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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Speicher mit einem programmierbaren
Widerstandselement (Phasenübergangsspeicher).
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
Phasenübergangsspeicher
wie typischerweise ein Speicher mit einem programmierbaren Widerstandselement,
ist ein Festspeicher, der den Vorteil der Eigenschaften von beispielsweise Chalkogenidmaterial
in Anspruch nimmt, wie beispielsweise Ge, Sb oder Te, das, wenn
das Chalkogenidmaterial erhitzt wird, einen amorphen Zustand (hoher
Widerstand)/kristallinen Zustand (niedriger Widerstand) einnimmt.
Im Allgemeinen führt
das Material einen Übergang
zwischen einem Hochwiderstands-(Rücksetz)-Zustand
und einem Niedrigwiderstands-(Setz)-Zustand durch Joul'sche Wärme aus, die
durch den elektrischen Strom erzeugt wird, und zwar in Abhängigkeit
von der Zeitdauer der Strombeaufschlagung.
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In
einem Phasenübergangsspeicher
wird davon ausgegangen, dass die Schreibzeit in der Größenordnung
von mehreren zehn bis ungefähr
einhundert Nanosekunden notwendig ist. Die Anzahl der Male der wiederholten
Schreiboperationen liegt in der Größenordnung von 1012,
was die gleiche Größenordnung
wie diejenige des Flash-Speichers (elektrisch programmierbarer,
löschbarer
Festspeicher) ist und um ungefähr
vier Größenordnungen niedriger
als beim DRAM (dynamischer Direktzugriffsspeicher) ist.
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Beim
Phasenübergangsspeicher
besteht die Möglichkeit,
dass die Vorrichtungscharakteristika mit einer steigenden Anzahl
von Malen der Wiederholung der Lese/Schreiboperationen schlechter
werden, um die gespeicherten Daten zu zerstören.
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Als
ein Verfahren zur Verbesserung der Störungs- und Halte-Charakteristik
dieses Speichers mit einem programmierbaren Widerstandselement,
sind mehrere Vorschläge
gemacht worden, beispielsweise in dem Patentdokument 1 (
US 66460902 B2 )
und dem Patentdokument 2 (
US
6560155 B1 ). Ein in dem Patentdokument 1 (
US 6646902 B2 ) offenbartes
Beispiel wird nun kurz anhand der
11 beschrieben. Ein
bei dieser Technik verwendetes programmierbares Widerstandselement
hat eine Struktur mit beispielsweise einem Silber-(Ag)-haltigen
Festelektrolyten
1103, der zwischen eine obere Elektrode
1101 und
eine untere Elektrode
1102 geschichtet ist. Wenn das Potenzial
an die Elektroden angelegt wird, werden bei der Ionisation Ag
+-Ionen erzeugt und mit Elektronen kombiniert,
um das Metall Ag zu erhalten, das sich niederschlägt, um die
obere Elektrode
1101 und die untere Elektrode
1102 zu
verbinden, um einen Niedrig-Widerstandszustand
zu errichten. Wenn das umgekehrte Potenzial an die Elektroden angelegt
wird, wird bewirkt, dass die niedergeschlagenen Ag-Metalle verschwinden,
um den Hoch-Widerstandszustand zu errichten. Dieses Verfahren schafft an
den Elektroden einen variablen Widerstandswert.
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Bei
der Struktur gemäß 11 ist die mögliche Haltezeit
des programmierten Zustandes in der Größenordnung von Stunden oder
Tagen. Obwohl die Haltezeit länger
als bei dem DRAM ist, ist die Haltecharakteristik verglichen mit
derjenigen eines normalen Flash-Speichers niedriger. Angesichts
dessen wurde vorgeschlagen, zum Zeitpunkt der Programmierung eine
Spannung V2 anzulegen, die verglichen mit der Spannung V1 keine
Störungen
verursachen würde
(ungefähr
35–60%
von VI), um die Haltecharakteristik zu verbessern.
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In
dem Patentdokument 2 (
US
6560155 B1 ) ist vorgeschlagen worden, eine Auffrischoperation durchzuführen, um
einen DRAM-Schnittstellen-kompatiblen Speicher zu präsentieren,
der eine Speicherzelle ähnlich
wie die in dem Patentdokument 1 (
US 6646902 B2 ) gezeigte, verwendet.
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Da
die Haltecharakteristik der Speicherzelle mit einem programmierbaren
Widerstandselement besser als die des DRAM ist, wird vorgeschlagen,
die innere Auffrischzeitabstimmung eines DRAM durch eine Verzögerungsschaltung
zu verzögern
und periodisch eine Spannung anzulegen, um sowohl die Haltecharakteristik
zu verbessern als auch den Auffrischstrom und die Auffrischleistung
zu verringern.
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Obwohl
die Phasenübergangsvorrichtung eine
Festspeichervorrichtung ist, wird deren Widerstandswert durch die
an die Vorrichtung angelegte Spannung und Strom durch Lesestörungen verändert, um
eine Änderung
des Widerstandswertes der Phasenübergangsvorrichtung
zu verursachen, um die Haltecharakteristik und den Leserand zu verschlechtern.
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Es
wurde auch erkannt, dass während
des Einschreibens die Änderung
des Widerstandswertes in ähnlicher
Weise mit der Zeit, als Ergebnis des Anlegens von Spannung und Strom
an die Phasenübergangsvorrichtung,
infolge ähnlicher
Störungen
wie die Lesestörungen
verschlechtert wird, wie dies in der
9 gezeigt
ist. In dieser Figur ist eine Änderung
des Widerstandswertes der Phasenübergangsvorrichtung
während
des Schreibens und Lesens gezeigt, an der Abszisse und der Ordinate
sind die Anzahl der Male des Lesens/Schreibens bzw. des Setz-/Rücksetz-Widerstandswertes
der Phasenübergangsvorrichtung
aufgetragen.
[Patentdokument 1] US Patent Nr. 6646902 (
US 6646902 B2 )
[Patentdokument
2] US Patent Nr. 6560155 (
US 6560155
B1 )
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ZUSAMMENFASSUNG
DER OFFENBARUNG
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Für die Implementierung
eines DRAM-Interface-kompatiblen Speicherproduktes, das eine Phasenübergangsvorrichtung
verwendet, werden die folgenden Probleme aufgezählt.
- 1)
Die Anzahl der Male der wiederholten Schreiboperationen ist in der
Größenordnung
von 1012, was die gleiche Größenordnung
wie diejenige beim Flash-Speicher ist und um ungefähr vier Größenordnungen
niedriger als die beim DRAM ist. Es gibt Gelegenheiten, bei denen
die Vorrichtungscharakteristika mit der Wiederholung der Lese- und Schreiboperationen
verschlechtert werden, mit dem Ergebnis, dass die gespeicherten Daten
manchmal zerstört
werden (siehe die vorstehend beschriebene 9).
- 2) Im Fall, dass die gleichen Daten wiederholt in die gleiche
Zelle eingeschrieben werden, kann ein solches Problem auftreten,
dass der Niedrigwiderstandszustand gründlicher niedrig wird, so dass, obwohl
die Schreiboperation in einem Zustand mit hohem Widerstand durchgeführt worden
ist, der Hochwiderstandszustand nicht vollständig errichtet wird (siehe 9). 10 zeigt die Änderung und Verteilung des
Widerstandswertes einer herkömmlichen
Phasenübergangsvorrichtung
beim Schreiben und Lesen und zeigt im Einzelnen die anfängliche
Rücksetzwiderstandsverteilung (RRücksetzen),
die Rücksetzwiderstandsverteilung
nach n Malen der Schreiboperationen (RRücksetzen'), die anfängliche Setzwiderstandsverteilung
(RSSetzen) und die Setzwiderstandsverteilung nach n Malen der Schreiboperationen (RSetzen').
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Beim Überschreiben
von Daten besteht die Möglichkeit,
dass infolge der Charakteristika einer interessierenden Vorrichtung
eine Statusänderung
erzeugt wird und der Widerstandswert geändert wird, mit dem Ergebnis,
dass Widerstandsänderungen
an den Speicherzellen erhöht
werden, wodurch die Charakteristika ernsthaft beeinträchtigt werden
(siehe 9 und 10). Wenn das Lesen/Schreiben
einfach wiederholt wird, ist das Ergebnis die Verschlechterung der
Haltecharakteristik infolge der Charakteristika der Pha senübergangsvorrichtung,
so dass die Funktionen einer Speichervorrichtung nicht gezeigt werden
können.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme
durchgeführt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speichervorrichtung
mit verbesserter Haltecharaktertstik einer Phasenübergangsvorrichtung
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, die die folgende allgemeine
Konfiguration hat. Es wird die Tatsache, dass der Phasenübergangsspeicher
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein DRAM-Schnittstellen-kompatibler Speicher ist, ausgenutzt.
Es sind Referenzzellen vorgesehen, die in Übereinstimmung mit der Anzahl
von Malen der Lese- und Schreiboperationen belastet sind. Eine Änderung
des Widerstandswertes der Referenzzellen wird detektiert, und wenn
der Widerstandswert sich über
einen vorbestimmten Referenzwert hinausgehend geändert hat (spezifisch auf einen
niedrigen Widerstandswert), wird eine Auffrischanforderung an ein
interne Schaltung, die nicht gezeigt ist, ausgegeben, um eine Speicherzelle
und eine Referenzzelle vorübergehend
aufzufrischen. Auf diese Weise wird eine Korrektur bezüglich der
Veränderungen
in dem programmierten Widerstandswert der Phasenübergangsvorrichtung durchgeführt, um
sowohl den Rand sicherzustellen als auch die Haltecharaktertstik
zu verbessern.
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Gemäß einem
Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Speichervorrichtung
mit: einer Speicherzelle, die ein programmierbares Widerstandselement,
am Schnittpunkt einer Bitleitung und einer Wortleitung enthält, und
einer Steuerschaltung, die die Steuerung für die Durchführung einer
Auffrischoperation der Speicherzelle in Antwort auf eine Änderung
des Widerstandswertes der Speicherzelle verwaltet.
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In
der Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Änderungen
des Widerstandswertes der Phasenübergangsvorrichtung
einer interessierenden Blindzelle, die gemäß der Anzahl von Malen von
Lese- und Schreiboperationen belastet wurde, detektiert. Wenn der
Widerstandswert der Phasenübergangsvorrichtung
der interessieren den Blindzelle sich über einen vorbestimmten Referenzwert
hinausgehend geändert
hat, wird eine Auffrischanforderung an eine interne Schaltung ausgegeben,
und der Speicher und die Blindzelle werden in Übereinstimmung mit der Auffrischanforderung
aufgefrischt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann
die Anzahl der Male des Lesens einer interessierenden Speicherzelle,
die eine Phasenübergangsvorrichtung
hat, gezählt
werden, und wenn die Anzahl der Male des Lesens einen vorab gesetzten Wert
erreicht hat, kann eine Auffrischanforderung an die interne Schaltung
ausgegeben werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können erste
und zweite Referenzströme
entsprechend ersten und zweiten Zuständen einer Speicherzelle, die
eine Phasenübergangsvorrichtung
hat, mit dem Strom verglichen werden, der durch die Speicherzelle
fließt,
und es kann eine Auffrischanforderung an eine interne Schaltung
ausgegeben werden, wenn ein vorbestimmter Offset in dem Strom, welcher
durch die Speicherzelle fließt,
erzeugt worden ist, um die Speicherzellen basierend auf der Auffrischanforderung
aufzufrischen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt hat ein Verfahren zum Auffrischen einer Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung die Schritte:
Detektieren einer Änderung des Widerstandswertes einer
Phasenübergangsvorrichtung
einer Blindzelle, die gemäß der Leseanzahl
belastet wurde;
Ausgeben einer Auffrischanforderung an eine
interne Schaltung in der Speichervorrichtung für den Fall, dass der Widerstandswert
der Phasenübergangsvorrichtung
der Blindzelle sich über
einen vorbestimmten Referenzwert hinausgehend geändert hat; und
Auffrischen
der Speicherzelle und der Blindzelle, basierend auf der Auffrischanfrage.
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Ein
Verfahren zum Auffrischen in einer Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung hat die Schritte:
Zählen der Anzahl von Malen,
mit der eine Speicherzelle, die eine Phasenübergangsvorrichtung hat, gelesen
worden ist; und
Überwachen
der Anzahl von Malen des Lesens und Ausgeben einer Auffrischanforderung
an eine interne Schaltung in der Speichervorrichtung, wenn die so überwachte
Anzahl von Malen einen vorab gesetzten Wert erreicht hat.
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Vorzugsweise
hat bei dem Verfahren zum Auffrischen einer Speichervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Speichervorrichtung:
ein Datenregister zum Halten
von Daten, die aus der Speicherzelle zum Zeitpunkt des Auffrischens
ausgelesen worden sind, und
einen Verifikationsverstärker zum
Vergleichen und Detektieren des Dateneinschreibezustandes der Speicherzelle
zum Zeitpunkt des Auffrischens; wobei
das Verfahren die Schritte
aufweist
Lesen von Daten aus der Speicherzelle zum Zeitpunkt
des Auffrischens, temporäres Übertragen
der Daten auf ein Datenregister, Bezug nehmen auf den Wert des Datenregisters
und Schreiben nur aus einer Zelle des ersten Zustandes in den zweiten
Zustand; und
Setzen der Daten des ersten Zustandes in den Verifikationsverstärker, der
für das
Vergleichen und Detektieren des Einschreibzustandes in der Speicherzelle
geeignet ist; Bewirken des Einschreibens in den ersten Zustand unter
Verifikation des Lesens; Vergleichen des Stromes mit einem bestimmten
Widerstand; Unterbrechen des Einschreibens in eine Zelle, wenn ein
vorbestimmter Widerstand erreicht worden ist; und Fortsetzen des
Einschreibens für
die andere Zelle; und
Bezug nehmend auf die Werte in dem Datenregister beim
Wiedereinschreiben, Bewirken des Einschreibens nur in der Zelle
des zweiten Zustandes auf den zweiten Zustand.
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Ein
Verfahren zum Auffrischen in einer Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung hat die Schritte:
Vergleichen erster und zweiter
Referenzströme
entsprechend der ersten und zweiten Zustände einer Speicherzelle, die
eine Phasenübergangsvorrichtung hat,
mit einem Strom, der durch die Speicherzelle fließt; und
Ausgeben
einer Auffrischanforderung an eine interne Schaltung, wenn ein vorbestimmter
Offset in dem durch die Speicherzelle fließenden Strom erzeugt worden
ist; und
Auffrischen der Speicherzelle basierend auf der Auffrischanforderung.
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Vorzugsweise
hat das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung weiterhin die Schritte:
Lesen von Zellen in den ersten
und zweiten Zuständen;
Überschreiben
der Zelle, die im zweiten Zustand gelesen worden ist, wenn diese
Zelle im zweiten Zustand ist; Schreiben in die Zelle, die im zweiten
Zustand überschrieben
ist, in den ersten Zustand; Wiederherstellen der Zelle wieder in
den zweiten Zustand mit normalem Strom und Spannung; und
Wiederherstellen
der Zelle, die im zweiten Zustand gelesen ist, wenn die Zelle in
dem ersten Zustand ist und wieder Überschreiben der Zelle in den
ersten Zustand.
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Die
vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind wie folgt
zusammengefasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich, Änderungen
in dem programmierten Widerstandswert der Phasenübergangsvorrichtungen zu korrigieren,
um sowohl den Rand zu erzeugen als auch die Haltecharakteristik
zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Schaltungskonfiguration
einer Speicherzelle und einer Blindzelle einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Schaltbild der Schaltungskonfiguration einer Komparatorschaltung
zum Überwachen
eines Setz-Widerstandes gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Schaltbild der Schaltungskonfiguration einer Komparatorschaltung
zum Überwachen
eines Rücksetz-Widerstandes
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Schaltbild der Schaltungskonfiguration eines Verifikationsverstärkers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Schaltungskonfiguration
eines Leseverstärkers
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
das Ergebnis des Vergleichs von dem Verifikationsstrom und dem Lesestrom
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8A zeigt
die Beziehung zwischen der Änderung
in dem Vorrichtungswiderstandswert und dem Auffrischen gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und
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8B zeigt
die Beziehung zwischen dem Setz/Rücksetz-Strom/Verifikationsstrom gemäß 8A und
dem angelegten Impuls.
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9 zeigt
die Änderungen
im Widerstandswert einer herkömmlichen
Phasenübergangsvorrichtung
beim Schreiben und Lesen.
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10 zeigt Änderungen
und die Verteilung des Widerstandswertes einer herkömmlichen
Phasenübergangsvorrichtung
beim Schreiben und Lesen.
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11 zeigt
die Struktur von Speicherzellenelektroden und der angelegten Spannung
in der Speicherzellenelektrodenstruktur gemäß dem Patentdokument 1.
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12 ist
ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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14A zeigt die Beziehung zwischen den Änderungen
im Vorrichtungswiderstandswert der zweiten Ausführungsform und dem Auffrischen
und
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14B zeigt die Beziehung zwischen 14A und den Setz/Rücksetz-Stromimpulsen.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Es
werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Speichervorrichtung
gemäß einem
Modus für
die Durchführung
der vorliegenden Erfindung hat eine Referenzzelle, die gemäß der Anzahl
von Malen der Phasenübergangsspeicherzelle
belastet ist, und eine Einrichtung zum Detektieren einer Änderung
des Widerstandswertes der Phasenübergangsvorrichtungen,
welche die Referenzzelle bilden, und Ausgeben einer Auffrischanforderung
an eine interne Schaltung für
den Fall, dass der Widerstandswert über dem gesetzten Referenzwert
hinausgehend geändert
worden ist (speziell ein niedriger Widerstandswert), wodurch die
Datenhaltecharakteristik verbessert wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben.
Mit Bezug auf 1 hat ein Speicher gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Speicherzelle 101, einen
Leseverstärker 102 zum
Lesen und Verstärken
der Daten, die in die Speicherzelle 101 eingeschrieben
sind, einen Schreibverstärker 103 zum
Einschreiben von Daten in die Speicherzelle 101, ein Datenregister 105 zum Absetzen
und Speichern von Daten darin und einen Verifikationsverstärker 104 zum
Vergleichen und Detektieren des Zustandes der in die Speicherzelle
zum Auffrischzeitpunkt eingeschriebenen Daten. Der Speicher hat
auch eine Setz-Blindzelle 109, die einen Setz-Widerstand
darin programmiert hat, eine Rücksetz-Blindzelle 110,
die einen Rücksetz-Widerstand darin
programmiert hat, eine Setz-Komparatorschaltung 111 zum Überwachen
des Widerstandswertes der Setz-Blindzelle 109 und eine
Rücksetz-Komparatorschaltung 112 zum Überwachen
des Widerstandswertes der Rücksetz-Blindzelle 110.
Der Speicher hat ferner eine Auffrischanforderungsschaltung 107,
eine Schreibimpulssteuerschaltung 106 und einen Blindzellenschreibverstärker 108.
Die Auffrischanforderungsschaltung 107 entscheidet die
Anwesenheit oder Abwesenheit einer Auffrischanforderung aus den
Ergebnissen des Vergleichs in der Setz-Komparatorschaltung 111 und
der Rücksetz-Komparatorschaltung 112 und
bildet eine Auffrischanforderung an eine interne Schaltung. Die
Schreibimpulssteuerschaltung 106 steuert den Schreibimpuls
zum Zeitpunkt der Programmverifikation. Der Blindzellenschreibverstärker 108 führt gleichzeitig
eine Schreiboperation an den Blindzellen zum Zeitpunkt der Auffrischoperation
durch.
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2 zeigt
die Schaltungskonfiguration einer Speicherzelle, einer Blinzelle,
eines Leseverstärkers
und eines Schreibverstärkers.
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Mit
Bezug auf 2 ist eine Anzahl von Speicherzellen 101 in
einer X/Y-Matrixkonfiguration angeordnet.
Eine Phasenübergangsvorrichtung
ist schematisch als ein Widerstandselement gezeigt, das zwischen
der Source eines Speicherzellentransistors und einer Bitleitung
angeordnet ist.
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Die
Phasenübergangsvorrichtung
wird bei Erwärmen
bei Anlegen einer hohen Spannung plus eines kurzen Impulses, gefolgt
von einem Löschen, amorph
und zeigt einen hohen Widerstand. Der Hochwiderstandszustand wird
als „Rücksetzen" bezeichnet. Die
Phasenübergangsvorrichtung
kristallisiert und zeigt einen niedrigen Widerstand, wenn sie für eine gewisse
Zeitdauer mit einem niedrigeren Strom und einer längeren Impulslänge erwärmt wird. Dieser
niedrige Widerstandszustand wird als „Setzen" bezeichnet.
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Auf
diese Art und Weise wechselt die Phasenübergangsvorrichtung zwischen
dem amorphen Zustand und dem kristallinen Zustand und ändert dadurch
ihren Widerstandswert, um eine Programmierung durchzuführen.
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Ähnlich wie
die Speicherzelle werden die Setz-Blindzelle 109 und die
Rücksetz-Speicherzelle 110 in
den Setzzustand oder den Rücksetzzustand geschrieben.
Diese Zellen sind in Speicherzellenbereichen angeordnet und haben
die Wortleitungen gemeinsam mit den Speicherzellen. An den Bitleitungen
sind, wie in den 3 und 4 gezeigt,
Vorspannungsschaltungen 302 und 402 vorgesehen,
so dass die Strombelastung zum Zeitpunkt der Speicherzellenwahl
an die Bitleitungen angelegt wird.
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Da
gleichzeitig die Blindzellen, die mit den gewählten Wortleitungen verbunden
sind, ähnlich
wie die Speicherzellen gewählt
werden und an die gewählten
Blindzellen die Lese/Schreib-Belastung angelegt wird, werden geringere
Belastungen an die nicht gewählten
Zellen infolge des Ladens/Entladens der an den Bitleitungen gespeicherten
Kapazitäten angelegt.
Die so an die gewählte
Zelle und die nicht gewählten
Zellen angelegten Belastungen werden in der gewählten Zelle als Störungen bzw.
in der nicht gewählten
Zelle als Störungen
bezeichnet.
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Die 3 und 4 zeigen
die Konfiguration der Komparatorschaltungen für die Überwachung des Widerstandswertes
der Blindzellen. Insbesondere 3 ist ein
Schaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Setz-Komparatorschaltung 111 zur Überwachung
des Widerstandes der Setz-Blindzelle. 4 ist ein
Schaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Rücksetz-Komparatorschaltung 112 zur Überwachung
des Widerstandes der Rücksetz-Blindzelle.
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Für iSetzen
und iRücksetzen
werden von den Konstantstromquellen 303 bzw. 403 vorbestimmte
Stromwerte gesetzt. Beispielsweise kann eine andere Widerstandsvorrichtung
als die Phasenübergangsvorrichtung
zum Setzen des Widerstandswertes, der in die Setzzelle 301 einzuschreiben
ist, als Referenzwiderstand vorgesehen sein, und es kann eine Konstantstromquelle
dann für
die Vorspannungsmittel vorgesehen sein.
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Es
wird angenommen, dass der Referenzwert gleich dem Schreibwiderstand
der Setz-Blindzelle,
dem Schreibwiderstand der Speicherzelle und dem Widerstand der Vorspannungsmittel
ist.
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Wenn
in der 3 ein Strom iSetzen der Referenzstrom ist, fließt ein Strom
gleich dem Referenzstrom iSetzen durch einen NMOS-Transistor N10, der
mit einer Konstantstromquelle 303 verbunden ist. Da ein
NMOS-Transistor N10 und N10 eine Stromspiegelschaltung bilden, fließt der Strom
iSetzen auch durch den NMOS-Transistor N11 als Spiegelstrom.
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Wenn
andererseits der Strom der Setz-Blindzelle 109 durch die
Vorspannungsschaltung 302, die mit der Setz-Blindzelle
verbunden ist (Setz-Zelle) zugeführt
werden, fließt
ein Strom von iSetz-Zelle, das heißt ein Strom, der durch die
Setz-Zelle fließt,
durch diesen PMOS-Transistor P11, weil die Vorspannungsschaltung 302 und
ein PMOS-Transistor P11 eine Stromspiegelschaltung bilden.
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Der
PMOS-Transistor P11 und der NMOS-Transistor N11 bilden einen Verhältnisinverter,
so dass für
den Fall, dass gilt iSetzen < iSetz-Zelle
(der Strom iSetzen, der durch die Setz-Zelle fließt ist größer als
der Referenzstrom iSetzen), das heißt, wenn der Widerstandswert
der Phasenübergangsvorrichtung
unter Einwirkung der Lesestörung
oder der Schreibstörung
niedriger als ein vorbestimmter Widerstandswert geworden ist, wird
ein Vergleichsergebnis, das als CompiSet ausgegeben wird, hoch.
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Für den Fall,
dass andererseits iSetzen > iSetz-Zelle
ist, das heißt
der Strom iSetz-Zelle, der durch die Setz-Zelle fließt, kleiner
als der Referenzstrom iSetzen ist, das heißt, wenn der Widerstandswert
der Phasenübergangsvorrichtung
der Setz-Blindzelle 109 unter der Einwirkung der Lesestörung oder
der Schreibstörung
nicht niedriger als der vorbestimmte Widerstandswert geworden ist,
ist der Vergleichsergebnisausgang CompiSet ein niedriger Pegel.
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Ein
iRücksetzen-Monitor
der 4 führt
eine Detektion auf ähnliche
Art und Weise durch, so dass
- – im Fall
von iRücksetzen < iRücksetz-Zelle,
das heißt,
wenn der Strom iRücksetz-Zelle, der durch eine
Rücksetz-Zelle
fließt,
größer als
der Referenzstrom iRücksetzen
ist, das heißt
für den
Fall, dass der Widerstandswert der Phasenübergangsvorrichtung der Rücksetz-Blindzelle 110 niedriger als
der vorbestimmte Widerstandswert geworden ist, wird der Vergleichsergebnisausgang
CompiReset hoch und
- – für den Fall,
dass iRücksetzen > iRücksetz-Zelle ist, das heißt für den Fall,
dass der Strom iRücksetz-Zelle,
der durch eine Rücksetz-Zelle
fließt, kleiner
als der Referenzstrom iRücksetzen
ist, das heißt
für den
Fall, dass die Änderung
des Widerstandswertes der Phasenübergangsvorrichtung der
Rücksetz-Blindzelle 110 klein
ist, wird der Vergleichsergebnisausgang CompiReset niedrig.
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Wenn
der Ausgang der Setz-Komparatorschaltung 111 aus 1 (CompiSet)
mit dem Ausgang der Rücksetz-Komparatorschaltung 112 (CompiReset)
einer ODER-Funktion unterzogen wird und detektiert wird, dass in
einem der beiden ein Offset erzeugt worden ist, wird die Auffrischanforderungsschaltung 107 aktiviert,
um an die interne Schaltung (Auffrischsteuerschaltung) eine Auffrischanforderung zu
stellen.
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In
den Komparatorschaltungen 111 und 112 wird davon
ausgegangen, dass das Verhältnis
des Widerstandes der Vorspannungsmittel, des Referenzwiderstandswertes
und des Schreibwiderstandes gleich 1:1:1 ist. Da jedoch eine Stromspiegelkonfiguration
verwendet wird, kann das Stromverhältnis geeignet gesetzt werden,
indem das Verhältnis
W/L (Kanalbreite/Kanallänge)
der MOS-Transistoren, die den Stromspiegel bilden, exakt eingestellt
wird. Dies stellt unter Berücksichtigung
für die
Randnahmeänderung
die Möglichkeit
bereit, einen optimalen Wert einzustellen.
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Die 5 und 6 zeigen
eine Schaltungskonfiguration eines Verifikationsverstärkers 104 bzw.
eine Schaltungskonfiguration eines Leseverstärkers 102. Die Stromwerte
iVerifizieren und iLesen der Konstantstromquellen 503 und 603 sind
so gewählt,
dass gilt iVerifizieren > iLesen,
um für
die Verifikation bzw. für
normales Lesen verwendet zu werden.
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Der
Schreibwiderstandswert für
die Speicherzelle und die Blindzelle entspricht dem Referenzstrom,
der durch iVerifizieren bereitgestellt wird, und im Fall des Erfassens
(Lesen) kann er so gesetzt sein, dass die Spanne für iLesen
in der Größenordnung
von einer Hälfte
von iVerifizieren ist, wobei ebenfalls, wie in 7 gezeigt,
die Änderung
berücksichtigt
ist. Da andererseits die Schaltungen der 5 und 6 in
der Stromspiegelkonfiguration sind, kann das Verhältnis in
Abhängigkeit
von der Transistorgröße auf einen
exakten Wert geändert werden.
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Nun
wird als eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Beispiel eines Systems für die Auffrischoperation
beschrieben.
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Hierbei
sind eine Setz-Zelle und eine Rücksetz-Zelle
als die Daten 1 bzw. 0 definiert.
- 1) Die Speicherzellendaten
einer Auffrischeinheit werden im Datenregister 105 gesetzt,
und nach dem Rücksetzen
der Daten des Verifikationsverstärkers 104 werden
sie auf 1 gesetzt.
- 2) Die Zellen der Auffrischeinheit werden in den Setz-Zustand
gesetzt.
- 2)-1 Nur die Setz-Zellen werden vorerst auf einen Rücksetz-Zustand
gesetzt.
- 2)-2 Die Rücksetz-Zellen
werden durch mehrstufiges Einschreiben an den Setzpegel angepasst.
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Bei
diesem Anpassungsverfahren werden die Rücksetz-Zellen durch den Verifikationsverstärker in
mehreren Stufen Setzeinschreibvorgängen und Verifikationen unterzogen.
Diese Operation wird so lange wiederholt, bis ein Durchlauf erzielt
ist, zu welchem Zeitpunkt das Setzen mit dem Durchlauf abgeschlossen
ist.
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Durch
diese Operation sind die Zellen vorerst an den Widerstandswert des
Setz-Zustandes des Referenzstromes
+ α angepasst,
um die Betriebsspanne zu berücksichtigen.
- 3) Der Wert des Datenregisters 105 wird
auf den Verifikationsverstärker 104 transferiert
und das Rücksetzen
wird nur für
die Rücksetz-Zellen durchgeführt.
- 4) Wenn das Ergebnis des Lesens und Verifizierens korrekt ist,
kommt die Verarbeitung zum Schluss.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird das Einschreiben auf ähnliche
Weise für
die Blindzellen durchgeführt,
das heißt
die Setz-Blindzellen und die Rücksetz-Blindzellen.
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Die 8A und 8B zeigen Änderungen des
Widerstandswertes der Setz/Rücksetz-Zellen für den Fall,
dass eine Operationsfolge gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist. Im Einzelnen
zeigt 8A schematisch die Änderung
des programmierten Widerstandswertes der Speicherzelle und der Blindzelle und 8B zeigt
schematisch den Strom und die Impulsbreite zur Einschreibzeit.
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In
dem anfänglichen
Schreibzustand ist der Widerstandswert der Phasenübergangsvorrichtung auf
RRücksetzen/RSetzen
programmiert worden. Im normalen Zugangszustand wird das Schreiben/Lesen
wiederholt durchgeführt.
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Für den Fall,
dass das Einschreiben des Setz-Zustandes (SW) mit dem Strom iSetzen
mit langem Impuls wiederholt wird, fällt RSetzen in einen „RSetz"-Zustand.
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Wenn
als Nächstes
in die gleiche Speicherzelle Rücksetzen-Schreiben
(RW) mit einem Strom iRücksetzen
mit einem kurzen Impuls eingeschrieben wird, wandelt sich der Widerstandswert
nicht in RRücksetzen
und wird auf einen niedrigen Widerstandswert RRücksetzen' zurückgesetzt.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird auch die Blindzelle mit einer ähnlichen
Belastung beaufschlagt. Wenn die Komparatorschaltungen 111 und 112 detektieren, dass
der Setzwiderstand oder der Rücksetzwiderstand
sich gesenkt hat, gibt die Auffrischanforderungsschaltung 107 eine
Auffrischanforderung aus.
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Die
Auffrischoperation wird nun initiiert. Das heißt, die Speicherzellendaten
werden temporär
gelesen und auf das Datenregister 105 transferiert.
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Der
Wert des Datenregisters 105 wird dann in Bezug gesetzt
und es wird nur in den Zellen im Setz-Zustand das Rücksetzen-Schreiben
ausgeführt.
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Der
Widerstandswert der Rücksetz-Zelle
beträgt
ohne Belastung RRücksetzen,
während
der Widerstand der belasteten Vorrichtung RRücksetzen' ist.
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Dann
wird Verifizieren-Schreiben (VW) ausgeführt. In dem Verifikationsverstärker 104 ist
das Datum „1" gesetzt und es wird
eine Anzahl von Malen Setzen-Einschreiben mit dem Strom iSetzen > iVerifizieren als
Verifizieren-Lesen ausgeführt.
Der Stromwert wird gesenkt, weil die Wirkung der Unterdrückung der Änderungen
im Widerstandswert erwartet wird, die durch die Steuerung der Progressionsrate der
Kristallisation aus dem amorphen Zustand erzielt werden kann.
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Der
Strom wird durch den Verifikationsverstärker mit dem vorbestimmten
Widerstandswert verglichen. Das Einschreiben für Zellen, bei denen der vorbestimmte
Widerstand erreicht worden ist, wird unterbrochen. Für die anderen
Zellen wird das Einschreiben mit Zusatz durchgeführt. Hierdurch kann der Widerstand
der Setz-Zelle an die RSetzen-Zelle selbst dann angepasst werden,
wenn Änderungen
in dem Rücksetz-Widerstand
erzeugt sind.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist das Verfahren zum Senken des Setzstromwertes beschrieben worden.
Alternativ kann die Steuerung eine Steuerung der Länge der
Zeitdauer des Beaufschlagens mit dem Setzimpuls sein.
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Für das Überschreiben
kann auf die Datenregisterwerte Bezug genommen werden, um das Rücksetzen
nur der Rücksetz-Zelle
zu bewirken, um den Widerstandswert an RRücksetzen anzupassen.
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Bei
den vorstehenden Beispielen wird die Anpassung an die Setzseite
einmal durchgeführt
und das Rücksetz-Überschreiben
ausgeführt.
Das Anpassen an die Rücksetzseite und
das Überschreiben auf
das Setzen kann jedoch auch mittels Anlegen einer hohen Spannung
und eines hohen Stromes durchgeführt
werden, um die Operation und Wirkung ähnlich wie die vorstehend beschriebene
zu erzielen.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Tatsache, dass der Speicher ein Schnittstellen-kompatibler
DRAM ist, ausgenutzt, wobei Referenzzellen, die gemäß der Anzahl
von Lese- und Schreiboperationen belastet werden, eine Einrichtung
zum Detektieren einer Änderung
des Widerstandes der Phasenübergangsvorrichtung
der Referenzzelle und zum Anfordern einer internen Schaltung zur
Durchführung
der Auffrischoperation für
den Fall, dass der Widerstandswert sich über den gesetzten Referenzwert
hinausgehend geändert
hat, und eine Einrichtung zum Zählen
der Anzahl von Leseoperationen und Anfordern der internen Schaltung
zur Durchführung
der Auffrischoperation in Übereinstimmung
mit einer vorbestimmten Anzahl von Malen, oder eine Einrichtung
zum Detektieren der Differenz des Referenzstrom und des Stroms,
der in der Speicherzelle fließt,
und Anfordern der internen Schaltung zur Durchführung der Auffrischoperation
für den
Fall, dass sich der Widerstandswert über den vorbestimmten Referenzwert
hinausgehend geändert
hat, vorgesehen sind, und die Speicherzellen und die Referenzzellen
werden temporär
aufgefrischt, oder es werden nur die Speicherzellen aufgefrischt,
um die Änderungen
der Phasenübergangsvorrichtung
zu korrigieren. Daher können
die Änderungen
des programmierten Widerstandswertes der Phasenübergangsvorrichtung korrigiert
werden, um sowohl eine Spanne bereitzustellen als auch die Haltecharakteristik
zu verbessern.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung nun im Einzelnen beschrieben. 12 ist
ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 12 wird
die Anzahl der Lesevorgänge
durch einen Zähler 1214 gezählt, mit
einer Eingabe eines Befehls an einer Befehlseingabeschaltung 1213 als
Startpunkt. Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Leseoperationen durchgeführt worden
ist, wird die Auffrischanforderung auf ähnliche Weise zum Bewirken
des Speicherzellenauffrischens durchgeführt. In diesem Fall können ähnliche vorteilhafte
Wirkungen erzielt werden.
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13 ist
ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Konfiguration einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform
ist im Unterschied zur ersten Ausführungsform keine Blindzelle
vorgesehen. Bei der Leseoperation werden die Ströme, die durch eine Setzreferenzstromschaltung 1313,
hergestellt durch eine Referenzstromquelle, eine Rücksetz-Referenzstromschaltung 1314 und
durch die Speicherzelle fließen,
miteinander verglichen und für
den Fall, dass ein vorbestimmter Offset erzeugt worden ist, wird eine
Anforderung für
die Durchführung
von Auffrischoperationen an die interne Schaltung gegeben. Diese Auffrischoperationen
werden während
der Auffrischperiode durchgeführt.
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Die
bei den vorstehenden Ausführungsformen
beschriebene Auffrischoperation repräsentiert eine Technik, wodurch
die Widerstände
der Rücksetz/Setz-Zellen
mit hoher Genauigkeit angepasst werden können. Es ist jedoch zeitaufwendig,
weil die Verifizierungsoperation simultan durchgeführt werden
muss.
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14 zeigt eine Ausführungsform eines Auffrischverfahrens
zur Verkürzung
der Verarbeitungszeit. Bezug nehmend auf 14 ist
diese modifizierte Ausführungsform
für die
Auffrischoperation so, dass eine Auffrischanforderung durch irgendeine der
Auffrischentscheidungstechniken der vorstehenden ersten bis dritten
Ausführungsformen
verifiziert wird, und
- 1) die Rücksetz/Setz-Zellen
gelesen werden; und
- 2) wenn die Zelle die Rücksetzzelle
ist, das Rücksetz-Überschreiben
durchgeführt
wird, indem ein Strom oder eine Spannung angelegt wird, die größer als
zum Zeitpunkt der Rücksetzoperation
ist, um einen Hochwiderstandszustand mit RRücksetzen + α zu errichten.
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Hierbei
wird bewirkt, dass der Strom gleich iRücksetzen + α fließt und der Kristall durch die Joule'sche Wärme schmilzt,
um einen amorphen Zustand mit höherem
Widerstand zu setzen.
- 3) Die so überschriebene
Rücksetz-Zelle
wird auf einen Setz-Zustand geschrieben (niedriger Widerstand) und
wiederum in den Rücksetz-Zustand mit
normalem Strom und Spannung zurückgebracht.
- 4) Für
den Fall, dass die Zelle die Setz-Zelle ist, wird der Strom oder
die Spannung, die höher
als für
die normale Rücksetzoperation
ist, angelegt, um den hohen Widerstandszustand von RRücksetzen
+ α zu errichten,
wonach die Zelle wiederum in den Setz-Zustand gebracht wird.
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Im
Allgemeinen gilt, dass die Rücksetz-Zeit < Setz-Zeit ist und
bei dem vorstehenden Auffrischverfahren muss die Setzoperation eine
Anzahl von Malen durchgeführt
werden, bis der Zustand der Speicherzelle den vorbestimmten Setzpegel
erreicht.
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Bei
dem zweiten Auffrischsystem kann die Verarbeitung mit wenigstens
zwei Rücksetzoperationen
und einer Setzoperation beendet werden, und daher kann das Auffrischen
in einer kurzen Zeit beendet werden. Das zweite Auffrischsystem
ist jedoch bezüglich
der Genauigkeit der Anpassung des Widerstandwertes etwas schlechter
als das erste Auffrischverfahren.
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Selbst
mit dem zweiten Auffrischverfahren können Änderungen gegenüber dem
vorbestimmten Widerstandswert detektiert werden, um mit der Korrektur
des Widerstandwertes fortzuschreiten, so dass es jedoch möglich ist,
die Haltecharakteristik als Ergebnis zu verbessern.
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In
den vorstehenden Ausführungsformen wird
die Anpassung insgesamt einmal an der Rücksetzseite durchgeführt, die
Anpassung kann jedoch an der Setzseite durchgeführt werden, und der Widerstand
kann dann mit dem großen
Strom an RRücksetzen
angepasst werden, wonach das Überschreiben
an der Setzseite durchgeführt
werden kann. In diesem Fall können
ein Betrieb und eine Wirkung vergleichbar mit dem vorstehend Beschriebenen
erzielt werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben
worden ist, ist die vorliegenden Erfindung nicht auf die Konfiguration
dieser Ausführungsformen
begrenzt, und es können
verschiedene Änderungen
oder Korrekturen durch den Fachmann durchgeführt werden, ohne dass vom Umfang
der Erfindung abgewichen wird.
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Hierbei
ist anzumerken, dass andere Ziele, Merkmale und Aspekte der vorliegenden
Erfindung in der gesamten Veröffentlichung
erscheinen und dass Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen ohne
Abweichen vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den anhängenden
Ansprüchen
beansprucht, durchgeführt
werden können.
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Es
ist auch anzumerken, dass jegliche Kombination der offenbarten und/oder
beanspruchten Elemente, Angelegenheiten und/oder Elemente unter
die vorstehend genannten Modifikationen fällt.