DE102007001222A1

DE102007001222A1 - Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung

Info

Publication number: DE102007001222A1
Application number: DE102007001222A
Authority: DE
Inventors: Cay-Uwe Dr. Pinnow
Original assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Current assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2008-05-21
Also published as: US20080112207A1

Abstract

Eine Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung weist wenigstens eine Festkörperelektrolyt-Speicherzelle auf, wobei jede Festkörperelektrolyt-Speicherzelle eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist. Die Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung weist ferner wenigstens eine Ladungsspeichereinheit, die eine elektrische Ladung speichert, auf. Die wenigstens eine Ladungsspeichereinheit ist mit der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle elektrisch verbunden, derart, dass Einstellspannungen, die aus der in der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung resultieren, an den Festkörperelektrolyten jeder Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden ist, angelegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung, eine Ladungsspeichereinheit, ein Verfahren zum Einstellen eines Löschspannungsschwellenwerts einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, und ein Verfahren zum Einstellen eines Schreibspannungsschwellenwerts einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle.
In Fachkreisen wird davon ausgegangen, dass Festkörperelektrolyt-Speichertechnologie (beispielsweise Leitungsbrücken-Speichertechnologie mit wahlfreiem Zugriff (CBRAM)) zukünftig eine wichtige Rolle spielen wird. Verglichen zu etablierten Speichertechnologien wie beispielsweise DRAM oder FLASH ist die Zuverlässigkeit der Festkörperelektrolyt-Speichertechnologie noch relativ gering.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher, die Zuverlässigkeit von Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtungen zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Ladungsspeichereinheitmodul gemäß Patentanspruch 23 bereit. Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen eines Löschspannungsschwellenwerts sowie ein Verfahren zum Einstellen eines Schreibspannungsschwellenwerts gemäß den Patentansprüchen 28 und 29 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in jeweiligen Unteransprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung zumindest eine Festkörperelektrolyt-Speicherzelle auf, wobei jede Festkörperelektrolyt-Speicherzelle eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist. Des Weiteren weist die Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung wenigstens eine Ladungsspeichereinheit auf, die eine elektrische Ladung speichert. Die wenigstens eine Ladungsspeichereinheit ist mit der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle elektrisch so verbunden, dass Einstellungsspannungen, die aus der in der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung resultieren, an den Festkörperelektrolyten jeder Festkörperelektrolyt-Speicherzelle angelegt werden, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden sind.
Zur Vereinfachung wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass die Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung eine CBRAM-Vorrichtung ist. Alle Ausführungsformen, die im Folgenden diskutiert werden, können jedoch auch auf andere Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtungstypen angewandt werden. Weiterhin können die Ausführungsformen der Erfindung auch auf andere Speichervorrichtungstypen angewandt werden, beispielsweise auf MRAM-Speichervorrichtungen.
Gewöhnlicherweise müssen Schaltspannungen einen Schaltspannungsschwellenwert überschreiten, um die CBRAM-Zellen aus einem Leitungszustand in einen Widerstandszustand zu schalten, oder umgekehrt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Schaltspannungsschwellenwert der CBRAM-Zellen "manipuliert", indem eine Einstellspannung an die CBRAM-Zellen angelegt wird (die Einstellspannung stellt eine "Bias"-Spannung dar, die die CBRAM-Zelle "vorspannt"). Die Einstellspannung wird durch die Ladung erzeugt, die in einer Ladungsspeichereinheit oder in einer Mehrzahl von Ladungsspeichereinheiten gespeichert ist, die mit der CBRAM-Zelle elektrisch verbunden sind (parallel oder in Reihe geschaltet). Damit können materialspezifische Parameterfluktuationen oder materialinhärente Parameterfluktuationen, die einen Einfluss auf den Schaltungsspannungsschwellenwert haben, kompensiert werden, wodurch die Zuverlässigkeit der CBRAM-Vorrichtung verbessert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ladungsmenge, die in einer Ladungsspeichereinheit gespeichert wird, so einstellbar, dass die resultierende Einstellspannung einen Löschspannungsschwellenwert von CBRAM-Zellen, die mit der Ladungsspeichereinheit verbunden ist, auf einen bestimmten Löschspannungsschwellenwert setzt (die an den Festkörperelektrolyten anliegende Löschspannung muss einen Löschspannungsschwellenwert übersteigen, um leitende Pfade innerhalb der CBRAM-Zellen zu löschen).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladungsmenge so einstellbar, dass die resultierende Einstellspannung einen Schreibspannungsschwellenwert von CBRAM-Zellen, die mit der Ladungsspeichereinheit verbunden sind, auf einen bestimmten Schreibspannungsschwellenwert setzt (die an dem Festkörperelektrolyten anliegende Schreibspannung muss den Schreibspannungsschwellenwert überschreiten, um leitende Pfade innerhalb der CBRAM-Zellen auszubilden).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Schreibspannungsschwellenwert für jede CBRAM-Zelle derselbe. Alternativ hierzu kann der Schreibspannungsschwellenwert von CBRAM-Zelle zu CBRAM-Zelle variieren. Im letzteren Fall kann der Schreibspannungsschwellenwert für jede CBRAM-Zelle individuell eingestellt werden, d. h. die innerhalb der Ladungsspeichereinheiten gespeicherte Ladung kann von Ladungsspeichereinheit zu Ladungsspeichereinheit variieren. Ähnlich hierzu kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Löschspannungsschwellenwert für jede CBRAM-Zelle der gleiche sein. Alternativ hierzu kann der Löschspannungsschwellenwert von CBRAM-Zelle zu CBRAM-Zelle variieren. In letzterem Fall kann der Löschsspannungs-Schwellenwert für jede CBRAM-Zelle individuell eingestellt werden, d. h. die innerhalb der Ladungsspeichereinheiten gespeicherte Ladung variiert von Ladungsspeichereinheit zu Ladungsspeichereinheit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung in einem Bereich von Q = 1,602·10^–19 As bis 1·10^–15 As. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jede Ladungsspeichereinheit entweder mit der reaktiven Elektrode oder der inerten Elektrode einer CBRAM-Zelle verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Ladungsspeichereinheit auf serielle Art und Weise in den Messstrompfad einer CBRAM-Zelle integriert. Mit anderen Worten: Die Ladungsspeichereinheit bildet einen Teil des Strommesspfads (des Pfads, entlang dessen ein Messstrom geleitet wird, wenn der Speicherzustand der CBRAM-Zelle ausgelesen wird), d. h. der Messstrom fließt durch die Ladungsspeichereinheit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Ladungsspeichereinheit mit wenigstens einer CBRAM-Zelle parallel geschaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Ladungsspeichereinheit mit reaktiven Elektroden einer Mehrzahl von CBRAM-Zellen oder mit inerten Elektroden einer Mehrzahl von CBRAM-Zellen verbunden. Dies bedeutet, dass eine einzelne Ladungsspeichereinheit gleichzeitig den Schreib-/Lösch-Spannungsschwellenwert einer Mehrzahl von CBRAM-Zellen einstellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der Messstrompfad wenigstens einer CBRAM-Zelle zwei Ladungsspeichereinheiten, wobei eine erste Ladungsspeichereinheit in einen Teil des Messstrompfads geschaltet ist, der mit der reaktiven Elektrode der CBRAM-Zelle verbunden ist, und eine zweite Ladungsspeichereinheit in einem Teil des Messstrompfads geschaltet ist, der mit der inerten Elektrode der CBRAM-Zelle verbunden ist. Allgemeiner gesagt kann jede CBRAM-Zelle mit einer Mehrzahl von Ladungsspeichereinheiten verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung einstellbar, indem eine Ladungsspeichereinheit-Programmierspannung an die Ladungsspeichereinheit angelegt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ladungsspeichereinheit-Programmierspannung, die zum Einstellen der Ladungsmenge notwendig ist, höher als die Schreibspannung oder die Löschspannung, die dazu nötig sind, leitende Pfade innerhalb der CBRAM-Zellen auszubilden oder zu löschen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens eine Ladungsspeichereinheit einen Strompfad-Eingangsanschluss und einen Strompfad-Ausgangsanschluss auf, wobei die Ladungsmenge jeder Ladungsspeichereinheit einstellbar ist, indem eine Programmierspannung an die Ladungsspeichereinheit angelegt wird unter Verwendung des Strompfad-Eingangsanschlusses und des Strompfad-Ausgangsanschlusses als Programmierspannungsverschlüsse. Mit anderen Worten: Der Strompfad-Eingangsanschluss sowie der Strompfad-Ausgangsanschluss werden sowohl zum Leiten des Messstroms durch die Ladungsspeichereinheit als auch zum Programmieren der Ladungsspeichereinheit verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Ladungsspeichereinheit so angeordnet bzw. ausgestaltet, dass die Einstellspannung, die durch die Ladungsspeichereinheit erzeugt wird, direkt proportional der innerhalb der Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung während eines Einschaltprozesses, eines Ausschaltprozesses oder eines Ruhezustands der CBRAM-Vorrichtung oder eines Teils davon einstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung während des Ausführens einer Speicheroperation innerhalb der CBRAM-Vorrichtung einstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung während eines Herstellprozesses der CBRAM-Vorrichtung einstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die CBRAM-Vorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern des Ladungsmengeneinstellprozesses auf. Alternativ können externe Steuereinrichtungen (die beispielsweise mit der CBRAM-Vorrichtung trennbar verbunden sind) zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann die CBRAM-Vorrichtung eine Ladungseinstellungsschnittstelle beinhalten, die mit einer externen Steuereinrichtung verbunden ist, wobei der Prozess zum Einstellen der Ladungsmenge durch die externe Steuereinrichtung über die Ladungseinstellungsschnittstelle gesteuert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Ladungsspeichereinheit eine Ladungsfalleneinheit ("charge trapping unit"). Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Ladungsspeichereinheiten dielektrisches Material, halbleitendes Material, metallisches Material oder eine Kombination dieser Materialien auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Ladungsspeichereinheit eine Vorrichtung, in der Elektronen oder Löcher dauerhaft gespeichert werden, beispielsweise eine Ladungsfalleneinheit, eine Floating-Gatestruktur oder eine Schnittstelle (beispielsweise eine Metall-Halbleiterschnittstelle, eine Halbleiter-Isolatorschnittstelle, eine Metall-Isolatorschnittstelle oder eine Halbleiter-Halbleiterschnittstelle). Jedoch kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Ladungsspeichereinheit auch ein einzelner Kondensator oder eine Mehrzahl von Kondensatoren, die volatiles Speicherverhalten aufweisen, sein (wie beispielsweise das von dynamischen Speichervorrichtungen mit wahlfreiem Zugriff (ERAM-Vorrichtungen)). Um die innerhalb eines Kondensators gespeicherte Ladungsmenge aufrechtzuerhalten, sollten die Kondensatoren in bestimmten Zeitintervallen neu aufgeladen werden ("refresh"). Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Ladungsfalleneinheit eine dielektrische oder halbleitende Schicht, auf/in der Elektronen oder Löcher dauerhaft gespeichert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stellen die Ladungsspeichereinheiten nichtvolatile Ladungsspeicherelemente dar, die Elektronen oder Löcher über einen langen Zeitraum hinweg speichern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Ladungsspeichereinheiten durch Einfangen ("trapping") oder Speichern von Elektronen oder Löchern aufgeladen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Ladungsspeichereinheitmodul wenigstens eine Ladungsspeichereinheit auf, die eine elektrische Ladung speichert, wobei die wenigstens eine Ladungsspeichereinheit mit wenigstens einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle einer Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung elektrisch verbindbar ist, derart, dass Einstellspannungen, die aus der gespeicherten Ladung resultieren, an den Festkörperelektrolyten jeder Festkörperelektrolyt-Speicherzelle angelegt werden, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden ist.
Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass die Speicherzellen der Ladungsspeichereinheit CBRAM-Zellen sind. Des Weiteren können sämtliche nachfolgend diskutierten Ausführungsformen auch auf andere Speicherzellentypen angewandt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladungsmenge so einstellbar, dass die resultierende Einstellspannung einen Löschspannungsschwellenwert von CBRAM-Zellen, die mit der Ladungsspeichereinheit verbunden sind, auf einen bestimmten Löschspannungsschwellenwert setzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladungsmenge einstellbar, derart, dass die resultierende Einstellspannung einen Schreibspannungsschwellenwert von CBRAM-Zellen, die mit der Ladungsspeichereinheit verbunden sind, auf einen bestimmten Schreibspannungsschwellenwert setzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung innerhalb eines Bereichs, der sich von Q = 1,602·10^–19 As bis 1·10^–15 As erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Ladungsspeichereinheiten mit den CBRAM-Zellen über eine Schnittstelle elektrisch verbindbar, die Teil des Ladungsspeichereinheitmoduls oder der CBRAM-Vorrichtung ist, wobei die Schnittstelle definierte Ladungsspeichereigenschaften und/oder Ladungseinfangeigenschaften aufweist.
Generell können sämtliche CBRAM-Zellen-Ausführungsformen, die oben diskutiert wurden, soweit anwendbar, auch auf die Ladungsspeichereinheitmodul-Ausführungsformen gemäß der Erfindung angewendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen eines Löschspannungsschwellenwerts einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit wenigstens einer Ladungsspeichereinheit elektrisch verbunden ist, bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Einstellen der innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung, derart, dass eine Einstellspannung, die aus der gespeicherten Ladung resultiert, an den Festkörperelektrolyten der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle angelegt wird, wobei die gespeicherte Ladungsmenge so eingestellt wird, dass die Einstellspannung einen Löschspannungsschwellenwert der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle auf einen bestimmten Löschspannungsschwellenwert setzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen eines Schreibspannungsschwellenwerts einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit wenigstens einer Ladungsspeichereinheit elektrisch verbunden ist, bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Einstellen der innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung, derart, dass eine Einstellspannung, die aus der gespeicherten Ladung resultiert, an den Festkörperelektrolyten der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle angelegt wird, wobei die Menge der gespeicherten Ladung so eingestellt wird, dass die Einstellspannung einen Schreibspannungsschwellenwert der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle auf einen bestimmten Schreibspannungsschwellenwert setzt.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1A eine schematische Querschnittsdarstellung einer CBRAM-Zelle in einem ersten Speicherzustand;
1B eine schematische Querschnittsdarstellung einer CBRAM-Zelle in einem zweiten Speicherzustand;
2A eine schematische Darstellung, die den Zusammenhang zeigt zwischen einer Spannung, die an einer CBRAM-Zelle anliegt, und einem resultierenden Strom, der durch die CBRAM-Zelle fließt;
2B eine schematische Darstellung, die den Zusammenhang zeigt zwischen einer Spannung, die an einer CBRAM-Zelle anliegt, und einem resultierenden Strom, der durch die CBRAM-Zelle fließt, wenn die CBRAM-Zelle mit einer Ladungsspeichereinheit verbunden ist;
3A ein erstes Beispiel, wie eine CBRAM-Zelle in ein CBRAM-Zellenarray integriert werden kann;
3B ein zweites Beispiel, wie eine CBRAM-Zelle in ein CBRAM-Zellenarray integriert werden kann;
3C ein drittes Beispiel, wie eine CBRAM-Zelle in ein CBRAM-Zellenarray integriert werden kann;
4A ein erstes Beispiel, wie eine Ladungsspeichereinheit mit einer CBRAM-Zelle verbunden werden kann;
4B ein erstes Beispiel, wie eine Ladungsspeichereinheit mit einer CBRAM-Zelle verbunden werden kann;
4C ein Beispiel, wie Ladungsspeichereinheiten mit einer CBRAM-Zelle verbunden werden können;
5 ein elektrisches Symbol einer CBRAM-Zelle;
6A eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6B eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7A eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7B eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8A eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8B eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9A eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9B eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
10A eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
10B eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
11A eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
11B eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
12 eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
13 eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
14 eine CBRAM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile oder Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
In der folgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 1A und 1B ein grundlegendes Prinzip, das einer Ausführungsform einer CBRAM-Zelle unterliegt, erläutert.
Eine CBRAM-Zelle weist eine erste Elektrode 101, eine zweite Elektrode 102 sowie einen Festkörperelektrolytblock (auch als Ionenleiterblock bekannt) 103, der zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, auf. Die erste Elektrode 101 kontaktiert eine erste Oberfläche 104 des Festkörperelektrolytblocks 103, die zweite Elektrode 102 kontaktiert eine zweite Oberfläche 105 des Festkörperelektrolytblocks 103. Der Festkörperelektrolytblock 103 ist gegenüber seiner Umgebung durch eine Isolationsstruktur 106 isoliert. Die erste Oberfläche 104 ist üblicherweise die Oberseite, die zweite Oberfläche 105 die Unterseite des Festkörperelektrolytblocks 103. Die erste Elektrode 101 ist üblicherweise die obere Elektrode, die zweite Elektrode 102 die untere Elektrode der CBRAM-Zelle. Eine der ersten und zweiten Elektrode 101, 102 ist eine reaktive Elektrode, die jeweils andere eine inerte Elektrode. Beispielsweise ist die erste Elektrode 101 die reaktive Elektrode, und die zweite Elektrode 102 die inerte Elektrode. In diesem Fall kann die erste Elektrode 101 beispielsweise aus Silber (Ag), der Festkörperelektrolytblock 103 aus Chalkogenid-Material, und die Isolationsstruktur 106 aus SiO₂ oder Si₃N₄ bestehen.
Wenn eine Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt, wie in 1a angedeutet ist, wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag⁺-Ionen aus der ersten Elektrode 101 heraus löst und in den Festkörperelektrolytblock 103 hinein treibt, wo diese zu Silber reduziert werden. Auf diese Art und Weise werden silberhaltige Cluster 108 in dem Festkörperelektrolytblock 103 ausgebildet. Wenn die Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 lange genug abfällt, erhöht sich die Größe und die Anzahl der silberreichen Cluster innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 so stark, dass eine leitende Brücke (leitender Pfad) 107 zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 ausgebildet wird. Wenn die in 1b gezeigte Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt (inverse Spannung verglichen zu der in 1a dargestellten Spannung), wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag⁺-Ionen aus dem Festkörperelektrolytblock 103 hinaus zur ersten Elektrode 101 treibt, an der diese zu Silber reduziert werden. Damit wird die Größe und die Anzahl silberreicher Cluster 108 innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 verringert. Wird dies lange genug getan, wird die leitende Brücke 107 gelöscht.
Um den momentanen Speicherzustand der CBRAM-Zelle festzustellen, wird ein Messstrom durch die CBRAM-Zelle geleitet. Der Messstrom erfährt einen hohen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle keine leitende Brücke 107 ausgebildet ist, und erfährt einen niedrigen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle eine leitende Brücke 107 ausgebildet ist. Ein hoher Widerstand repräsentiert beispielsweise logisch "0", wohingegen ein niedriger Widerstand logisch "1" repräsentiert, oder umgekehrt.
2A zeigt die Speichercharakteristika einer konventionellen CBRAM-Zelle. Wie aus 2A entnommen werden kann, beträgt der Spannungsschwellenwert zum Ausbilden eines leitenden Pfads innerhalb des Festkörperelektrolyten ungefähr 350 mV, und der Spannungsschwellenwert zum Löschen eines leitenden Pfads innerhalb des Festkörperelektrolyten beträgt ungefähr –80 mV. Damit ist die Stromkurve bezüglich des Ursprungs asymmetrisch. Die asymmetrische Stromkurve resultiert aus unterschiedlichen Materialien, die für die reaktive Elektrode und die inerte Elektrode der CBRAM-Zelle benutzt werden. Ein Nachteil der asymmetrischen Stromkurve ist, dass zwei unterschiedliche Spannungsschwellenwerte zum Ausbilden und Löschen von leitenden Pfaden innerhalb des Festkörperelektrolyten zu berücksichtigen sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die Speicherumschaltcharakteristika einer CBRAM-Zelle auf beliebige Art und Weise zu ändern, beispielsweise unter Verwendung des gleichen Spannungsschwellenwerts für sowohl das Ausbilden und Löschen von leitenden Pfaden innerhalb des Festkörperelektrolyten (lediglich das Vorzeichen der Spannung ist invertiert). Wenn die Spannungsschwellenwerte zum Löschen und Ausbilden der leitenden Pfade die gleichen sind, wird eine symmetrische Stromkurve erhalten, wie in 2B gezeigt ist.
3A zeigt eine CBRAM-Zelle 2, die eine reaktive Elektrode 3, eine inerte Elektrode 4 sowie einen Festkörperelektrolyten 5, der zwischen der reaktiven Elektrode 3 und der inerten Elektrode 4 angeordnet ist, aufweist. Die CBRAM-Zelle 2 wird in CBRAM-Zellenarrays verwendet, die eine Mehrzahl an Wortleitungen und Bitleitungen aufweisen. Es existieren mehrere Typen von CBRAM-Zellenarchitekturen: In der Kreuzungsarchitektur verbinden die CBRAM-Zellen 2 die Wortleitungen mit den Bitleitungen innerhalb von Wortleitungs-Bitleitungs-Kreuzungsgebieten (d. h. ein erster CBRAM-Zellenanschluss 7, der mit der reaktiven Elektrode 3 verbunden ist, ist mit einer Bitleitung verbunden, ein zweiter CBRAM-Zellenanschluss 8, der mit der inerten Elektrode 4 verbunden ist, ist mit einer Wortleitung eines CBRAM-Zellenarrays verbunden, oder umgekehrt). 3B zeigt eine CBRAM-Zelle 2', die, verglichen zu der in 3A gezeigten CBRAM-Zelle 2 zusätzlich eine Diode 6, die mit der reaktiven Elektrode 3 verbunden ist, aufweist. Der Zweck der Diode 6 ist, Übersprechen zwischen benachbarten CBRAM-Zellen zu vermeiden. Die CBRAM-Zelle 2' ist in ein CBRAM-Zellenarray integriert auf dieselbe Art und Weise wie die CBRAM-Zelle 2, d. h. ein erster CBRAM-Zellenanschluss 7 ist mit einer Bitleitung eines CBRAM-Zellenarrays, und ein zweiter CBRAM-Zellenanschluss 8 ist mit einer Wortleitung eines CBRAM-Zellenarrays verbunden, oder umgekehrt ("Kreuzungspunkt-Zellenarchitektur"). 3C zeigt eine CBRAM-Zelle, die mit der in 3A gezeigten CBRAM-Zelle 2 übereinstimmt. Jedoch ist die Art und Weise, wie die CBRAM-Zelle in das CBRAM-Zellenarray integriert ist, unterschiedlich: Der erste CBRAM-Zellenanschluss 7 ist mit einer Leitung oder einer Verbindung, die auf einem festen Potenzial liegt, verbunden, beispielsweise Massenpotenzial. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 ist mit einer Bitleitung 9 über eine Auswahleinrichtung 10 verbunden. Die Auswahleinrichtung 10 (beispielsweise ein Transistor) wird über eine Wortleitung 11 gesteuert ("Transistor-Zellenarchitektur").
4A zeigt ein erstes Beispiel, wie eine Ladungsspeichereinheit mit der in 3A gezeigten CBRAM-Zelle 2 verbunden werden kann. In diesem Beispiel ist die Ladungsspeichereinheit 12 mit der inerten Elektrode 4 der CBRAM-Zelle 2 verbunden. 4B zeigt den Fall, bei dem die Ladungsspeichereinheit 12 mit der reaktiven Elektrode 3 der CBRAM-Zelle 2 verbunden ist. 4C zeigt die Ausführungsform, in der eine erste Ladungsspeichereinheit 12₁ mit der reaktiven Elektrode 3 der CBRAM-Zelle 2 verbunden ist, und eine zweite Ladungsspeichereinheit 12₂ mit der inerten Elektrode 4 der CBRAM-Zelle 2 verbunden ist. 5 zeigt ein elektrisches Symbol 13, das alle in 4A bis 4C gezeigten Beispiele beinhaltet. Das elektrische Symbol 13 kann als "Leitungsbrücken-Ladungszelle" bezeichnet werden, da dessen Verhalten von der innerhalb der Ladungsspeichereinheiten 12 gespeicherten Ladung abhängt. Die Ladungsspeichereinheiten 12 können mit den CBRAM-Zellen 2 verbunden sein, d. h. eine separate Einheit darstellen, oder direkt in die CBRAM-Zellen 2 integriert werden, d. h. die CBRAM-Zelle 2 sowie die Ladungsspeichereinheiten) bilden zusammen eine einzige Einheit ("Leitungsbrücken-Ladungszelle").
Die Ladungsspeichereinheiten 12 können auf ähnliche Art und Weise mit den in 3B und 3C gezeigten CBRAM-Zellen 2', 2'' verbunden werden.
Die innerhalb der Ladungsspeichereinheiten 12 gespeicherte bzw. eingefangene Ladung 13 ist so einstellbar, dass eine Einstellspannung, die aus der gespeicherten Ladung 13 resultiert, einen Löschspannungsschwellenwert der CBRAM-Zellen 2, die mit den Ladungsspeichereinheiten 12 verbunden sind, auf einen bestimmten Löschspannungsschwellenwert einstellt, der durch eine Löschspannung, die an die Festkörperelektrolyten 5 angelegt wird, überschritten werden muss, um innerhalb der CBRAM-Zellen 2 ausgebildete leitende Pfade zu löschen.
Alternativ bzw. zusätzlich ist die innerhalb jeder Ladungsspeichereinheit 12 gespeicherte bzw. eingefangene Ladungsmenge 13 so einstellbar, dass eine resultierende Einstellspannung einen Schreibspannungsschwellenwert der CBRAM-Zellen 2, die mit den Ladungsspeichereinheiten 12 verbunden sind, auf einen bestimmten Schreibspannungsschwellenwert einstellt, der durch eine Schreibspannung überschritten werden muss, die an die Festkörperelektrolyten 5 angelegt wird, um innerhalb der CBRAM-Zellen 2 leitende Pfade auszubilden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit 12 gespeicherte Ladungsmenge 13 innerhalb eines Bereichs, der sich von Q = 1,602·10^–19 As bis 1·10^–15 As (oder innerhalb eines Bereichs, der sich von Q = 1,602·10^–19 As bis 1·10^–15 As) erstreckt.
6A zeigt eine Ausführungsform A einer CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform A beinhaltet eine CBRAM-Zelle 2, eine Ladungsspeichereinheit 12 sowie eine Auswahleinrichtung 10. Die CBRAM-Zelle 2 weist eine reaktive Elektrode 3, eine inerte Elektrode 4 sowie einen Festkörperelektrolyten 5, der zwischen der inerten Elektrode 4 und der reaktiven Elektrode 3 positioniert ist, auf. Die CBRAM-Zelle 2 beinhaltet einen ersten CBRAM-Zellenanschluss 7 und einen zweiten CBRAM-Zellenanschluss 8. Der erste CBRAM-Zellenanschluss 7 ist mit der reaktiven Elektrode 3 der CBRAM-Zelle 2 verbunden, der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 ist mit der inerten Elektrode 4 der CBRAM-Zelle 2 verbunden. Der erste CBRAM-Zellenanschluss 7 ist weiterhin mit einem Gebiet, das auf einem festen Potenzial (PL) liegt, verbunden. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 ist weiterhin mit einem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 einer Ladungsspeichereinheit 12 verbunden. Ein zweiter Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15 ist mit einer Bitleitung 9 über eine Auswahleinrichtung 10 verbunden. Die Auswahleinrichtung 10 wird über eine Wortleitung 11 gesteuert.
6B zeigt eine Ausführungsform B der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung, die die gleiche Architektur aufweist wie die aus der Ausführungsform A. Jedoch ist in dieser Ausführungsform der erste CBRAM-Zellenanschluss 7 mit einer Bitleitung 9 über die Auswahleinrichtung 10 verbunden, wobei die Auswahleinrichtung 10 über eine Wortleitung 11 gesteuert wird, und der zweite Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15 ist in dieser Ausführungsform mit einem Gebiet verbunden, das auf einem festen Potenzial (PL) liegt.
7A zeigt eine Ausführungsform C einer CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung, die den gleichen Aufbau wie die in 6A gezeigte Ausführungsform A aufweist. Zusätzlich ist ein erster zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16 mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 verbunden. Der erste zusätzliche Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16 kann beispielsweise zusammen mit dem zweiten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15 dazu benutzt werden, um die innerhalb der Ladungsspeichereinheit 12 gespeicherte Ladungsmenge 13 einzustellen unter Verwendung einer Ladungsspeichereinheit-Programmierspannung, die an die Ladungsspeichereinheit 12 angelegt wird, wobei hierzu der erste zusätzliche Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16 und der zweite Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15 als Spannungsversorger zum Einsatz kommen. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die in der Ladungsspeichereinheit 12 gespeicherte/eingefangene Ladung selbst nach Abschluss des Herstellprozesses der CBRAM-Vorrichtung einzustellen, beispielsweise während des Betriebs der CBRAM-Vorrichtung.
7B zeigt eine Ausführungsform D der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform D weist dieselbe Architektur wie die der in 6B gezeigten Ausführungsform B auf, mit der Ausnahme, dass ein erster zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16 mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 verbunden ist. Der Zweck des ersten zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16 ist der gleiche wie der der Ausführungsform C, die in 7A gezeigt ist.
8A zeigt eine Ausführungsform E einer CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform E beinhaltet eine Ladungsspeichereinheit 12, eine CBRAM-Zelle 2 und eine Auswahleinrichtung 10. Die CBRAM-Zelle 2 beinhaltet eine reaktive Elektrode 3, eine inerte Elektrode 4 sowie einen Festkörperelektrolyten 5, der zwischen der inerten Elektrode 4 und der reaktiven Elektrode 3 positioniert ist. Die CBRAM-Zelle 2 weist einen ersten CBRAM-Zellenanschluss 7 und einen zweiten CBRAM-Zellenanschluss 8 auf. Der erste CBRAM-Zellenanschluss 7 ist mit der reaktiven Elektrode 3 der CBRAM-Zelle 2 verbunden, und der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 ist mit der inerten Elektrode 4 der CBRAM-Zelle 2 verbunden. Der erste CBRAM-Zellenanschluss 7 ist weiterhin mit einem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 einer Ladungsspeichereinheit 12 verbunden. Ein zweiter Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15 ist mit einem Gebiet verbunden, das auf ein festes Potenzial (PL) gesetzt ist, beispielsweise das Massenpotenzial. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 ist weiterhin mit einer Bitleitung 9 über die Auswahleinrichtung 10 verbunden. Die Auswahleinrichtung 10 wird über eine Wortleitung 11 gesteuert.
8B zeigt eine Ausführungsform F der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung, die die gleiche Architektur wie die der Ausführungsform A aufweist. Jedoch ist in dieser Ausführungsform der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 mit einem Gebiet verbunden, das auf ein festes Potenzial gesetzt ist (beispielsweise das Massenpotenzial), und der zweite Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15 ist mit einer Bitleitung 9 über die Auswahleinrichtung 10 verbunden (die durch die Wortleitung 11 gesteuert wird).
9A zeigt eine Ausführungsform G der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform G weist die gleiche Architektur wie die der in 8A gezeigten Ausführungsform E auf, mit der Ausnahme, dass ein erster zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16 vorgesehen ist, der den ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 kontaktiert. Der Zweck des ersten zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16 ist der gleiche wie der in der Ausführungsform D, die in 7B gezeigt ist.
9B zeigt eine Ausführungsform H der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform H weist die gleiche Architektur wie die der Ausführungsform F auf, die in 8B gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass ein erster zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16 vorgesehen ist, der den ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 kontaktiert. Der Zweck des ersten zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16 ist der gleiche wie der des zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16, der in der 7A gezeigten Ausführungsform C vorhanden ist.
10A zeigt eine Ausführungsform I der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform I weist eine CBRAM-Zelle 2 mit einer reaktiven Elektrode 3, einer inerten Elektrode 4 sowie einen Festkörperelektrolyten 5, der zwischen der reaktiven Elektrode 3 und der inerten Elektrode 4 angeordnet ist, eine erste Ladungsspeichereinheit 12₁ , eine zweite Ladungsspeichereinheit 12₂ sowie eine Auswahleinrichtung 10 auf. Der zweite Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15₁ ist mit einem Gebiet, das auf ein festes Potenzial gesetzt ist, verbunden (beispielsweise Massenpotenzial). Der erste Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₁ der ersten Ladungsspeichereinheit 12₁ ist mit dem ersten CBRAM-Zellenanschluss 7 verbunden. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 ist mit dem zweiten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₂ der zweiten Ladungsspeichereinheit 12₂ verbunden. Der zweite Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15₂ der zweiten Ladungsspeichereinheit 12₂ ist mit der Bitleitung 9 über die Auswahleinrichtung 10 verbunden (die durch die Wortleitung 11 gesteuert wird).
10B zeigt eine Ausführungsform K der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform K weist eine erste Ladungsspeichereinheit 12₁ , eine CBRAM-Zelle 2 mit einer reaktiven Elektrode 3, einer inerten Elektrode 4 sowie einem Festkörperelektrolyten 5, der zwischen der reaktiven Elektrode 3 und der inerten Elektrode 4 angeordnet ist, eine zweite Ladungsspeichereinheit 12₂ sowie eine Auswahleinrichtung 10 auf. Der zweite Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15₂ der zweiten Ladungsspeichereinheit 12₂ ist mit einem Gebiet verbunden, das auf einem festen Potenzial liegt (beispielsweise Massenpotenzial). Der erste Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₂ der zweiten Ladungsspeichereinheit 12₂ ist mit dem ersten CBRAM-Zellenanschluss 7 verbunden. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8 ist mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₁ der ersten Ladungsspeichereinheit 12₁ verbunden. Der zweite Ladungsspeichereinheit-Anschluss 15₁ der ersten Ladungsspeichereinheit 12₁ ist mit einer Bitleitung 9 über die Auswahleinrichtung 10 verbunden (gesteuert durch die Wortleitung 11).
11A zeigt eine Ausführungsform L der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform L weist die gleiche Architektur wie die in 10A gezeigte Ausführungsform I auf, mit der Ausnahme, dass ein erster zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16₁ mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₁ der ersten Ladungsspeichereinheit 12₁ verbunden ist, und ein zweiter zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16₂ , der mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₂ der zweiten Ladungsspeichereinheit 12₂ verbunden ist, vorgesehen sind. Der Zweck des ersten und des zweiten zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16₁ , 16₂ ist der gleiche wie der des zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16, der in der in 7A gezeigten Ausführungsform C zu sehen ist.
11B zeigt eine Ausführungsform der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform M weist die gleiche Architektur wie die der Ausführungsform K, die in 10B gezeigt ist, auf, mit der Ausnahme, dass ein erster zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16₁ , der mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₁ der ersten Ladungsspeichereinheit 12₁ verbunden ist, und ein zweiter zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss 16₂ , der mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14₂ der zweiten Ladungsspeichereinheit 12₂ verbunden ist, vorgesehen sind. Der Zweck des ersten und des zweiten zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16₁ , 16₂ ist der gleiche wie der des zusätzlichen Ladungsspeichereinheit-Anschlusses 16, der in der in 7A gezeigten Ausführungsform B zu sehen ist.
12 zeigt eine Ausführungsform N der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform N weist eine erste CBRAM-Zelle 2₁ , eine zweite CBRAM-Zelle 2₂ , eine dritte CBRAM-Zelle 2₃ , eine Ladungsspeichereinheit 12, eine erste Auswahleinrichtung 10₁ , eine zweite Auswahleinrichtung 10₂ und eine dritte Auswahleinrichtung 10₃ auf. Die ersten CBRAM-Anschlüsse 7₁ bis 7₃ der ersten bis dritten CBRAM-Zellen 2₁ bis 2₃ sind mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 der Ladungsspeichereinheit 12 verbunden. Der erste Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 weist eine Auswahleinrichtung 17 auf, um die Ladungsspeichereinheit 12 mit den ersten CBRAM-Zellenanschlüssen 7₁ bis 7₃ zu verbinden/von diesen zu trennen. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8₁ der ersten CBRAM-Zelle 2₁ ist mit einer ersten Bitleitung 9₁ über die Auswahleinrichtung 10₁ verbunden, die durch eine erste Wortleitung 11₁ gesteuert wird. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8₂ der zweiten CBRAM-Zelle 2₂ ist mit einer zweiten Bitleitung 9₂ über die zweite Auswahleinrichtung 10₂ verbunden, die durch eine zweite Wortleitung 11₂ gesteuert wird. Der dritte CBRAM-Zellenanschluss 7₃ der dritten CBRAM-Zelle 2₃ ist mit einer dritten Bitleitung 9₃ über die dritte Auswahleinrichtung 10₃ verbunden, die durch eine dritte Wortleitung 11₃ gesteuert wird.
In diesem Beispiel wird eine Ladungsspeichereinheit 12 durch drei CBRAM-Zellen 2 geteilt, d. h. die Ladungsspeichereinheit 12 stellt gleichzeitig Schreib- oder Löschspannungen zum Schreiben oder Löschen von leitenden Pfaden innerhalb des Körperelektrolyten 5 der CBRAM-Zellen 2 ein.
13 zeigt eine Ausführungsform O der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform O weist eine erste CBRAM-Zelle 2₁ , eine zweite CBRAM-Zelle 2₂ , eine dritte CBRAM-Zelle 2₃ , eine vierte CBRAM-Zelle 2₄ , eine Ladungsspeichereinheit 12, eine erste Auswahleinrichtung 10₁ , eine zweite Auswahleinrichtung 10₂ , eine dritte Auswahleinrichtung 10₃ und eine vierte Auswahleinrichtung 10₄ auf. Die ersten CBRAM-Zellenanschlüsse 7₁ bis 7₄ der ersten bis vierten CBRAM-Zellen 2₁ bis 2₄ sind mit dem ersten Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 der Ladungsspeichereinheit 12 verbunden. Der erste Ladungsspeichereinheit-Anschluss 14 weist eine Auswahleinrichtung 17 auf, um die Ladungsspeichereinheit 12 mit den ersten CBRAM-Zellenanschlüssen 7₁ bis 7₄ zu verbinden/von diesen zu trennen. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8₁ der ersten CBRAM-Zelle 2₁ ist mit einer ersten Bitleitung 9₁ über die Auswahleinrichtung 10₁ verbunden, die durch eine erste Wortleitung 11₁ gesteuert wird. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8₂ der zweiten CBRAM-Zelle 2₂ ist mit der ersten Bitleitung 9₁ über die zweite Auswahleinrichtung 10₂ verbunden, die durch eine zweite Wortleitung 11₂ gesteuert wird. Der zweite CBRAM- Zellenanschluss 8₃ der dritten CBRAM-Zelle 2₃ ist mit einer zweiten Bitleitung 9₂ über die dritte Auswahleinrichtung 10₃ verbunden, die durch eine dritte Wortleitung 11₃ gesteuert wird. Der zweite CBRAM-Zellenanschluss 8₄ der vierten CBRAM-Zelle 2₄ ist mit der zweiten Bitleitung 9₂ über die vierte Auswahleinrichtung 10₄ verbunden, die durch die vierte Wortleitung 11₄ gesteuert wird.
Auch in dieser Ausführungsform wird eine Ladungsspeichereinheit 12 durch vier CBRAM-Zellen 2 geteilt, d. h. die Ladungsspeichereinheit 12 stellt gleichzeitig die Schreib- oder Löschspannungen zum Schreiben oder Löschen von leitenden Pfaden innerhalb des Festkörperelektrolyten 5 der CBRAM-Zellen 2 ein.
14 zeigt eine Ausführungsform P der CBRAM-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform P weist die gleiche Architektur wie die der in 13 gezeigten Ausführungsform O auf, mit der Ausnahme, dass die ersten bis vierten CBRAM-Zellen 2₁ bis 2₄ auf inverse Art und Weise in den Aufbau geschaltet sind.
Alle in den 6 bis 14 gezeigten Ausführungsformen können "Stand alone"-Vorrichtungen oder sich wiederholende Teile eines CBRAM-Zellenarrays darstellen.
In der folgenden Ausführungsform sollen weitere Aspekte der Erfindung erläutert werden.
Leitungsbrückenzellen (CB-Zellen, "conductive bridging cells") gemäß einer Ausführungsform weisen eine Anode A, einen Innenleiter I sowie eine Kathode C auf. Die Leitfähigkeit des Filmstapels einer derartigen CB-Zelle kann so geändert werden, dass ein nicht volatiles Speicherelement ausgebildet wird. Zum Detektieren des Speicherzustands kann eine Lesespannung U_lesen angelegt werden, und der Strom gemessen werden. Zum Herstellen dieser Speicherzelle werden beispielsweise Innenleiter wie Ge-S, Ge-Si, Wo_x oder ähnliche Chalcogenidematerialien verwendet. Die reaktiven Elektroden weisen beispielsweise Kupfer (Cu) oder Silber (Ag) oder beides auf.
Die reaktiven Metallelektroden stellen mobile Ionen bereit, die durch Anlegen einer externen Bias-Spannung durch die Chalcogenide-Matrix hindurchdringen. Durch Ändern der Pulsdauer der externen Bias-Spannung kann die Menge der metallischen Ionen, die in den Festkörperelektrolyten hineingetrieben werden, gesteuert und quantitativ berechnet werden unter Verwendung des Faraday'schen Gesetzes.
Während eines Schreibvorgangs wird eine externe Bias-Spannung angelegt (U_schreiben > U_lesen) und metallisches Elektrodenmaterial oxidiert, das in Lösung geht und unter dem Einfluss eines externen elektrischen Felds in einen mobilen Zustand übergeht. Es kann notwendig sein, eine bestimmte Nanostruktur ("conditioning") auszubilden, bevor die Vorrichtung in Betrieb geht. Es gibt Nanodispersions-Ablagerungen in der Chalcogenidematrix, die ebenfalls durch die elektronische Redoxreaktion erfasst werden.
Sobald genug Ionen in die Richtung der Kathode diffundiert sind, wird eine Leitungsbrücke zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet, so dass der elektrische Widerstand der Zelle um mehrere Größenordnungen in seiner Stärke verringert wird. Während des Schreibprozesses ändert sich die Kathoden/Elektrolyt-Schnittstelle, da metallische Ionen reduziert werden, um eine metallische oder metallhaltige Ablagerung zu bilden.
Während des Löschvorganges driften die metallischen Ionen bei Anlegen von U_löschen (wobei, in absoluten Werten, U_löschen > V_t,off) zurück zu der reaktiven Elektrode, und die Leitungsbrücke wird elektrolytisch aufgelöst. Dies bewirkt einen starken Anstieg des Zellwiderstands.
In diesem Kontext ist ein bislang noch ungelöstes Problem das relativ kritische Löschverhalten. Im Allgemeinen findet man eine Löschspannung (Schwellenwert, bei dem die Zelle von "Ein" nach "Aus" schaltet) von etwa –30 bis –150 mV vor. Der Wert ist im Allgemeinen sehr klein, und die Spannung ist nicht verlässlich reproduzierbar. Dieses Verhalten stellt momentan eine Schlüsselrolle dar, wenn die Zelle verlässlich betrieben werden soll. Daher wird für diese Zellen oft ein schlechtes Retentions-Verhalten sowie eine extrem hohe Sensitivität bezüglich von Störimpulsen beobachtet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden weitere Halbleiterelemente eingeführt und seriell mit der CBRAM-Zelle verschaltet. Dies gibt die Möglichkeit, den Schaltungsschwellenwert (Ein ≥ Aus, Aus ≥ Ein) auf verlässliche Art und Weise zu stabilisieren. Diese Parameter können geändert und/oder modifiziert werden, entweder während des Betriebs oder direkt nach der Herstellung des Chips, so dass die Möglichkeit besteht, sowohl einen volatilen als auch einen nicht-volatilen Speicher mit einer reduzierten oder erhöhten Daten-Retentions-Kapazität auszubilden.
Die Schaltschwellenwerte V_t,ein und V_t,aus einer Elektrolyt-Speichervorrichtung werden durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Beispielsweise kann die Schaltspannung durch Wahl des inerten Elektrodenmaterials beeinflusst werden. Dies wird verursacht durch den Unterschied im elektrischen Fermi-Niveau des Materials der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode. Abhängig von dem Fermi-Niveau oder der Austrittsarbeit erwartet man das Ausbilden eines Kontakts ähnlich einer Schottkybarriere, da hier ein Metall in direktem Kontakt mit einem halbleitenden Material steht (beispielsweise Ge-S oder Ag₂S). Dies trifft auch für den Kontakt zwischen der reaktiven Elektrode (beispielsweise Ag) und dem Chalcogenide-Material zu.
Aufgrund der Existenz einer derartigen Metall/Halbleiter-Schnittstelle existiert auch ein eingebautes Potenzial, das aus der Differenz der Fermi-Niveaus des Elektrodenmaterials und des halbleitenden Materials berechnet werden kann.
für einen Metall-/n-Halbleiter-Kontakt
für einen Metall-/p-Halbleiter-Kontakt
Wobei die angegebenen Symbole Folgendes bedeuten:

V_bi:: eingebautes Potenzial
W_a:: Austrittsarbeit (Kennlinie) des Metalls
X:: Elektronenaffinität des Halbleiters
E_c:: Energieniveau des Leitungsbands des Halbleiters
E_F,p:: Fermi-Niveau des p-Halbleiters
E_F,n:: Fermi-Niveau des n-Halbleiters
Φ_HL:: Fermi-Niveau des halbleitenden Materials und
q:: Elementarladung (1,602·10^–19 As).

Die Kombination zweier Elektrodenmaterialien, deren Austrittsarbeitsunterschied signifikant ausfällt, sollte ein effektives elektrisches Feld bewirken (effektive, zusätzliche eingebaute Spannung), das über der Zelle anliegt und den Schwellenwert zum Schalten der Zelle von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand und umgekehrt beeinflusst. Im Fall zweier identischer Elektroden heben sich die eingebauten Spannungen auf, daher ist lediglich die elektrochemische Dissoziationsspannung erforderlich.
Ein signifikanter Einfluss auf die Schallspannungen einer CBRAM-Zelle ist bei Materialien beobachtbar, die eine Austrittsarbeit aufweisen, die sich von der von Silber (Ag) unterscheidet [W_a(Ag) = 4.7eV], wie beispielsweise Pt(5.3eV), Co(5.0eV), Ni(4.9eV), Ru(4.71eV), Ir(4.6eV), Rh(4.6eV), W(4.55eV), Cu(4.5eV), Cr(4.4eV), Mo((4.2eV), Al(4.2eV), Ta(4.1eV), Ti(4.1eV), Pb(4.0eV), wobei CMOS-kompatible Materialien generell bevorzugt sind, wie beispielsweise Cu, W, Al, Ta, Ti, jedoch auch Silizide und sogar leitende Oxide können zu diesem Zweck gewählt werden.
Damit würde man die Schaltspannungen für eine CBRAM-Zelle erwarten, wie unten angegeben sind, wobei die CBRAM-Zelle aus einer Kombination von Ag (Top-Elektrode) und W (Bottom-Elektrode) sowie Ge-S (Chalcogenide-basierendes Glas) besteht bzw. diese Materialien aufweist. Eine statische elektrolytische Dissoziations-Spannung von Ag₂S-Clustern müssen zum Schalten dissoziiert werden.
Jedoch würde man aufgrund des beschriebenen eingebauten Schottkyeffekts eine intrinsische Verschiebung für das Schalten erwarten, ΔΦ = Φ(Ag) – Φ(W) = 4.7eV – 4,55eV = 0,15eV = 0,15eV, damit +0,15V Verschiebung/Offset. Vt,an = Vt,an(el–chem) + ΔΦ, and Vt,off = Vt,off(el–chem) + ΔΦ
Dies resultiert in effektiven Schaltspannungen von –0,21V + 0, 15V = –0,06V zum Schalten in den Aus-Zustand, und 0,21V + 0,15 + V = 0,36V zum Schalten in den Ein-Zustand.
Diese Werte sind jedoch beträchtlichen Schwankungen unterworfen, sobald Ag auf der inerten Elektrode abgeschieden wird (beispielsweise W), um einen Ag-W-Verbund oder sogar eine kontinuierliche Schicht aus Ag auszubilden. In diesem Fall werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften der inerten Elektrode (insbesondere der Austrittsarbeit) geändert, was in einer Änderung der eingebauten Spannung, die an der Vorrichtung anliegt, resultiert. Eine derartige Änderung kann erzielt werden, indem Ag über lange Zeiträume hinweg abgeschieden wird (überprogrammieren), oder durch atomare Ag-Diffusion und Körnerbildung bei der W-Elektrodenoberfläche.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht ein wichtiger Aspekt darin, den Umschaltschwellenwert einer CBRAM-Zelle zu manipulieren, indem der CBRAM-Zelle eine Ladungsspeichereinheit zugefügt wird, womit eine CB(Leitungsbrückenladung)-Zelle erhalten wird. Dies vermeidet die Optimierung jeglicher materialspezifischer Parameter oder materialinhärenter Parameter wie beispielsweise die Austrittsarbeit der Elektroden. Diese zusätzlichen Ladungsspeicher- oder Ladungsfalleneinheiten beeinflussen die Schaltspannungen der verbundenen CBRAM-Zellen derart, dass die Änderung bezüglich Vt (Spannungsschwellenwert) direkt (im einfachsten Fall direkt proportional) mit der gespeicherten Ladungsmenge verknüpft ist.
Als Ladungsspeicher- oder Ladungsfalleneinheit (Ladungseinfangeinheit) kann ein Halbleiter oder ein Isolator benutzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Kombination aus einer Mehrzahl an Filmen zu verwenden, die als Ladungsspeichereinheit fungieren. Die Ladung kann sogar bei einer Schnittstelle eingefangen werden. Auch ein isolierter Metallfilm kann dazu benutzt werden, um die Ladung in der CB-Zelle zu speichern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Ladungsspeichereinheiten dielektrisches Material, halbleitendes Material, metallisches Material oder eine geeignete Kombination der vorangehend erwähnten Materialien aufweisen, um einen Ladungsspeicherungseffekt oder einen Ladungseinfangeffekt zu bewirken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Ladungsspeichereinheiten eine Schnittstelle auf bzw. bestehen aus dieser (beispielsweise eine Metall-Halbleiter-Schnittstelle, eine Halbleiter-Isolator-Schnittstelle, eine Metall-Isolator-Schnittstelle oder eine Halbleiter-Halbleiter-Schnittstelle), mit wohldefinierten Ladungs-Speicher- und/oder Ladungs-Einfang(Fallen)-Eigenschaften.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Ladungsspeichereinheiten auf einer Vielzahl von Speicherzellen implementiert (eine Ladungsspeichereinheit wird von vielen Zellen gemeinsam benutzt).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Ladungsspeichereinheiten als interne Referenz zum Löschen und/oder Programmieren der Speicherzellen benutzt. Mit anderen Worten: Eine oder mehrere Zellen können mit einem Ladungsspeicherelement ausgestattet sein. Diese Zellen können als Referenzzellen bezüglich Parameter wie beispielsweise I_ein, I_aus, V_t,ein und/oder V_t,aus genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Ladungsspeichereinheiten während des Betriebs/des Herstellens des Chips aufgeladen (feste Ladung auf Ladungsspeichereinheit).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Ladungsspeichereinheiten während des Hochfahrens eines Chips, der die CBRAM-Vorrichtung enthält, geladen (beispielsweise mittels eines Controllers, einer Feedbackschleife und/oder eines Algorithmus, um eine bestimmte Ladungsmenge auf den Ladungsspeichereinheiten zu speichern).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, um Ladung auf den Ladungsspeichereinheiten zu speichern, eine Spannung an die Ladungsspeichereinheit angelegt (beispielsweise unter Verwendung einer Spannung, die höher oder sogar signifikant höher ist als die Spannung, die gewöhnlicherweise zum Programmieren, Lesen und Löschen der CBRAM-Vorrichtungen eingesetzt wird).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Ladungsspeichereinheiten aufgeladen und/oder entladen werden während eines Hochfahrprozesses/Ausschaltprozesses und/oder eines Ruhezustands (Idle-Zustand) eines Chips, der die CBRAM-Vorrichtung aufweist, eines Arrays, eines Blocks, eines Sektors oder einens anderen beliebigen Teils der CBRAM-Zellen auf dem gesamten Chip.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die auf den Ladungsspeichereinheiten gespeicherte Ladungsmenge mittels einer Logik gesteuert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die auf den Ladungsspeichereinheiten gespeicherte Ladungsmenge definiert werden, indem Schmelzen ("Fuses") oder Antischmelzen ("Antifuses") auf dem hergestellten Chip verschmolzen werden. Unterschiedliche Kapazitäten oder Schaltungen können auf den Chips zur Bereitstellung unterschiedlicher Aufladungsniveaus vorhanden sein. Die Ladungsmenge kann durch das Verschmelzen von Schmelzen/Antischmelzen definiert werden.
Im Rahmen der Erfindung beinhalten die Begriffe "verbunden" und "gekoppelt" sowohl direktes als auch indirektes Verbinden bzw. Koppeln.
Im Rahmen dieser Erfindung ist Chalkogenid-Material zu verstehen als Beispiel einer beliebigen Verbindung, die Schwefel, Selen, Germanium und/oder Tellur enthält.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Festkörperelektrolytmaterial beispielsweise eine Verbindung, die aus einem Chalkogenid und zumindest einem Metall der Gruppe I oder Gruppe II des Periodensystems besteht, beispielsweise Arsen-Trisulfid-Silber. Alternativ enthält das Chalkogenid-Material Germaniumsulfid (GeS), Germaniumselenid (GeSe), Wolframoxid (WO_x), Kupfersulfid (CuS) oder ähnliches.
Weiterhin kann das Festkörperelektrolyt-Material aus einem Chalkogenid-Material hergestellt sein, das Metallionen enthält, wobei die Metallionen ein Metall sein können, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Silber, Kupfer und Zink besteht bzw. aus einer Kombination oder einer Legierung dieser Metalle.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die reaktiven Elektroden der CBRAM-Zellen Silber (Ag) oder Kupfer (Cu) auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Festkörperelektrolyt der CBRAM-Zellen Metall (M) dotierte (beispielsweise Ag oder Cu) halbleitende Materialien auf (beispielsweise Chalcogenide-Glas (=ChG) mit M-Ch-Ablagerungen).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die inerten Elektroden der CBRAM-Zellen Nickel (Ni), Platin (Pt), Wolfram (W), oder Ähnliches auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Metall/Halbleiterkontakt M-Ch-Ablagerungen in einer hochresistiven Matrix auf, wobei die M-X-Ablagerungen als Metallionen-Donator für die ChG-Matrix fungieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine bestimmte Menge an Metall M in der inerten ChG-Matrix gelöst werden, womit ChG:M ausgebildet wird. Die Menge des in der Matrix gelösten Metalls M legt den Widerstand und damit den Speicherzustand der Speicherzelle fest.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist für M-Ch-ChG-basierende CBRAM-Vorrichtungen die typische Ablagerungsdichte D nahe dem Perkulierungsschwellenwert der Ablagerungen: d(M-Ch) = 5nm, a_M-CH,M-Ch = 2nm, wobei a_M-CH,M-Ch die Größe metallreicher Ablagerungen darstellt.

1, 1': Stromkurve
2, 2', 2'': CBRAM-Zelle
3: Reaktive Elektrode
4: Inerte Elektrode
5: Innenleiter
6: Diode
7: Erster CBRAM-Zellenanschluss
8: Zweiter CBRAM-Zellenanschluss
9: Bitleitung
10: Schalteinrichtung
11: Wortleitung
12: Ladungsspeichereinheit
13: Ladung
14: Erster Ladungsspeichereinheit-Anschluss
15: Zweiter Ladungsspeichereinheit-Anschluss
16: Zusätzlicher Ladungsspeichereinheit-Anschluss
17: Schaltelement

Claims

Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung, mit: • wenigstens einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, wobei jede der Festkörperelektrolyt-Speicherzellen eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode, und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, • wenigstens einer Ladungsspeichereinheit, die eine elektrische Ladung speichert, wobei die wenigstens eine Ladungsspeichereinheit elektrisch mit der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle so verbunden ist, dass Einstellspannungen, die aus der in der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung resultieren, an den Festkörperelektrolyten jeder Festkörperelektrolyt-Speicherzelle angelegt werden, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung so einstellbar ist, dass die resultierenden Einstellspannungen Löschspannungs-Schwellenwerte der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden ist, auf bestimmte Löschspannungs-Schwellenwerte setzen.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung so einstellbar ist, dass resultierende Einstellspannungen Schreibspannungs-Schwellenwerte der wenigstens einen Festkörperelektrolyt- Speicherzelle, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden ist, auf bestimmte Schreibspannungs-Schwellenwerte setzen.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung innerhalb eines Bereichs liegt, der sich von Q = 1,602·10^–19 As bis 1·10^–15 As pro Ladungsspeichereinheit erstreckt.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede Ladungsspeichereinheit entweder mit der reaktiven Elektrode oder der inerten Elektrode einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle verbunden ist.
Festkörperelektrolyt-Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede Ladungsspeichereinheit seriell in den Messstrompfad einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle geschaltet ist.
Festkörperelektrolyt-Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens eine Ladungsspeichereinheit mit reaktiven Elektroden einer Mehrzahl von Festkörperelektrolyt-Speicherzellen, oder mit inerten Elektroden einer Mehrzahl von Festkörperelektrolyt-Speicherzellen verbunden ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Messstrompfad wenigstens einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle zwei Ladungsspeichereinheiten aufweist, wobei eine erste Ladungsspeichereinheit in einen Teil des Strompfads geschaltet ist, der mit der reaktiven Elektrode der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle verbunden ist, und wobei eine zweite Ladungsspeichereinheit in einen Teil des Strompfads geschaltet ist, der mit der inerten Elektrode der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle verbunden ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die in der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung durch Anlegen einer Ladungsspeichereinheit-Programmierspannung die wenigstens eine Ladungsspeichereinheit einstellbar ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ladungsspeichereinheit-Programmierspannung höher ist als die Schreibspannung oder die Löschspannung, die zum Ausbilden oder Löschen von leitenden Pfaden innerhalb der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle notwendig sind.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei wenigstens eine Ladungsspeichereinheit einen Strompfad-Eingangsanschluss und einen Strompfad-Ausgangsanschluss aufweist, wobei die Ladung der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit einstellbar ist durch Anlegen einer Programmierspannung an die Ladungsspeichereinheit unter Verwendung des Strompfad-Eingangsanschlusses und des Strompfad-Ausgangsanschlusses als Programmierspannungs-Anschlüsse.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Ladungsspeichereinheit so angeordnet ist, dass die durch die Ladungsspeichereinheit erzeugte Einstellspannung direkt proportional zur innerhalb der Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die innerhalb einer Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung während eines Hochfahrprozesses, eines Ausschaltprozesses oder eines Ruhezustands der Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung oder eines Teils davon einstellbar ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung während des Betriebs der Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung einstellbar ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung während des Speicherbetriebs einstellbar ist, der in der Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung ausgeführt wird.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung einstellbar ist während eines Herstellprozesses der Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit Steuermitteln zum Steuern des Ladungsmengen-Einstellprozesses.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einer Ladungseinstellungs-Schnittstelle, die mit einer externen Steuereinrichtung verbindbar ist, wobei der Ladungsmengen-Einstellprozess durch die externe Steuereinrichtung über die Ladungseinstellungs-Schnittstelle steuerbar ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei wenigstens eine Ladungsspeichereinheit eine Ladungsfalleneinheit ist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei wenigstens eine Ladungsspeichereinheit dielektrisches Material, halbleitendes Material, metallisches Material oder eine Kombination dieser Materialien aufweist.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei wenigstens eine Ladungsspeichereinheit eine nichtvolatile Ladungsspeichereinheit ist, die Elektronen oder Löcher auf eine nicht-volatile Art und Weise speichert.
Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei wenigstens eine Ladungsspeichereinheit durch Einfangen oder Speichern von Elektronen oder Löchern aufladbar wird.
Ladungsspeichereinheitmodul, mit wenigstens einer Ladungsspeichereinheit, die eine elektrische Ladung speichert, wobei die wenigstens eine Ladungsspeichereinheit mit wenigstens einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle einer Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung verbunden ist, derart, dass Einstellspannungen, die aus der gespeicherten Ladung resultieren, an den Festkörperelektrolyten jeder Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden ist, angelegt werden.
Ladungsspeichereinheitmodul nach Anspruch 23, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung so einstellbar ist, dass die resultierenden Einstellspannungen Löschspannungs-Schwellenwerte der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit verbunden ist, auf bestimmte Löschspannungs-Schwellenwerte setzen.
Ladungsspeichereinheitmodul nach Anspruch 23 oder 24, wobei die innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherte Ladung so einstellbar ist, dass resultierende Einstellspannungen Schreibspannungs-Schwellenwerte der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit der Ladungsspeichereinheit verbunden ist, auf bestimmte Schreibspannungs-Schwellenwerte setzen.
Ladungsspeichereinheitmodul nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die Menge an Ladung Q, die in der Ladungsspeichereinheit gespeichert ist, in einem Bereich liegt, der sich von Q = 1,602·10^–19 As bis 1·10^–15 As erstreckt.
Ladungsspeichereinheitmodul nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei die wenigstens eine Ladungsspeichereinheit mit der wenigstens einen Festkörperelektrolyt-Speicherzelle über eine Schnittstelle elektrisch verbindbar ist, die Teil des Ladungsspeichereinheitmoduls oder der Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung ist, wobei die Schnittstelle definierte Ladungsspeicher- und/oder Ladungseinfang-Eigenschaften aufweist.
Verfahren zum Einstellen eines Löschspannungsschwellenwerts einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit wenigstens einer Ladungsspeichereinheit elektrisch verbunden ist, mit: • Einstellen der innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung derart, dass eine Einstellspannung, die aus der gespeicherten Ladung resultiert, an den Festkörperelektrolyten der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle angelegt wird, • wobei die Menge der gespeicherten Ladung so eingestellt wird, dass die Einstellspannung einen Löschspannungs-Schwellenwert der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle auf einen bestimmten Löschspannungs-Schwellenwert setzt.
Verfahren zum Einstellen eines Schreibspannungs-Schwellenwerts einer Festkörperelektrolyt-Speicherzelle, die mit wenigstens einer Ladungsspeichereinheit elektrisch verbunden ist, mit: • Einstellen der innerhalb der wenigstens einen Ladungsspeichereinheit gespeicherten Ladung derart, dass eine Einstellspannung, die aus der gespeicherten Ladung resultiert, an den Festkörperelektrolyten der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle angelegt wird, • wobei die Menge gespeicherter Ladung so eingestellt wird, dass die Einstellspannung einen Schreibspannungs-Schwellenwert der Festkörperelektrolyt-Speicherzelle auf einen bestimmten Schreibspannungs-Schwellenwert setzt.