操作的计算机可读程序代码根据所述多个电输出信号计算单值量，所述单值量是取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的值，每个单值量对应于所述可能存储单元状态中的一种状态；以及将所述不变成分确定为等于根据所述多个电输出信号计算的所述单值量。
23.如权利要求17至22中的任一权利要求中所述的计算机程序产品，其中所述多个电输入信号是施加于所述存储单元的连续输入信号的一部分。
24.一种体现在计算机可用存储器中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括 与计算机可用介质耦合以便操作存储单元的计算机可读程序代码，由所述存储单元中的非晶物质的组态表示存储单元状态，所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移，所述计算机可读程序代码被配置为导致所述程序执行以下操作将至少一个周期性输入信号施加于所述存储单元；测量从所述至少一个周期性输入信号产生的至少一个谐波频率的振幅；根据从所述至少一个周期性输入信号产生的所述至少一个谐波频率的振幅计算不变成分，所述不变成分取决于所述存储单元中的非晶物质的组态，所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。
25.一种存储器件，包括多个存储单元，每个存储单元包括由所述存储单元中的非晶物质的组态表示的存储状态，所述存储单元的阻抗在一段时间内漂移；以及控制器，被配置为(a)接收指定要读取的存储器位置的地址；(b)选择所指定的存储单元；(c)将多个电输入信号施加于所述存储单元；(d)测量来自所述存储单元的、从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号；(e)计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分，所述不变成分基本上与所述存储单元在所述一段时间内的阻抗漂移特性无关；以及(f)根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。
26.—种包括计算机代码的计算机程序，所述计算机程序当被加载到计算机系统并在其上执行时，导致所述计算机系统执行如权利要求1至10中的任一权利要求中所述的方法的所有步骤。
全文摘要
披露了用于读取相变存储器的减轻阻抗漂移的技术。一种构想的方法包括将多个电输入信号施加于存储单元。所述方法包括测量来自所述存储单元的、从所述多个电输入信号产生的多个电输出信号。所述方法包括计算所述多个电输出信号的取决于所述存储单元中的非晶物质的组态的不变成分。所述方法还包括根据所述不变成分确定所述存储单元的存储状态。在本发明的一个优选实施例中，所述方法还包括将所述多个电输出信号映射到多个测量区域中的一个测量区域。所述测量区域对应于所述存储单元的存储状态。
文档编号G11C16/02GK102326206SQ201080008677
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年2月24日
发明者J·P·卡里迪斯, L·拉斯特拉斯-莫塔诺, M·M·弗兰切斯基尼 申请人:国际商业机器公司