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

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 Download PDF

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Abstract

The circuit has a phase-changeable memory cell (1) with phase changeable material. An evaluating processor unit has a comparator that compares an electrical value that is dependant on a resistance value of the material with a reference value and determines the condition of the cell based on the comparison result. A reference value unit is designed to generate the reference value dependent on temperature of the material.

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:

1 die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeiten eines beispielhaften Chalcogenidmaterials bei unterschiedlichen Phasenzuständen; 1 the temperature dependence of the conductivities of an exemplary chalcogenide material at different phase states;

2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Speicherschaltung mit einer Multilevel-Phasenwechsel-Speicherzelle und einer entsprechenden Auswerteeinheit; 2 a block diagram of a memory circuit according to the invention with a multilevel phase change memory cell and a corresponding evaluation unit;

3a und 3b beispielhafte Schaltungen zur Erzeugen einer Referenzspannung zum Bewerten des Zustands der Phasenwechsel-Speicherzelle. 3a and 3b exemplary circuits for generating a reference voltage for evaluating the state of the phase change memory cell.

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 1 ist beispielhaft ein Diagramm dargestellt, das die Abhängigkeit des Widerstandswertes eines Phasenwechselmaterials im Bezug zur Temperatur (1/kT) darstellt. Man erkennt, dass je größer der amorphe Anteil des Phasenwechselmaterials ist, desto höher ist auch die Temperaturabhängigkeit des Phasenwechselmaterials ist.In 1 a diagram is shown by way of example which represents the dependence of the resistance value of a phase change material in relation to the temperature (1 / kT). It can be seen that the larger the amorphous portion of the phase change material, the higher the temperature dependence of the phase change material is.

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 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speicherschaltung mit einer Phasenwechsel-Speicherzelle 1 dargestellt. Die Phasenwechsel-Speicherzelle 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich ein Phasenwechsel-Bauelement 2 aus einem Phasenwechselmaterial auf, das beispielsweise an (nicht gezeigten) Wort- und Bitleitungen eines ebenfalls nicht gezeigten Speicherzellenfeldes angeordnet ist. Zum Auslesen der Phasenwechsel-Speicherzelle wird das Phasenwechsel-Bauelement 2 mit einem Messwiderstand 3 in Reihe zwischen einem Lesepotential VLese und einem Massepotential GND geschaltet, so dass eine Lesespannung über der Reihenschaltung des Phasenwechsel-Bauelements 2 und des Messwiderstandes 3 anliegt. Der so gebildete Spannungsteiler liefert ein Auswertepotential VA, das einer Auswerteeinheit 4 zur Verfügung gestellt wird.In 2 is a preferred embodiment of a memory circuit according to the invention with a phase change memory cell 1 shown. The phase change memory cell 1 in the illustrated embodiment, only a phase change device 2 from a phase change material, which is arranged for example on (not shown) word and bit lines of a memory cell array also not shown. For reading the phase change memory cell is the phase change device 2 with a measuring resistor 3 connected in series between a read potential V read and a ground potential GND, so that a read voltage across the series circuit of the phase change device 2 and the measuring resistor 3 is applied. The voltage divider thus formed supplies an evaluation potential V A , that of an evaluation unit 4 is made available.

Die Auswerteeinheit 4 weist entsprechend der Anzahl der verschiedenen zu detektierenden Phasenzustände des Phasenwechsel-Bauelementes 2 eine Anzahl Vergleicher 5 (im vorliegenden Beispiel vier) auf, an deren erste Eingänge jeweils das Auswertepotential VA angelegt ist. Ein zweiter Eingang jedes Vergleichers 5 ist mit einer eigenen Referenzspannungsquelle 6 verbunden, die ein entsprechendes Referenzpotential VRef0 bis VRef3 an den jeweiligen Vergleicher 5 bereitstellt. Die Vergleicher 5 vergleichen das Auswertepotential VA mit den jeweiligen Referenzpotentialen VRef0 bis VRef3. Abhängig von dem Vergleichsergebnis beim Vergleichen des Auswertepotentials VA mit dem jeweiligen Referenzpotential VRef0 bis VRef3 werden die Ausgangsgrößen VOut0 bis VOut3 an den jeweiligen Ausgängen der Vergleicher 5 ausgegeben, die in digitaler Weise interpretiert werden können. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Vergleichern können fünf verschiedene Phasenzustände des Phasenwechsel-Bauelementes 2 detektiert werden. Um die Anzahl der Ausgangsbits der Auswerteeinheit 4 zu reduzieren, können die ausgegebenen Daten durch eine geeignete Verknüpfung kombiniert werden, so dass sich die fünf verschiedenen Phasenzustände durch drei Datenbits codieren lassen.The evaluation unit 4 indicates according to the number of different phase states of the phase change component to be detected 2 a number of comparators 5 (Four in the present example), at whose first inputs in each case the evaluation potential V A is applied. A second input of each comparator 5 is with its own reference voltage source 6 connected to a corresponding reference potential V Ref0 to V Ref3 to the respective comparator 5 provides. The comparators 5 compare the evaluation potential V A with the respective reference potentials V Ref0 to V Ref3 . Depending on the comparison result when comparing the evaluation potential V A with the respective reference potential V Ref0 to V Ref3 , the output variables V Out0 to V Out3 at the respective outputs of the comparator 5 which can be interpreted in a digital manner. In the illustrated embodiment with four comparators, five different phase states of the phase change device 2 be detected. By the number of output bits of the evaluation unit 4 to reduce the output data can be combined by an appropriate link, so that the five different phase states can be coded by three bits of data.

Da die einzelnen Phasenzustände des Phasenwechsel-Bauelements 2 unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit aufweisen, sind die Referenzspannungsquellen 6 so vorgesehen, dass sie individuell eine temperaturabhängige Referenzspannung VRef0 bis VRef3 an die Vergleicher 5 anlegen. Mögliche Verläufe der Referenzspannungen über der Temperatur sind in den Diagrammen der 1 mit gestrichelten Linien dargestellt.Since the individual phase states of the phase change device 2 have different temperature dependencies in terms of their conductivity, are the reference voltage sources 6 provided so that they individually a temperature-dependent reference voltage V Ref0 to V Ref3 to the comparator 5 invest. Possible curves of the reference voltages over the temperature are shown in the diagrams of the 1 shown with dashed lines.

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 6 eine temperaturabhängige Referenzspannung an die Auswerteeinheit 4 liefern, kann der Temperaturbereich, in dem die Phasenwechsel-Speicherzelle zu verlässig arbeitet, erhöht werden und insgesamt die Sicherheit beim Auslesen der gespeicherten Daten erhöht werden. Da insbesondere die Temperatur eines Phasenwechsel-Bauelements 2 erheblich von der Anzahl der zuvor stattfindenden Schreibvorgänge abhängt, da dort das Phasenwechselmaterial auf hohe Temperaturen erhitzt wird, ist es sinnvoll, die Temperatur des Phasenwechsel-Bauelements 2 unmittelbar an seiner Position zu messen. Dazu ist nah dem Phasenwechsel-Bauelement 2 ein Wärmesensor 7 angeordnet, der eine Messgröße an die Referenzspannungsquellen 6 liefert, so dass die entsprechenden Referenzspannungen VRef0 bis VRef3 abhängig von der an dem Phasenwechsel-Bauelement 2 gemessenen Temperatur generiert werden kann.By the reference voltage sources 6 a temperature-dependent reference voltage to the evaluation unit 4 supply, the temperature range in which the phase change memory cell is too reliable, can be increased and the overall security of reading the stored data can be increased. In particular, the temperature of a phase change device 2 significantly from the number of previous writers ge depends because there the phase change material is heated to high temperatures, it makes sense, the temperature of the phase change device 2 to measure directly at his position. This is close to the phase change device 2 a thermal sensor 7 arranged, which is a measured variable to the reference voltage sources 6 supplies, so that the corresponding reference voltages V Ref0 to V Ref3 depending on the on the phase change device 2 measured temperature can be generated.

Ferner kann eine Schreibschaltung 8 vorgesehen sein, die mit dem Phasenwechsel-Bauelement verbunden sind, um den Zustand des Phasenwechselmaterials auf oben beschriebene Weise gemäß eines vorgegebenen zu speichernden Datums einzustellen.Furthermore, a writing circuit 8th be provided, which are connected to the phase change device to adjust the state of the phase change material in the manner described above according to a predetermined date to be stored.

Beispielsweise kann wie in den 3a und 3b dargestellt der Wärmesensor 7 in Form einer Diode ausgebildet sein, wobei der Temperaturkoeffizient der Durchlassspannung der Diode genutzt wird. In 3a ist beispielhaft eine Referenzspannungsquelle für eine Referenzspannung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten dargestellt. Dazu wird die Diode in Durchflussrichtung mit einem festgelegten Biasstrom IBias betrieben, sodass über der Diode ein Referenzpotential VRef abfällt. Dieses Referenzpotential weist beispielsweiseeine Temperaturabhängigkeit im Bereich des Schwellspannungspotential von –2,3 mV/Ke auf.For example, as in the 3a and 3b represented the heat sensor 7 be formed in the form of a diode, wherein the temperature coefficient of the forward voltage of the diode is used. In 3a For example, a reference voltage source for a reference voltage having a negative temperature coefficient is shown. For this purpose, the diode is operated in the flow direction with a fixed bias current I bias so that a reference potential V Ref falls across the diode. This reference potential has, for example, a temperature dependence in the range of the threshold voltage potential of -2.3 mV / Ke.

In 3b ist eine Schaltung gezeigt, wie sich ein Referenzpotential mit einer positiven Temperaturabhängigkeit erreichen lässt. Dazu wird die Diode wie bei 3a mit einem Biasstromm IBias betrieben und die resultierende Spannung an ein Invertierungselement angelegt, das z.B. in Form eines Verstärkers mit einem Verstärkungsfaktor von –1 ausgebildet sein kann. Im dargestellten Beispiel ist der Verstärker mit einem Differenzverstärker der entsprechend rückgekoppelt ist, um einen Verstärker mit einem Verstärkungsfakt von –1 zu realisieren. Auch andere negative Verstärkungsfaktoren sind über einen Mitkopplungswiderstand 11 und einen Gegenkopplungswiderstand 12 einstellbar, um entsprechende Temperaturabhängigkeiten zu realisieren.In 3b a circuit is shown how to achieve a reference potential with a positive temperature dependence. In addition the diode becomes like with 3a operated with a Biasstromm I bias and the resulting voltage applied to an inverting element, which may be formed, for example in the form of an amplifier with a gain of -1. In the example shown, the amplifier is fed back with a differential amplifier which is correspondingly implemented in order to implement an amplifier with a gain of -1. Also other negative gain factors are via a positive feedback resistor 11 and a negative feedback resistor 12 adjustable to realize appropriate temperature dependencies.

Je nach gewünschter Genauigkeit der Anpassung der Referenzspannung an die herrschende Temperatur können für jedes Phasenwechsel-Bauelement 2 einen Wärmesensor 7 oder für eine Gruppe von mehreren PMC-Bauelementen 2 jeweils ein Wärmesensor 7 vorgesehen sein.Depending on the desired accuracy of the adjustment of the reference voltage to the prevailing temperature can for each phase change device 2 a thermal sensor 7 or for a group of multiple PMC devices 2 one heat sensor each 7 be provided.

Anstelle der in der Ausführungsform der 2 dargestellten transistorlosen Speicherzelle kann die Phasenwechsel-Speicherzelle auch einen Auswahltransistor aufweisen, der abhängig von einem Auswahlsignal das entsprechende Phasenwechselbauelement mit dem Messwiderstand verbindet. Auch kann an der Stelle des Potentialvergleichs zwischen dem Auswertepotential VA und dem Referenzpotentialen VRef0 bis VRef3 auch ein Vergleich eines von der Leitfähigkeit des Phasenwechsel-Bauelements abhängigen Stromes und einem Referenzstrom durchgeführt werden.Instead of in the embodiment of the 2 the illustrated non-transitory memory cell, the phase change memory cell may also have a selection transistor which connects the corresponding phase change device with the measuring resistor depending on a selection signal. Also, at the location of the potential comparison between the evaluation potential V A and the reference potentials V Ref0 to V Ref3 , a comparison of a current dependent on the conductivity of the phase change component and a reference current can also be carried out.

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

Claims (10)

Speicherschaltung mit einer Phasenwechsel-Speicherzelle (1), die ein Phasenwechselmaterial aufweist, wobei das Phasenwechselmaterial geeignet ist, um abhängig von ihrem Kristallinitätsgrad verschiedene Widerstandswerte anzunehmen, und mit einer Auswerteeinheit (4), die einen Vergleicher aufweist, der zum Detektieren eines in der Phasenwechsel-Speicherzelle (1) gespeicherten Zustandes eine von dem Widerstandswert des Phasenwechselmaterials abhängigen elektrischen Größe mit einer Referenzgröße vergleicht, und die abhängig von dem Vergleichsergebnis ein Zustand der Phasenwechsel-Speicherzelle ermittelt, mit einer Referenzgrößeneinheit (6) zum Erzeugen der Referenzgröße, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgrößeneinheit (6) so gestaltet ist, um die Referenzgröße abhängig von einer Temperatur zu erzeugen.Memory circuit with a phase change memory cell ( 1 ), which has a phase change material, wherein the phase change material is suitable for assuming different resistance values depending on its degree of crystallinity, and with an evaluation unit ( 4 ) comprising a comparator adapted to detect a phase change memory cell (in 1 ) compares a value dependent on the resistance value of the phase change material electrical quantity with a reference variable, and which determines, depending on the comparison result, a state of the phase change memory cell, with a reference variable unit ( 6 ) for generating the reference variable, characterized in that the reference variable unit ( 6 ) is designed to produce the reference quantity depending on a temperature. Speicherschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgrößeneinheit (6) so gestaltet ist, um die Referenzgröße abhängig von der Temperatur des Phasenwechselmaterials zu erzeugen.Memory circuit according to claim 1, characterized in that the reference variable unit ( 6 ) is designed to produce the reference size depending on the temperature of the phase change material. Speicherschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgrößeneinheit (6) so gestaltet ist, um die Referenzgröße abhängig von einer Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Phasenwechselmaterials zu erzeugen.Memory circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the reference variable unit ( 6 ) is designed to generate the reference quantity depending on a temperature dependence of the electrical conductivity of the phase change material. Speicherschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgrößeneinheit (6) einen Sensor (7) aufweist, wobei der Sensor nahe des Phasenwechselmaterials angeordnet ist.Memory circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reference variable unit ( 6 ) a sensor ( 7 ), wherein the sensor is disposed near the phase change material. Speicherschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Diode mit einer temperaturabhängigen Durchlassspannung aufweist.Memory circuit according to Claim 4, characterized that the sensor is a diode with a temperature-dependent forward voltage having. Speicherschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) mehrere Vergleicher (5) umfasst, die zum Detektieren des in der Phasenwechsel-Speicherzelle (1) gespeicherten Zustandes eine von dem Widerstandswert des Phasenwechselmaterials abhängige elektrische Größe mit einer jeweiligen Referenzgröße vergleichen, und dass mehrere Referenzgrößeneinheiten (6) zum Erzeugen der jeweiligen Referenzgrößen vorgesehen sind, wobei mindestens eine der Referenzgrößen von der Temperatur abhängig ist.Memory circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation unit ( 4 ) several comparators ( 5 ) for detecting in the phase change memory cell 1 ) compare a dependent of the resistance value of the phase change material electrical quantity with a respective reference size, and that a plurality of reference size units ( 6 ) are provided for generating the respective reference variables, wherein at least one of the reference variables is dependent on the temperature. Speicherschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgrößeneinheiten (6) so gestaltet sind, um verschiedene von der Temperatur abhängige Referenzgrößen zu erzeugen, so dass mehr als zwei verschiedene Zustände der Phasenwechsel-Speicherzelle (1) bestimmbar sind.Memory circuit according to claim 6, characterized in that the reference variable units ( 6 ) are designed to generate different temperature-dependent reference quantities, such that more than two different states of the phase-change memory cell ( 1 ) are determinable. Speicherschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgrößeneinheiten (6) vorgesehen sind, um die jeweiligen Referenzgrößen mit unterschiedlichen Temperaturabhängigkeiten zu erzeugen.Memory circuit according to claim 7, characterized in that the reference variable units ( 6 ) are provided to generate the respective reference quantities with different temperature dependencies. Speicherschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schreibschaltung (8) vorgesehen ist, um den Kristallinitätsgrad des Phasenwechselmaterials der Phasenwechsel-Speicherzelle (1) so einzustellen, dass der Widerstandswert dem vorgegebenen zu speicherndem Zustand entspricht.Memory circuit according to claim 8, characterized in that a write circuit ( 8th ) is provided to increase the degree of crystallinity of the phase change material of the phase change memory cell ( 1 ) so that the resistance value corresponds to the predetermined state to be stored. Speicherschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe eine von dem Widerstandswert des Phasenwechselmaterials ab hängige Spannung ist, und die Referenzgröße eine Referenzspannung ist.Memory circuit according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrical size a from the resistance value of the phase change material from pending voltage is, and the reference size is one Reference voltage is.
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