基于忆阻器的多层信息存储技术

基于忆阻器的多层信息存储技术

摘要：本文提出了一种新的运用忆阻器作为多层存储的方法。 在实际应用忆阻器来实现多层存储的过程中会遇到许多障碍。 其中一个难题是由于磁通量与电荷量曲线的非线性对设定阻值信号的的脉宽造成了难度；另一个问题是由于忆阻器存储了所有的信号，包括忆阻中的噪声，使得忆阻器与初始值相比出现扰动。本文提出的方法是通过使用一个参照电阻阵列使忆阻器固定在一个预先设定的参照阻值而使忆阻能被用来做多层次存储器。我们提出了写入电路（编程）和一个采用参照电阻阵列信息存储技术的读出/恢复电路。

关键字：忆阻器；电阻阵列；基于参照物的多层存储；写入电路；读出电路

1. 介绍

据估计，摩尔定理将在未来十年走到尽头，存储器行业已经提出了许多用于延缓该定理使用的方法。 一种方法是发展多层单元技术（MLC），以信息多层次的方法来存储多个比特在一个存储单元【1-2】。 商业上可用的MLC NAND存储器每个单元，现有技术下能够存储四个状态。大部分的是用基于晶体管的PRAM(阶段改随机存储)【3】， 除了HP公司的基于电阻的RRAM 【4-5】. 最近 Stanley Williams et al. 研制出了一个二氧化钛膜由铂电子包夹的，表现为倒滞后环的具有明显存储功能的材料----忆阻器 【6】。 忆阻器是leon O.Chua于1971年【7】作为第四电路的基本元件提出的一种假定。它是基于自然界中电磁机制的非线性特性。

相对于传统的晶体管存储器，忆阻存储器有许多的优点。 第一是其极小的尺寸。 尽管忆阻的发展还处于萌芽阶段， 但他只是同等规格RAM的十分之一【9】。 如果忆阻的制造工艺得到提高， 那么他的优势将更加明显。 忆阻另一个无法比拟的潜在优点就是能够存储模拟信息，这就使得忆阻能够在一个存储单元储存多个BIT的信息【7-8】。 另外忆阻也是人工神经网络中执行神经触角权重【10】理想的装置。

尽管有这么多有利的功能，但忆阻在实际应用中还是存在一些缺点。 一个是由于磁通量与电荷量曲线的非线性使得在为实现预定阻值而选择合适脉冲宽度时造成困难。 如果这个非线性在制造芯片过程中的死区表现得非常明显， 那么这个问题就会很严重。另一个是由于忆阻器存储了所有的信号，也包括忆阻中的噪声，这就造成了忆阻器与初始值相比出现扰动。

2． 忆阻的基本原理

忆阻器的基本原理是基于基础电路的非线性特性。在定义基础电路元件的相互关系时，电荷量可以定义为电荷量对时间的积分，即：

（qt) i( )d （1） t

同样的，电流i是电荷量q对时间的微分

i dq （2） dt

t类似的，通量 被定义为电压对时间的积分 (t) v( )d （3）

同样的，电压v是通量对时间的微分

v d （4） dt

用（4）式除以（2）式，我们可以得到电阻