DE102005001668A1 - Memory circuit, has reference value unit generating reference value dependent on temperature of material, and comparator finding condition of memory cell depending on comparison result of electrical valve and reference value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Speicherschaltung mit einer Phasenwechsel-Speicherzelle.The The invention relates to a memory circuit having a phase change memory cell.
Phasenwechsel-Speicherzellen in sogenannten PCRAM-Speichern (PCRAM: Phase-Change-RAM) weisen eine Chalcogenid-Verbindung auf, die in einer amorphen und in einer kristallinen Phase vorliegen kann. Typische Chalcogenide sind z.B. Ge-Sb-Te oder Ag-In-Sb-Te Verbindungen. Da sich die beiden Phasen der Chalcogenid-Verbindung in ihrer elektrischen Leitfähigkeit deutlich unterscheiden, können die verschiedenen Zustände des Chalcogenid-Materials durch eine elektrische Messung unterschieden werden und somit eine Information in der Phasenwechsel-Speicherzelle gespeichert und abgerufen werden. Das Beschreiben einer sich im amorphen Zustand befindlichen Zelle in die niederohmige kristalline Phase findet statt, indem ein Heizimpuls das Material über eine Kristallisationstemperatur aufheizt und dabei kristallisieren lässt. Der umgekehrt Vorgang, d.h. ein Löschvorgang wird dadurch realisiert, dass das Material über die Schmelztemperatur, die größer ist als die Kristallisationstemperatur, aufgeheizt wird und anschließend durch ein schnelles Abkühlen in den amorphen, hochohmigen Zustand gebracht wird.Phase change memory cells in so-called PCRAM memories (PCRAM: Phase Change RAM) a chalcogenide compound in an amorphous and in a crystalline phase may be present. Typical chalcogenides are e.g. Ge-Sb-Te or Ag-In-Sb-Te compounds. Because the two phases the chalcogenide compound in their electrical conductivity can clearly differentiate the different states of the chalcogenide material by an electrical measurement and thus information in the phase change memory cell stored and retrieved. Describing yourself in the amorphous state located cell in the low-resistance crystalline Phase takes place by a heat pulse, the material over a Heats up crystallization temperature and thereby crystallize. Of the reversed process, i. a deletion is realized by the material above the melting temperature, which is bigger as the crystallization temperature, is heated and then by a quick cooling is brought into the amorphous, high-impedance state.
Der jeweilige Zustand, in dem sich die Phasenwechsel-Speicherzelle befindet, wird also durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Phasenwechselmaterials bestimmt. Die elektrische Leitfähigkeit des Phasenwechselmaterials ist jedoch stark temperaturabhängig, so dass eine zuverlässige Bewertung der Zustände der Phasenwechsel-Speicherzelle aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeiten erschwert wird. Insbesondere weisen die verschiedenen Zustände der Phasenwechsel-Speicherzelle ein deutlich unterschiedliches Temperaturverhalten auf, wodurch die Bestimmung des jeweiligen Zustandes der Phasenwechsel-Speicherzelle erschwert wird. Dies betrifft insbesondere Phasenwechsel-Seicherzellen, bei der mehrere auch gemischte Phasenzustände einstellbar sind. Damit kann ein sogenannter Multi-Level-Betrieb ermöglicht werden, bei dem mehr als zwei Zustände in einer Phasenwechsel-Speicherzelle gespeichert werden können. Da dort die Leitfähigkeitsbereiche deutlich kleiner sind, wirkt sich hier das Temperaturverhalten der einzelnen Phasenzustände erheblich mehr aus.Of the respective state in which the phase change memory cell is, so by measurement the electrical conductivity of the phase change material. The electrical conductivity However, the phase change material is strongly temperature dependent, so that a reliable one Assessment of conditions the phase change memory cell due to the temperature dependence the conductivities is difficult. In particular, the various states of the Phase change memory cell a significantly different temperature behavior on, whereby the determination of the respective state of the phase change memory cell is difficult. This applies in particular to phase change Seich cells, in which several mixed phase states can also be set. So that can a so-called multi-level operation is possible, in which more as two states can be stored in a phase change memory cell. There there the conductivity ranges are significantly smaller, affects the temperature behavior of the individual phase states considerably more.
Das Auslesen eines Zustandes aus einer Phasenwechsel-Speicherzelle erfolgt in der Regel durch Bestimmen einer von der elektrischen Leitfähigkeit abhängigen elektrischen Größe, üblicherweise einer Spannung, die mit einer Referenzspannung, die eine Grenze zwischen zwei Leitfähigkeitsbereichen, die verschiedene Zustände definieren, bildet. Bei einer starken Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeiten der verschiedenen Zustände der Phasenwechsel-Speicherzelle kann es bei festgelegten Referenzgrößen zu einer Fehlbestimmung des auszulesenden Zustandes kommen.The Reading a state from a phase change memory cell is usually done by Determining an electrical conductivity dependent electrical variable, usually a voltage that has a reference voltage that is a limit between two conductivity ranges, the different states define, forms. With a strong temperature dependence the conductivities of the different states The phase change memory cell can be at a fixed reference sizes Incorrect determination of the state to be read come.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speicherschaltung mit einer Phasenwechsel-Speicherzelle zur Verfügung zu stellen, die insbesondere gegenüber starken Temperaturschwankungen robust ist, so dass sich das eingespeicherte Datum zuverlässig auslesen lässt.It Object of the present invention, a memory circuit with a phase change memory cell to provide, in particular across from strong temperature fluctuations is robust, so that the stored Date reliable read out.
Diese Aufgabe wird durch die Speicherschaltung nach Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by the memory circuit according to claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist eine Speicherschaltung mit einer Phasenwechsel-Speicherzelle vorgesehen, die ein Phasenwechselmaterial aufweist. Das Phasenwechselmaterial kann abhängig von seinem Kristallinitätsgrad verschiedenen Widerstandswerte an nehmen. Die Speicherschaltung weist eine Auswerteeinheit auf, die einen Vergleicher umfasst, der zum Detektieren eines in der Phasenwechsel-Speicherzelle gespeicherten Zustandes eine von dem Widerstandswert des Phasenwechselmaterials abhängigen elektrische Größe mit einer Referenzgröße vergleicht und die abhängig von dem Vergleichsergebnis einen Zustand der Phasenwechsel-Speicherzelle und somit das gespeicherte Datum ermittelt. Die Referenzgröße wird mithilfe einer Referenzgrößeneinheit erzeugt, wobei die Referenzgrößeneinheit so gestaltet ist, um die Referenzgröße abhängig von einer Temperatur zu erzeugen.According to the invention is a Memory circuit provided with a phase change memory cell, the having a phase change material. The phase change material can dependent from his degree of crystallinity take different resistance values. The memory circuit has an evaluation unit, which comprises a comparator, which is for detecting a stored in the phase change memory cell state one dependent on the resistance of the phase change material electrical Size with one Reference size compares and the dependent from the comparison result, a state of the phase change memory cell and thus the stored date is determined. The reference size is using a reference size unit generated, wherein the reference size unit is designed to increase the reference size depending on a temperature produce.
Die erfindungsgemäße Speicherschaltung hat den Vorteil, das als Referenzgröße keine festgelegte möglichst konstante elektrische Größe, z.B. als eine festgelegte Referenzspannung bereitgestellt wird, sondern eine von der Temperatur abhängige, so dass der Zustand einer Phasenwechsel-Speicherzelle auch mit ihrer starken Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Temperatur zuverlässig bestimmt werden kann.The inventive memory circuit has the advantage that as a reference size no fixed as possible constant electrical quantity, e.g. is provided as a fixed reference voltage, but a temperature-dependent, so that the state of a phase change memory cell also with their strong dependence the conductivity reliable from the temperature can be determined.
Die Referenzgrößeneinheit kann so gestaltet sein, dass die Referenzgröße abhängig von der Temperatur des Phasenwechselmaterials erzeugt wird. Insbesondere kann die Referenzgrößeneinheit so gestaltet sein, um die Referenzgröße abhängig von einer vorbestimmten Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Phasenwechselmaterials zu erzeugen. Da insbesondere die verschiedenen kristallinen Zustände des Phasenwechselmaterials zu unterschiedlichem Temperaturverhalten der Leitfähigkeit führen, ist es sinnvoll, die Referenzgröße abhängig von der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit des Phasenwechselmaterials zu erzeugen.The reference size unit may be configured such that the reference size is generated depending on the temperature of the phase change material. In particular, the reference variable unit may be designed to generate the reference variable as a function of a predetermined temperature dependence of the electrical conductivity of the phase change material. Especially the different ones crystalline states of the phase change material lead to different temperature behavior of the conductivity, it makes sense to generate the reference size depending on the temperature dependence of the conductivity of the phase change material.
Es kann vorgesehen sein, dass die Referenzgrößeneinheit einen Sensor aufweist, der nahe an dem Phasenwechselmaterial angeordnet ist. Dieser Sensor kann beispielsweise mit einer Diode mit einer temperaturabhängigen Durchlassspannung vorgesehen sein. Einen Diode ist insbesondere geeignet, eine bestimmte Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit des Phasenwechselmaterials nachzubilden, da die Temperaturabhängigkeit der Durchlassspannung der Diode sehr genau bekannt ist.It it can be provided that the reference variable unit has a sensor, which is arranged close to the phase change material. This sensor can for example be provided with a diode with a temperature-dependent forward voltage be. A diode is particularly suitable, a certain temperature dependence the conductivity imitate the phase change material, since the temperature dependence the forward voltage of the diode is known very accurately.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Auswerteeinheit mehrere Vergleicher umfassen, die zum Detektieren des in der Phasenwechsel-Speicherzelle vorherrschenden Zustandes eine von dem Widerstandswerts des Phasenwechselmaterials abhängige elektrische Größe mit einer jeweiligen Referenzgröße vergleichen. Es sind ferner mehrere Referenzgrößeneinheiten vorgesehen, die die jeweiligen Referenzgrößen erzeugen, wobei mindestens eine der Referenzgrößen von der Temperatur abhängig ist.According to one preferred embodiment of Invention, the evaluation unit may comprise a plurality of comparators, those for detecting the predominant in the phase change memory cell Condition one of the resistance value of the phase change material dependent electrical size with one compare to the respective reference size. There are also provided a plurality of reference size units, the generate the respective reference quantities, where at least one of the benchmarks of depending on the temperature is.
Die Referenzgrößeneinheit kann so gestaltet sein, um verschiedene von der Temperatur abhängige Referenzgrößen zu erzeugen, so dass mehr als zwei verschiedenen Zustände der Phasenwechsel-Speicherzelle bestimmbar sind. Insbesondere können die jeweiligen Referenzgrößen mit unterschiedlichen Temperaturabhängigkeiten erzeugt werden.The Reference size unit can be designed to produce different temperature dependent reference quantities allowing more than two different states of the phase change memory cell are determinable. In particular, you can the respective reference sizes different temperature dependencies be generated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Schreibschaltung vorgesehen, um den Kristallinitätsgrad des Phasenwechselmaterials der Phasenwechsel-Speicherzelle so einzustellen, dass der Widerstandswert dem vorgegebenen zu speichernden Zustand entspricht.According to one another embodiment The invention provides a writing circuit for determining the degree of crystallinity of the Phase change material of the phase change memory cell to be adjusted so that the resistance value corresponds to the predetermined state to be stored.
Vorzugsweise ist die elektrische Größe eine von dem Widerstandswert des Phasenwechselmaterials abhängige Spannung und die Referenzgröße eine Referenzspannung.Preferably the electrical size is one of the resistance of the phase change material dependent voltage and the reference size one Reference voltage.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The invention will be described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:
Phasenwechsel-Speicherzellen weisen üblicherweise ein Phasenwechselmaterial auf, das verschiedene kristalline Phasenzustände annehmen kann. Üblicherweise wird als Phasenwechselmaterial eine Chalcogenid-Verbindung verwendet, wie beispielsweise Ge-Sb-Te oder Ag-In-Sb-Te-Verbindungen. Phasenwechselmaterialien können Phasenzustände zwischen amorph und kristallin annehmen und weisen entsprechend ihres Phasenzustandes unterschiedliche Leitfähigkeiten auf. Dies wird bei einer Phasenwechsel-Speicherzelle dazu genutzt, eine Information in Form des Phasenzustandes zu speichern. D.h. eine in einem Phasenwechselspeicher gespeicherte Information lässt sich über die Ermittlung des elektrischen Widerstandes des Phasenwechselmaterials oder über das Bestimmen einer von dem elektrischen Widerstand des Phasenwechselmaterials abhängigen elektrischen Größe bestimmen. Insbesondere kann das Phasenwechselmaterial der Phasenwechsel-Speicherzelle Teil eines Spannungsteilers sein, der beispielsweise mithilfe eines Messwiderstandes aufgebaut ist, um eine von dem elektrischen Widerstand des Phasenwechselmaterials abhängige Auslesespannung zu erhalten, der der entsprechende Phasenzustand des Phasenwechselmaterials zugeordnet wird.Phase change memory cells usually a phase change material capable of assuming various crystalline phase states. Usually a chalcogenide compound is used as phase change material, such as Ge-Sb-Te or Ag-In-Sb-Te compounds. Phase change materials can phase states assume between amorphous and crystalline and indicate accordingly their phase state different conductivities. This will be included a phase change memory cell used to provide information store in the form of the phase state. That one stored in a phase change memory Information leaves over the determination of the electrical resistance of the phase change material or over determining one of the electrical resistance of the phase change material dependent determine electrical size. In particular, the phase change material of the phase change memory cell Part of a voltage divider, for example, using a measuring resistor is constructed to one of the electrical resistance of the phase change material dependent To obtain read voltage, the corresponding phase state the phase change material is assigned.
Die verschiedenen kristallinen Phasenzustände des Phasenwechselmaterials unterliegen erheblich verschiedenen Temperaturabhängigkeiten, so dass es bei Temperaturänderungen zu einem erheblichen Schwanken der elektrischen Leitfähigkeiten bei den verschiedenen Phasenzuständen kommen kann.The different crystalline phase states of the phase change material are subject to significantly different temperature dependencies, so that it is at temperature changes to a significant fluctuation of the electrical conductivities at the different phase states can come.
Dies kann dazu führen, dass bei einem zum Bestimmen des Phasenzustands des Phasenwechselmaterials notwendigen Schwellwertvergleich in einem bestimmten Temperaturbereich zu einem falschen Ergebnis kommt, da die elektrische Leitfähigkeit sich so geändert hat, dass die elektrische Vergleichsgröße die durch eine Referenzgröße bestimmte Schwelle überschreitet. Insbesondere bei Speichern von mehr als zwei Zuständen in einer solchen Phasenwechsel-Speicherzelle kommt es zu einem Zusammenrücken der Leitfähigkeitsbereiche, die die verschiedenen Phasenzustände definieren, so dass die bei Phasenwechselmaterialien übliche hohe Temperaturabhängigkeit zu einer deutlichen Verschiebung der Leitfähigkeitsbereiche der jeweiligen Phasenzustände führt.This may result in a threshold value comparison necessary for determining the phase state of the phase change material in a certain temperature range resulting in a false result, since the electrical conductivity has changed such that the electrical comparison variable exceeds the threshold determined by a reference variable. Particularly when more than two states are stored in such a phase change memory cell, the conductivity regions which define the different phase states come together, so that the high temperature dependency common in phase change materials results in a significant shift in the conductivity ranges of the respective regions leads to phase conditions.
In
Mehrere Phasenzustände des Phasenwechselmaterials sind dadurch gekennzeichnet, dass sich das Phasenwechselmaterial sowohl in einem amorphen als auch kristallinen Zustand sowie in Zwischenphasenzuständen befinden kann, wobei die Zwischenphasenzustände durch verschiedene amorphe oder kristalline Anteile bestimmt sind. Das Einstellen des jeweiligen Phasenzustandes kann durch verschiedne Stromimpulse erfolgen, mit denen das Phasenwechselmaterial aufgewärmt wird. Den Übergang in den hochohmigen amorphen Zustand erreicht man z.B. durch ein kurzes Aufheizen des aktiven Materials über den Schmelzpunkt und ein schnelles Abkühlen, bei dem der amorphe Kristallinitätszustand „eingefroren" wird. Beim Programmieren in den amorphen Phasenzustand ist die Kristallisationskinetik entscheidend. Diese wird durch die thermische Leitfähigkeit der Struktur und dem Stromverlauf beim Abschalten des Heizstromes bestimmt. Ein sehr schnelles Abkühlen führt zu einer rein amorphen Phase mit einem relativ hohen elektrischen Widerstand. Kühlt man langsamer ab, so ergeben sich mehr kristalline Anteile in dem Phasenwechselmaterial, wodurch der elektrische Widerstand entsprechend niedriger eingestellt wird. Den niederohmigen kristallinen Zustand erreicht man durch längeres Aufheizen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes, bei der der Kristallisationsvorgang ablaufen kann, so dass nach einer bestimmten Zeitdauer der kristalline Phasenzustand erreicht wird.Several phase states of the phase change material are characterized in that the Phase change material in both an amorphous and crystalline State as well as in intermediate phase states, with the interphase states passing through different amorphous or crystalline fractions are determined. The Setting of the respective phase state can be done by different Current pulses occur with which the phase change material is warmed up. The transition in the high-resistance amorphous state can be achieved e.g. through a short heating of the active material above the melting point and a fast Cooling down, where the amorphous state of crystallinity is "frozen." When programming in the amorphous phase state, the crystallization kinetics is crucial. This is due to the thermal conductivity of the structure and the Current profile determined when switching off the heating current. A very fast cooling leads to a purely amorphous phase with a relatively high electrical resistance. You cool slower, resulting in more crystalline components in the phase change material, whereby the electrical resistance is set correspondingly lower becomes. The low-resistance crystalline state can be reached by longer Heating to a temperature below the melting point, at the crystallization process can take place, so that after a certain period of time the crystalline phase state is reached.
In
Die
Auswerteeinheit
Da
die einzelnen Phasenzustände
des Phasenwechsel-Bauelements
Da die Temperaturabhängigkeit des kristallinen Zustandes des Phasenwechselmaterials geringer ist als die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit des Phasenwechselmaterials im amorphen Phasenzustand weisen die Referenzspannungen VRef0 bis VRef3 unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten auf. Da das Auswertepotential VA bei einem amorphen Phasenzustand geringer ist als bei dem kristallinen Phasenzustand müssen somit die niedrigeren Referenzpotentiale VRef0 bis VRef3 eine höhere Temperaturabhängigkeit aufweisen als die höheren Referenzpotentiale.Since the temperature dependence of the crystalline state of the phase change material is less than the temperature dependence of the conductivity of the phase change material in the amorphous phase state, the reference voltages V Ref0 to V Ref3 have different temperature dependencies. Since the evaluation potential V A is lower in the case of an amorphous phase state than in the crystalline phase state, the lower reference potentials V Ref0 to V Ref3 must therefore have a higher temperature dependence than the higher reference potentials.
Indem
die Referenzspannungsquellen
Ferner
kann eine Schreibschaltung
Beispielsweise
kann wie in den
In
Je
nach gewünschter
Genauigkeit der Anpassung der Referenzspannung an die herrschende Temperatur
können
für jedes
Phasenwechsel-Bauelement
Anstelle
der in der Ausführungsform
der
- 11
- Phasenwechsel-SpeicherzellePhase change memory cell
- 22
- Phasenwechsel-BauelementPhase change component
- 33
- Messwiderstandmeasuring resistor
- 44
- Auswerteeinheitevaluation
- 55
- Vergleichercomparator
- 66
- ReferenzspannungsquelleReference voltage source
- 77
- Wärmesensorheat sensor
- 88th
- SchreibschlatungWriting suppression Tung
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Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |