CN104335284A - 高操作速度的电阻型随机存取存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有高读取速度的电阻型随机存取存储器(RRAM)。在一实例中，RRAM存储器可以在一端子处通过一位线上电，并且在另一端子处连接到具有较低栅极电容(相对于该位线的电容)的晶体管的栅极。按照此布置，施加到该位线的信号能够响应于RRAM存储器处于导电状态而快速切换晶体管的栅极的状态。被配置为测量该晶体管的感测电路可以检测该晶体管的电流、电压等的变化并且从测量中确定RRAM存储器的状态。此外，由于晶体管栅极的电容较低，所以这种测量可以快速进行，大幅提高RRAM的读取速度。

Description

高操作速度的电阻型随机存取存储器
优先权主张和相关申请的交叉引用
本申请主张于2011年8月6日提交的美国临时专利申请序列号No.61/500,574的优先权，并且，出于所有目的将以下文献的全部内容以引用的方式并入本申请中，这些文献包括：于2007年10月19日提交的题为“非易失性固态电阻型开关装置”(NON-VOLATILE SOLID STATE RESISTIVESWITCHING DEIVCES)的美国专利申请序列号No.11/875,541，以及于2009年10月8日提交的题为“电阻值可调节的硅基纳米级电阻型装置”(SILICON-BASED NANOSCALE RESISTIVE DEVICE WITH ADJUSTABLERESISTANCE)的美国专利申请序列号No.12/575,921。
技术领域
本专利申请总体上涉及电阻型随机存取存储器技术，更具体地涉及提供一种能够高速执行一个或多个存储操作的电阻型随机存取存储器。
背景技术
电阻型随机存取存储器(RRAM)是近来集成电路技术领域中的一个创新。许多RRAM技术仍然处于理论阶段；关于RRAM技术的各种电学概念已经存在，但是这些概念还处于对理论进行验证和纠正的一个或多个验证阶段。尽管如此，RRAM技术仍有望在半导体电子工业的未来增长中占有巨大优势。
根据各种理论模型，RRAM可以被配置为具有多个阻态；例如，RRAM可以被配置为具有相对较低的电阻和相对较高的电阻。此外，RRAM通常可以被配置为响应于施加给RRAM上的外部条件而变为一个或另一个阻态。因此，按照晶体管领域的说法，施加或移除外部条件可以用于对RRAM进行编程或解编程(de-program)。此外，根据RRAM的物理组成和电学布置，RRAM通常可以保持在被编程或解编程状态。保持一种状态可能需要满足其他的条件(例如，存在最小工作电压，存在最小工作温度)，或者不需要满足任何条件，视RRAM的物理组成而定。一般来讲，处于两个状态中的一个并保持在这两个状态中的一个或另一个状态的能力可以用于表示一个二进制位的信息。因此，RRAM在理论上可以被用作在合理布置的电子电路中的电子存储器。
提出了具有各种预测结果和运行特点的不同类型的RRAM结构和机制的方案。例如，一些RRAM方案是非易失性存储器，其中可以在介电材料内诱导出导电丝(或者是多个导电丝)。在正常状态下，该电介质具有高电阻，不导电。然而，例如，通过在电介质两端施加适当的电压，可以在其中诱导出导电通路。存在多种物理机制可以在电介质中产生导电通路，包括材料缺陷(不论是天然的还是通过掺杂诱导的)、金属迁移等。当在电介质中形成导电丝时，RRAM被激活——产生通过电介质的低电阻导电通路。通过对RRAM端子施加编程电压来实现RRAM的激活。当导电丝从至少一个RRAM端子缩回或者在该导电丝内出现不连续的间隙时，RRAM单元被解除激活。被解除激活的RRAM表现出高电阻特性。通过对RRAM端子施加擦除电压来实现RRAM的解除激活。可以将导电路径的形成和缩回称作可编程的导电路径，产生与常规的三端晶体管相似的电学特性。然而，本发明的发明人认为，在实践中，由于包括RRAM的制造材料与常规CMOS工艺不兼容，以及RRAM工艺作为后端CMOS制造工艺的一部分不兼容等原因，RRAM没有在商业上取得成功。
此外，一些关于RRAM的理论方案被认为具有常规的存储器例如金属氧化物半导体(MOS)晶体管等的公知缺点。例如，与其他晶体管技术相比，常规的NAND MOS晶体管通常具有相对不佳的读取性能，以及相对不佳的单元保持时间。同样地，NOR MOS晶体管具有相对较大的单元尺寸，与其它技术相比可扩展性较差，并且能量消耗较高。尽管人们希望在一种技术中包括各种类型晶体管的所有优点同时避免所有弊端，但是在MOS晶体管技术中只能以相对稳定的速度实现明显进步，RRAM会随着同样的技术曲线发展。
发明内容
为了提供对在本文所述的一些方面的基本理解，下面给出本发明的简要概述。该概述不是对本发明的全面综述。该概述并不用于表明所公开主旨的关键元素，也不用于描述本发明的范围。其唯一目的是用于以简要形式提供本发明的一些概念，作为随后将要提供的更详细说明的前序。
本发明的一个或多个方面提供一种电阻型随机存取存储器(RRAM)，该电阻型随机存取存储器与其他RRAM方案相比具有高的操作速度。高的操作速度的一个实例可以包括高读取速度。具体地，RRAM存储器可以通过一位线在一个端子处上电，并且在另一个端子处连接到具有较低栅极电容(例如，相对于该位线的电容)的晶体管的栅极。按照此种布置，施加到该位线上的信号将会响应于RRAM存储器处于导电状态而快速地切换晶体管栅极的状态。因此，被配置为测量晶体管的感测电路可以检测该晶体管的适宜电学特性(例如，电流、电压……)的变化，并确定编程状态，或者从测量结果中读取RRAM存储器。此外，相对于通过RRAM和位线释放信号的常规RRAM，此种测量可以快速发生，大幅提高RRAM的读取速度。
在本发明的其他方面中，一种存储器单元可以包括与读取晶体管的栅极连接的一组RRAM，其中该读取晶体管的栅极还连接到参考晶体管。该参考晶体管可以被配置为向该读取晶体管的栅极施加偏置电压，该偏置电压接近于但小于该读取晶体管的阈值电压。因此，与切换未偏置的晶体管栅极所用的电荷量相比，来自RRAM的较少量电荷可以切换该读取晶体管的偏置的栅极。电荷量的减少进一步提高了RRAM的读取速度。根据本发明的具体方面，该参考晶体管可以被配置为在读取操作期间作为电流源，减轻在读取晶体管处的RRAM的断态电流效应(off current)。在一个替代方面中，该参考晶体管可以被配置为与非线性电阻RRAM元件相结合的电压源。
根据其他方面，公开了一种存储器架构，所述存储器架构包括一组多重RRAM，该组多重RRAM可操作地连接到读取晶体管的栅极以用于高速读取。一组位线中的一个位线可以连接到相应的RRAM，其中，对该组位线中的一个位线上电可以实现对该组RRAM中的一个RRAM进行操作。因此，可以通过对在该组位线中的各个位线处的电压进行控制，来完成各个RRAM的编程、读取或擦除。根据此架构，通过将多个RRAM连接到同一个读取晶体管上(从而减小读取晶体管和相关电路的数量)来提供低轮廓、高RRAM密度的布置。根据具体的方面，多组RRAM可以可操作地连接到该读取晶体管，其中各组RRAM可以通过一个或多个选择晶体管连接到该读取晶体管或与该读取晶体管分离。包括可操作地连接到该读取晶体管的多组RRAM的布置，可以沿着电子存储器架构的字线和位线复制，实现高密度布置的可扩展性。
以下说明和附图详细描述了所公开主旨的某些示意性方面。但是，这些方面仅仅是指示出能够应用本发明原理的各种方式中的一些方式，希望所公开的主旨包括所有这些方面和它们的等同物。当结合附图一起考虑时，本发明的其他优势和新特征将从以下详细描述中变得显见。
附图说明
图1是示出根据本发明的多个方面的实例电子电阻型随机存取存储器(RRAM)的电路的电路图；
图2是示出根据一个或多个方面的与图1的电路图对应的示例性半导体布局的示意图；
图3是示出根据具体方面的多个RRAM可操作地连接到读取晶体管的示例性半导体布局的方框图；
图4是示出多个非线性电阻RRAM耦接到图3的读取晶体管的示例性半导体布局的方框图；
图5是示出根据本发明的多个方面的半导体布局的示例性电流路径的方框图；
图6是示出根据本发明的其他方面的4×4RRAM块的示例性半导体布局示意图；
图7是示出根据本发明的另外其他方面的示例性半导体布局的示意图；
图8是示出关于图7的半导体布局的编程、擦除和读取的示例性操作表；
图9是示出根据其他方面的高速RRAM的示例性提供方法的流程图；
图10是示出根据另外其他方面的高速RRAM的示例性制造方法的流程图；
图11是示出根据本发明的一个或多个其他方面的示例性电子操作环境的方框图。
具体实施方式
结合附图描述了本发明，其中，在说明书全文中类似的附图标记用于指代类似的元件。在以下描述中，出于说明的目的，详细描述了许多具体的细节以提供对本发明的全面的理解。但是，很显然，本发明可以在没有这些具体的细节的情况下实施。在其他例子中，为了方便描述本发明，熟知的结构和装置用方框图表示或示意性地示出。
本发明的方面提供一种电阻型随机存取存储器(RRAM)，该电阻型随机存取存储器与常规存储器和现有方案的RRAM相比具有高的操作速度。RRAM的实例可以包括基于导电丝的RRAM，其依次包括：含p型硅层(例如，p型多晶硅，p型SiGe)；未掺杂的非晶硅层(即，具有本征特性)；以及活性金属层(例如，银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、铝(Al)、铬(Cr)、铁(Fe)、锰(Mn)、钨(W)、钒(V)、钴(Co)、铂(Pt)和钯(Pd))，用于向非晶硅层提供形成导电丝的离子。属于与前述例子相似的RRAM的一些细节可以在被转让给本专利申请受让人的密歇根大学的以下美国专利申请中找到：于2007年10月19日提交的申请序列号为11/875,541的专利申请，以及于2009年10月8日提交的申请序列号为12/575,921的专利申请。
应当理解，存在具有不同的物理性质的多种RRAM技术。例如，不同的RRAM技术可以具有不同的离散的可编程电阻、不同的与编程/擦除相关的电压，以及其它不同的特性。例如，单极的RRAM，在被初始编程后，可以在其后响应于第一正电压(例如，3伏特)被编程以及响应于第二正电压(例如，在4至5伏特之间)被擦除。另一方面，双极RRAM响应于正电压而被编程，并且响应于负电压而被擦除。如果本文中的各方面和实施例中没有说明任何特定的RRAM技术或编程/擦除电压，那意味着这些方面和实施例并入任何适宜的RRAM技术并且由适宜于该RRAM技术的编程/擦除电压来操作，正如本领域普通技术人员所知或者通过本文提供的背景所了解。还应当理解，如果更换不同的RRAM技术需要进行本领域普通技术人员所知的电路修改，或者需要做出本领域普通技术人员所知的操作信号电平的改变，那么包括所更换的RRAM技术或信号电平改变的实施例应被包括在本发明的范围内。
相对于常规RAM(诸如静态RAM或动态RAM)以及常规晶体管(诸如金属氧化物(MOS)半导体晶体管)，RRAM存储器单元具有多个优点。首先，RRAM技术通常可以很小，每个相邻的RRAM器件消耗的硅面积约为4F2(例如，如果以相邻的硅空间来构建，包括两个RRAM器件的存储器单元因此将消耗约8F2)。对于一组多个非相邻的器件来说，非相邻的RRAM器件，例如，在上方或下方互相层叠，可以仅消耗小至4F2的面积。对于给定数量的晶体管来说，这导致半导体元件的密度更大，并且制造成本更低。RRAM还具有快的编程速度和低的编程电流，以及更小的单元大小，从而可以具有更大的元件密度。此外，RRAM是非易失性存储器，具有能在没有连续供电的情况下存储数据的能力。除前述内容以外，RRAM单元通常可以构建在金属互连层之间，使基于RRAM的器件可以用于二维半导体架构和三维半导体架构。
现在参照附图，图1示出了根据本发明各方面的RRAM电路100的实例电路图。RRAM电路100可以包括晶体管元件102，该晶体管元件具有与RRAM 104的一端子连接的栅极。晶体管元件102通常具有相对快的切换时间，该切换时间是指栅极电压超过晶体管元件102的阈值电压的时间与晶体管102导电的时间之间的时间。此外，晶体管元件102可以被选择为具有相对低的栅极电容106(例如，通过具有较小的沟道宽度或较短的沟道长度)，从而减少电荷从RRAM 104流出并在晶体管元件102的栅极处聚积的时间。在本发明的各个方面中，晶体管元件102可以包括各种适宜的晶体管，例如MOS晶体管，其包括互补型MOS、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、n沟道MOSFET或NMOS晶体管、p沟道MOSFET或PMOS晶体管等。
RRAM 104被图示为非线性电阻器件。具体地，RRAM 104可以被示意性地图示为电阻元件(图示为电阻器符号)与二极管元件(具有向下的箭头)的组合。在工作时，该非线性电阻器件可以对第一方向(向下)的电流具有线性电阻，而对相反方向(向上)的电流具有高得多的电阻。这实质上暗示了当RRAM 104处于激活状态时，RRAM 104允许电流单向流动(向着二极管的箭头)，并且通常防止或减小电流反向流动(与箭头方向相反的方向)。然而，RRAM 104不限于非线性电阻元件，在本发明的替代实施例中还可以仅包括电阻元件而不包括二极管元件。
除了以上所述外，RRAM 104具有大体与RRAM器件相关的性质，即当RRAM被解除激活时具有相对高电阻，当RRAM被激活时具有相对低电阻。因此，当使用对激活状态的RRAM适宜量级的电流(例如约一百纳安培或一百纳安培以上)进行测量时，RRAM 104可以被测出在激活状态或未激活状态下，分别地允许或减小电流流过RRAM 104。因此，RRAM 104可以用作晶体管，当允许电流流过(例如100纳安培或100纳安培以上)时被编程，当阻止电流流过(例如1纳安培或1纳安培以下)时被解编程/擦除。
位线从与晶体管元件102连接的端子连接到RRAM 104的相反端子。该位线由电阻-电容-电阻模型或R-C-R模型表示，包括位线电阻108和位线电容110。通常，位线电容110比晶体管元件102的栅极电容大得多。当信号输入112(例如，电压信号、电流信号、……)被设置为适宜电压时(例如，读取电压、……)，第一电流114A将会流过该位线并且第二电流114B将会流过RRAM 104。因为晶体管元件102的栅极电容106具有较小的电容值(例如，相对于位线电容110而言)，信号输入112可以迅速地通过被激活的RRAM 104，到达晶体管元件102的栅极，将晶体管元件102切换到被激活状态，并且使晶体管电流114C流过晶体管元件102的沟道区域。可以通过感测放大器116测量晶体管电流114C来将其作为指示RRAM 104处于激活状态或非激活状态的指示器。具体地，晶体管电流114C的变化(例如，增加)可以指示RRAM104处于激活状态，而晶体管电流114C不发生变化则指示RRAM 104处于未激活状态。按照晶体管存储器的术语来说，RRAM 104的激活状态/未激活状态的判定表示的是RRAM 104载有二进制数字信息的0还是1。
如图所描述，RRAM 104的读取时间与响应于信号输入112处的电压或电流增加而晶体管切换的切换时间成比例。该切换时间与(RRRAM_ON*CTRANS_GATE 106)成比例，其中RRRAM_ON是RRAM 104处于激活状态时的电阻，CTRANS_GATE 106是晶体管元件102的栅极的电容。因为晶体管元件102的栅极的电容较小，所以晶体管元件102的切换时间较小，所以RRAM 104的读取时间较小。
常规RRAM阵列方案要求位线上的电荷(例如信号输入112)释放到被接地的RRAM器件，并且在信号输入112处所感测的信号输入上电流量或电压浮置。由于RRAM电阻乘以位线电容的乘积较大，所以常规感测方法会比上述公开的关于RRAM电路100的方法慢。因此，与RRAM 104的读取时间相比，常规RRAM阵列的读取时间会很长。这是RRAM电路100的一个非常显著的优势，因为读取时间是电子存储器的一个重要特性；读取时间越短，器件通用性越好。特别是在随机存取存储器常被用于使用高速计算机处理器(例如，在几千兆赫的时钟速度下工作)的应用级、过程级或线程级通信的情况中，读取时间是常规RRAM方案的显著限制。因此，如图1所示的RRAM电路，以及本文中公开的其他实施例对现有技术做出了实质性的改进。
图2示出了根据本发明的另外方面的电子存储器200的实例布置的示意图。电子存储器200可以包括RRAM 202，其在第一RRAM端子202A处连接到电子存储器200的位线210。尽管仅示出了一个位线210，应当理解电子存储器200可以包括各种适宜布置的多个位线。此外，这些位线中的各个位线可以连接到一个或多个其他的RRAM元件，在此没有画出。同样应当理解，根据各个其他实施例，电子存储器200的位线210和其它位线可以连接到多个RRAM元件。在这种情况下，可以通过选择晶体管、字线或者用于将信号传递给连接到特定位线的电元件集合中的子集的其他适宜机制，来在该特定位线上将相应的RRAM元件激活或解除激活。
电子存储器200可以进一步包括读取晶体管204，该读取晶体管的栅极可以经由字线选择晶体管214连接到RRAM 202的第二RRAM端子202B，或不与第二RRAM端子202B连接。读取晶体管204的沟道区域可以连接到感测位线206。此布置使得连接到感测位线206的感测电路208能够测量读取晶体管204的沟道区域的电学特性。此外，感测位线206可以与电子存储器200的存储器元件(即，RRAM 202)分离，该感测位线用于经由一个或多个读取晶体管来读取该等存储器元件，但是不用于供电以及以其他方式将信号传输到该等存储器元件。例如，感测位线206可以与电子存储器200的激励源解除耦接(例如，其中激励源是位线210并且信号输入被施加到位线210上)。因此，不同于例如在同一个位线上施加激励并进行感测，激励被施加到位线210上并且在感测位线206上进行感测。在本发明的至少一个方面中，位线210和感测位线206可以具有相反的配置，电子存储器200可以通过至少部分地专用于相应功能的相应位线，来给RRAM 202供电并读取RRAM 202。
在一些方面中，如图所示，字线选择晶体管214可以位于第二RRAM端子202B与读取晶体管204的栅极之间的路径中。字线选择晶体管214的栅极可以连接到电子存储器200的字线212。此配置使得当通过在字线212上施加的适宜信号激活字线选择晶体管212时，使字线选择晶体管212将RRAM202电连接到读取晶体管204的栅极，并且当字线选择晶体管212处于未激活状态时(例如，缺少在字线212上施加的适宜信号)，使字线选择晶体管212将RRAM 202与读取晶体管204的栅极电绝缘。如图所示，RRAM 202、读取晶体管204、位线210和字线选择晶体管214被配置为使得一旦RRAM 202被激活，字线选择晶体管212的激活可以使施加到位线210上的信号传递到读取晶体管204的栅极。如果响应于该信号而施加给读取晶体管204的栅极的电压超过读取晶体管204的阈值电压，那么该施加给栅极的电压可以将读取晶体管204切换到导电状态。因此，由于读取晶体管204的切换取决于RRAM 202的激活/未激活状态，RRAM 202的编程或擦除状态可以由感测电路208根据在感测位线206处表现出的读取晶体管204的电学特性来判断。
根据本发明的另外方面，电子存储器200可以包括与读取晶体管204的栅极连接的参考晶体管216。参考晶体管216可以被配置为对读取晶体管204的栅极施加偏置电压。该偏置电压可以被设置为接近于但小于读取晶体管204的阈值电压的电平。例如，如果读取晶体管204的阈值电压是0.6伏特，那么该偏置电压可以被预充电到0.5伏特，或者相似的电压电平。因而，该偏置电压使读取晶体管204的栅极接近于该阈值电压，使得从RRAM 202传送少量电荷就可以切换或激活读取晶体管204(例如，在上述实例中使栅极电压增加约一百毫伏)。通过减少需要由RRAM 202传送到读取晶体管204的栅极的电荷量，可以进一步减少读取晶体管204的响应时间。在读取操作期间用作电流源路径的参考晶体管216的操作可以由源极线解码器(SLDEC，source linedecoder)218来控制。例如，SLDEC 218可以将作为电流源的参考晶体管216的电流值设置为足够大，足够大到可以消除当RRAM 202被解除激活时可能流过RRAM 202的任何断态电流(off current)。通过控制参考晶体管216的栅极电压，SLDEC 218可以将参考晶体管216激活或解除激活，并且可以通过对参考晶体管216的沟道区域施加电压电平来设置偏置电压。
图3示出根据本发明的另外方面的将多个RRAM器件连接到一个读取晶体管的实例电子存储器300的示意图。电子存储器300可以包括：一组位线，该组位线包括位线0(BL0)302A、位线1(BL1)302B和位线2(BL2)302C(统称为位线302A-302C)，以及与位线302A-302C大体交叉的字线304。此外，电子存储器300可以包括一组RRAM，该组RRAM包括RRAM 306A、RRAM 306B和RRAM 306C(统称为RRAM 306A-306C)。如图所示，RRAM306A-306C中的每一个RRAM在各自第一端子处连接到位线302A-302C中的相应位线。RRAM 306A-306C可以通过施加到位线302A-302C中的一个位线的适宜编程电压、擦除电压或读取电压来编程、擦除或读取，其中该编程电压、擦除电压或读取电压会传递到RRAM 302A-302C的相应第一端子。
RRAM 306A-306C的各自第二端子连接到本地字线305。本地字线305又连接到字线选择晶体管316和预充电晶体管314，字线选择晶体管316和预充电晶体管314中的每一个均由字线304激活。当被激活时，字线选择晶体管316将本地字线305也就是RRAM 306A-306C的第二端子电连接到读取晶体管308的栅极。类似地，当处于未激活状态时，读取选择晶体管316将RRAM306A-306C的第二端子与读取晶体管308的栅极电绝缘。在以下更详细的论述中，根据本发明的一些方面，字线305将预充电晶体管314激活以及解除激活，实现在本地字线305上施加预充电电流。在其他方面中，可以通过电流参考晶体管318和字线选择晶体管316来实现预充电(例如，参见下文图4)。
在通过字线304激活字线选择晶体管314时，可以通过向位线302A-302C中的对应位线施加适宜的操作电压(例如，读取电压、编程电压、擦除电压……)来操作所选择的RRAM 306A-306C。可以通过不向连接到未被选择的RRAM306A-306C的对应位线302A-302C上施加电压来中止未被选择的RRAM306A-306C的操作。或者，可以通过向相关位线302A-302C施加中止电压来中止未被选择的RRAM 306A-306C的操作，使相关位线302A-302C的位线浮置(未施加电压)及其他或者它们的适宜组合。因此，为了读取RRAM 306B并且中止RRAM 306A和RRAM 306C的读取，可以在字线304处施加适宜的激活信号来激活字线选择晶体管316，并且可以在位线302B处施加适宜的读取电压。此外，可以在位线302A和位线302C处施加中止电压(例如，低电压、与读取电压相反极性的电压)。如果激活，电流可以流过RRAM 306B，到达读取晶体管308的栅极，这样又可以改变感测位线310处的电学特性(例如，电流、电压……)，这些特性可以由感测放大器312来检测。
此外，参考晶体管318可以使用偏置电压对读取晶体管308的栅极进行预充电，如上文图2所示，来改善读取晶体管308的响应时间。另外，参考晶体管318可以被SLDEC 320用作电流源来执行读取操作。该电流源的电流值可以由SLDEC 320根据RRAM 306A-306C和施加在位线302A-302C上的信号输入来选择。更具体地，该电流源的电流值可以经选择以消除关于被解编程或被解除激活的RRAM 306A-306C的预期的断态电流(例如，如果断态电流为约1纳安培，该电流源可以在约10纳安培或另一适宜电平下操作，以消除RRAM 306A-306C在读取晶体管308的栅极上的断态电流效应)。
通过用一个单个读取晶体管308来聚集多个RRAM 306A-306C，电子存储器300可以获得更高的元件密度。例如，图2中的电子存储器200包括连接到单个读取晶体管的单个RRAM。在这种布置中，对于每一个RRAM可以使用一个读取晶体管。然而，通过将多个RRAM连接到同一个读取晶体管，相对于电子存储器200，电子存储器300可以具有改善的元件密度。
根据本发明的一个具体方面，预充电路径315可以用于将预充电信号施加到本地字线305上。例如，该预充电信号能减轻RRAM 306A-306C之间或位线302A-302C之间的漏电流。因为各个RRAM 306A-306C的各自第二端子连接到本地字线305，所以RRAM 306A-306C之间的电压差可能导致漏电流从一个位线流到另一个，导致串扰或潜在的错误。SLDEC 320可以被配置为通过源极线313和预充电晶体管314对本地字线305进行预充电，以施加用于平衡漏电流的预充电电压。例如，在对一个或多个RRAM 306A-306C进行相关操作(例如，读取操作、编程操作、擦除操作……)之前或同时，预充电电压可以与一个或多个RRAM 306A-306C之间的电压差的量值相等，以减少一个或多个RRAM 306A-306C之间的电压降。图7和图8示出关于适宜的预充电电压的实例。
图4示出根据本发明的替代或额外方面的实例电子存储器400的示意图。电子存储器400可以包括：一组位线，包括BL0402A、BL1402B和BL2402C(统称为位线402A-402C)；以及一个或多个字线404。一组RRAM的第一端子可以被连接到位线402A-402C中的各个位线，该一组RRAM包括RRAM406A、RRAM 406B和RRAM 406C(统称为RRAM 406A-406C)。需要指出的是，RRAM 406A-406C可以是非线性电阻RRAM，其允许在正常的操作条件(例如，典型的读取电压)下电流单方向流过。在图4中以电阻元件和二极管元件的组合示出非线性电阻RRAM，其中该二极管元件允许电流向下朝向读取晶体管408的栅极流动。换句话说，本文中所说的非线性电阻表示，RRAM在读取操作期间允许电流单方向流过，并且在该读取操作期间不允许电流朝相反方向流动，即阻止电流朝相反方向流动。
除上述以外，电子存储器400可以包括参考晶体管410和SLDEC 412。在至少一个所公开的方面中，参考晶体管410和SLDEC 412可以用作电流源。在此布置中，参考晶体管410和SLDEC 412可以向参考晶体管408的栅极施加偏置电压，但不将参考晶体管408的栅极电压驱动到特定的值。如上所述，通过选择适宜的偏置电压，参考晶体管410和SLDEC 412可以改善读取晶体管408的切换时间。
此外，SLDEC 412、参考晶体管410和字线选择晶体管413可以为连接到RRAM 406A-406C的本地字线415提供预充电路径411。如本文所述，该预充电路径可以用于在本地字线415上施加适宜的预充电信号。该预充电信号可以用于进一步减轻或消除位线402A-402C之间的漏电流。需要指出的是预充电路径411也可以被线性电阻RRAM(例如，上文图3中的RRAM306A-306C)使用。因此，非线性电阻RRAM和预充电路径411可以分开实施，或者一起实施，或者根本不实施(前文图3就是一个实例)。
可以通过在字线404上施加适宜的激活电压，并且通过在位线402A-402C中的一个位线上施加适宜的操作电压(例如，读取电压、编程电压、擦除电压……)，来操作各个RRAM 406A-406C。可以通过施加中止电压、零电压或不施加电压(例如，浮置的)等，来中止未被选择的RRAM 406A-406C的操作。作为一个读取操作的实例，当RRAM 406A-406C中的对应RRAM处于激活状态时，在位线402A-402C中的一个位线上施加读取电压可以使电流流过该对应RRAM。该电流可以切换读取晶体管408的状态，使电流从感测放大器416流过感测位线414。电流流过感测位线414可以指示对应RRAM的被激活状态，而感测位线414没有电流流过表示对应的RRAM的未激活的数据，实现读取对应RRAM的状态。
图5示出根据本发明各个方面的包括用于高速RRAM读取操作的信号路径502的实例电子存储器500的示意图。信号路径502被图示为起自信号输入512的划线，信号输入512被施加到一组位线中的第一位线BL0514上，该一组位线包括BL0514、BL1516和BL2518(以下统称为位线514-518)。沿信号路径502流过的电流会遭遇连接到BL0514的RRAM 504。如果RRAM 504被激活，电流流过RRAM 504，到达读取晶体管506的栅极，切换读取晶体管506并在电子存储器500的感测位线508处产生读取电流502A，该读取电流可以被感测放大器510检测。读取电流502A被图示为从感测放大器510经过读取晶体管506而接地的点线。
在RRAM 504处于未激活状态的情况下，沿着信号路径502的电流在RRAM 504处被阻止。此外，参考晶体管522作为电流源，将读取晶体管506的栅极处的电流增加到一个比能在RRAM 504处流过的断态电流更大的值。因此，读取晶体管506没有切换状态，而读取电流502A也没有流过感测位线508。读取电流502A的缺少表示RRAM 504处于未激活状态。
电子存储器500可以与本文中公开的其他电子存储器大体相似。例如，一方面，RRAM 504可以是与RRAM 306A-306C相似的线性电阻器件，参考晶体管522和SLDEC可以对连接到多个RRAM 306A-306C的各自端子的共同字线进行预充电，减轻在该共同字线处的位线间的漏电流。另一方面，RRAM 504可以包括与上文图4的RRAM 406A-406C相似的非线性电阻器件。在此情况下，由于非线性电阻RRAM 406A-406C的抗漏电流性质，可以通过施加中止电压，或零电压，或者通过使未被选择的RRAM 406A-406C的位线浮置，来中止未被选择的RRAM 406A-406C的操作。也可以实施本发明的前述方面或相似方面的组合。
尽管未示出，电子存储器500可以具有多个预充电路径中的一个，用于结合施加信号输入512(例如，在施加之前)对RRAM 504预充电。适宜的预充电路径可以通过源极线、连接到SLDEC 524的SL0，以及被WL0激活并且连接到RRAM 504的预充电晶体管526来建立。或者，可以通过参考晶体管522结合连接到RRAM 504的字线选择晶体管528来建立该预充电路径。在前一种情况中，预充电路径提供从SLDEC 524流过SL0和预充电晶体管526的电流。在后一种情况中，预充电路径提供从SLDEC 524流过参考晶体管522和字线选择晶体管528的电流(例如，分别见图3和图4)。
图6示出根据本发明另外其他方面的实例电子存储器600的示意图。电子存储器600包括以电子存储器600的各个象限组织的四个多重单元存储器扇区。具体地，该等多重单元存储器扇区包括在电子存储器600的左上象限的多重单元1602、在电子存储器600的左下象限的多重单元2604、在电子存储器600的右上象限的多重单元3606以及在电子存储器600的右下象限的多重单元4608，统称为多重单元602-608。图中示出一组位线，分别包括穿过左上象限和左下象限的第一位线子集BL0610、BL1612和BL2614和穿过右上象限和右下象限的第二位线子集BL0616、BL1618和BL2620。第一位线子集统称为第一位线子集610-614，而第二位线子集统称为第二位线子集616-620。此外，电子存储器600包括穿过电子存储器600左上象限和右上象限的字线WL0622，和穿过电子存储器600左下象限和右下象限的字线WL1624。
各个多重单元602-608包括一组RRAM器件，该组RRAM器件分别连接到该组位线中的一个位线。多重单元602-608中的一个特定多重单元的RRAM器件可以通过以下方式来操作：激活字线WL0622或WL1624中的一个字线，并且在第一位线子集610-614或第二位线子集616-620中的一个位线上施加操作信号。因此，例如，为了读取多重单元4608中的中间RRAM，可以激活WL1624并将读取电压施加到BL1618上。应当理解，在各种替代或其他实施例中，电子存储器600的RRAM器件可以包括线性电阻器件、非线性电阻器件、单极器件或双极器件。在不脱离本发明范围的前提下，还可以对各种RRAM器件的读取操作、写入操作或编程操作做出适宜的改变。
对多重单元602和604预充电可以利用包括左侧源极线SLL0632或SLL1634和相关的预充电晶体管(例如，见上文图3的预充电晶体管314)的预充电路径来完成。同样地，对于多重单元606和608，可以将右侧源极线SLR0633或SLR1635和与这些单元相关的预充电晶体管来一起激活。如图所示，预充电晶体管被WL0622或WL1624激活。
一对感测放大器642和644中的各个感测放大器可以分别连接到多重单元602、604和多重单元606、608，用于分别确定左象限多重单元602、604或右象限多重单元606、608的RRAM器件的状态。需要注意的是，各个感测放大器642、644可以利用同一个感测位线来确定多个多重单元602-608的RRAM器件状态。具体地，感测放大器1642通过共同的感测位线连接到多重单元1602和多重单元2604的各个读取晶体管。同样地，感测放大器2644通过共同的感测位线连接到多重单元3606和多重单元4608的各个读取晶体管。图中还示出一组SLDEC，其包括：SLDEC 652，用于控制多重单元1602和多重单元3606处的偏置电压；和SLDEC 654，用于控制多重单元2604和多重单元4608处的偏置电压。SLDEC 652和654还被配置为设置并施加多重单元602-608的预充电电压。具体地，SLDEC 652可以被配置为沿着SLR0633向多重单元606施加预充电信号，并且经由SLL0632向多重单元602施加预充电信号，并且相似地，SLDEC可以在SLL1634处向多重单元604施加预充电信号，以及在SLR1635处向多重单元608施加预充电信号。
图7示出根据本发明的另外其他方面的实例电子存储器700的电路图。电子存储器700被组织成两个存储块，包括块0702和块1704(统称为存储块702和704)。存储块702和704包括各自的位线组和两条字线WL0和WL1。应当理解，尽管电子存储器700仅示出两条字线，相似架构的电子存储器700可以具有在WL0上方或在WL1下方的额外字线，并且同样地，相似架构的电子存储器700可以包括在块0702左侧和块1704右侧的额外存储块。例如，在本发明的至少一个方面中，电子存储器700可以在图7的页面上方或下方具有重复布置的三维结构。
电子存储器700在块0702和块1702内部和沿着字线WL0和WL1包括相似的元件。因此，以下论述将集中于块0702的上部706。然而，这种论述同样也可以用于块0702的下部或块1704的上部或下部。
块0702的上部706包括多组RRAM 708和710，其中每一组RRAM 708和710包括多个RRAM器件。各个RRAM器件在各自的一端子处连接到块0702的各个位线。通过在这些位线中的一个位线上施加操作信号，可以分别操作RRAM组708和710中的各个RRAM器件。对于读取操作，一对选择线712，包括SEL0和SEL1，用于将RRAM组708或RRAM组710中的任一个RRAM组连接到感测和预充电电路。该感测和预充电电路包括字线选择晶体管715、读取晶体管714和参考晶体管716。响应于WL0激活字线选择晶体管715而激活该电路，使得RRAM组708或RRAM组710中的任一个RRAM组连接到读取晶体管714的栅极。此外，通过SLDEC 718激活参考晶体管716来激活预充电。在上述情况中，预充电可以包括对与RRAM组708或RRAM组710相关的本地字线进行预充电(例如，通过包括参考晶体管716和字线选择晶体管715的预充电路径)，并且可以包括对读取晶体管714的栅极施加偏置电压，或者两种功能都包括。预充电可以减轻或避免与RRAM组708和RRAM组710相关的位线之间的漏电流，而该偏置电压可以改善读取晶体管714的操作。
在本发明的至少一个方面中，SLDEC 718可以被配置为激活WL0或将WL0解除激活，也能激活或解除激活与WL0相关的参考晶体管(例如，参考晶体管716)。SLDEC 718可以进一步被配置为通过连接到参考晶体管716的沟道区域的源极线SL0，来对施加到读取晶体管714的栅极的偏置电压的电平进行控制。此外，参考晶体管716和SLDEC 718可以用作与RRAM 708和710的断态电流成比例的适宜电平的电流源，并且可以被配置为对读取晶体管714的栅极进行预充电，如本文所述。
电子存储器700提供了比上文图6的电子存储器600更大的元件密度。如图所示，每个读取晶体管714可以连接到至少六个RRAM器件。然而，应当理解，在替代实施例中，可以将多于六个的RRAM器件连接到同一个读取晶体管。例如，在存储块0702中，可以将两组以上的RRAM 708和710连接到读取晶体管714。在另一个实例中，通过在每个存储块的每一位线组中并入三个以上的位线，可以使各个RRAM组包括多于三个以上的RRAM器件。电子存储器700或相似实施例的高元件密度可以提供非常高的存储密度，实质上在给定量的硅空间中布置大量存储单元。此架构有助于进一步实现现代电子存储器的一个目标，增加存储芯片的存储容量。
图8示出根据本发明的一个或多个方面的图7的电子存储器700的实例操作表800的示意图。操作表800示出了各个信号线的实例操作电压，包括电子存储器700的位线、字线、选择线和源极线。然而，应当了解，这些实例操作电压并不是排他的，也可以将其他操作信号和操作电压电平应用于电子存储器700或相似实施例。
如图所示，在左侧，操作表800包括读取操作、页擦除操作和编程操作。每一个操作包括两个步骤，即预充电步骤和读取或执行步骤。操作表800的各阴影区域突显了为实施各个操作对电子存储器700的具体信号线的信号改变。例如，为了读取与WL1的BL2连接的RRAM器件，对电子存储器700的五条信号线施加输入信号的改变以用于RRAM器件的预充电和感测。同样地，为了执行页擦除和编程操作，执行预充电步骤，然后使用分别施加到两个信号线上的输入信号的改变来执行擦除或编程。
在针对与电子存储器700的WL1的BL2连接的RRAM器件的读取操作中，该预充电步骤包括：将WL1提高到供应电压Vdd；对块0的BL2和块1的BL2施加0.5伏特的电压；对控制线SL0施加0.5伏特的电压；以及对VBIAS施加Vdd，从而激活参考晶体管716。确定该RRAM器件的状态的感测步骤包括：将WL1降低到0伏特；对块0的BL2和块1的BL2施加1伏特的电压；对SL0施加0伏特的电压；以及对VBIAS施加参考电压Vref。
在页擦除操作中，预充电步骤包括对SL0施加0伏特电压，并对VBIAS施加4伏特电压。执行页擦除的执行步骤包括将SL0处的电压从0伏特增加到3伏特，并且将VBIAS保持在4伏特。该操作将3伏特电压传递到RRAM单元的下端子并且对所选择的WL0行上的所有RRAM进行擦除。
在同时对两个RRAM器件进行的编程操作中，编程预充电和执行操作会影响与电子存储器700的块0的WL0的BL2和块1的WL0的BL2连接的RRAM器件。该预充电步骤可以包括：对WL1施加供应电压Vdd；对块0的BL2施加3伏特电压并且对块1的BL2施加3伏特电压；以及对SL0施加3伏特电压。为了执行编程，可以执行该执行步骤，包括：将SL0的电压减小到0伏特；将WL1的电压从Vdd减小到0伏特；以及将块0的BL0和BL1设置为1.5伏特以分别抑制在WL1和位线BL0和BL1上的编程，并且将WL0保持在Vdd，将BL2保持在3伏特以对块0的BL2和WL0处的RRAM器件进行编程。
围绕多个元件或存储器架构之间的交互描述了以上示意图。应当理解，此类示意图可以包括在其中具体指出的元件和架构、具体指出的元件/架构中的一些，和/或额外的元件/架构。例如，存储单元架构可以包括电子存储器400和电子存储器300的组合。子元件可以被实施为电连接到其他子元件而不是被包括在父级架构中。此外，需要注意的，所公开的一个或多个过程可以组合成单一过程来提供整合的功能。例如，编程过程可以包括擦除过程，擦除过程也可以包括编程过程，以便能通过单一过程来对半导体单元编程和擦除。此外，应当理解，所公开的存储器架构的各个行可以按组擦除(例如，多行同时擦除)或逐个擦除。此外，应当理解，在特定行上的多个RRAM单元可以按组编程(例如，同时对多个RRAM单元编程)或逐个编程。所公开的架构的元件还可以与在本文中没有公开但是本领域技术人员所知的一个或多个其他元件交互作用。
关于在上文描述的示例性示意图，参照图9和图10的流程图将会更好地理解根据本发明实施的过程方法。然而为了简化说明的目的，方法900和1000被图示为一组方框，应当理解，本发明不限于本文中所画出或所描述的方框的顺序，因为一些方框可以以与之不同的顺序或与其他方框同时实施来执行。此外，实施以下所描述的方法900和方法1000时不要求需实施所有示出的方框。此外，应当进一步理解，在下文中以及全文中所描述的方法900和方法1000可以被存储在制成品上，以便将该方法转移到电子装置上。所使用的术语制成品应包括可由任何计算机可读装置存取的计算机程序、与载波相结合的装置，或存储介质。
图9示出根据本发明一个或多个方面的用于提供高速RRAM的实例方法900的流程图。在902中，方法900可以包括选择出电子存储器件的字线。选择该字线可以包括，例如，对该字线施加适宜的激活信号。选择该字线可以另外包括通过抑制对其他字线施加激活信号、允许其他字线浮置(例如，在非线性电阻RRAM的情况下)或对其他字线施加抑制电压等来抑制电子存储器件的其他字线被激活。在904中，方法900可以包括对与RRAM器件的第一端子连接的位线施加读取电压。在906中，方法900可以包括对具有与RRAM的第二端子连接的栅极的读取晶体管的电学特性进行测量。该电学特性可以是电压特性、电流特性等。此外，在908中，方法900可以包括根据电学特性是否发生改变来确定RRAM的状态。例如，如果电学特性的改变与RRAM的激活或编程状态对应，确定该状态可以包括确定RRAM处于编程状态。同样地，如果电学特性的未改变与RRAM的未激活或者擦除状态对应，确定该状态可以包括确定RRAM处于擦除状态。根据本发明的具体方面，方法900可以进一步包括在该RRAM被激活时，在一定时间内持续测量该电学特性，该一定时间与该读取晶体管的栅极的电容和RRAM的电阻的乘积成比例。在替代方面或其他方面中，方法900可以进一步包括激活一个选择晶体管以将一个RRAM子集连接到读取晶体管的栅极，其中RRAM是RRAM子集的一个元素，并且将另一个选择晶体管解除激活以将另一个RRAM子集与读取晶体管的栅极绝缘。在至少一个其他方面中，方法900可能另外包括对读取晶体管的栅极施加偏置电压，其中该偏置电压接近于但小于读取晶体管的阈值电压。在另外的其他方面中，方法900可以包括在对RRAM器件进行操作时(或者，例如在此之前)对RRAM器件或一组RRAM器件进行预充电，所述操作包括对RRAM器件执行读取操作、写入操作或编程操作。
图10示出了根据本发明又一些其他方面的制造用于电子存储器件的高读取速度的RRAM的示例性方法100的流程图。在1002中，方法1000可以包括制造电子存储器件中的电阻型RRAM。在1004中，方法1000可以包括制造电子存储器件中的读取晶体管，在1006中，方法1000可以包括制造电子存储器中的字线选择晶体管。在1008中，方法1000可以包括将感测电路连接到读取晶体管的沟道区域。在1010中，方法1000可以包括将RRAM的第一端子连接到电子存储器的一个位线。具体地，该电子存储器的所述位线可以是感测位线，该感测位线没有被连接到用于操作存储单元(例如，编程、擦除、读取……)的电子存储器件的操作位线(例如，列)。在1012中，方法1000可以包括将该RRAM元件的第二端子和该读取晶体管的栅极连接到该字线选择晶体管的相对的沟道区域端子(例如，分别为源极端子和汲极端子)。
为了提供本发明的各方面的背景，图11和以下论述旨在为可以实施本发明各方面的适宜环境提供一个简短的大体描述。尽管以上所述将本发明描述为在半导体架构和用于制造和操作此类架构的过程方法的大背景下，本领域技术人员应该认识到本发明还可以与其他架构或过程方法联合使用。此外，本领域技术人员应该理解，所公开的过程可以使用处理***或计算机处理器来实施，既可以独立实施也可以结合主机实施，该主机可以包括单处理器或多处理器计算机***、微型计算装置、大型计算机和个人计算机、手持计算器件(例如，PDA、手机和手表)、基于微处理器的或可编程的消费型电子产品或工业型电子产品等。所示出的方面还可以在分布式计算环境中实施，在分布式计算环境中，任务由通过通信网络连接的远端处理器件来执行。然而，本发明的一些方面(如果不是所有的方面)可以使用独立的电子装置，例如存储卡、闪存模块、可移动存储器等来实施。在分布式计算环境中，编程模块可以位于本地也可以位于远端存储器模块或装置中。
图11示出了根据本发明多个方面的RRAM阵列1102的实例操作和控制环境1100的方框图。在本发明的至少一个方面中，RRAM阵列1102可以包括各种RRAM存储单元技术。具体地，如本文所述，RRAM阵列可以布置为结合RRAM单元的高速编程和高速擦除来提供高速读取操作。
列控制器1106可以形成为邻近RRAM阵列1102。另外，列控制器1106可以与RRAM阵列1102的位线电耦接。列控制器1106可以通过对所选择的位线施加适宜的编程电压、擦除电压或读取电压来控制各个位线。
此外，操作和控制环境1100可以包括行控制器1104。行控制器1104可以形成为邻近列控制器1106，并且与RRAM阵列1102的字线电连接。行控制器1104可以使用适宜的选择电压来选择存储单元的特定行。此外，可以通过在所选择的字线上施加适宜的电压来实现对行控制器1104进行编程、擦除或读取操作。
时钟源1108可以提供相应的时钟脉冲来实现行控制器1104和列控制器1106的读取操作、写入操作和编程操作的时序。时钟源1108可以进一步实现响应于由操作和控制环境1100接收的外部或内部命令来选择字线或位线。输入/输出缓冲器1112可以经由I/O缓冲器或其他I/O通信接口连接到外部主机设备，诸如计算机或其他处理器件(图中未示)。输入/输出缓冲器1112可以被配置为接收写入数据，接收擦除指令，输出读出数据以及接收地址数据和命令数据，以及关于各个指令的地址数据。地址数据可以由地址寄存器1110传送到行控制器1104和列控制器1106。此外，输入数据经由信号输入线传输到RRAM阵列1102，并且，经由信号输出线从RRAM阵列1102接收输出数据。可以经由I/O缓冲器从主机装置接收输入数据并且将输出数据输送到主机装置。
从主机装置接收的命令可以被提供到命令接口1114。命令接口1114可以被配置为从主机装置接收外部控制信号，并判断输入到输入/输出缓冲器1112的数据是写入数据，是命令还是地址。输入命令可以被传送到状态机1116。
状态机1116可以被配置为管理对RRAM阵列1102的编程和再编程。状态机1116经由输入/输出接口1112和命令接口1114从主机装置接收命令，并且管理与RRAM阵列1102相关的读取、写入、擦除、数据输入、数据输出等功能。在一些方面中，状态机1116可以发送或接收与成功接收或执行各种命令相关的应答或否定应答。
状态机1116可以控制时钟源1108以执行读取、写入、擦除、数据输入、数据输出等功能。控制时钟源1108可以令输出脉冲配置为使得行控制器1104和列控制器1106实施具体的功能。例如，输出脉冲可以通过列控制器1106传输到所选择的位线，或者例如，通过行控制器1104传输到所选择的字线。
本文中所使用的术语“元件”、“***”、“架构”等用于指计算机或与电子器件相关的实体，可以是硬件、软件和硬件的组合、软件(例如，运行中的)或固件。例如，元件可以是一个或多个晶体管、存储单元、晶体管或存储单元的布置、门阵列、可编程门阵列、专用集成电路、控制器、处理器、在处理器上运行的过程、与半导体存储器存取或接口连接的对象可执行程序或应用程序，计算机等，或者它们的适宜组合。该元件可以包括可擦除编程(例如，至少部分地存储在可擦除存储器中的过程指令)或硬编程(例如，在制造时烧录到不可擦除存储器中的过程指令)。
在说明中，从存储器执行的过程和处理器都可以看做元件。作为另一个实例，架构可以包括电子硬件的布置(例如，并联或串联晶体管)、处理指令和以适宜于电子硬件布置的方式实施所述处理指令的处理器。此外，架构可以包括单个元件(例如，晶体管、门阵列等)或多个元件的布置(例如，串联或并联布置的晶体管、与编程电路连接的门阵列、电源线、电接地、输入信号线和输出信号线等)。***可以包括一个或多个元件以及一个或多个架构。一个实例***可以包括切换块架构，该切换块架构包括交叉的输入/输出线和门晶体管，以及电源、信号发生器、通信总线、控制器、I/O接口、地址寄存器等。应当理解，预计会出现一些定义的重叠，并且架构或***可以是独立的元件或另一个架构或***等的元件。
除了上述内容以外，本发明可以被实施为方法、装置或制成品，使用通常的制造、编程或工程技术来生产硬件、固件、软件或它们的适宜组合以控制电子器件来实施本发明。在本文中使用的术语“装置”和“制成品”应包括电子器件、半导体器件、计算机，或者可以从任意计算机可读器件、载波或介质访问的计算机程序。计算机可读介质可以包括硬件介质或软件介质。此外，该介质可以包括非暂时性介质或传输型介质。在一个实例中，非暂时性介质可以包括计算机可读硬件介质。计算机可读硬件介质的特定实例可以包括但不限于磁存储器件(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，激光唱片(CD)、数字化通用光盘(DVD)……)、智能卡、闪存器件(例如，闪存卡、闪存棒、闪存盘)等。计算机可读传输介质可以包括载波等。当然，本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以对此种配置做出多种修改。
以上描述包括本发明的实例。当然，不可能出于描述本发明的目的而描述每一种可能的元件组合或方法，但是本领域的普通技术人员可以知道，本发明还可能有许多其他组合和变换。因此，本发明应包括落入本发明精神和范围内的所有此类变更、修改和变化。另外，对于在说明书和权利要求书中使用术语“包含”、“包括”或“具有”以及它们的变体来说，应理解为开放式包括，与“包括/包含”在权利要求中作为过渡词时理解是相似的。
此外，在本文中使用的术语“示例性”用于表示实例、例子或说明。本文中被描述为“示例性”的任何方面或设计不一定要被理解为比其他方面或设计更优选或更有优势。还有，使用词汇“示例性”旨在以具体的方式描述概念。在本申请中使用的术语“或者”旨在表示包含性的“或者”而不是排斥性的“或者”。也就是说，除非明确地说明或者从上下文中明显看出，“X使用A或者B”旨在表示自然的包含性变换中的任何一种。也就是说，如果X使用A，X使用B或者X使用A和B，那么，上述的任何情况均满足“X使用A或B”。此外，本说明书和所附权利要求书中使用的冠词“一”和“一个”通常应该被理解为“一个或多个”，除非明确说明或从上下文中可以明显看出就是指的单数形式。
此外，详细描述的一些部分以算法或对电子存储器中的数据位的过程操作的方式呈现。这些过程描述或演示是本领域技术人员将其实质工作内容有效传达给同等技能技术人员的机制。在此处，过程一般指的是产生所要结果的自洽的动作序列。这些动作涉及到对物理量的物理操控。典型地，尽管不是必须地，这些物理量的形式为能够被存储、传输、组合、比较和/或以其他方式***控的电信号和/或磁信号。
主要是因为通用的原因，出于方便将这些信号称作位、值、元素、符号、字符、项目、数字等。然而，应当注意，所有的这些术语或相似术语与恰当的物理量相关，并且仅仅是赋予这些物理量的方便标签。除非另有特别说明或从前文论述中一目了然，应了解中，在整个说明书中，使用例如处理、计算、运算、确定或显示等的论述指的是表示处理***和/或相似的消费型电子或工业型电子器件或机器的动作和过程，该等动作和过程操控或变换在电子器件的寄存器或存储器内被表示为物理量(电气和/或电子)的数据，使之变换成在该机器和/或计算机***存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输和/或显示器件内的以相似方式被表示为物理量的其他数据。
对于由上述元件、架构、电路、过程等执行的各种功能来说，除非另有说明，用于描述这些元件的术语(包括对“构件”的引用)意图与用于执行所描述元件的指定功能(例如，等效功能)的任何元件相对应，即使其与文中执行实施例示例性方面所述功能的所公开结构在结构上不等同也可以。此外，当具体的特征仅通过各种实施方案中的一种被公开时，对于任何给定或特定的应用来说，只要可以获得所要效果或具有优势，此特征也可以与其他实施方案中的一个或多个其他特征来组合。同样应当理解，实施例包括***以及具有用于执行各个过程的动作和/或事件的计算机可执行指令的计算机可读介质。

Claims (20)

1.一种电子存储器，包括：
电阻型随机存取存储器(RRAM)，在第一RRAM端子处连接到所述电子存储器的一个位线；
读取晶体管，具有与所述RRAM的第二RRAM端子连接的栅极；以及
感测电路，经由一个感测位线连接到所述读取晶体管的沟道区域；其中：
所述感测电路响应于通过所述位线施加在所述第一RRAM端子上的读取信号而根据所述沟道区域的特性来确定所述RRAM的状态。
2.根据权利要求1所述的电子存储器，进一步包括参考晶体管，所述参考晶体管将初始电压传递到所述读取晶体管的所述栅极，所述初始电压小于所述读取晶体管的阈值电压。
3.根据权利要求2所述的电子存储器，其中，所述参考晶体管用作电流源并且用于读取所述RRAM的状态。
4.根据权利要求2所述的电子存储器，其中，所述RRAM是非线性电阻RRAM，所述非线性电阻RRAM响应于所述读取信号而允许电流单向流动。
5.根据权利要求2所述的电子存储器，进一步包括字线选择晶体管，其中，所述参考晶体管和所述字线选择晶体管被配置为对所述第二RRAM端子施加预充电电压，其中所述预充电电压用于平衡位线预充电电压。
6.根据权利要求2所述的电子存储器，进一步包括源极线解码器，所述源极线解码器被配置为对所述参考晶体管进行编程以施加所述初始电压。
7.根据权利要求6所述的电子存储器，其中，所述RRAM和所述读取晶体管均连接到所述电子存储器的多个字线中的一个字线上，并且其中，所述源极线解码器进一步被配置为通过对所述多个字线中的所述一个字线施加预定电压来激活所述多个字线中的所述一个字线，从而进行读取。
8.根据权利要求6所述的电子存储器，进一步包括预充电晶体管，所述预充电晶体管电连接到所述第二RRAM端子，并且经由源极线电连接到所述源极线解码器，其中，激活所述预充电晶体管促进了将预充电电压从所述源极线解码器传递到所述第二RRAM端子。
9.根据权利要求1所述的电子存储器，其中，所述读取晶体管的所述栅极的栅极电容小于所述位线的位线电容。
10.根据权利要求1所述的电子存储器，其中，所述感测位线与所述电子存储器的激励输入断开连接。
11.根据权利要求1所述的电子存储器，其中，所述RRAM是第一组RRAM中的一个RRAM，所述第一组RRAM通过由第一选择线激活的第一选择晶体管而连接到所述读取晶体管或者与所述读取晶体管分离。
12.根据权利要求11所述的电子存储器，其中，所述位线是第一组位线中的一个位线，所述第一组位线被分别连接到所述第一组RRAM中的每个RRAM，并且其中，所述信号被施加在所述第一组位线中的一个位线上以读取所述第一组RRAM中的相应RRAM。
13.根据权利要求11所述的电子存储器，进一步包括第二组RRAM，所述第二组RRAM通过由第二选择线激活的第二选择晶体管而连接到所述读取晶体管或者与所述读取晶体管分离。
14.根据权利要求13所述的电子存储器，其中，所述第一组RRAM或所述第二组RRAM通过分别激活所述第一选择晶体管或所述第二选择晶体管来电连接到所述读取晶体管的所述栅极。
15.根据权利要求13所述的电子存储器，包括：所述第一组RRAM中的多个RRAM和所述第二组RRAM中的多个RRAM分别连接到在所述电子存储器的字线上的多个读取晶体管中的一个读取晶体管。
16.根据权利要求13所述的电子存储器，包括：所述第一组RRAM中的多个RRAM和所述第二组RRAM中的多个RRAM连接到多个读取晶体管中的一个读取晶体管，所述多个读取晶体管分别位于多组位线中的相应位线上以及分别位于多组第一选择晶体管和多组第二选择晶体管中的相应选择晶体管上。
17.一种电子存储器的操作方法，包括：
选择所述电子存储器的字线；
对与电阻型随机存取存储器(RRAM)的第一端子连接的位线施加读取电压；
通过与用于操作所述电子存储器的RRAM单元的激励源断开连接的感测位线来测量具有与所述RRAM的第二端子连接的栅极的读取晶体管的电学特性；以及
根据所述电学特性的改变与否来确定所述RRAM的状态。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：当所述RRAM处于导电模式时，在一定时间内持续测量所述电学特性，其中，所述一定时间与所述读取晶体管的所述栅极的栅极电容与所述RRAM的电阻的乘积成比例。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：使用偏置电压对所述读取晶体管的所述栅极进行预充电以便增强所述读取晶体管的响应。
20.一种制造电子存储器的方法，包括：
制造在所述电子存储器中的电阻型随机存储器(RRAM)元件；
制造在所述电子存储器中的读取晶体管；
制造在所述电子存储器中的字线选择晶体管；
经由感测位线将感测电路连接到所述读取晶体管的沟道区域，其中所述感测位线与用于操作所述RRAM的激励源断开连接；
将所述RRAM元件的第一端子连接到所述电子存储器的位线；以及
将所述RRAM元件的第二端子和所述读取晶体管的栅极连接到所述字线选择晶体管的相反的沟道区域端子。
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