一种基于单向选通器件的动态存储单元及其操作方法

本发明属于存储器领域，更具体地，涉及一种基于单向选通器件的动态存储单元及其操作方法。

背景技术：

1、在冯诺依曼体系计算机结构中，dram(动态随机存储器)作为主储存器发挥着与cpu直接交换数据的作用。目前对存储器的存储密度等各个方面的性能要求越来越高，但传统的通过微缩尺寸来增加存储密度的方法难以应对目前快速增长的数据处理需求，避开平面缩放限制向第三维架构发展是一种主流的解决方案。但是由于dram为1t1c结构，即由1个晶体管和1个存储单元串联组成，为三端口器件，难以实现三维堆叠，外围控制电路造成较大的面积消耗，制约着dram向更高存储密度发展。

2、为了解决dram存储密度低的问题，目前存储器领域的学术界和产业界已经探索了很多种可能取代dram的新型存储器，比如，将ots选通管和电容串联在一起构成存储单元(1s1c单元)。

3、然而，目前的1s1c存储单元设计都是采用的选通管都是双向选通管，而双向选通管也具有一定的缺陷，比如漏电流较高，数据保持时间较短。因此，如何解决双向选通管中存在的缺陷，是当前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于采用单向选通管作为存储器，旨在解决目前只能采用双向选通管的问题，扩大了1sic存储器的适用范围，并且能够对存储数据的存储电压进行调控，同时解决了双向选通管导致的漏电流较高，数据保持时间较短的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于单向选通器件的动态存储单元，包括单向选通模块和电容，所述单向选通模块由单向选通管构成；

3、当所述单向选通管两端的电压为正向电压且大于其阈值电压时，由高阻态转变为低阻态，当单向选通管两端的正向电压降低到小于其阈值电压时由低阻态转变为高阻态，当单向选通管两端的电压为反向电压时，所述单向选通管保持高阻态；

4、所述单向选通模块的第一端为所述动态存储单元的输入端，所述单向选通模块的第二端和所述电容的第一端连接，所述电容的第二端作为所述动态存储单元的输出端；

5、所述单向选通模块在工作时根据操作电压转换为低阻态向所述电容充电，并在所述电容电压达到目标电压时转换为高阻态。

6、可选地，所述单向选通模块包括正向选通管和反向选通管，所述正向选通管的正向端和所述反向选通管的反向端连接，形成所述单向选通模块的第一端；所述反向选通管的正向端和所述正向选通管的反向端连接，形成所述单向选通模块的第二端；

7、所述正向选通管和反向选通管的工作状态均包括高阻态和低阻态，所述正向选通管和反向选通管均在低阻态时打开，在高阻态时关闭；

8、所述正向选通管或反向选通管在工作时根据操作电压转换为低阻态向所述电容充电，并在所述电容电压达到目标电压时转换为高阻态。

9、可选地，所述单向选通管包括单向导通的导电桥阈值开关型选通管。

10、本发明还提供一种基于单向选通器件的动态存储单元实现的操作方法，包括：

11、根据操作电压将单向选通模块转换为低阻态向所述电容充电，并在所述电容电压达到目标电压时将所述单向选通模块转换为高阻态。

12、可选地，所述根据操作电压将单向选通模块转换为低阻态向所述电容充电，并在所述电容电压达到目标电压时将所述单向选通模块转换为高阻态，包括：

13、当所述操作电压为正向电压，且所述正向电压大于所述正向选通管的第一阈值电压时，所述正向选通管由高阻态转换为低阻态，所述反向选通管保持高阻态，并当所述电容电压达到第一目标电压时将所述正向选通管转换为高阻态；

14、若所述反向选通管的第二阈值电压小于所述第一目标电压，所述反向选通管转换为低阻态，所述电容处于放电状态，当所述电容电压减小到所述反向选通管的第二保持电压时，所述反向选通管转换为高阻态，使所述电容电压维持在第二保持电压；

15、若所述第二阈值电压大于所述第一目标电压，所述反向选通管转换为高阻态，使所述电容电压维持在第一目标电压。

16、可选地，所述根据操作电压将单向选通模块转换为低阻态向所述电容充电，并在所述电容电压达到目标电压时将所述单向选通模块转换为高阻态，包括：

17、当所述操作电压为反向电压，且所述反向电压大于所述反向选通管的第二阈值电压时，所述反向选通管由高阻态转换为低阻态，所述正向选通管保持高阻态，并当所述电容电压达到第二目标电压时将所述反向选通管转换为高阻态；

18、若所述正向选通管的第一阈值电压小于所述第二目标电压的数值大小，所述正向选通管转换为低阻态，所述电容处于放电状态；当所述电容电压减小到所述正向选通管的第一保持电压时，所述正向选通管转换为高阻态，所述电容电压维持在负向的第一保持电压；

19、若所述第一阈值电压大于所述第二目标电压的数值大小，所述正向选通管转换为高阻态，所述电容电压维持在第二目标电压。

20、可选地，所述根据操作电压将单向选通模块转换为低阻态向所述电容充电，并在所述电容电压达到目标电压时将所述单向选通模块转换为高阻态之后，还包括：

21、将第二保持电压、第一目标电压、负向的第一保持电压以及第二目标电压作为存储数据进行存储；

22、其中，第二保持电压、第一目标电压、负向的第一保持电压以及第二目标电压的确定过程为：

23、当所述操作电压为第一正向电压时，且第一阈值电压≤第一正向电压＜第三目标电压，撤去所述操作电压时，所述电容电压维持在第一目标电压；

24、当所述操作电压为第一反向电压时，且第一反向电压≤反向输入电压＜第四目标电压，撤去所述操作电压时，所述电容电压维持在第二目标电压；

25、当所述操作电压为第二正向电压时，且第二正向电压≥第三目标电压，撤去所述操作电压时，所述电容电压维持在第二保持电压；

26、当所述操作电压为第二反向电压时，且第二反向电压≥第四目标电压，撤去所述操作电压时，所述电容电压维持在负向的第一保持电压。

27、可选地，所述将第二保持电压、第一目标电压、负向的第一保持电压以及第二目标电压作为存储数据进行存储，包括：

28、将所述第二保持电压和所述第一目标电压作为正向电压进行存储，得到第一存储数据，将所述负向的第一保持电压和第二目标电压作为反向电压进行存储，得到第二存储数据；

29、或，

30、将所述第二保持电压、第一目标电压、负向的第一保持电压以及第二目标电压分别进行编号，得到与所述第二保持电压、第一目标电压、负向的第一保持电压以及第二目标电压一一对应的第一编号、第二编号、第三编号以及第四编号，基于所述第一编号、第二编号、第三编号以及第四编号进行电压存储。

31、可选地，还包括：

32、通过施加反向读取电压，打开所述第一存储数据对应的反向选通管，读取所述反向选通管生成第一读取电流；

33、通过施加正向读取电压，打开所述第二存储数据对应的正向选通管，读取所述正向选通管生成第二读取电流。

34、可选地，当所述第一存储数据为第一目标电压，第二存储数据为第二目标电压时，所述反向读取电压满足：第五目标电压≤反向读取电压的数值＜第六目标电压，所述正向读取电压满足：第七目标电压≤正向读取电压＜第八目标电压；

35、当所述第一存储数据为第二保持电压，所述第二存储数据为负向的第一保持电压时，所述反向读取电压满足：第九目标电压≤反向读取电压＜第三目标电压；所述正向读取电压满足：第十目标电压≤正向读取电压的绝对值＜第十一目标电压。

36、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

37、本发明提供的一种基于单向选通器件的动态存储单元及其操作方法，通过单向选通模块根据操作电压进行高低阻态的转换，即通过单向选通模块也同样可以实现双向阈值选通管在1s1c存储单元中的功能，起到选通以及保持电压的作用，本发明解决了目前存储器只能采用双向选通管的问题，扩大了1sic存储器的适用范围，并且能够对存储数据的存储电压进行调控，并且本发明采用的单向选通模块相较于双向选通管而言，单向选通模块用的漏电流较小，并且数据保持时间较长。