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QUERVERWEIS
ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die ausländische
Priorität
der am 9. Januar 2006 eingereichten koreanischen Patentanmeldung
KR 2006-02300, deren gesamter Inhalt hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen
wird.
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HINTERGRUND
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1. Technisches
Gebiet
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Die
hierin beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich
allgemein auf Halbleiterspeichervorrichtungen und genauer auf resistive Speicherelemente.
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2. Beschreibung
des Stands der Technik
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Kürzlich sind
Verfahren des Bildens von Speichervorrichtungen vorgeschlagen worden,
die ein Material mit einem Widerstand verwenden, welcher reversibel
zwischen zwei Widerstandszuständen
(resistiven Zuständen)
schaltbar ist. Kolossales Magnetowiderstands-Material (CMR-Material)
ist dafür
bekannt, dass es mit einem darauf angewandten Spannungspuls zwischen
Zuständen
mit niedrigem und hohem Widerstand schaltbar ist. Wenn z. B. ein positiver
Spannungspuls an ein CMR-Material angelegt wird, welches einen Zustand
mit hohem Widerstand aufweist, antwortet das CMR-Material durch das
Einnehmen eines Zustands mit geringem Widerstand. Wenn ein negativer
Spannungspuls an das CMR-Material angelegt wird, das einen Zustand
mit geringem Widerstand aufweist, antwortet das CMR-Material durch
das Einnehmen eines Zustands mit hohem Widerstand. Wenn viele Spannungspulse einer
Polarität
an das CMR-Material angelegt werden, antwortet das CMR-Material
durch schrittweises Wechseln von Widerstandszuständen und kehrt schrittweise
zu seinem ursprünglichen
Widerstandszustand zurück,
wenn Spannungsimpulse einer entgegengesetzten Polarität daran
angelegt werden. Auf der Grundlage dieses oben beschriebenen Ansprechverhaltens
weist das CMR-Material viele Probleme auf, die überkommen werden müssen, um eine
moderne Mehrfachbit-Speichervorrichtung zu bilden, die in einer
einzelnen Speicherzelle zwei oder mehrere Bits speichern kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
hierin beispielhaft beschriebene Ausführungsform kann charakterisiert
werden als ein Speicherelement einer Mehrfachbit-Speicherzelle bzw.
Multi-Bit-Speicherzelle, wobei das Speicherelement einen binären Metalloxidfilm
beinhaltet, wobei ein Widerstand des binären Metalloxidfilms von einem
ersten Widerstandszustand zu einem entsprechenden von einer Mehrzahl
von anderen Widerstandszuständen
schaltbar ist als Antwort auf einen daran angelegten Strom, und
wobei ein Widerstand des ersten Widerstandszustandes höher ist
als ein Widerstand jedes der Mehrzahl von anderen Widerstandszuständen.
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Eine
andere hierin beispielhaft beschriebene Ausführungsform kann charakterisiert
werden als eine Mehrfachbit-Speicherzelle bzw. Multi-Bit-Speicherzelle,
die enthält:
ein Speicherelement, wobei ein Widerstand des Speicherelementes
schaltbar ist von einem ersten Widerstandszustand zu einem entsprechenden
einer Mehrzahl von anderen Widerstandszuständen als Antwort auf einen
daran angelegten Strom, wobei ein Widerstand des ersten Widerstandszustandes
höher ist
als ein Widerstand jedes der Mehrzahl von anderen Widerstandszuständen und
wobei das Speicherelement ein Metalloxid umfasst; eine das Metalloxid
kontaktierende erste Elektrode; und eine das Metalloxid kontaktierende
zweite Elektrode, wobei die erste und die zweite Elektrode geeignet
sind zum Anlegen des Stroms an das Speicherelement.
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Eine
hierin beispielhaft beschriebene weitere Ausführungsform kann charakterisiert
werden als eine Mehrfachbit-Speicherzelle bzw. Multi-Bit-Speicherzelle,
die beinhaltet: einen Metalloxidfilm, wobei ein Widerstand des Metalloxidfilms
schaltbar ist von einem ersten Widerstandszustand zu einem entsprechenden
einer Mehrzahl von anderen Widerstandszuständen als Antwort auf einen
daran angelegten Strom, wobei ein Widerstand des ersten Widerstandszustandes
höher ist
als ein Widerstand jedes der Mehrzahl von anderen Widerstandszuständen; eine
den Metalloxidfilm kontaktierende erste Elektrode; und eine den
Metalloxidfilm kontaktierende zweite Elektrode, wobei die erste
und die zweite Elektrode zum Anlegen des Stroms an den Metalloxidfilm
geeignet sind.
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Noch
eine hierin beispielhaft beschriebene weitere Ausführungsform
kann charakterisiert werden als ein Verfahren des Betreibens einer
Mehrfachbit-Speicherzelle bzw. Multi-Bit-Speicherzelle, wobei das
Verfahren das Anlegen eines Stroms an die Speicherzelle aus binärem Metalloxid
beinhaltet, wobei der angelegte Strom ausreichend ist zum Schalten eines
Widerstands der Speicherzelle aus binärem Metalloxid von einem ersten
Widerstandszustand zu einem entsprechenden einer Mehrzahl von anderen Widerstandszuständen, und
wobei ein Widerstand des ersten Widerstandszustandes höher ist
als ein Widerstand jedes der Mehrzahl von anderen Widerstandszuständen.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Nicht
beschränkende
und nicht erschöpfende
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgenden Figuren
beschrieben, wobei gleiche Bezugsnummern in den verschiedenen Figuren
sich durchgehend auf gleiche Teile beziehen, soweit nicht anders
angegeben. In den Figuren zeigen:
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1 eine
I-U-Kurve, welche eine Widerstandsschaltkennlinie eines Speicherelementes
aus binärem
Metalloxid gemäß einer
Ausführungsform mit
einer daran angelegten Spannung darstellt;
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2 I-U-Kurven,
welche die Widerstandsschaltkennlinien von Speicherelementen aus
binärem
Metalloxid verschiedener Größen mit
einem daran angelegten Vormagnetisierungsstrom zeigen;
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3 die
innerhalb dem gleichen Diagramm überlagerten
I-U-Kurven aus 2;
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4A eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
einer resistiven Speicherzelle;
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4B eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
der in 4A gezeigten Lese/Schreib-Schaltung;
und
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5 eine
schematische Darstellung eines beispielhaften Prozessor-basierten
Datenverarbeitungssystems, das einen Speicher mit der resistiven Speicherzelle
gemäß den hierin
beschriebenen Ausführungsformen
verwendet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun im folgenden beispielhaft
vollständiger
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Diese hierbei
beschriebenen Ausführungsformen
können
jedoch in vielen verschiedenen Formen realisiert werden und sollten
nicht als auf die hierin ausgeführte
Beschreibung beschränkt
ausgelegt werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen dafür vorgesehen,
dass diese Offenbarung sorgfältig und
vollständig
sein wird, und wird den Umfang der beanspruchten Erfindung den Fachleuten
vollständig vermitteln.
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Hierin
beschriebene beispielhafte Ausführungsformen
können
charakterisiert werden als auf einen Speicher gerichtet, der Information
auf der Basis von Widerstand spei chern kann. Z. B. können hierin
beispielhaft beschriebene Ausführungsformen charakterisiert
werden als auf ein Speicherelement (d. h. ein resistives Speicherelement)
gerichtet, das ein Material mit einem elektrischen Widerstand beinhaltet,
welches gemäß einem
angelegten elektrischen Signal veränderlich ist. Hierin beispielhaft
beschriebene Ausführungsformen
können
charakterisiert werden als auf ein Speicherelement aus binärem Metalloxid
gerichtet. Beispielhafte Metalle für ein binäres Metalloxid können Nickel,
Niob, Titan, Zirkonium, Hafnium, Kobalt, Eisen, Kupfer, Zink, Aluminium,
Mangan oder dergleichen oder Kombinationen davon sein. Ein binäres Metalloxid
gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann binäre Information oder Mehrfachbit-Information
speichern. Wenn z. B. das Speicherelement binäre Information speichert, kann
ein Zustand mit hohem Widerstand eine logische „0" darstellen, während ein Zustand mit geringem
Widerstand eine logische „1" darstellt. Wenn
das Speicherelement Mehrfachbit-Information speichert, stellen verschiedene
Widerstandspegel davon verschiedene logische Werte dar.
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Bei
einer Ausführungsform
kann das binäre Metalloxid
binäre
Information unter einer Vorspannungs-Bedingung speichern. Bei einer
anderen Ausführungsform
kann das binäre
Metalloxid Mehrfachbit-Information unter einer Vormagnetisierungsstrom-Bedingung
speichern.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist das binäre
Metalloxid reversibel schaltbar zwischen einem Reset-Zustand mit
hohem Widerstand und einem Set-Zustand mit geringem Widerstand.
Bei einer anderen Ausführungsform
ist das binäre
Metalloxid reversibel schaltbar zwischen dem Reset-Zustand und vielen
anderen resistiven Zuständen
(z. B. resistiven Zuständen
einschließlich
des Set-Zustandes und resistiven Zwischenzuständen zwischen dem Reset- und
dem Set-Zustand).
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Bei
einem Beispiel schaltet eine Set-Spannung das binäre Metalloxid
in den Set-Zustand
von dem Reset-Zustand (Programmierbetrieb), während eine Reset-Spannung das
binäre
Metalloxid von dem Set-Zustand in den Reset-Zustand schaltet (Löschbetrieb).
Bei einem anderen Beispiel schaltet ein Set-Stromimpuls das binäre Metalloxid von
dem Reset-Zustand in den Set-Zustand oder in einen resistiven Zwischenzustand.
Dementsprechend ist das binäre
Metalloxid von dem Reset-Zustand in mehrere andere resistive Zustände schaltbar,
die einen geringeren Widerstand als der Reset-Zustand aufweisen. Weiter
ist das binäre
Metalloxid schaltbar von mehreren anderen resistiven Zuständen in
den Reset-Zustand, wenn die Reset-Spannung daran angelegt ist.
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1 zeigt
eine I-U-Kurve, welche eine Widerstandsschaltkennlinie des Speicherelementes aus
binärem
Metalloxid gemäß einer
Ausführungsform
mit einer daran angelegten Vorspannung darstellt.
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Das
Speicherelement mit der in 1 gezeigten
Widerstandsschaltkennlinie ist ein Nickeloxidfilm mit Abmessungen
von etwa 0,05 μm2 und einer Stromverträglichkeit von etwa 1 mA. Bei
einer Ausführungsform
sind zwei Elektroden elektrisch an das Speicherelement gekoppelt.
Die zwei Elektroden enthalten Iridium und besitzen eine Dicke von
etwa 500 Å.
Bei einer Ausführungsform
ist der Nickeloxidfilm ein abgeschiedener Film mit einer Dicke von etwa
200 Å.
Bei einer anderen Ausführungsform
ist der Nickeloxidfilm gebildet durch Abscheiden eines Nickelfilms
bis zu einer Dicke von etwa 10 Å (z.
B. durch Sputtern), Oxidieren des abgeschiedenen Nickelfilms in
einer Sauerstoffplasmabehandlung und Wiederholen der Abscheidung
und des Oxidierens so oft wie gewünscht. Die Sauerstoffplasmabehandlung kann
ausgeführt
werden für
etwa 30 Sekunden mit einer Radiofrequenzleistung von etwa 20 W,
während Sauerstoffgas
mit einer Flussrate von etwa 2 Standardkubikzentimeter pro Minute
(sccm) eingespeist wird.
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Wie
in 1 gezeigt, treten zwei stabile resistive Zustände (d.
h. der Set-Zustand RON und der Reset-Zustand
ROFF) auf, wenn ein bestimmter Spannungspegel
an den Nickeloxidfilm angelegt wird. Wenn der angelegte Spannungspegel
auf etwa 0,5 V (d. h. die Reset-Spannung) ansteigt, schaltet der
Nickeloxidfilm von dem stabilen Set-Zustand RON in
den Reset-Zustand ROFF. Das Schalten von
dem Reset-Zustand in den Set-Zustand tritt bei einem angelegten
Spannungspegel von etwa 1 V (d. h. der Set-Spannung) auf. Wenn zwischen den zwei
stabilen resistiven Zuständen
durch die zuvor erwähnten Vorspannungsbedingungen
hin und her geschaltet wird, kann es wünschenswert sein, die Stromraten
zu regeln, da der Strom abrupt zunimmt unter der (Set)-Spannung.
Das binäre
Metalloxid ist in den Set-Zustand mit geringem Widerstand oder in
den Reset-Zustand mit hohem Widerstand schaltbar durch geeignetes
Anlegen der Set- oder
der Reset-Spannung daran, was ermöglicht, eine Einzelbit-Speichervorrichtung
zu realisieren. Z. B. kann der Set-Zustand mit geringem Widerstand
der logischen „1" entsprechen, während der
Reset-Zustand mit hohem Widerstand der logischen „0" entspricht.
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Obwohl
nicht gewünscht
ist, an irgendeine besondere Theorie gebunden zu sein, erscheint
es so, als ob der Schaltmechanismus zwischen dem Set-Zustand und
dem Reset-Zustand verknüpft
ist mit der Erzeugung und dem Abreißen von einem oder mehreren
filamentartigen Strompfaden innerhalb des binären Metalloxids. Z. B. scheint
es, dass die Set-Spannung bewirkt, dass Verunreinigungen filamentartige
Strompfade innerhalb des binären
Metalloxids erzeugt, wohingegen die Reset-Spannung die filamentartigen
Strompfade entfernt. Wenn somit die Anzahl, die Größe und das
Abreißen
der filamentartigen Strompfade kontrolliert werden kann, wenn das
binäre
Metalloxid von dem Reset-Zustand ROFF in den
Set-Zustand RON geschaltet wird, dann kann
das binäre
Metalloxid in mehrere Set-Zustände
mit verschiedenen Widerstandspegeln (d. h. verschiedenen Widerstandszuständen) geschaltet
werden. Dementsprechend, wenn die Anzahl der filamentartigen Strompfade
durch ein daran angelegtes Spannungssignal steuerbar ist, kann eine
Mehrfachbit-Speichervorrichtung gebildet werden.
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Gemäß den hierin
beschriebenen zahlreichen Ausführungsformen
können
diskontinuierliche Pegel des Widerstands erhalten werden durch Variieren
der Größe der an
das binäre
Metalloxid angelegten Strompulse. Somit können richtig gesteuerte Strompulse
hilfreich sein zum Konditionieren des binären Metalloxids in den entsprechenden
resistiven Zustand unter den mehreren resistiven Zuständen. Bei
einem Beispiel kann zumindest ein resistiver Zwischenzustand zwischen
dem Reset-Zustand ROFF und dem Set-Zustand
RON unter Verwendung der in 1 gezeigten
Vorspannungsbedingungen festgelegt werden. Wenn daher ein einem
resistiven Zwischenzustand entsprechender Strom an das binäre Metalloxid
angelegt wird, kann das binäre
Metalloxid in den resistiven Zwischenzustand geschaltet werden und
kann außerdem
von dem Reset-Zustand in die Mehrfachpegel-Set-Zustände schaltbar
sein. Weiter kann das binäre
Metalloxid auf der Grundlage der Mehrfachpegel-Strompulse in die
mehreren resistiven Zustände
geschaltet werden.
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2 zeigt
I-U-Kurven, die Widerstandsschaltkennlinien von binären Metalloxidspeicherelementen
verschiedener Größen mit
einem daran angelegten Vormagnetisierungsstrom darstellen. Insbesondere
stellt 2 Widerstandsschaltkennlinien von Nickeloxidspeicherelementen
verschiedener Größen (d.
h. verschiedener Flächen
von 0,05 μm2, 0,56 μm2 und 9,6 μm2) dar.
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Bezugnehmend
auf 2 bilden die gefüllten Punkte die I-U-Kurven
durch Vormagnetisierungsstrom-Bedingungen, während leere Punkte die I-U-Kurven
bilden durch Vorspannungs-Bedingungen. Wie gezeigt, wurde zumindest
ein resistiver Zwischenzustand (durch Sternmarkierungen angezeigt) zwischen
dem Set- und dem Reset-Zustand erzeugt, unabhängig von den Abmessungen des
Nickeloxidspeicherelementes. Diese resistiven Zwischenzustände werden
erzeugt, wenn eine daran angelegte Spannung über die Set-Spannung der in 1 gezeigten
Vorspannungs-Bedingungen ansteigt, und verschwindet dann, wenn ein
Stromfluss über
einen vorbestimmten Schwellstrom (d. h. Set-Strom Iset)
ist. Wie gemessen ist der Schwellstrom Iset etwa
0,5 mA für
den Nickeloxidfilm von 0,05 μm2, etwa 1 mA für den Nickeloxidfilm von 0,56 μm2 und etwa 4 mA für den Nickeloxidfilm von 9,6 μm2. Auf der Grundlage dieser Werte kann man
ableiten, dass die resistiven Zwischenzustände nicht stark beeinflusst
werden von den Abmessungen des Speicherelementes. Wenn somit ein
Strompuls mit geringerem Stromfluss als der Schwellstrom Iset an das Speicherelement angelegt wird,
kann das Speicherelement in einen resistiven Zwischenzustand festgesetzt
werden.
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Auf
der Grundlage der in 2 gezeigten Widerstandskennlinie
kann man ableiten, dass die Anzahl der filamentartigen Strompfade,
die für
das Schalten der resistiven Zustände
relevant sind, auf der Grundlage der Abmessungen des Speicherelementes
und des Set-Stromes Iset veränderlich
ist. Z. B., wenn der Stromfluss zunimmt und die Größe des Speicherelementes
zunimmt, nimmt die Anzahl der filamentartigen Strompfade zu. Daher
kann die Anzahl der filamentartigen Strompfade derart eingestellt werden,
dass das Speicherelement einen gewünschten Pegel des Widerstandes
aufweist, durch Steuern des Flusses des Set-Stromes Iset.
Zum Beispiel wenn der Set-Zustand in drei resistive Zwischenzustände unterteilt
ist, können
die resistiven Zustände
so unterschieden werden, dass der Reset-Zustand die logische „00" darstellt, ein erster
Set-Zustand mit einem geringeren Widerstand als der Reset-Zustand
eine logische „01" darstellt, ein zweiter
Set-Zustand mit einem geringeren Widerstand als der erste Set-Zustand
eine logische „10" darstellt und ein
dritter Set-Zustand mit einem geringeren Widerstand als der zweite
Set-Zustand eine logische „11" darstellt. Dementsprechend
ist eine Speichervorrichtung mit einem eingebauten Speicherelement
wie dem oben beschriebenen fähig,
ein Zwei-Bit-Wort oder Zwei-Pegel-Daten zu speichern.
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Bei
einer Ausführungsform
können
die filamentartigen Strompfade bei einem Stromfluss erzeugt werden,
der geringer ist als zum Beispiel der Set-Strom Iset und
bei der durch das in 1 gezeigte Vorspannungsschema
festgelegten Set-Spannung. Ein erster filamentartiger Strompfad
kann unvollständig
ausgebildet sein und ein zusätzlicher
filamentartiger Strompfad kann unvollständig gebildet werden und ein
zusätzlicher
filamentartiger Strompfad kann durchgehend um den ersten filamentartigen
Strompfad gebildet werden durch lokales Joule-Erwärmen bei
hoher Stromdichte. Dadurch können
resistive Zwischenzustände
erzeugt werden. Wenn sich ein Stromfluss dem Set-Strom Iset annähert,
wird der filamentartige Strompfad stabiler mit der Vormagnetisierungsstrombedingung
und das Speicherelement erreicht einen Set-Zustand.
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3 zeigt
I-U-Kurven aus 2, die innerhalb des gleichen
Diagramms überlagert
sind.
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Wie
in 3 gezeigt überlappen
die I-U-Kurven (d.h. die resistiven Zustände) miteinander. Somit kann
man ableiten, dass die filamentartigen Strompfade in einem bestimmten
Muster derart erzeugt werden, dass sie im Gegensatz zu zufälligen Mustern, gleiche
Widerstandswerte aufweisen während ein
Strompuls an das Speicherelement angelegt wird. Folglich kann ein
Set-Strom Iset zum Festlegen des Speicherelementes
in den resistiven Zwischenzustand erhalten werden.
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Schaltoperationen
des Speicherelementes in den Reset-Zustand von dem Set- und den
Zwischenzuständen
können
durch Anlegen einer Spannung daran erreicht werden. Diese Spannung
kann die Reset-Spannung sein, die gemäß den in 1 gezeigten
Vorspannungsbedingungen bereitgestellt ist. Unter Verwendung der
Reset-Spannung mit einem vorbestimmten Pegel schaltet das Speicherelement
unabhängig
von dem Widerstandspegel des Set-Zustandes in den Reset-Zustand.
Es kann abgeschätzt werden,
dass die Reset-Spannung das Verschwinden des filamentartigen Strompfades
bewirkt, wodurch bewirkt wird, dass das Speicherelement in einen
Reset-Zustand mit hohem Widerstand schaltet. Es wird verstanden,
dass der Grund, warum der filamentartige Strompfad durch die Reset-Spannung verschwindet
darin liegt, dass durch den Reset-Strom erzeugte Wärme den
filamentartigen Strompfad innerhalb des Speicherelementes aufbricht.
Während
eines Lesebetriebs wird Information aus dem Speicherelement gelesen
ohne den Zustand des resistiven Speicherelementes zu verändern. Zum
Beispiel wird Information aus dem resistiven Speicherelement durch
Anlegen einer Lesespannung gelesen, die geringer ist als die Reset-Spannung.
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4A stellt
schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer resistiven
Speicherzelle dar. 4B stellt schematisch eine beispielhafte
Ausführungsform
der in 4A gezeigten Lese/Schreib-Schaltung
dar.
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Bezugnehmend
auf 4A kann eine resitive Speicherzelle 1 zum
Beispiel ein resistives Speicherelement 20 beinhalten,
dass zwischen eine erste Elektrode 10 und eine zweite Elektrode 30 dazwischen
eingefügt
ist. Die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 30 können an
eine Schreib/Lese-Schaltung 40 gekoppelt sein.
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Bei
einer Ausführungsform
enthält
die Schreib/Lese-Schaltung 40 eine Schaltung, die geeignet
ist, die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 30 der
Speicherzelle 1 mit Strömen
und Spannung zum Schalten der resitiven Zustände, sowie mit einer Spannung
zum Lesen zu versorgen. Zum Beispiel, und wie beispielhaft in 4B dargestellt,
kann die Schreib/Lese-Schaltung 40 einen ersten Spannungsgenerator
VS1 und einen zweiten Spannungsgenerator VS2, sowie einen Leseverstärker SA
beinhalten.
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Bei
einer Ausführungsform
können
der erste Spannungsgenerator VS1 und der zweite Spannungsgenerator
VS2 verschiedene Spannungen an die erste Elektrode 10 und
die zweite Elektrode 30 der resistiven Speicherzelle 1 während eines Schreibbetriebs
liefern. Bei einer anderen Ausführungsform
kann der Leseverstärker
SA einen durch das resistive Speicherelement 20 fließenden Strom erfassen.
Die resistive Speicherzelle 1 kann mit dem ersten Spannungsgenerator
VS1 und dem zweiten Spannungsgenerator VS2 sowie mit dem Leseverstärker SA über vorbestimmte
Verbindungsleitungen (z.B. Wort- und Bit-Leitungen) verbunden sein.
Ein Verbindungsleitungsaufbau für
die resistive Speicherzelle 1 kann in verschiedenen Mustern
variabel sein.
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Zurückkehrend
zu 4A beinhaltet das resistive Speicherelement 20 in
dem Set-Zustand
eine Mehrzahl von filamentartigen Strompfaden 25, welche
die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 30 elektrisch
miteinander verbinden. Diese filamentartigen Strompfade 25 bestehen
fort, selbst wenn kein elektrisches Signal an die erste Elektrode 10 und die
zweite Elektrode 30 angelegt wird (d.h. selbst nachdem
ein Strom ausgeschaltet ist), wodurch der Speicherzelle 1 ermöglicht wird,
als nicht flüchtige Vorrichtung
zu arbeiten. Die Anzahl der filamentartigen Strompfade 25 ist
abhängig
von einer Pulsgröße des durch
die zwei Elektroden 10 und 30 an das Speicherelement 20 angelegten
Set-Stroms. Wenn der Set-Strom größer wird, nimmt die Anzahl
der filamentartigen Strompfade zu, so dass der Widerstand des resistiven
Speicherelementes 20 verringert wird. Wenn eine Spannung
an die erste Elektrode 10 und an die zweite Elektrode 30 angelegt
wird, verschwinden die filamentartigen Strompfade 25.
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Bei
einer Ausführungsform
können
die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 30 Materialien enthalten,
wie z.B. Edelmetalle (z.B. Iridium, Platin, Ruthenium usw.), Polysilizium,
Wolfram oder Verbindungen davon oder dergleichen.
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Bei
einer Ausführungsform
kann das Schalten von den Set-Zuständen in den Reset-Zustand erreicht
werden durch Anlegen der Reset-Spannung mit gleicher Polarität wie der
Reset-Strom an das Speicherelement 20 durch die erste Elektrode 10 und die
zweite Elektrode 30. Bei einer Ausführungsform kann die Reset-Spannung
so charakterisiert werden, dass sie einen ausreichenden Pegel zum
Entfernen der filamentartigen Strompfade besitzt (z.B. etwa 0,4 V
bis etwa 0,8 V). Währenddessen
kann ein Lesebetrieb zum Erfassen eines resistiven Zustands der Speicherzelle 1 erreicht
werden durch Anlegen einer Lesespannung an das Speicherelement 20 über die erste
Elektrode 10 und die zweite Elektrode 30. Bei einer
Ausführungsform
ist die Lesespannung geringer als die Reset-Spannung und weist die
gleiche Polarität
wie die Reset-Spannung auf.
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Bei
einer Ausführungsform
kann entweder die erste Elektrode 10 oder die zweite Elektrode 30 an
ein Auswahlelement (nicht dargestellt) zum Bestimmen des Speicherelementes 20 gekoppelt
sein, während
die andere der ersten und zweiten Elektrode 10 und 30 an
eine Bitleitung (nicht dargestellt) gekoppelt sein kann zum Übertragen
von Information an das Speicherelement 20. Das Auswahlelement
kann z.B. einen Transistor oder eine Diode einschließen. Bei
einer Ausführungsform
kann eine Diode gegenüber
einem Transistor bevorzugt als das Auswahlelement verwendet werden,
wenn der Set-Strom und die Reset-Spannung die gleiche Polarität besitzen.
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5 stellt
schematisch ein beispielhaftes Prozessor-basiertes Datenverarbeitungssystem
dar, welches einen Speicher mit der resistiven Speicherzelle gemäß den hierin
beschriebenen Ausführungsformen
verwendet.
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Mit
Bezug auf 5 kann ein beispielhaftes Datenverarbeitungssystem 50 eine
Zentraleinheit (CPU) 54, wie z. B. einen Mikroprozessor,
einen digitalen Signalprozessor oder eine andere programmierbare
digitale Logikvorrichtung mit Datenübertragung an eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 56 über einen
Bus 58 enthalten. Wenn das Datenverarbeitungssystem 50 eine
Art eines Computersystems ist, können
ein Diskettenlaufwerk (FDD) 60 und ein CD-ROM-Laufwerk 62 als
Peripheriegeräte
enthalten sein, die mit der CPU 54 über den Bus 58 kommunizieren.
Ein Speicher 52 kann vorgesehen sein, der mit dem Datenverarbeitungssystem 50 durch
eine Speichersteuereinrichtung (nicht dargestellt) kommuniziert.
Der Speicher 52 kann ein oder mehrere resistive Speicherelemente
wie oben beschrieben enthalten. Wenn nötig kann der Speicher 52 zusammen
mit der CPU 54 in eine einzelne integrierte Schaltung eingebettet
sein.
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Gemäß einer
Vielzahl von Ausführungsformen
besitzen die Reset-Spannung, der Set-Strom und die Lesespannung
(im Folgenden zusammen als „Treibersignale" bezeichnet) die
gleiche Polarität
und eine Treiberschaltung ist aufgebaut und Treiberspannungen sind
betreibbar in tieferen Pegeln. Darüber hinaus, da Dioden zum Auswählen von
bestimmten Speicherelementen verwendet werden können (z.B. wenn die Treibersignale
die gleiche Polarität
besitzen), kann der Grad, mit dem die Speichervorrichtung mit anderen
Vorrichtungen integriert sein kann, erhöht sein (z.B. verglichen mit
der Verwendung von Transistoren zum Auswählen von bestimmten Speicherelementen).
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Obwohl
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden
Figuren beispielhaft beschrieben wurden, sind diese nicht darauf
beschränkt.
Es wird offensichtlich für
den Fachmann sein, dass verschiedene Ersetzungen, Abwandlungen und Änderungen
daran möglich
sind, ohne von dem Umfang und dem Geist der beanspruchten Erfindung
abzuweichen.