DE102007001859B3 - Integrated circuit e.g. dynamic RAM, for use in electronic device, has resistive memory cell, and p-channel transistor that produces predetermined reading voltage for smaller resistance range which has reference conditions of reference cell - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einer resistiven Speicherzelle, welche umschaltbar ist zwischen einem hochohmigen Speicherzustand und wenigstens einem niederohmigen Speicherzustand, und ein Verfahren zum Bestimmen eines Speicherzustands einer resistiven Speicherzelle. Die Erfindung betrifft ferner einen Speicherbaustein mit einer Vielzahl von resistiven Speicherzellen, sowie eine elektronische Vorrichtung mit einem solchen Speicherbaustein.The The present invention relates to an integrated circuit having a Resistive memory cell, which is switchable between a high-impedance memory state and at least one low-resistance memory state, and a method for determining a storage state of a resistive memory cell. The invention further relates to a memory module having a plurality of resistive memory cells, as well as an electronic device having such a memory chip.
In unterschiedlichen datenverarbeitenden Systemen und elektronischen Vorrichtungen werden sogenannte nichtflüchtige Speicherbausteine eingesetzt. Diese Speicher weisen programmierbare Speicherzellen auf, in denen eine gespeicherte Information auch ohne Energiezufuhr von außen zuverlässig erhalten bleibt. Dadurch tritt im Gegensatz zu sogenannten flüchtigen Speichern wie beispielsweise DRAM (Dynamic Random Access Memory) kein Verlieren eines Speicherinhalts unmittelbar nach Abschalten der Versorgungsspannung des Speichers auf.In different data processing systems and electronic Devices are used so-called non-volatile memory devices. These memories have programmable memory cells in which a stored information reliably obtained even without external power supply remains. This occurs in contrast to so-called volatile Save as DRAM (Dynamic Random Access Memory) no loss of memory content immediately after shutdown the supply voltage of the memory.
Ein Typ eines nichtflüchtigen Speichers ist der sogenannte Flash-Speicher. Bei diesem Speichertyp besteht eine einzelne Speicherzelle aus einem FET-Transistor (Field Effect Transistor), welcher eine als „Floating Gate" bezeichnete isolierte Hilfselektrode zwischen dem Gate und der Source-Drain-Strecke (Kanal) des Transistors aufweist. Zum Programmieren der Flash-Speicherzelle wird ein hohes positives Potential an das Gate angelegt, wodurch eine elektrische Ladung (Elektronen) auf die Hilfselektrode aufgebracht wird. Der ungeladene Zustand der Flash-Speicherzelle wird wieder erreicht, indem die Ladung auf der Hilfselektrode durch Anlegen eines hohen nega tiven Potentials an das Gate aus der Hilfselektrode ausgetrieben wird. Die Ladung auf der Hilfselektrode gibt dabei die Leitfähigkeit bzw. den Widerstand der Source-Drain-Strecke bei am Gate aufgesteuerten Transistor vor, was zur Festlegung eines Speicherzustands der Flash-Speicherzelle genutzt wird.One Type of non-volatile Memory is the so-called flash memory. In this storage type For example, a single memory cell consists of a FET transistor (Field Effect Transistor), which is an isolated called "floating gate" Auxiliary electrode between the gate and the source-drain path (channel) of the transistor. To program the flash memory cell a high positive potential is applied to the gate, whereby an electric charge (electrons) is applied to the auxiliary electrode becomes. The uncharged state of the flash memory cell is restored achieved by applying the charge on the auxiliary electrode a high nega tive potential to the gate of the auxiliary electrode is expelled. The charge on the auxiliary electrode is there the conductivity or the resistance of the source-drain path at the transistor turned on at the gate before, which determines a storage state of the flash memory cell is being used.
Darüber hinaus sind nichtflüchtige resistive Speicher bekannt, welche auf dem Ausnutzen weiterer elektrischer Eigenschaften und Phänomene basieren. Hierunter fällt insbesondere der CBRAM-Speicher (Conductive Bridging RAM), bei welchem eine Speicherzelle ein Widerstandsspeicherelement mit einem zwischen zwei Elektroden angeordneten Elektrolytmaterial mit einem hohen spezifischen Widerstand aufweist. Durch Anlegen einer Programmierspannung an die Elektroden kann ein leitender Pfad in dem Elektrolytmaterial aufgebaut werden, wodurch die resistive Speicherzelle von einem hochohmigen Widerstandszustand in einen niederohmigen Widerstandszustand übergeht. Der Wechsel von dem hochohmigen Speicherzustand in den niederohmigen Speicherzustand kann durch Anlegen einer entsprechenden Löschspannung wieder rückgängig gemacht werden. Die unterschiedlichen Widerstände definieren dabei detektierbare Speicherzustände der Speicherzelle.Furthermore are non-volatile Resistive memory known, which is based on the exploitation of additional electrical Properties and phenomena based. This falls in particular the CBRAM memory (Conductive Bridging RAM), in which a memory cell a resistance memory element with an intermediate two electrodes arranged electrolyte material with a high has specific resistance. By applying a programming voltage to the electrodes may be a conductive path in the electrolyte material be built, making the resistive memory cell of a high resistance state passes into a low resistance state. The change from the high-impedance memory state to the low-impedance one Memory state can by applying a corresponding erase voltage Undone become. The different resistances define detectable ones storage conditions the memory cell.
Ein weiterer resistiver Speicher ist der sogenannte Phasenwechselspeicher, auch als PCRAM (Phase Change RAM) bezeichnet. Hierbei weist eine Speicherzelle ein Widerstandsspeicherelement mit einem zwischen zwei Elektroden angeordneten Phasenwechselmaterial, in der Regel eine Metalllegierung, auf. Mittels elektrischer Pulse kann das Phasenwechselmaterial erhitzt und damit zwischen einem (ursprünglich) amorphen und einem kristallinen Phasenzustand hin und her geschaltet werden. In Abhängigkeit des Phasenzustands wird die resistive Speicherzelle dabei in einen hochohmigen Speicherzustand (amorphe Phase) und in einen niederohmigen Speicherzustand (kristalline Phase) versetzt, was zur Informationsspeicherung genutzt wird.One Another resistive memory is the so-called phase change memory, also referred to as PCRAM (Phase Change RAM). This has a memory cell a resistive storage element with one between two electrodes arranged phase change material, usually a metal alloy, on. By means of electrical pulses, the phase change material can be heated and thus between one (originally) amorphous and a crystalline phase state switched back and forth become. Dependent on of the phase state, the resistive memory cell becomes one high-impedance memory state (amorphous phase) and in a low-impedance Memory state (crystalline phase) offset, resulting in information storage is being used.
Zum Auslesen einer Information aus einer Speicherzelle eines CBRAM- und eines PCRAM-Speicherbausteins kann eine vorgegebene Lesespannung mithilfe einer Ausleseschaltung an die Speicherzelle angelegt werden, um einen elektrischen Stromfluss durch die Speicherzelle hervorzurufen. Die Stärke des elektrischen Stroms ist dabei abhängig von dem Widerstandszustand der resistiven Speicherzelle. Durch Erfassen einer von dem Strom abhängigen elektrischen Messgröße, in der Regel ein Spannungsabfall an einem in Serie zu der Speicherzelle angeordneten Lastelement, kann daher der Speicherzustand der Speicherzelle bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die elektrische Messgröße mit einer Referenzgröße verglichen. Die Referenzgröße wird üblicherweise in Abhängigkeit eines elektrischen Stromes gewonnen, welcher durch Anlegen der vorgegebenen Lesespannung an zwei parallel geschalteten und als Referenz dienenden resistiven Speicherzellen hervorgerufen wird. Eine dieser Referenzzellen befindet sich dabei in einem hochohmigen Widerstandszustand, wohingegen sich die andere Referenzzelle in einem niederohmigen Widerstandszustand befindet, so dass die parallel geschalteten Referenzzellen einen Referenzzustand an zwei parallel geschalteten Lastelementen mit einem Widerstandswert zwischen dem hochohmigen und dem niederohmigen Speicherzustand wiedergeben.To the Reading out information from a memory cell of a CBRAM and a PCRAM memory device may have a predetermined read voltage be applied to the memory cell by means of a readout circuit, to cause an electric current flow through the memory cell. The strenght of the electric current is dependent on the resistance state the resistive memory cell. By detecting one of the current dependent electrical measurement, usually a voltage drop across one in series with the memory cell Load element, therefore, the memory state of the memory cell can be determined. For this purpose, the electrical measured variable is compared with a reference variable. The reference size usually becomes dependent on an electric current obtained by applying the predetermined Read voltage to two parallel and serving as a reference Resistive memory cells is caused. One of these reference cells is in a high-resistance state, whereas the other reference cell is in a low resistance state is located so that the parallel-connected reference cells a Reference state on two load elements connected in parallel with a resistance value between the high-resistance and the low-resistance Play memory state.
Da sich die Widerstandszustände einer resistiven Speicherzelle eines CBRAM- und eines PCRAM-Speichers um mehrere Größenordnungen unterscheiden, können sich abhängig von der eingesetzten Spannungsquelle beträchtliche Abweichungen zwischen der tatsächlich an der Speicherzelle anliegenden Spannung und der gewünschten Lesespannung ergeben. Eine zuverlässige Bewertung des Speicherzustands der resistiven Speicherzelle erfordert jedoch das Anlegen einer konstanten und reproduzierbaren Lesespannung an die Speicherzelle. So kann insbesondere ein kleiner Widerstandswert der Speicherzelle zur Folge haben, dass eine an der Speicherzelle anliegende Spannung einbricht, wodurch auch kein für die Bewertung erforderlicher Stromfluss mehr möglich ist. Um derartige Beeinträchtigungen zu verhindern, wird die an die resistive Speicherzelle und die Referenzzellen angelegte Spannung bei CBRAM- bzw. PCRAM-Speicherbausteinen mithilfe von Spannungsregeleinheiten auf die vorgegebene Lesespannung geregelt. Eine Spannungsregeleinheit weist hierbei üblicherweise einen rückgekoppelten Operationsverstärker und einen an einen Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossenen Regeltransistor auf, was mit einem gewissen Schaltungsaufwand verbunden ist.Since the resistance states of a resistive memory cell of a CBRAM and a PCRAM memory differ by several orders of magnitude, depending on the voltage source used, considerable deviations between the actual voltage applied to the memory cell and the desired reading can occur result in voltage. However, a reliable evaluation of the memory state of the resistive memory cell requires the application of a constant and reproducible read voltage to the memory cell. Thus, in particular, a small resistance of the memory cell can result in a voltage applied to the memory cell breaking in, as a result of which no current flow required for the evaluation is no longer possible. In order to prevent such impairments, the voltage applied to the resistive memory cell and the reference cells in the case of CBRAM or PCRAM memory modules is regulated to the predefined read voltage by means of voltage regulating units. In this case, a voltage regulating unit usually has a feedback operational amplifier and a regulating transistor connected to an output of the operational amplifier, which involves a certain amount of circuitry.
Die
Anstelle eine Speicherzelle eines Speicherbausteins als binär codierte Speicherzelle zum Speichern eines Bits einzusetzen und die Speicherzelle lediglich zwischen zwei unterschiedlichen Widerstandszuständen (logisch „0", logisch „1") hin und her zu schalten, besteht die Möglichkeit, eine Speicherzelle als sogenannte Multilevel-Zelle (MLC, Multi Level Cell) zur Speicherung von mehreren Bits mithilfe einer größeren Anzahl an Speicherzuständen zu betreiben. Beispielsweise sind für die Speicherung von 2-Bit-Informationen vier unterscheidbare Widerstandszustände einer Speicherzelle erforderlich.Instead of a memory cell of a memory module as a binary coded Insert memory cell for storing a bit and the memory cell only between two different resistance states (logic "0", logical "1") back and forth switch, it is possible to a memory cell as a so-called multilevel cell (MLC, Multi Level Cell) for storing multiple bits by using a larger number at memory states to operate. For example, are for storing 2-bit information four distinguishable resistance states of a memory cell required.
Eine Multilevel-Betriebsweise von Speicherzellen ist bei Flash-Speichern bekannt. Zum Bestimmen eines Speicherzustands einer Flash-Speicherzelle wird hierbei eine vorgegebene Lesespannung an die Flash-Speicherzelle bzw. an deren Source-Drain-Strecke angelegt sowie eine elektrische Messgröße in Abhängigkeit eines hierdurch verursachten elektrischen Stroms erfasst. Die elektrische Messgröße wird mit Referenzgrößen eines elektrischen Stroms verglichen, welcher durch Anlegen der vorgegebenen Lesespannung an Referenzzellen hervorgerufen wird. Die Referenzzellen weisen dabei Referenzzustände mit Widerstandswerten zwischen den einzelnen Speicherzuständen der auszulesenden Flash-Speicherzelle auf. Beispielsweise werden bei einer 2-Bit-Betriebsweise drei Referenzzellen mit jeweils unterschiedlichen Referenzzuständen eingesetzt, um zu bestimmen, in welchem von vier möglichen Speicherzuständen sich die Flash-Speicherzelle befindet. Das Einstellen der vorgegebenen Lesespannung an der zu bewertenden Flash- Speicherzelle und an den Referenzzellen erfolgt hierbei mithilfe von Transistoren, welche als Sourcefolger betrieben werden.A Multilevel operation of memory cells is in flash memory known. For determining a storage state of a flash memory cell In this case, a given read voltage is applied to the flash memory cell or at their source-drain path created as well as an electrical parameter depending on a thereby caused recorded electric current. The electrical parameter is with reference variables of a electric current compared, which by applying the predetermined Reading voltage is caused to reference cells. The reference cells have reference states with resistance values between the individual memory states of the to be read flash memory cell. For example, at a 2-bit mode, three reference cells each with different reference conditions used to determine in which of four possible memory states the flash memory cell is located. Setting the default Read voltage at the flash memory cell to be evaluated and at the reference cells This is done using transistors, which as source follower operate.
Auch bei einem CBRAM- und einem PCRAM-Speicherbaustein ist die Möglichkeit einer Multilevel-Betriebsweise gegeben, da eine resistive Speicherzelle zwischen einem hochohmigen Speicherzustand und mehreren niederohmigen Speicherzuständen hin und hergeschaltet werden kann. Zum Bewerten des Speicherzustands einer resistiven Speicherzelle kann das von Flash-Speichern bekannte Auslesekonzept jedoch nicht angewendet werden, da die Widerstandszustände von resistiven Speicherzellen im Unterschied zu Flash-Speicherzellen in einem Widerstandsbereich liegen, welcher wie oben beschrieben mehrere Größenordnungen umfasst. Ein Vorgeben der Lesespannung mithilfe von als Sourcefolger geschalteten Transistoren hätte daher einen Abfall der Lesespannung bei niederohmigen Speicherzuständen zur Folge, wodurch eine Bewertung beeinträchtigt wird bzw. nicht mehr möglich ist. Zwar könnte eine derartige Beeinträchtigung mithilfe der oben beschriebenen Spannungsstabilisierung bzw. -regelung kompensiert werden. Das Vorsehen von Spannungsregeleinheiten sowohl für Speicherzellen als auch für Referenzzellen hätte jedoch einen relativ hohen Schaltungsaufwand und damit einen relativ hohen Platzbedarf eines Speicherbausteins mit einer Multilevel-Betriebsweise zur Folge.Also with a CBRAM and a PCRAM memory module is the possibility given a multilevel operation, as a resistive memory cell between a high-impedance memory state and multiple low-impedance memory states can be switched back and forth. To evaluate the memory state a resistive memory cell may be known from flash memories However, readout concept should not be applied because the resistance states of resistive memory cells unlike flash memory cells lie in a resistance region which as described above several orders of magnitude includes. Specifying the read voltage using as the source follower switched transistors Therefore, a drop in the reading voltage in low-resistance memory conditions for Consequence, whereby a rating is impaired or not is possible. Although could such an impairment using the voltage stabilization or regulation described above be compensated. The provision of voltage regulation units both for memory cells as well as for Would have reference cells However, a relatively high circuit complexity and thus a relative high space requirement of a memory module with a multilevel mode of operation for Episode.
Aus
der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung zum Anlegen einer Lesespannung für eine integrierte Schaltung, einen Speicherbaustein und eine elekt ronische Vorrichtung mit resistiven Speicherzellen anzugeben. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen eines Speicherzustands einer resistiven Speicherzelle bereitzustellen.The Object of the present invention is an improved solution for applying a read voltage for an integrated circuit, a memory chip and a elec tronic Specify device with resistive memory cells. It is further Object of the invention, an improved method for determining to provide a memory state of a resistive memory cell.
Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltung gemäß Anspruch 1, einen Speicherbaustein gemäß Anspruch 9, eine e lektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 23 und ein Verfahren gemäß Anspruch 24 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is achieved by an integrated circuit according to claim 1, a memory module according to claim 9, an electronic device according to claim 23 and a method according to claim 24 solved. Further advantageous embodiments The invention are set forth in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Schaltung vorgeschlagen, welche eine resistive Speicherzelle und wenigstens eine Referenzzelle aufweist. Die resistive Speicherzelle ist umschaltbar zwischen einem hochohmigen Speicherzustand und wenigstens einem niederohmigen Speicherzustand. Die Referenzzelle weist einen Widerstandswert auf, welcher einen Referenzzustand wiedergibt. Die integrierte Schaltung weist des weiteren eine erste Einrichtung zum Anlegen einer vorgegebenen Lesespannung an die resistive Speicherzelle auf. Die erste Einrichtung ist ausgebildet, die Lesespannung für einen ersten Widerstandsbereich zu erzeugen, welcher die Speicherzustände der resistiven Speicherzelle umfasst. Die integrierte Schaltung weist ferner eine zweite Einrichtung zum Anlegen der vorgegebenen Lesespannung an die Referenzzelle auf. Die zweite Einrichtung ist ausgebildet, die Lesespannung für einen gegenüber dem ersten Widerstandsbereich kleineren zweiten Widerstandsbereich zu erzeugen, welcher den Referenzzustand der Referenzzelle umfasst.According to a first aspect of the present invention, an integrated circuit is proposed which comprises a resistive memory cell and has at least one reference cell. The resistive memory cell is switchable between a high-impedance memory state and at least one low-resistance memory state. The reference cell has a resistance value representing a reference state. The integrated circuit further comprises a first means for applying a predetermined read voltage to the resistive memory cell. The first device is designed to generate the read voltage for a first resistance region, which comprises the memory states of the resistive memory cell. The integrated circuit further comprises a second means for applying the predetermined read voltage to the reference cell. The second device is designed to generate the read voltage for a second resistance region, which is smaller than the first resistance region, and which comprises the reference state of the reference cell.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Speicherbaustein vorgeschlagen, welcher eine Vielzahl von Wortleitungen und Bitleitungen und eine Vielzahl von resistiven Speicherzellen und Referenzzellen aufweist. Eine resistive Speicherzelle ist an einem Kreuzungspunkt einer Wortleitung und einer Bitleitung angeordnet und ist umschaltbar zwischen einem hochohmigen Speicherzustand und wenigstens einem niederohmigen Speicherzustand. Eine Referenzzelle ist an einem Kreuzungspunkt einer Wortleitung und einer Bitleitung angeordnet und weist einen Widerstandswert auf, welcher einen Referenzzustand wiedergibt. Der Speicherbaustein weist eine erste Einrichtung zum Anlegen einer vorgegebenen Lesespannung an eine resistive Speicherzelle zum Hervorrufen eines elekt rischen Stroms in einer der resistiven Speicherzelle zugeordneten Bitleitung auf. Die erste Einrichtung ist ausgebildet, die Lesespannung für einen ersten Widerstandsbereich zu erzeugen, welcher die Speicherzustände der resistiven Speicherzelle umfasst. Der Speicherbaustein weist des weiteren eine zweite Einrichtung zum Anlegen der vorgegebenen Lesespannung an eine Referenzzelle zum Hervorrufen eines elektrischen Stroms in einer der Referenzzelle zugeordneten Bitleitung auf. Die zweite Einrichtung ist ausgebildet, die Lesespannung für einen gegenüber dem ersten Widerstandsbereich kleineren zweiten Widerstandsbereich zu erzeugen, welcher den Referenzzustand der Referenzzelle umfasst. Der Speicherbaustein weist ferner eine Auswerteeinrichtung auf, um den Speicherzustand einer resistiven Speicherzelle zu bestimmen.According to one second aspect of the present invention is a memory device proposed, which a plurality of word lines and bit lines and a plurality of resistive memory cells and reference cells having. A resistive memory cell is at a cross point a word line and a bit line arranged and is switchable between a high-resistance memory state and at least one low-resistance memory state. A reference cell is at a crossing point a word line and a bit line arranged and has a Resistance value, which represents a reference state. The memory chip has a first means for applying a predetermined reading voltage to a resistive memory cell for elicatory electrical Current in a bit line associated with the resistive memory cell on. The first device is designed to read the voltage for a generate first resistance region, which the memory states of the resistive memory cell. The memory module has the further a second means for applying the predetermined reading voltage to a reference cell for generating an electric current in a bit line associated with the reference cell. The second Device is designed to read the voltage for a relative to the first resistance range smaller second resistance range too generate, which includes the reference state of the reference cell. The memory module also has an evaluation device, to determine the memory state of a resistive memory cell.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung mit einem solchen, vorstehend beschriebenen Speicherbaustein vorgeschlagen.According to one third aspect of the present invention is an electronic Device with such a memory module described above proposed.
Aufgrund der Tatsache, dass die zweite Einrichtung im Unterschied zu der ersten Einrichtung ausgebildet ist, die Lesespannung an einer Referenzzelle für einen Widerstandsbereich zu erzeugen, welcher lediglich den Widerstandswert der Referenzzelle und nicht den gesamten Widerstandsbereich einer resistiven Speicherzelle umfasst, kann die zweite Einrichtung gegenüber der ersten Einrichtung mit einem geringeren Schaltungsaufwand verwirklicht werden. Infolgedessen weisen die integrierte Schaltung, der Speicherbaustein und die elektronische Vorrichtung einen geringen Platzbedarf auf.by virtue of the fact that the second institution unlike the first device is formed, the read voltage to a reference cell for one To generate resistance range, which only the resistance value the reference cell and not the entire resistance range of a resistive memory cell, the second device may be compared to the realized first device with a lower circuit complexity become. As a result, the integrated circuit has the memory chip and the electronic device on a small footprint.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Speicherzustands einer resistiven Speicherzelle vorgeschlagen, wobei die resistive Speicherzelle umschaltbar ist zwischen einem hochohmigen Speicherzustand und wenigstens einem niederohmigen Speicherzustand. Eine vorgegebenen Lesespannung wird an die resistive Speicherzelle angelegt. Die Lesespannung wird hierbei für ei nen ersten Widerstandsbereich erzeugt, welcher die Speicherzustände der resistiven Speicherzelle umfasst. Eine elektrische Messgröße wird in Abhängigkeit eines durch die Lesespannung an der resistiven Speicherzelle hervorgerufenen elektrischen Stroms erfasst. Die vorgegebene Lesespannung wird des weiteren an eine Referenzzelle angelegt, wobei die Referenzzelle einen Widerstandswert aufweist, welcher einen Referenzzustand wiedergibt. Die Lesespannung wird hierbei für einen gegenüber dem ersten Widerstandsbereich kleineren zweiten Widerstandsbereich erzeugt, welcher den Referenzzustand der Referenzzelle umfasst. Eine elektrische Referenzgröße wird in Abhängigkeit eines durch die Lesespannung an der Referenzzelle hervorgerufenen elektrischen Stroms erfasst. Der Speicherzustand der resistiven Speicherzelle wird anhand eines Vergleichs der Messgröße mit der Referenzgröße bestimmt.According to one Fourth aspect of the present invention is a method for Determining a memory state of a resistive memory cell proposed, wherein the resistive memory cell is switchable between a high-impedance memory state and at least one low-resistance memory state. A given read voltage is applied to the resistive memory cell created. The read voltage is here for ei nen first resistance range which generates the memory states of the resistive memory cell includes. An electrical parameter is dependent on one caused by the read voltage across the resistive memory cell recorded electric current. The given reading voltage will be the further applied to a reference cell, wherein the reference cell has a resistance value representing a reference state. The reading voltage is here for one opposite the first resistance region smaller second resistance region generated, which includes the reference state of the reference cell. An electrical reference will be dependent on one caused by the read voltage at the reference cell recorded electric current. The memory state of the resistive Memory cell is based on a comparison of the measured variable with the Reference size determined.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein zuverlässiges Bestimmen des Speicherzustands der resistiven Speicherzelle, da die Lesespannung an der Speicherzelle für einen sämtliche Speicherzustände der Speicherzelle umfassenden Widerstandsbereich erzeugt wird. Dadurch, dass die Lesespannung an der Referenzzelle hingegen für einen Widerstandsbereich erzeugt wird, welcher lediglich den Referenzzustand der Referenzzelle umfasst, erfordert das Verfahren einen geringen Schaltungsaufwand.The inventive method allows a reliable one Determining the memory state of the resistive memory cell, since the read voltage at the memory cell for all memory states of Memory cell comprehensive resistance range is generated. Thereby, that the reading voltage at the reference cell, however, for a Resistance region is generated, which only the reference state includes the reference cell, the method requires a small Circuitry.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erste Einrichtung eine Spannungsregeleinheit auf, durch welche eine an der resistiven Speicherzelle anliegende Spannung auf die vorgegebene Lesespannung geregelt wird. Für den Fall, dass sich die resistive Speicherzelle in einem niederohmigen Speicherzustand befindet, kann die Speicherzelle einen Spannungsabfall verursachen, den die Spannungsregeleinheit durch Anheben der Spannung auf die vorgegebene Lesespannung kompensiert.According to a preferred embodiment of the invention, the first device has a voltage regulation unit, by means of which a voltage applied to the resistive memory cell voltage is regulated to the predetermined read voltage. In the event that the resistive memory cell is in a low-resistance memory state, the memory cell may cause a voltage drop, the voltage regulation unit compensated by raising the voltage to the predetermined reading voltage.
Vorzugsweise weist die Spannungsregeleinheit einen rückgekoppelten Operationsverstärker und einen mit dem Operationsverstärker verbundenen Regeltransistor auf.Preferably the voltage regulation unit has a feedback operational amplifier and a with the operational amplifier connected control transistor on.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein geringer Platzbedarf bzw. Schaltungsaufwand bei einem Speicherbaustein dadurch begünstigt, dass die Spannungsregeleinheit schaltbar mit den Bitleitungen verbunden ist. In einer solchen Ausführungsform kann ein Speicherbaustein lediglich eine Spannungsregeleinheit für sämtliche resistiven Speicherzellen aufweisen.According to one another preferred embodiment The invention is a small footprint or circuit complexity in a memory module thereby favors that the voltage regulation unit switchable to the bit lines is connected. In such an embodiment a memory module can only one voltage regulation unit for all have resistive memory cells.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Einrichtung einen als Sourcefolger betriebenen Transistor zum Einstellen der Lesespannung an der Referenzzelle auf. Auf diese Weise lässt sich die zweite Einrichtung mit einem geringen Schaltungsaufwand verwirklichen.According to one another preferred embodiment The invention features the second device as a source follower operated transistor for adjusting the read voltage to the reference cell. That way the second device with a low circuit complexity realize.
Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung werden insbesondere bei solchen Ausführungsformen erzielt, bei welchen Speicherzellen als Multilevel-Zellen zum Speichern von mehr als 1 Bit betrieben werden. In Betracht kommt hierbei beispielsweise eine Multilevel-Betriebsweise zum Speichern von 2-Bit-Informationen. Die resistive Speicherzelle ist daher vorzugsweise umschaltbar zwischen einem hochohmigen Speicherzustand und drei niederohmigen Speicherzuständen.The advantageous effects of the invention are particularly in such embodiments achieved in which memory cells as multilevel cells for storage be operated by more than 1 bit. This can be considered, for example a multilevel operation for storing 2-bit information. The Resistive memory cell is therefore preferably switchable between a high-impedance memory state and three low-impedance memory states.
Um den Speicherzustand einer solchen resistiven Speicherzelle zuverlässig zu bestimmen, sind der Speicherzelle vorzugsweise drei Referenzzellen zugeordnet. Die drei Referenzzellen weisen drei unterschiedliche Widerstandswerte zum Wiedergeben von Referenzzuständen zwischen den einzelnen Speicherzuständen der resistiven Speicherzelle auf. Der zweite Widerstandsbereich der zweiten Einrichtung umfasst hierbei die drei unterschiedlichen Referenzzustände.Around the memory state of such a resistive memory cell reliably determine, the memory cell are preferably three reference cells assigned. The three reference cells have three different ones Resistance values for reproducing reference states between the individual memory states of the resistive memory cell. The second resistance area The second device here comprises the three different reference states.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden drei elektrische Referenzgrößen jeweils in Abhängigkeit eines durch die Lesespannung an den drei Referenzzellen hervorgerufenen elektrischen Stroms erfasst. Der Speicherzustand der resistiven Speicherzelle wird anhand eines Vergleichs der der resistiven Speicherzelle zugeordneten elektrischen Messgröße mit den drei Referenzgrößen bestimmt.According to one another preferred embodiment According to the invention, three electrical reference quantities are each dependent one caused by the read voltage at the three reference cells recorded electric current. The memory state of the resistive Memory cell is based on a comparison of the resistive memory cell associated electrical measurement with the three reference sizes determined.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine resistive Speicherzelle ein Widerstandsspeicherelement und einen Auswahltransistor auf. Bei dem Widerstandsspeicherelement kann es sich um ein CBRAM- oder ein PCRAM-Widerstandsspeicherelement handeln.According to one another preferred embodiment According to the invention, a resistive memory cell has a resistance memory element and a selection transistor. In the resistance memory element it may be a CBRAM or PCRAM resistor storage element act.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die beigefügten Figuren nur typische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen und daher den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Die Erfindung kann andere, ebenso wirksame Ausführungsformen umfassen. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail below with reference to the attached figures. It It should be understood, however, that the appended drawings illustrate only typical embodiments of the present invention and therefore the scope of the invention do not restrict. The invention may include other equally effective embodiments. Show it:
Die
Schaltung
Ein
erster Anschluss (Source/Drain) der Speicherzelle
Die
Transistoren
Darüber hinaus
weist die Schaltung
Im
Betrieb der Schaltung
Auf
diese Weise wird jeweils an den ersten Anschluss (Source/Drain)
der Transistoren
Die
Stärke
des Stroms ist dabei jeweils abhängig
von dem Widerstandszustand der Speicherzelle
Das
Potential an dem Knoten
Auch
bei einer resistiven Speicherzelle wie einer CBRAM- und einer PCRAM-Speicherzelle
besteht die Möglichkeit,
die Speicherzelle als Multilevel-Zelle zu betreiben. Hierbei wird
ausgenutzt, dass die resistive Speicherzelle zwischen einem hochohmigen
Speicherzustand und mehreren niederohmigen Speicherzuständen hin-
und hergeschaltet werden kann. Bei einer derartigen resistiven Speicherzelle
kann die in
Beispielsweise
ist die Speicherzelle
Die
in
Eine
Bewertung des Speicherzustands der Speicherzelle
Die
Referenzzellen
Sowohl
bei der Speicherzelle
Der
weitere Aufbau der Leitungspfade der Referenzzellen
Im
Unterschied hierzu ist in dem Leitungspfad der auszulesenden Speicherzelle
Zum
Abtasten eines Spannungsabfalls an der Diode
Zum
Evaluieren des Speicherzustandes der Speicherzelle
Darüber hinaus
wird sowohl an die Speicherzelle
Aufgrund
der Tatsache, dass sämtliche
Referenzzustände
der Referenzzellen
Die
an der Speicherzelle
Der
elektrische Strom in den einzelnen Leitungspfaden gibt einen Spannungsabfall
an den der Speicherzelle
Die
Speicherzelle
Auch
bei der in
Eine
Bewertung des Speicherzustands der Speicherzelle
Unterschiede
zu der Schaltung
In
den Leitungspfaden der Referenzzellen
Da
sämtliche
Referenzzustände
der Referenzzellen
Im
Leitungspfad der Speicherzelle
Eine
Bewertung des Speicherzustands der Speicherzelle
Der
Speicherbaustein
Eine
Speicherzelle
Zur
Regelung einer Lesespannung der an den Bitleitungen
Sowohl
die Spannungsregeleinheiten
Zum
Bestimmen des Speicherzustands einer in einer bestimmten Zeile und
Spalte angeordneten Speicherzelle
Des
weiteren wird ein Schaltelement
Auf
der Grundlage der durch die Ausleseverstärker
Der
Speicherbaustein
Die
anhand der
Beispielsweise können Referenzzellen als feste elektrische Widerstände ausgeführt sein, anstelle resistive Speicherzellen als Referenzzellen einzusetzen. Auch können Lastelemente, an denen ein Spannungsabfall abgetastet wird, mithilfe von anderen Schaltungselementen als Transistoren bzw. Dioden wie beispielsweise Widerstandselementen verwirklicht sein.For example can Reference cells be designed as fixed electrical resistors, instead of resistive To use memory cells as reference cells. Also, load elements, at which a voltage drop is sensed using others Circuit elements as transistors or diodes such as Resistive elements be realized.
Darüber hinaus
kann ein Speicherbaustein einen Aufbau aufweisen, bei dem die Schaltungsstruktur
der in den
Auch
kann eine Spannungsregeleinheit mit einem anderen als dem in den
Des weiteren ist die Möglichkeit gegeben, resistive Speicherzellen als Multilevel-Zellen zur Speicherung von mehr als 2 Bit zu betreiben. Allgemein kann die Speicherung von n-Bit-Informationen mithilfe von 2n unterscheidbaren Speicherzuständen einer Speicherzelle bzw. einem hochohmigen und (2n –1) niederohmigen Speicherzuständen einer Speicherzelle verwirklicht werden. Eine Bewertung des Speicherzustands einer Speicherzelle wird hierbei mithilfe von (2n – 1) Referenzzel len durchgeführt, welche jeweils unterschiedliche Widerstandswerte bzw. Referenzzustände zwischen den einzelnen Speicherzuständen der Speicherzelle aufweisen. In entsprechender Weise können hierbei (2n – 1) Ausleseverstärker zum Einsatz kommen.Furthermore, it is possible to operate resistive memory cells as multilevel cells for storing more than 2 bits. In general, the storage of n-bit information can be realized by means of 2 n distinguishable memory states of a memory cell and a high-resistance and (2 n -1) low-resistance memory states of a memory cell. An evaluation of the memory state of a memory cell is in this case carried out by means of (2 n -1) Referenzzel len, which each have different resistance values or reference states between the individual memory states of the memory cell. Correspondingly, (2 n -1) readout amplifiers can be used here.
Ferner sind die beschriebenen Ausführungsformen nicht auf Speicherzellen des CBRAM- oder des PCRAM-Typs beschränkt. Ausführungsformen der Erfindung lassen sich in entsprechender Weise auf weitere resistive Speicherkonzepte anwenden, bei denen die Erzeugung unterscheidbarer Widerstandszustände einer Speicherzelle auf anderen elektrischen Phänomenen und Eigenschaften beruhen. In Betracht kommen hierbei beispielsweise Speicher auf der Basis von Übergangsmetalloxiden.Further are the described embodiments not limited to memory cells of the CBRAM or PCRAM type. Embodiments of Invention can be correspondingly further resistive Apply storage concepts where the generation is more distinguishable resistance states a memory cell based on other electrical phenomena and properties. For example, memory on the basis may be considered here of transition metal oxides.
Claims (29)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200710001859 DE102007001859B3 (en) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | Integrated circuit e.g. dynamic RAM, for use in electronic device, has resistive memory cell, and p-channel transistor that produces predetermined reading voltage for smaller resistance range which has reference conditions of reference cell |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102007001859B3 true DE102007001859B3 (en) | 2008-04-24 |
Family
ID=39198649
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Country | Link |
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DE (1) | DE102007001859B3 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5828616A (en) * | 1994-06-02 | 1998-10-27 | Intel Corporation | Sensing scheme for flash memory with multilevel cells |
US6597598B1 (en) * | 2002-04-30 | 2003-07-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Resistive cross point memory arrays having a charge injection differential sense amplifier |
-
2007
- 2007-01-12 DE DE200710001859 patent/DE102007001859B3/en not_active Expired - Fee Related
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