DE102006033915B3 - Memory data reading method for e.g. conductive bridging RAM memory circuit, involves detecting current flowing via cell and adjusting control parameter based on current, where measuring parameter is selected from different values of cell - Google Patents

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Abstract

The method involves detecting a current (I) flowing through a memory cell (2). A control parameter (S) is adjusted depending on the detected current such that the current corresponds to reference current. The current flowing through the memory cell is compared with the reference current. A measuring parameter is applied to an evaluation transistor, and is changed until a sign changes a difference between the current and the reference current. The measuring parameter is selected from different resistance values of the memory cell. An independent claim is also included for a memory circuit with a reading unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslesen eines Speicherdatums aus einer Widerstandsspeicherzelle, insbesondere einer CBRAM-Speicherzelle (CBRAM: Conductive Bridging RAM). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Speicherschaltung mit einer Widerstandsspeicherzelle.The The invention relates to a method for reading out a storage date from a resistance memory cell, in particular a CBRAM memory cell (CBRAM: Conductive bridging RAM). The invention further relates a memory circuit having a resistance memory cell.

In CBRAM-Speicherschaltungen, wie sie aus der DE 10 2004 056 911 A1 und der DE 10 2004 058 132 B3 bekannt sind, wird eine Information in CBRAM-Speicherzellen gespeichert, die jeweils ein Widerstandsspeicherelement aufweisen. Das Widerstandsspeicherelement kann verschiedene Widerstandswerte annehmen, so dass durch Änderung des Widerstandswertes des Widerstandsspeicherelementes die zu speichernde Information festgelegt werden kann. Um den Inhalt der CBRAM-Speicherzelle zu bewerten, ist folglich eine Bewertung des Widerstandswertes des Widerstandsspeicherelementes der betreffenden Speicherzelle notwendig. Dies kann durch Anlegen einer Spannung und Messen des resultierenden durch die CBRAM-Speicherzelle fließenden Strom erfolgen. Um den Widerstandswert des Widerstandsspeicherelementes beim Auslesen der Information nicht zu verändern, dürfen die dazu an das Widerstandsspeicherelement angelegten Spannungen nicht außerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches liegen, z.B. zwischen 100 und 200 mV. Dabei beträgt der Widerstandswert des Widerstandsspeicherelementes typischerweise zwischen 104 bis 109 Ω, so dass sich Ströme durch die Speicherzellen zwischen 100 pA und 10 μA ergeben. In der üblicherweise für CBRAM-Speicherschaltungen verwendeten Schaltungstechnik sind Ströme unter 1 μA jedoch nicht mehr auflösbar, so dass diese als 0 μA detektiert werden. Bei einem Single-Level-Design, d.h. bei einer binären Speicherung von Daten in den CBRAM-Widerstandsspeicherzellen würde ein potenzieller Ausleseverstärker den durch die Speicherzelle fließenden Strom mithilfe eines Referenzstroms von 5 μA bewerten, um zwischen zwei lo gischen Zuständen zu unterscheiden. Bei einem Multilevel-Design der CBRAM-Speicherschaltung wird der für CMOS-Schaltungstechnik bereits relativ geringe Signalstrom noch weiter auf die einzelnen Werte aufgeteilt. Bei einer Speicherung von 2 Bits/Speicherzelle betragen die Zellströme etwa 10 μA (Zustand "11"), 6,66 μA (Zustand "10"), 3,33 μA (Zustand "01") und 0 μA (Zustand "00"), was eine Auflösung des Signalstroms von mindestens 1,66 μA erfordert, die mit der herkömmlichen Schaltungstechnik nur aufwändig zu realisieren ist.In CBRAM memory circuits, as they are known from the DE 10 2004 056 911 A1 and the DE 10 2004 058 132 B3 information is stored in CBRAM memory cells, each having a resistive memory element. The resistance memory element can assume different resistance values, so that the information to be stored can be determined by changing the resistance value of the resistance memory element. Consequently, in order to evaluate the content of the CBRAM memory cell, an evaluation of the resistance value of the resistance memory element of the relevant memory cell is necessary. This can be done by applying a voltage and measuring the resulting current flowing through the CBRAM memory cell. In order not to change the resistance value of the resistance memory element when the information is read out, the voltages applied thereto to the resistance memory element must not be outside a certain voltage range, eg between 100 and 200 mV. The resistance value of the resistance memory element is typically between 10 4 and 10 9 Ω, so that currents through the memory cells between 100 pA and 10 uA result. In the circuit technique commonly used for CBRAM memory circuits, however, currents below 1 μA are no longer resolvable, so that they are detected as 0 μA. In a single-level design, ie with binary storage of data in the CBRAM resistive memory cells, a potential sense amplifier would evaluate the current flowing through the memory cell using a reference current of 5 μA to distinguish between two logic states. In the case of a multilevel design of the CBRAM memory circuit, the signal current, which is already relatively small for CMOS circuit technology, is further divided between the individual values. When storing 2 bits / memory cell, the cell currents are about 10 μA (state "11"), 6.66 μA (state "10"), 3.33 μA (state "01") and 0 μA (state "00"). ), which requires a resolution of the signal current of at least 1.66 μA, which is difficult to implement with conventional circuit technology.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Auslesen eines Speicherdatums aus einer CBRAM-Speicherzelle zur Verfügung zu stellen, bei dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden, und wobei, insbesondere bei einem Multilevel-Design, das Detektieren des Zustands des Widerstandsspeicherelementes der CBRAM-Speicherschaltung zuverlässig durchgeführt werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine CBRAM-Speicherschaltung zur Verfügung zu stellen, bei der die Information aus CBRAM-Speicherzellen in verbesserter Weise ausgelesen werden kann.It It is therefore an object of the present invention to provide a method for Reading a memory datum from a CBRAM memory cell available in which the aforementioned disadvantages are avoided, and wherein, especially in a multilevel design, detecting the state of the resistive memory element of the CBRAM memory circuit reliable be performed can. It is a further object of the present invention to provide a CBRAM memory circuit available to provide information from CBRAM memory cells in an improved way can be read out.

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie die Speicherschaltung nach Anspruch 8 gelöst.These Tasks are achieved by the method of claim 1 and the memory circuit solved according to claim 8.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Auslesen eines Speicherdatums aus einer Widerstandsspeicherzelle vorgesehen, die einen über eine Steuerungsgröße ansteuerbaren Auswahltransistor aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte des Detektierens eines durch die Widerstandsspeicherzelle fließenden Zellenstroms, des Einstellens der Steuerungsgröße abhängig von dem detektierten Zellenstrom und des Bereitstellens einer der Steuerungsgröße zugeordneten Information als Speicherdatum.According to one The first aspect of the present invention is a method for reading out a storage data from a resistance memory cell provided the one over a control variable controllable Selection transistor has. The method comprises the steps of Detecting a cell current flowing through the resistive memory cell, of setting the control quantity depending on the detected cell stream and providing one of the control size associated Information as storage date.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die den Auswahltransistor ansteuernde Steuerungsgröße, die abhängig von dem detektierten Zellenstrom eingestellt wird, die Information in der Widerstandsspeicherzelle bestimmt. Dazu wird insbesondere der durch die Widerstandsspeicherzelle fließende Zellenstrom mit einem Referenzstrom verglichen und die Steuerungsgröße abhängig von dem Ergebnis des Vergleichens eingestellt. Üblicherweise wird die Steuerungsgröße so eingestellt, dass der Zellenstrom möglichst dem Referenzstrom entspricht. Die unterschiedlichen Widerstandswerte des in der Widerstandsspeicherzelle befindlichen Widerstandsspeicherelementes führen zu unterschiedlichen Steuerungsgrößen des Auswahltransistors, wenn der Zellenstrom durch die Widerstandsspeicherzelle konstant gehalten werden soll. Mit der unterschiedlichen Gate-Spannung des Auswahltransistors bei verschiedenen Widerstandswerten des Widerstandsspeicherelementes kann eine einfache Bewertung des Zustands der Widerstandsspeicherzelle erfolgen, da sich aufgrund der unterschiedlichen Steigungen der Zellenstrom-Gate-Spannungskennlinie für die Widerstandsspeicherzelle abhängig von dem Widerstandswert des in der Widerstandsspeicherzelle angeordneten Widerstandsspeicherelementes leicht detektierbare Spannungsunterschiede ergeben.The inventive method has the advantage that the control variable driving the selection transistor, the dependent is adjusted by the detected cell current, the information determined in the resistance memory cell. This is in particular the cell current flowing through the resistive memory cell with a Reference current compared and the control variable depending on the result of the comparison set. Usually will set the control size so that the cell stream as possible corresponds to the reference current. The different resistance values of the resistance memory element located in the resistance memory cell to lead to different control variables of the selection transistor, when the cell current kept constant by the resistive memory cell shall be. With the different gate voltage of the selection transistor at different resistance values of the resistive memory element a simple evaluation of the state of the resistance memory cell, because due to the different slopes of the cell current gate voltage characteristic for the Resistive memory cell dependent of the resistance value of the resistor memory cell arranged in the Resistive memory element yield easily detectable voltage differences.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Messgröße an den Auswahltransistor angelegt und solange verändert, bis ein Vorzeichen einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom wechselt, wobei die Messgröße, bei der das Vorzeichen der Differenz wechselt, als Steuerungsgröße eingestellt wird.According to a preferred embodiment, a measured variable is applied to the selection transistor sets and changes until a sign of a difference between the cell current and the reference current changes, wherein the measured variable at which the sign of the difference changes is set as a control variable.

Vorzugsweise wird die Messgröße um diskrete Werte geändert.Preferably the measure becomes discrete Values changed.

Weiterhin kann die Messgröße aus einer Anzahl verschiedener Werte ausgewählt werden, wobei bei einem Wechsel des Vorzeichens einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom zwischen aufeinander folgend angelegte Messgrößen die zuletzt angelegte Messgröße als Steuerungsgröße eingestellt wird.Farther can the measured variable from a Number of different values are selected, with one Change the sign of a difference between the cell stream and the reference current between consecutively applied measured variables Last measured quantity set as control variable becomes.

Insbesondere kann als Anzahl verschiedener Werte der Steuerungsgröße eine um 1 verminderte Anzahl detektierbarer Zustände der Widerstandsspeicherzelle gewählt werden.Especially can be a number of different values of control size by 1 reduced number of detectable states of the resistance memory cell chosen become.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Speicherschaltung zum Auslesen eines Speicherdatums mit einer Widerstandsspeicherzelle, die einen über eine Steuerungsgröße ansteuerbaren Auswahltransistor aufweist, vorgesehen. Die Speicherschaltung weist weiterhin eine Auswerteeinheit auf, um einen durch die Widerstandsspeicherzelle fließenden Zellenstrom zu detektieren, um die Steuerungsgröße abhängig von dem detektierten Zellenstrom einzustellen und um eine der Steuerungsgröße zugeordneten Information als Speicherdatum bereitzustellen.According to one Another aspect of the present invention is a memory circuit for reading a storage data with a resistance memory cell, the one over a control variable controllable Selection transistor has provided. The memory circuit has Furthermore, an evaluation unit to one through the resistance memory cell flowing Cell current to detect the control variable depending on the detected cell current to set and information associated with the control size as To provide save date.

Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit eine Vergleichereinheit, um den durch die Widerstandsspeicherzelle fließenden Zellenstrom mit einem Referenzstrom zu vergleichen und eine Steuereinheit, um die Steuerungsgröße abhängig von dem Ergebnis des Vergleichens einzustellen.Preferably the evaluation unit comprises a comparator unit to the by the resistive memory cell flowing cell stream with a Compare reference current and a control unit to the control size dependent on to adjust the result of the comparison.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit ausgestaltet, um die Steuerungsgröße so einzustellen, dass der Zellenstrom möglichst dem Referenzstrom entspricht.Preferably the control unit is configured to set the control quantity so that the cell current as possible corresponds to the reference current.

Die Steuereinheit kann eine Messschaltung aufweisen, um eine Messgröße an den Auswahltransistor anzulegen und diese solange zu verändern, bis die Vergleichereinheit feststellt, dass ein Vorzeichen einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom gewechselt hat, wobei die Messschaltung weiterhin ausgebildet ist, um die Messgröße, bei der das Vorzeichen der Differenz wechselt, als Steuerungsgröße einzustellen. Dabei kann die Messschaltung ausgebildet sein, um die Messgröße um diskrete Werte zu ändern.The Control unit may have a measuring circuit to send a measured variable to the Selection transistor to create and change them until the Comparator unit determines that a sign of a difference has changed between the cell current and the reference current, wherein the measuring circuit is further adapted to the measured quantity, at which changes the sign of the difference, to be set as a control variable. In this case, the measuring circuit can be designed to discrete the measured variable Change values.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Messschaltung die Messgröße aus einer Anzahl verschiedener Werte auswählt und bei einem Wechsel des Vorzeichens einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom zwischen aufeinander folgend angelegten Messgrößen die zuletzt angelegte Messgröße als Steuerungsgröße einstellt.Farther can be provided that the measuring circuit from the measured variable Select number of different values and when changing the sign of a difference between the Cell current and the reference current between consecutively applied Measured variables last set measured variable as a control variable.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer CBRAM-Speicherschaltung mit einer CBRAM-Speicherzelle gemäß dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of a CBRAM memory circuit with a CBRAM memory cell according to the prior art;

2 ein Blockschaltbild einer CBRAM-Speicherschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 2 a block diagram of a CBRAM memory circuit according to an embodiment of the invention;

3 ein detaillierteres Schaltbild einer CBRAM-Speicherschaltung gemäß der Ausführungsform der Erfindung; 3 a more detailed circuit diagram of a CBRAM memory circuit according to the embodiment of the invention;

4 eine Kennlinie des Zellenstroms über der Gate-Spannung bei verschiedenen Widerständen des Widerstandsspeicherelementes der betrachteten CBRAM-Speicherzelle; und 4 a characteristic of the cell current over the gate voltage at various resistances of the resistive memory element of the considered CBRAM memory cell; and

5 eine detailliertere schematische Darstellung der Ausleseschaltung für die erfindungsgemäße CBRAM-Speicherschaltung; und 5 a more detailed schematic representation of the readout circuit for the CBRAM memory circuit according to the invention; and

6 eine schematische Darstellung einer Schreibschaltung für die CBRAM-Speicherschaltung. 6 a schematic representation of a write circuit for the CBRAM memory circuit.

In 1 ist ein Ausschnitt aus einer herkömmlichen CBRAM-Speicherschaltung 1 dargestellt, wobei zur einfacheren Darstellung nur eine CBRAM-Speicherzelle 2 an einem Kreuzungspunkt einer Wortleitung 3 und einer Bitleitung 4 dargestellt ist. Die Speicherzelle 2 umfasst einen Auswahltransistor 5, der in Reihe mit einem Widerstandsspeicherelement 6 zwischen der Bitleitung und einem festgelegten Plattenpotenzial VPL geschaltet ist. Im Detail ist ein erster Anschluss des Auswahltransistors 5 mit der Bitleitung und ein zweiter Anschluss des Auswahltransistors 5 mit einem ersten Anschluss des Widerstandsspeicherelementes 6 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstandsspeicherelementes 6 ist mit dem Plattenpotenzial VPL verbunden. Ein Steueranschluss des Auswahltransistors 5 ist mit der Wortleitung 3 verbunden.In 1 is a section of a conventional CBRAM memory circuit 1 shown, for ease of illustration, only a CBRAM memory cell 2 at a crossroads of a wordline 3 and a bit line 4 is shown. The memory cell 2 includes a selection transistor 5 in series with a resistive memory element 6 is connected between the bit line and a fixed plate potential VPL. In detail, a first terminal of the selection transistor 5 with the bit line and a second terminal of the selection transistor 5 with a first terminal of the resistive memory element 6 connected. A second terminal of the resistor storage element 6 is connected to the plate potential VPL. A control terminal of the selection transistor 5 is with the wordline 3 connected.

Das Widerstandsspeicherelement 6 ist als ein CBRAM-Widerstandsspeicherelement, auch PMC-Widerstandsspeicherelement (PMC: Programmable Metallization Cell) genannt u.ä., ausgebildet. Ein solches Widerstandsspeicherelement kann je nach Programmierzustand verschiedene Widerstandswerte aufweisen. Programmiert werden kann ein solches Widerstandselement 6 durch Anlegen einer Programmierspannung, wodurch das Widerstandsspeicherelement einen ersten niedrigen Widerstandswert einnimmt. Mithilfe einer Löschspannung, die eine der gegenüber Programmierspannung invertierte Polarität aufweist, kann das Widerstandsspeicherelement in einem Zustand mit einem hohen Widerstandswert versetzt werden. Das Programmieren und Löschen des Widerstandsspeicherelementes 6 erfolgt im Wesentlichen durch Ausbilden und Zurückbilden eines elektrisch leitenden Pfads aus einem in einen Festkörperelektrolyten migrierenden Material, z.B. Ag. Die Funktionsweise eines solchen Widerstandsspeicherelementes ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und es wird hierin nicht weiter darauf eingegangen. Anstelle eines CBRAM-Widerstandsspeicherelementes können auch andere Widerstandsspeicherelemente, die verschiedene Zustände mit verschiedenen Widerstandswerten einnehmen können, in Verbindung mit den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen CBRAM-Speicherschaltung verwendet werden.The resistance memory element 6 is formed as a CBRAM resistive memory element, also called a PMC (Programmable Metallization Cell), and the like. Such a resistance memory element may have different resistance values depending on the programming state. Can be programmed such a resistance element 6 by applying a programming voltage whereby the resistive memory element assumes a first low resistance value. By means of an erase voltage having one of the opposite polarity of programming voltage, the resistance memory element can be placed in a state of high resistance. Programming and clearing the resistor memory element 6 essentially takes place by forming and regressing an electrically conductive path from a material migrating into a solid electrolyte, eg Ag. The operation of such a resistance memory element is well known in the prior art and will not be discussed further herein. Instead of a CBRAM resistive memory element, other resistive memory elements which can assume different states with different resistance values can also be used in conjunction with the embodiments of the CBRAM memory circuit according to the invention described below.

Das Adressieren der Speicherzelle 2 erfolgt im Wesentlichen durch ein Aktivieren der Wortleitung, d.h. auf die Wortleitung wird ein Aktivierungssignal angelegt, wodurch der Auswahltransistor 5 geschlossen (leitend) wird, so dass die Bitleitung 4 über den Auswahltransistor 5 mit dem Widerstandsspeicherelement 6 verbunden wird. Das Auslesen erfolgt nun mithilfe einer Ausleseschaltung 8, die ein vorbestimmtes Po tenzial auf die Bitleitung 4 anlegt und den über die Bitleitung 4 und durch das adressierte Widerstandsspeicherelement 6 fließenden Strom auswertet. Abhängig von der Höhe des Stroms wird der Widerstandszustand der Speicherzelle 2 bestimmt.Addressing the memory cell 2 essentially takes place by activating the word line, ie an activation signal is applied to the word line, whereby the selection transistor 5 closed (conductive), so that the bit line 4 via the selection transistor 5 with the resistance memory element 6 is connected. The readout is now done using a readout circuit 8th which has a predetermined potential on the bit line 4 applies and the over the bit line 4 and by the addressed resistance memory element 6 evaluates flowing electricity. Depending on the magnitude of the current, the resistance state of the memory cell 2 certainly.

Das Auslesen einer Multibit-Speicherzelle, d.h. einer Speicherzelle, die mehr als zwei Zustände aufweisen kann, erfolgt im Wesentlichen auf gleiche Weise, wobei mit dem Anlegen der Auslesespannung auf die Bitleitung detektiert wird, in welchem Bereich sich der resultierende Strom durch die Speicherzelle befindet. Je nachdem, in welchem Bereich der Strom durch die Speicherzelle liegt, kann der Speicherzelle ein bestimmter Zustand zugeordnet werden und ein entsprechendes Datum ausgegeben werden.The Reading a multibit memory cell, i. a memory cell, which have more than two states can be done in much the same way, with the application the read voltage is detected on the bit line, in which Area the resulting current is through the memory cell. Depending on the area in which the current through the memory cell is located, the memory cell can be assigned a specific state and a corresponding date will be issued.

Beschrieben wird die CBRAM-Speicherzelle 2 mit einer Programmierschaltung 10, bei der in der Regel über die Bitleitung durch die aktivierte Speicherzelle 2 ein vorbestimmter Programmierstrom mit einer von dem zu schreibenden Datum abhängigen Richtung angelegt wird, um das Widerstandselement 6 der Speicherzelle 2 in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand zu bringen. Bei einer Multilevel-Speicherzelle kann die Programmierschaltung 10 so gestaltet sein, dass der Widerstandswert des Widerstandsspeicherelementes in einen bestimmten Bereich gebracht wird, der einem bestimmten Zustand der CBRAM-Speicherzelle 2 entspricht. Der Programmierstrom wird mithilfe eines Stromspiegels in der Programmierschaltung an die Bitleitung angelegt, so dass sich an der Bitleitung ein Bitleitungspotenzial einstellt, wodurch das Widerstandselement 6 der Widerstandsspeicherzelle programmiert bzw. gelöscht wird.Described is the CBRAM memory cell 2 with a programming circuit 10 , in which usually via the bit line through the activated memory cell 2 a predetermined programming current is applied in a direction dependent on the datum to be written, around the resistive element 6 the memory cell 2 in a high-impedance or low-impedance state. In a multilevel memory cell, the programming circuit 10 be designed so that the resistance value of the resistive memory element is brought into a certain range, which corresponds to a particular state of the CBRAM memory cell 2 equivalent. The programming current is applied to the bit line by means of a current mirror in the programming circuit, so that a bit line potential is established on the bit line, whereby the resistance element 6 the resistance memory cell is programmed or deleted.

Insbesondere beim Programmieren, d.h. bei einem Vorgang, bei dem das Widerstandsspeicherelement auf einen niederohmigen Zustand gebracht wird, kommt es aufgrund der Kapazität der Bitleitung zu einer Stromspitze, wenn die durch die Abnahme des Widerstandswertes Widerstandsspeicherelement 6 anwachsen de Strom 6 aus der auf der Bitleitung gespeicherten Ladung bedient wird. Dieser erhöhte Strom durch das Widerstandsspeicherelement 6 übersteigt den durch die Programmierschaltung 10 bereitgestellten Strom wesentlich, und kann zu einer Beschädigung des Widerstandsspeicherelementes führen.In particular, in programming, ie in a process in which the resistance memory element is brought to a low-impedance state, it comes to a current peak due to the capacity of the bit line when the resistance memory element by the decrease of the resistance value 6 grow de electricity 6 is operated from the charge stored on the bit line. This increased current through the resistive memory element 6 exceeds that through the programming circuitry 10 provided power, and may lead to damage of the resistance memory element.

Das Detektieren des Stroms durch die Speicherzelle beim Auslesen ist insbesondere bei einer Multilevel-Speicherzelle schwierig, da die Ströme sehr gering sind, so dass diese nicht zuverlässig durch eine entsprechende Auswerteschaltung so genau detektiert werden können, dass ihnen ein bestimmter Zustand zugeordnet werden kann. Wie in 2 dargestellt ist, sieht das Konzept der Erfindung vor, den Zustand einer Speicherzelle auszulesen, wenn ein Strom I durch die Speicherzelle 2 mithilfe einer Regeleinheit 12 konstant geregelt wird. Die für die Regeleinheit dazu benötigte Steuerungsgröße S lässt sich einen Zustand der Speicherzelle 2 eindeutig zuordnen.The detection of the current through the memory cell during readout is difficult, in particular in the case of a multilevel memory cell, since the currents are very low, so that they can not be reliably detected by a corresponding evaluation circuit so accurately that a specific state can be assigned to them. As in 2 is shown, the concept of the invention provides to read the state of a memory cell when a current I through the memory cell 2 using a rule unit 12 is constantly regulated. The control variable S required for the control unit can be a state of the memory cell 2 clearly assign.

In 3 ist eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Speicherschaltung gezeigt. Gleiche Bezugszeichen entsprechen Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktionen. Mit der Speicherschaltung der 3 wird im Wesentlichen das Konzept verfolgt, den Auslesetransistor 5 als Teil einer Regelungsschaltung zu verwenden, wobei der Auslesetransistor nicht mehr entsprechend einer angelegten Wortleitungsadresse geschlossen oder geöffnet wird, sondern mit einem geeigneten analogen Aktivierungspotenzial auf der Wortleitung 3 so angesteuert wird, dass ein vorab festgelegter Strom durch die Speicherzelle 2 fließt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Ausleseschaltung 8 ein festgelegtes Bitleitungspotenzial VBL an die Bitleitung 4 anlegt und die Steuerungsgröße S an die zu adressierende Wortleitung 3 anlegt. Das Anlegen erfolgt mithilfe eines Wortleitungsdecoders 13, der das Steuerungspotenzial an die abhängig von einer angelegten Wortleitungsadresse ADR zu aktivierende Wortleitung 3 anlegt und die übrigen Wortleitungen mit einem Potenzial, z.B. dem Plattenpo tenzial VPL oder einem Massepotential, ansteuert, so dass die jeweiligen Auswahltransistoren 5 vollständig geöffnet (nicht leitend) sind. Die Steuerungsgröße S ist im eingeregelten Zustand, d.h. wenn der vorbestimmte Strom über die Bitleitung 4 und durch die Speicherzelle 2 fließt, einem aus der Speicherzelle 2 auszulesenden Datum D, zuordbar. Die Steuerungsgröße S entspricht einem jeweiligen Potenzial, das aufgrund der Übertragungskennlinie des Auswahltransistors 5 in der Speicherzelle 2 für die verschiedenen Widerstandszustände des Widerstandsspeicherelementes 6 einen ausreichenden Potenzialabstand aufweist.In 3 a more detailed representation of the memory circuit according to the invention is shown. Like reference numerals correspond to elements of the same or similar functions. With the memory circuit of 3 In essence, the concept is pursued, the readout transistor 5 to be used as part of a control circuit, wherein the readout transistor is no longer closed or opened according to an applied wordline address, but with a suitable analogue activation potential on the wordline 3 is driven so that a predetermined current through the memory cell 2 flows. This is achieved by the readout circuit 8th a fixed bit line potential VBL to the bit line 4 applies and the control variable S to the word line to be addressed 3 invests. The application is made using a word line decoder 13 of the control potential to the word line to be activated depending on an applied word line address ADR 3 and the remaining word lines with a potential, eg the plate potential VPL or a Ground potential, drives, so that the respective selection transistors 5 completely open (non-conductive). The control quantity S is in the controlled state, ie when the predetermined current through the bit line 4 and through the memory cell 2 flows, one from the memory cell 2 date to be read D, assignable. The control quantity S corresponds to a respective potential which, due to the transfer characteristic of the selection transistor 5 in the memory cell 2 for the various resistance states of the resistive memory element 6 has a sufficient potential gap.

In 4 sind beispielhaft Kennlinien einer beispielhaften Speicherzelle mit vier verschiedenen Zuständen des Widerstandselementes 6 dargestellt. Die verschiedenen Widerstandswerte der Zustände betragen 10 kΩ, 35 kΩ, 50 kΩ und 1 MΩ. Man erkennt, dass bei einem konstanten Strom von 5 μA durch die Speicherzelle in einem ersten Zustand, bei dem das Widerstandselement einen Widerstandswert von 10 kΩ aufweist, das Steuerungspotenzial, das an den Auswahltransistor 5 angelegt wird, 2,1 V beträgt, in einem zweiten Zustand, bei dem der Widerstandswert des Widerstandselementes 35 kΩ beträgt, das Steuerungspotenzial 2,25 V beträgt, in einem dritten Zustand, bei dem der Widerstandswert des Widerstandselementes 6 50 kΩ beträgt, das Steuerungspotenzial 2,4 V beträgt und das in einem vierten Zustand, bei dem das Widerstandselement hochohmig 1 MΩ. ist, so dass bei üblicherweise in der Speicherschaltung verwendeten Spannungen der konstante Strom von 5 μA nicht erreichbar ist und daher im Wesentlichen 0 μA beträgt.In 4 are exemplary characteristic curves of an exemplary memory cell with four different states of the resistive element 6 shown. The various resistance values of the states are 10 kΩ, 35 kΩ, 50 kΩ and 1 MΩ. It can be seen that at a constant current of 5 μA through the memory cell in a first state in which the resistance element has a resistance of 10 kΩ, the control potential applied to the selection transistor 5 is applied, 2.1 V is, in a second state in which the resistance value of the resistive element 35 kΩ, the control potential is 2.25V, in a third state where the resistance of the resistive element 6 50 kΩ, the control potential is 2.4 V and that in a fourth state, in which the resistance element has a high resistance of 1 MΩ. is such that with voltages commonly used in the memory circuit, the constant current of 5 μA is not achievable and therefore is substantially 0 μA.

In 5 ist die Ausleseschaltung 8 detaillierter dargestellt. Die Ausleseschaltung 8 generiert eine Steuerungsgröße S durch das geeignete Abgreifen eines Potenzials aus einem Spannungsteiler, der mit mehreren Widerständen 31 bis 35 ausgebildet ist. Der erste bis fünfte Widerstand 31 bis 35 sind in Reihe zwischen einem Referenzpotenzial und einem Massepotenzial VGND geschaltet. Ein erster Knoten N1 zwischen dem ersten Widerstand 31 und dem zweiten Widerstand 32 ist über einen ersten Transistor 41, ein zweiter Knoten N2 zwischen dem zweiten Widerstand 32 und dem dritten Widerstand 33 ist über einen zweiten Transistor 42, ein dritter Knoten N3 zwischen dem dritten Widerstand 33 und dem vierten Widerstand 34 ist über einen dritten Transistor 43 und ein vierter Knoten N4 zwischen dem vierten Widerstand 34 und dem fünften Widerstand 35 ist über einen vierten Transistor 44 mit einem Eingang eines Treibers 45 verbunden. Ein Ausgangstreiber 45 ist im Wesentlichen als ein rückgekoppelter Operationsverstärker ausgebildet, der die in dem ersten Eingang anliegende Spannung, die von den Transistoren 4144 geliefert wird, als Steuerungsgröße S ausgibt. Steueranschlüsse der Transistoren 41 bis 44 sind jeweils mit einem Decoder 46 verbunden, der abhängig von einem Zählerwert eines Zählers 47 jeweils einen der Transistoren 41 bis 44 schließt und die jeweils anderen Transistoren in einen geöffneten Zustand bringt oder belässt. Mithilfe einer Steuereinheit 48 wird ein Auslesevorgang gestartet, indem der Zähler 47 hochgezählt wird, so dass nacheinander jeder der Transistoren 41 bis 44 geschlossen wird.In 5 is the readout circuit 8th shown in more detail. The readout circuit 8th generates a control quantity S by appropriately tapping a potential from a voltage divider that has multiple resistors 31 to 35 is trained. The first to fifth resistance 31 to 35 are connected in series between a reference potential and a ground potential V GND . A first node N1 between the first resistor 31 and the second resistor 32 is via a first transistor 41 , a second node N2 between the second resistor 32 and the third resistor 33 is via a second transistor 42 , a third node N3 between the third resistor 33 and the fourth resistor 34 is via a third transistor 43 and a fourth node N4 between the fourth resistor 34 and the fifth resistor 35 is via a fourth transistor 44 with an input of a driver 45 connected. An output driver 45 is essentially formed as a feedback operational amplifier, the voltage applied in the first input, the voltage from the transistors 41 - 44 is delivered, as control size S outputs. Control terminals of the transistors 41 to 44 are each with a decoder 46 connected, which depends on a counter value of a counter 47 each one of the transistors 41 to 44 closes and leaves the other transistors in an open state or leaves. Using a control unit 48 a read is started by the counter 47 is incremented, so that in turn each of the transistors 41 to 44 is closed.

Die Bitleitung 4 ist über einen Stromdetektor 49 mit einer Spannungsquelle so verbunden, die z.B. ein Potenzial in Höhe einer Versorgungsspannung bereitstellt. Der Stromdetektor 49 detektiert den über die Bitleitung 4 fließenden Strom abhängig von einer Referenzgröße (Referenzstrom IREF) und gibt ein entsprechendes Vergleichssignal aus.The bit line 4 is via a current detector 49 connected to a voltage source so that, for example, provides a potential equal to a supply voltage. The current detector 49 detects the via the bit line 4 flowing current depending on a reference variable (reference current I REF ) and outputs a corresponding comparison signal.

Das Hochzählen des Zählers 47 wird gestoppt, wenn, festgestellt durch den Stromdetektor 49, Strom auf der Bitleitung 4 den vorbestimmten Strom über- bzw. unterschreitet, je nachdem, ob die an den Auswahltransistor angelegte Spannung durch das Nacheinanderschalten der Transistoren 41 bis 44 ansteigt oder sinkt. Wenn der Strom über die Bitleitung 4 den vorbestimmten Strom erreicht bzw. über- oder unterschreitet, wird der aktuelle Zählerstand 47 als Datum D ausgegeben.The counting up of the counter 47 is stopped when detected by the current detector 49 , Current on the bit line 4 exceeds or falls below the predetermined current, depending on whether the voltage applied to the selection transistor by the succession of transistors 41 to 44 rises or falls. When the power over the bit line 4 reaches the predetermined current or exceeds or falls below, the current count 47 output as date D.

Im vorliegenden Fall kann die Ausleseschaltung 8 der 5 zum Auslesen von vier verschiedenen Zuständen dienen, so dass der Zähler 47 als 2-Bit-Zähler vorgesehen werden kann. Es ist dann möglich, eine Multibit-Speicherschaltung zu realisieren, bei denen in jeder Speicherzelle 2 Bit gespeichert werden können. Bei einer Konfiguration, die zu einem elektrischen Verhalten gemäß der Kennlinie der 3 führt, lassen sich in einfacher Weise die entsprechenden Spannungen mithilfe des Spannungsteilers aus den Widerständen 31 bis 35 generieren. Zum Auswerten der Multibit-Speicherzelle, die der Kennlinie der 4 entspricht, sollten dann Spannungen an den Knoten N1 bis N4 bereitgestellt werden, die die Grenzen der verschiedenen Zustandsbereiche, die die Speicherzelle einnehmen können, definieren. Im gezeigten Beispiel könnten dies die Spannungen von 2,175, 2,325 und 2,6 V sein. In diesem Fall könnte zum Auslesen von vier verschiedenen Zuständen aus der Multibit-Speicherzelle auch nur drei Auslesespannungen an drei Knoten N1 bis N3 zur Verfügung gestellt werden, um vier Zustände der Multibit-Speicherzelle zu detektieren.In the present case, the readout circuit 8th of the 5 to read out four different states, so that the counter 47 can be provided as a 2-bit counter. It is then possible to realize a multi-bit memory circuit in which 2 bits can be stored in each memory cell. In a configuration leading to an electrical behavior according to the characteristic of 3 leads, can be easily the corresponding voltages using the voltage divider from the resistors 31 to 35 to generate. To evaluate the multi-bit memory cell, the characteristic of the 4 then voltages should be provided at nodes N1 through N4 that define the boundaries of the various state areas that the memory cell can occupy. In the example shown this could be the voltages of 2.175, 2.325 and 2.6V. In this case, to read out four different states from the multi-bit memory cell, only three read voltages at three nodes N1 to N3 could be provided to detect four states of the multi-bit memory cell.

In 6 ist eine Speicherschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt, bei der eine Steuerungsgröße über den Wortleitungsdecoder 7 an die adressierte Wortleitung 3 angelegt wird, um die Speicherzelle so zu beschreiben, dass ein Spitzenstrom, der beim Übergang von einem hohen auf einen niedrigen Widerstandswert des Widerstandselementes auftreten kann, begrenzt. Dazu stellt die Programmierschaltung 10 eine Programmierspannung bereit, mit der das Widerstandselement der adressierten Speicherzelle von einem hochohmigen auf einen niederohmigen Zustand gebracht werden kann. Im Gegensatz zu bisherigen CBRAM-Speicherschaltungen wird nun die Wortleitung 3 so aktiviert, dass der Auswahltransistor das Widerstandselement 6 mit der Bitleitung verbindet, so dass ein Programmiervorgang gestartet wird. Sinkt der Widerstandswert des Widerstandselementes 6, so erhöht sich der Strom durch die Speicherzelle, was durch die Programmierschaltung 10 z.B. mit Hilfe des Stromdetektors 49 durch den Stromfluss über die Bitleitung 4 detektiert werden kann. Übersteigt der Stromfluss durch die Speicherzelle einen Grenzwert, so wird über den Wortleitungsdecoder 7 auf der Wortleitung 3 das Potenzial der Steuerungsgröße reduziert, so dass der Durchgangswiderstand des Auswahltransistors 5 erhöht wird, wodurch der Strom begrenzt werden kann. Auf diese Weise lässt sich der Strom durch das Widerstandsspeicherelement der Speicherzelle 2 begrenzen, so dass eine Beschädigung der Speicherzelle 2 vermieden werden kann.In 6 a memory circuit according to another embodiment is shown, in which a control variable via the word line decoder 7 to the addressed word line 3 is applied to describe the memory cell so that a peak current that can occur during the transition from a high to a low resistance of the resistive element limited. This is the programming circuit 10 a programming chip ready, with which the resistive element of the addressed memory cell can be brought from a high-impedance to a low-impedance state. Unlike previous CBRAM memory circuits, the word line now becomes 3 so activated that the selection transistor is the resistance element 6 connects to the bit line, so that a programming operation is started. Decreases the resistance of the resistor element 6 Thus, the current through the memory cell increases due to the programming circuitry 10 eg with the help of the current detector 49 through the flow of current through the bit line 4 can be detected. If the current flow through the memory cell exceeds a limit value, the word line decoder is used 7 on the wordline 3 reduces the potential of the control variable, so that the volume resistance of the selection transistor 5 is increased, whereby the current can be limited. In this way, the current through the resistive memory element of the memory cell 2 limit, causing damage to the memory cell 2 can be avoided.

11
CBRAM-SpeicherschaltungCBRAM memory circuit
22
Speicherzellememory cell
33
Wortleitungwordline
44
Bitleitungbit
55
Auswahltransistorselection transistor
66
Widerstandselementresistive element
77
WortleitungsdecoderWord line decoder
88th
Ausleseschaltungreadout circuit
1010
Programmierschaltungprogramming circuit
1212
Regelungseinheitcontrol unit
31 bis 3531 to 35
erster bis fünfter Widerstandfirst until fifth resistance
N1 bis N4N1 to N4
erster bis vierter Knotenfirst to fourth node
41 bis 4441 to 44
erster bis vierter Transistorfirst to the fourth transistor
4545
Decoderdecoder
4747
Zählercounter
4848
Steuereinheitcontrol unit
4949
Stromdetektorcurrent detector
5555
Treiberdriver

Claims (14)

Verfahren zum Auslesen eines Speicherdatums aus einer Widerstandsspeicherzelle (2), die einen über eine Steuerungsgröße ansteuerbaren Auswahltransistor aufweist, mit folgenden Schritten: – Detektieren eines durch die Widerstandsspeicherzelle fließenden Zellenstroms; – Einstellen der Steuerungsgröße abhängig von dem detektierten Zellenstrom.Method for reading out a storage date from a resistance memory cell ( 2 ) having a selection transistor controllable by a control quantity, comprising the steps of: detecting a cell current flowing through the resistance memory cell; Adjusting the control quantity depending on the detected cell current. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der durch die Widerstandsspeicherzelle (2) fließende Zellenstrom mit einem Referenzstrom verglichen wird, und wobei die Steuerungsgröße abhängig von dem Ergebnis des Vergleichens eingestellt wird.The method of claim 1, wherein the signal passing through the resistive memory cell ( 2 ) is compared with a reference current, and wherein the control quantity is adjusted depending on the result of the comparison. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Steuerungsgröße so eingestellt wird, dass der Zellenstrom möglichst dem Referenzstrom entspricht.The method of claim 2, wherein the control quantity is set will that the cell current as possible corresponds to the reference current. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Messgröße an den Auswahltransistor (5) angelegt wird und solange verändert wird, bis ein Vorzeichen einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom wechselt, wobei die Messgröße, bei der das Vorzeichen der Differenz wechselt, als Steuerungsgröße eingestellt wird.Method according to claim 2 or 3, wherein a measured variable is applied to the selection transistor ( 5 ) is applied and changed until a sign of a difference between the cell current and the reference current changes, wherein the measured variable at which the sign of the difference changes is set as a control variable. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Messgröße um diskrete Werte geändert wird.The method of claim 4, wherein the measurand is discrete Values changed becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Messgröße aus einer Anzahl verschiedener Werte ausge wählt wird, wobei bei einem Wechsel des Vorzeichens einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom zwischen aufeinander folgend angelegten Messgrößen die zuletzt angelegte Messgröße als Steuerungsgröße eingestellt wird.Method according to one of claims 4 or 5, wherein the measured variable from a Number of different values is selected, with a change of the Sign a difference between the cell current and the reference current between consecutively applied measured variables, the last applied measured variable is set as a control variable becomes. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anzahl verschiedener Werte der Steuerungsgröße einer um eins verminderten Anzahl detektierbarer Zustände der Widerstandsspeicherzelle gewählt wird.Method according to claim 6, wherein the number of different Values of the control variable by one reduced number of detectable states of the resistive memory cell chosen becomes. Speicherschaltung (1) mit einer Widerstandsspeicherzelle (2), die einen über einen Steueranschluss ansteuerbaren Auswahltransistor (5) und einen Stromausgang aufweist, und einer mit dem Stromausgang der Widerstandsspeicherzelle (2) und dem Steueranschluss des Auswahltransistor (5) verbundenen Ausleseeinheit (8), um einen durch die Widerstandsspeicherzelle fließenden Zellenstrom an dem Stromausgang der Widerstandsspeicherzelle (2) zu detektieren und um eine Steuerungsgröße (S) abhängig von dem detektierten Zellenstrom an dem Steueranschluss des Auswahltransistor (5) einzustellen, wobei die Ausleseeinheit (8) eine der Steuerungsgröße zugeordnete Information als Speicherdatum bereitstellt.Memory circuit ( 1 ) with a resistance memory cell ( 2 ), which has a selectable via a control terminal selection transistor ( 5 ) and a current output, and one with the current output of the resistive memory cell ( 2 ) and the control terminal of the selection transistor ( 5 ) connected readout unit ( 8th ) to cause a cell current flowing through the resistive memory cell at the current output of the resistive memory cell ( 2 ) and by a control variable (S) dependent on the detected cell current at the control terminal of the selection transistor ( 5 ), the read-out unit ( 8th ) provides information associated with the control quantity as a storage date. Speicherschaltung nach Anspruch 8, wobei die Ausleseeinheit (8) umfasst: – einen Stromdetektor (49), um den durch die Widerstandsspeicherzelle (2) fließenden Zellenstrom mit einem Referenzstrom zu vergleichen, und – eine Steuereinheit (48), um die Steuerungsgröße abhängig von dem Ergebnis des Vergleichens einzustellen.Memory circuit according to claim 8, wherein the readout unit ( 8th ) comprises: - a current detector ( 49 ) by the resistance memory cell ( 2 ) to compare flowing cell current with a reference current, and - a control unit ( 48 ) to adjust the control amount depending on the result of the comparison. Speicherschaltung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (48) ausgestaltet ist, um die Steuerungsgröße so einzustellen, dass der Zellenstrom möglichst dem Referenzstrom entspricht.A memory circuit according to claim 9, wherein the control unit ( 48 ) is configured to adjust the control amount so that the cell current as possible corresponds to the reference current. Speicherschaltung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuereinheit (48) eine Messschaltung (4144, 45) aufweist, um eine Messgröße an den Auswahltransistor (5) anzulegen und diese solange zu verändern, bis eine Vergleichereinheit feststellt, dass ein Vorzeichen einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom gewechselt hat, wobei die Steuereinheit (48) weiterhin ausgebildet ist, um die Messgröße, bei der das Vorzeichen der Differenz wechselt, als Steuerungsgröße einzustellen.Memory circuit according to claim 9 or 10, the control unit ( 48 ) a measuring circuit ( 41 - 44 . 45 ) to apply a measurand to the selection transistor ( 5 ) and to modify them until a comparator unit determines that a sign of a difference between the cell current and the reference current has changed, the control unit ( 48 ) is further configured to set the measurand at which the sign of the difference changes as a control quantity. Speicherschaltung (1) nach Anspruch 11, wobei die Messschaltung ausgebildet ist, um die Messgröße um diskrete Werte zu ändern.Memory circuit ( 1 ) according to claim 11, wherein the measuring circuit is designed to change the measured variable by discrete values. Speicherschaltung (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Messschaltung ausgestaltet ist, um die Messgröße aus einer Anzahl verschiedener Werte auszuwählen, und wobei die Steuereinheit (48) bei einem Wechsel des Vorzeichens einer Differenz zwischen dem Zellenstrom und dem Referenzstrom IREF zwischen aufeinander folgend angelegten Messgrößen die zuletzt angelegte Messgröße als Steuerungsgröße einstellt.Memory circuit ( 1 ) according to one of claims 11 or 12, wherein the measuring circuit is designed to select the measured variable from a number of different values, and wherein the control unit ( 48 ) sets at a change in the sign of a difference between the cell current and the reference current I REF between consecutively applied measured variables, the last applied measured variable as a control variable. Speicherschaltung (1) nach Anspruch 13, wobei die Anzahl verschiedener Werte der Steuerungsgröße einer um eins verminderten Anzahl detektierbarer Zustände der Widerstandsspeicherzelle (2) gewählt ist.Memory circuit ( 1 ) according to claim 13, wherein the number of different values of the control quantity of a number of detectable states of the resistance memory cell (1) reduced by one 2 ) is selected.
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