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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
nicht vorläufige US-Patentanmeldung beansprucht nach 35
U.S.C. § 119 die Priorität der am 24. August 2007
eingereichten
koreanischen
Patentanmeldung Nr. 10-2007-0085591 , deren gesamter Inhalt
hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
hierin offenbarte vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Speicher
und insbesondere auf einen Speicher mit variablem Widerstand und
ein Betriebsverfahren desselben.
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HINTERGRUND
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Bedarf
an einem Halbleiterspeicher, der eine hohe Integration und eine
hohe Kapazität realisiert, hat sich ständig erhöht.
Ein Beispiel einer solchen Halbleitervorrichtung ist ein Flash-Speicher,
der hauptsächlich bei tragbaren elektronischen Vorrichtungen
verwendet wird. Halbleiterspeicher mit einem nichtflüchtigen
Material statt eines Kondensators, wie er bei DRAM verwendet wird,
sind zusätzlich in Erscheinung getreten.
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Solche
Halbleitervorrichtungen umfassen beispielsweise einen ferroelektrischen
RAM (FRAM), der einen ferroelektrischen Kondensator verwendet, einem
magnetischen RAM (MRAM), der eine magnetoresistive Tunnel- (engl.:
tunneling magnetoresistive; TMR) Schicht verwendet, und einen Phasenänderungsspeicher,
der Chalkogenidlegierungen verwendet. Ein Speicher mit variablem
Widerstand, wie der Phasenänderungsspeicher, kann insbesondere durch
einen relativ einfachen Prozess herg estellt werden und mit einem
relativ niedrigen Aufwand als ein Speicher mit hoher Kapazität
ausgeführt werden.
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1 stellt
eine Speicherzelle eines typischen Speichers mit variablem Widerstand
dar. Bezug nehmend auf 1 weist eine Speicherzelle 10 eines
Speichers mit variablem Widerstand einen variablen Widerstand C
und einen Zugriffstransistor M auf.
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Der
variable Widerstand C ist mit einer Bitleitung BL verbunden. Der
Zugriffstransistor M ist zwischen den variablen Widerstand C und
einen Masseanschluss geschaltet. Eine Wortleitung WL ist mit einem
Gate des Zugriffstransistors M verbunden. Wenn eine vorbestimmte
Spannung an die Wortleitung WL angelegt wird, wird der Zugriffstransistor
M eingeschaltet. Wenn der Zugriffstransistor M eingeschaltet ist,
empfängt der variable Widerstand C über die Bitleitung
BL einen Strom Ic.
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Der
variable Widerstand C weist ein (nicht gezeigtes) Phasenänderungsmaterial
auf. Das Phasenänderungsmaterial hat – gemäß der
Temperatur – zwei stabile Zustände, d. h. einen
Kristallzustand oder einen amorphen Zustand. D. h., das Phasenänderungsmaterial
wird gemäß einem Strom Ic,
der über die Bitleitung BL zugeführt wird, zu
dem Kristallzustand oder zu dem amorphen Zustand geändert. Der
Phasenänderungsspeicher programmiert Daten unter Verwendung
der vorhergehenden Eigenschaft des Phasenänderungsmaterials.
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2 ist
eine grafische Darstellung, die die Eigenschaft eines Phasenänderungsmaterials
darstellt. Die Bezugsziffer 1 zeigt eine Bedingung für
das Phasenänderungsmaterial, um zu einem amorphen Zustand
geändert zu werden, und die Bezugsziffer 2 zeigt
eine Bedingung für das Phasenänderungsmaterial,
um zu einem Kristallzustand geändert zu werden.
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Bezug
nehmend auf 2 wird ein Phasenänderungsmaterial
(wie „GST") zu dem amorphen Zustand geändert,
nachdem dieses durch Zuführen des Stroms Ic für
eine Dauer T1 auf über die Schmelztemperatur Tm erhitzt
wurde. GST ist eine Chalkogenidlegierung aus Germanium, Antimon
und Tellur (GeSbTe). Auf den amorphen Zustand wird üblicherweise
als ein Neueinstellzustand Bezug genommen, und Daten „1"
sind in diesem Zustand gespeichert.
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Das
Phasenänderungsmaterial wird im Gegensatz dazu zu dem Kristallzustand
geändert, nachdem dieses für eine Dauer T2, die
länger als T1 ist, auf zwischen einer Kristallisierungstemperatur
Tc und der Schmelztemperatur Tm erhitzt wurde. Auf den Kristallzustand
wird gewöhnlich als ein Einstellzustand Bezug genommen,
und Daten „0" sind in diesem Zustand gespeichert. Eine
Speicherzelle hat die Charakteristik, dass ihr Widerstand gemäß einem amorphen
Volumen des Phasenänderungsmaterials variiert. Der Widerstand
der Speicherzelle ist in dem amorphen Zustand am höchsten
und in dem Kristallzustand am niedrigsten.
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In
den letzten Jahren wurde eine Technologie zum Speichern von zwei
oder mehr Bits von Daten in einer Speicherzelle entwickelt. Diese
Speicherzelle wird eine Mehrpegelzelle (engl.: multi-level cell; MLC)
genannt und hat gemäß der Widerstandsverteilung
einen Mehrzustand. Bei einem Speicher mit variablem Widerstand weist
die MLC ferner Zwischenzustände zwischen dem Neueinstellzustand und
dem Einstellzustand auf. Ein Verfahren zum Programmieren eines Speichers
mit variablem Widerstand, der die MLC hat, ist in dem
US-Patent Nr. 6,625,054 (auf das im
Folgenden als „Patent 054" Bezug genommen ist) offenbart.
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3A bis 3D sind
grafische Darstellungen, die ein Verfahren zum Programmieren eines Speichers
mit variablem Widerstand, der eine typische MLC hat, darstellen,
wobei jede von 3A–3D einen
unterschiedlichen Satz von Programmiersignalen darstellt gemäß dem
Stand der Technik. Das Programmierverfahren, wie es in 3A–3D dargestellt
ist, ist in dem Patent 054 offenbart. Bezug nehmend auf 3A–3D sind unterschiedliche
Zeiten T0–T11 auf der ZEIT-Achse angezeigt, und Ströme
I0 (min), I1 (max in 3A, B, D) und I2 (max in 3C)
sind auf der STROM-Achse angezeigt. Die in jeder Figur dargestellte
Speicherzelle weist gemäß einer Abfallzeit eines
Programmierpulses vier Zustände auf. Ein Fall, bei dem die
Speicherzelle in einem Neueinstellzustand ist, wird ein Zustand „11"
genannt, und ein Fall, bei dem die Speicherzelle in einem Einstellzustand
ist, wird ein Zustand „00" genannt. Die Speicherzelle hat ferner
gemäß einem amorphen Volumen eines Phasenänderungsmaterials
einen Zustand „10" und einen Zustand "01".
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Gemäß dem
Patent 054 programmiert der Phasenänderungsspeicher durch
Steuern der Abfallzeit des Strompulses, der an die Speicherzelle
angelegt wird, zwei Bits in eine Speicherzelle. Das Patent 054 verwendet
eine Charakteristik, dass sich das amorphe Volumen des Phasenänderungsmaterials verringert,
wenn sich die Abfallzeit des Strompulses erhöht.
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Es
sollte keinen Unterschied zwischen einem Widerstand mehrere Nanosekunden
nach einem Programmieren und einem Widerstand mehrere oder einige
zehn Tage nach einem Programmieren geben, so dass der typische Speicher
mit variablem Widerstand, z. B. der Speicher mit variablem Widerstand
in dem Patent 054, einen normalen MLC-Betrieb durchführt.
Der Widerstand des Speichers mit variablem Widerstand wird jedoch
aufgrund der Eigenschaft des Phasenänderungsmaterials (GST)
gemäß einem Verstreichen der Zeit variieren. Dieses Phänomen
wird eine Widerstandsdrift genannt, die die Zuverlässigkeit
der Vorrichtung negativ beeinflussen kann. Es wäre vorteilhaft,
einen Speicher mit variablem Widerstand zu konstruieren, der eine
Widerstandsdrift minimiert oder im Wesentlichen beseitigt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung sind ein Speicher mit variablem Widerstand
und ein Betriebsverfahren desselben, die eine Widerstandsdrift einschränken
können, geschaffen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben
eines Speichers mit variablem Widerstand, der ein Phasenänderungsmaterial
zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode hat,
geschaffen. Das Verfahren weist ein Anlegen eines Schreibstroms, um
das Phasenänderungsmaterial zu programmieren, und ein Anlegen
eines Lesestroms auf, um Daten, die in dem Phasenänderungsmaterial
gespeichert werden, während der Schreibstrom angelegt wird,
zu lesen, wobei die Richtungen des Schreibstroms und des Lesestroms
zueinander entgegengesetzt sind.
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Der
Schreibstrom kann in einer Richtung von der oberen Elektrode zu
der unteren Elektrode angelegt werden, und der Lesestrom kann in
einer Richtung von der unteren Elektrode zu der oberen Elektrode
angelegt werden.
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Das
Phasenänderungsmaterial kann durch Anlegen des Schreibstroms
programmiert werden, und eine Widerstandsdrift des Phasenänderungsmaterials
kann durch Anlegen des Lesestroms eingeschränkt werden.
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Der
Lesestrom kann bei einer Dummy-Leseoperation, die nach einer Programmieroperation durchgeführt
wird, angelegt werden.
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Der
Lesestrom kann bei einer normalen Leseoperation angelegt werden.
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In
beiden Fällen kann das Phasenänderungsmaterial
konfiguriert sein, um einen von mehreren Zuständen, die
jeweils einen unterschiedlichen Widerstand haben, anzunehmen. Die
mehreren Zustände können „00", „01", „10"
und „11" sein.
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Der
Schreibstrom kann in der ersten Richtung von der unteren Elektrode
zu der oberen Elektrode sein, und der Lesestrom kann in einer Richtung von
der oberen Elektrode zu der unteren Elektrode sein.
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Das
Phasenänderungsmaterial kann durch Anlegen des Schreibstroms
programmiert werden, und eine Widerstandsdrift des Phasenänderungsmaterials
kann durch Anlegen des Lesestroms eingeschränkt werden.
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Der
Lesestrom kann bei einer Dummy-Leseoperation, die nach einer Programmieroperation durchgeführt
wird, angelegt werden.
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Der
Lesestrom kann bei einer normalen Leseoperation angelegt werden.
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In
beiden Fällen kann das Phasenänderungsmaterial
konfiguriert sein, um einen von mehreren Zuständen, die
jeweils einen unterschiedlichen Widerstand haben, anzunehmen. Die
mehreren Zustände können gemäß einem
Widerstand vier Zustände „00", „01", „10"
und „11" sein.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Speicher mit variablem
Widerstand geschaffen, der ein Phasenänderungsmaterial
aufweist, das konfiguriert ist, um zugleich einen Schreibstrom zum
Programmieren des Phasenänderungsmaterials in einer ersten
Richtung und einen Lesestrom zum Lesen von Daten, die in dem Phasenänderungsmaterial
gespeichert sind, in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung
entgegengesetzt ist, durchzulassen.
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Das
Phasenänderungsmaterial kann zwischen eine obere Elektrode
und eine untere Elektrode geschaltet sein und konfiguriert sein,
um sich bei der unteren Elektrode zu einem amorphen Zustand zu ändern.
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Der
Schreibstrom kann in der ersten Richtung von der oberen Elektrode
zu der unteren Elektrode fließen, und der Lesestrom kann
in der zweiten Richtung von der unteren Elektrode zu der oberen Elektrode
fließen.
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In
einem solchen Fall kann der angelegte Lesestrom eine Widerstandsdrift
des Phasenänderungsmaterials einschränken.
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Der
Schreibstrom kann in der ersten Richtung von der unteren Elektrode
zu der oberen Elektrode fließen, und der Lesestrom kann
in der zweiten Richtung von der oberen Elektrode zu der unteren Elektrode
fließen.
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In
einem solchen Fall kann der angelegte Lesestrom eine Widerstandsdrift
des Phasenänderungsmaterials einschränken.
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Das
Phasenänderungsmaterial kann konfiguriert sein, um einen
von Mehrzuständen anzunehmen, wobei jeder Zustand einen
unterschiedlichen Widerstand hat.
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Gemäß noch
anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist ein Speichersystem
geschaffen, das einen Speicher mit variablem Widerstand und eine
Speichersteuerung aufweist, die konfiguriert ist, um den Speicher
mit variablem Widerstand zu steuern, wobei der Speicher mit variablem
Widerstand konfiguriert ist, um zugleich einen Schreibstrom zum
Programmieren eines Phasenänderungsmaterials in einer ersten
Richtung und einen Lesestrom zum Lesen von Daten, die in dem Phasenänderungsmaterial
gespeichert sind, in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung
entgegengesetzt ist, durchzulassen.
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Das
Phasenänderungsmaterial kann zwischen eine obere Elektrode
und eine untere Elektrode geschaltet sein, wobei der Schreibstrom
in der ersten Richtung von der oberen Elektrode zu der unteren Elektrode
fließt und der Lesestrom in der zweiten Richtung von der
unteren Elektrode zu der oberen Elektrode fließt.
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Das
Phasenänderungsmaterial kann zwischen eine obere Elektrode
und eine untere Elektrode geschaltet sein, wobei der Schreibstrom
in der ersten Richtung von der unteren Elektrode zu der oberen Elektrode
fließt und der Lesestrom in der zweiten Richtung von der
oberen Elektrode zu der unteren Elektrode fließt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
beigefügten Figuren sind enthalten, um ein weiteres Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu liefern, und sind in diese Beschreibung
aufgenommen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen
exemplarische Ausführungsbeispiele gemäß der
vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung
dazu, Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erklären.
Es zeigen:
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1 eine
Speicherzelle eines typischen Speichers mit variablem Widerstand;
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2 eine
grafische Darstellung, die die Eigenschaft eines Phasenänderungsmaterials
darstellt;
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3A bis 3D grafische
Darstellungen, die ein Verfahren zum Programmieren eines Speichers
mit variablem Widerstand, der eine typische Mehrpegelzelle (MLC)
hat, darstellen;
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4 bis 7 Diagramme,
die Richtungen eines Schreibstroms und eines Lesestroms bei einem
Ausführungsbeispiel eines Speichers mit variablem Widerstand
gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung exemplarisch
darstellen;
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8 eine
Tabelle, die eine Einschränkungswirkung auf eine Widerstandsdrift
abhängig von Stromrichtungen von 4 bis 6 darstellt;
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9 eine
grafische Darstellung, die das Resultat des Experiments, wie es
in 8 dargestellt ist, darstellt; und
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10 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Rechensystems,
das einen Speicher mit variablem Widerstand gemäß der
vorliegenden Erfindung aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Während diese Ausführungsbeispiele beschrieben
wer den, sind detaillierte Beschreibungen von allgemein bekannten
Gegenständen, Funktionen oder Konfigurationen zwecks einer
Kürze typischerweise weggelassen.
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Es
versteht sich von selbst, dass, obwohl die Ausdrücke erster/erste/erstes,
zweiter/zweite/zweites etc. hierin verwendet sind, um verschiedene
Elemente zu beschreiben, diese Elemente nicht durch diese Ausdrücke
begrenzt werden sollen. Diese Ausdrücke sind verwendet,
um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, jedoch nicht,
um eine erforderliche Folge von Elementen zu beinhalten. Ein erstes
Element kann beispielsweise als ein zweites Element bezeichnet sein,
und ein zweites Element kann ähnlich als ein erstes Element
bezeichnet sein, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder"
beliebige und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugeordneten
aufgeführten Gegenstände.
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Es
versteht sich von selbst, dass, wenn auf ein Element als "auf" einem
anderen Element oder mit demselben „verbunden" oder „gekoppelt"
Bezug genommen ist, dieses direkt auf dem anderen Element oder mit
demselben direkt verbunden oder direkt gekoppelt sein kann oder
dazwischen liegende Elemente anwesend sein können. Wenn
auf ein Element als „direkt auf" einem anderen Element
oder mit demselben „direkt verbunden" oder „direkt
gekoppelt" Bezug genommen ist, sind im Gegensatz dazu keine dazwischen
liegenden Elemente anwesend. Andere Wörter, die verwendet
sind, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf
die gleiche Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen" gegenüber „direkt
zwischen", „benachbart" gegenüber „direkt
benachbart" etc.).
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Die
hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck eines Beschreibens
einzelner Ausführungsbeispiele und soll nicht die Erfindung
begrenzen. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer", „eine", „eines"
und „der", „die", „das" ebenso die Pluralformen
umfassen, es sei denn, dass der Kontext dies deutlich anders angibt.
Es versteht sich ferner von selbst, dass die Ausdrücke „weist
auf", „aufweisend", „umfasst" und/oder „umfassend",
wenn dieselben hierin verwendet sind, die Anwesenheit angegebener
Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren,
die Anwesenheit oder das Hinzufügen eines oder einer oder
mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten
und/oder Gruppen derselben jedoch nicht ausschließen.
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Räumlich
bezogene Ausdrücke, wie „unterhalb", „unter", „unterer/untere/unteres", „unterster/unterste/unterstes", „über", „oberer/obere/oberes", „oberster/oberste/oberstes"
und dergleichen können verwendet sein, um die Beziehung
eines Elements und/oder eines Merkmals zu (einem) anderen Element(en)
und/oder Merkmal(en), wie beispielsweise in den Figuren dargestellt,
zu beschreiben. Es versteht sich von selbst, dass die räumlich
bezogenen Ausdrücke zusätzlich zu der in den Figuren
dargestellten Orientierung unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung
in Verwendung und/oder Betrieb umfassen sollen. Wenn die Vorrichtung
in den Figuren umgedreht wird, würden beispielsweise als „unter" und/oder „unterhalb"
anderer Elemente oder Merkmale beschriebene Elemente dann „über"
den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert sein. Die Vorrichtung
kann anders (z. B. um 90 Grad gedreht oder mit anderen Orientierungen)
orientiert sein, und die hierin verwendeten räumlich bezogenen
Beschreibungen können demgemäß ausgelegt
werden.
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4 bis 7 sind
Diagramme, die Richtungen eines Schreibstroms und eines Lesestroms bei
einem Ausführungsbeispiel eines Speichers mit variablem
Widerstand gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung
exemplarisch darstellen. Der Speicher mit variablem Widerstand schränkt
durch Anlegen des Schreibstroms und des Lesestroms in zueinander
entgegengesetzten Richtungen eine Widerstandsdrift ein. Die Einschränkungswirkung
auf die Widerstandsdrift wird verbessert, wenn sich der Widerstand
des Phasenänderungsmaterials (GST) verringert. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in 4 bis 6 ein
Anfangswiderstand des Phasenänderungsmaterials (GST) etwa
400 kΩ, und in 7 ist der Anfangswiderstand
etwa 100 kΩ.
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4 zeigt
Richtungen des Schreibstroms und des Lesestroms bei einem Speicher
mit variablem Widerstand. Bezug nehmend auf 4 weist
ein variabler Widerstand 100 ein Phasenänderungsmaterial
(GST) auf. Das Phasenänderungsmaterial (GST) ist zwischen
eine obere Elektrode TEC und eine untere Elektrode BEC geschaltet.
Die obere Elektrode TEC ist mit einer (nicht gezeigten) Bitleitung
verbunden, und die untere Elektrode ist mit einem (nicht gezeigten)
Auswahlelement verbunden.
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Das
Phasenänderungsmaterial (GST) hat gemäß einem
amorphen Volumen einen variablen Widerstandswert. Der Widerstandswert
ist proportional zu dem amorphen Volumen. Ein Programmierzustand
ist in einen Kristallzustand mit einem niedrigen Widerstand und
einen amorphen Zustand mit einem hohen Widerstand aufgeteilt. Der
Kristallzustand, in dem Daten „0" gespeichert sind, wird
ein Einstellzustand genannt. Der amorphe Zustand, in dem Daten „1"
gespeichert sind, wird ein Neueinstellzustand genannt. Eine Einpegelzelle
(engl.: single level cell; SLC) speichert Daten „0" oder „1"
in einer Speicherzelle.
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Die
Speicherzelle kann verschiedene Zwischenzustände zwischen
dem Kristallzustand und dem amorphen Zustand aufweisen, was eine
Mehrpegelzelle (MLC) genannt wird. Die Mehrpegelzelle (MLC) kann
zwei oder mehr Bits von Daten in einer Speicherzelle speichern.
Die Speicherzelle hat basierend auf einer MLC-Programmieroperation
einen der Mehrzustände. Angenommen, dass zwei Bits von Daten
in einer Speicherzelle gespeichert werden, hat beispielsweise die
Speicherzelle vier Zustände „11", „10", „01"
und „00".
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Ein
Zustand „11", der ein Neueinstellzustand genannt wird,
hat den höchsten Widerstandswert. Ein Zustand „00",
der ein Einstellzustand genannt wird, hat den niedrigsten Widerstandswert.
Zustände „10" und „01", die ein erster
Zwischenzustand und ein zweiter Zwischenzustand sind, haben jeweils
einen ersten und einen zweiten Zwischenwiderstandswert. Ein Widerstandswert
des Zustands „10" ist größer als ein
Widerstandswert des Zustands „01".
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Bezug
nehmend auf 4 werden ein Schreibstrom und
ein Lesestrom in einer Richtung von einer oberen Elektrode zu einer
unteren Elektrode, d. h. in einer A-B-Richtung, angelegt, auf die
jeweils als ein Vorwärtsschreibstrom Fwd_W und ein Vorwärtslesestrom
Fwd_R Bezug genommen wird. Auf Ströme, die in einer Richtung
von der unteren Elektrode zu der oberen Elektrode, d. h. in einer B-A-Richtung,
angelegt werden, wird im Gegensatz dazu jeweils als ein Rückwärtsschreibstrom
Rvs_W (siehe 5) und ein Rückwärtslesestrom
Rvs_R (siehe 6 und 7) Bezug
genommen.
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Ein
typischer Speicher mit variablem Widerstand, wie er in 4 dargestellt
ist, legt den Vorwärtsschreibstrom Fwd_W bei einer Programmieroperation
und den Vorwärtslesestrom Fwd_R bei einer Leseoperation
an. Bei dem typischen Speicher mit variablem Widerstand kann ein
Lesefehler aufgrund einer Widerstandsdrift auftreten. Bei dem Speicher mit
variablem Widerstand gemäß Aspekten der vorliegenden
Erfindung fließen jedoch ein Schreibstrom und ein Lesestrom
in entgegengesetzten Richtungen, wodurch die Widerstandsdrift eingeschränkt wird.
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5 stellt
ein Verfahren zum Betreiben eines Speichers mit variablem Widerstand
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Bezug nehmend
auf 5 wird ein Schreibstrom in einer Richtung von
einer unteren Elektrode zu einer oberen Elektrode, d. h. in der B-A-Richtung,
angelegt, und ein Lesestrom wird in einer Richtung von einer oberen
Elektrode zu einer unteren Elektrode, d. h. in der A-B-Richtung,
angelegt.
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Ein
Vorwärtslesestrom Fwd_R kann hier ein Strom, der bei einer
normalen Leseoperation angelegt wird, sein, oder dieser kann ein
Dummy-Lesestrom, der nach einer Programmieroperation angelegt wird,
sein. Der Speicher mit variablem Widerstand gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schränkt
durch Anlegen eines Rückwärtsschreibstroms Rvs_W
und eines Vorwärtslesestroms Fwd_R die Widerstandsdrift
ein.
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6 stellt
ein Verfahren zum Betreiben eines Speichers mit variablem Widerstand
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Bezug nehmend
auf 6 wird ein Schreibstrom in einer Richtung von
einer oberen Elektrode zu einer unteren Elektrode, d. h. in der
A-B-Richtung, angelegt. Ein Lesestrom wird in einer Richtung von
einer unteren Elektrode zu einer oberen Elektrode, d. h. in der
B-A-Richtung, angelegt.
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Der
Rückwärtslesestrom Rvs_R kann hier ein Strom,
der bei einer normalen Leseoperation angelegt wird, sein, oder dieser
kann ein Dummy-Lesestrom, der nach einer Programmieroperation angelegt
wird, sein. Ein Speicher mit variablem Widerstand gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schränkt
durch Anlegen eines Vorwärtsschreibstroms Fwd_W und eines
Rückwärtslesestroms Rvs_R eine Widerstandsdrift
ein.
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Gemäß einem
experimentellen Resultat kann verifiziert werden, dass das Verfahren,
wie es in 6 dargestellt ist, eine signifikantere
Einschränkungswirkung auf die Widerstandsdrift als das
Verfahren, wie es in 5 dargestellt ist, hat. Gemäß dem
Verfahren, wie es in 5 dargestellt ist, kann eine
Reproduzierbarkeit bei der Rückwärtsschreiboperation
reduziert werden, und ein Widerstandswert wird möglicherweise
nicht stabil erhalten. Es kann demgemäß für
den Speicher mit variablem Widerstand bevorzugt sein, einen Vorwärtsschreibstrom Fwd_W
und einen Rückwärtslesestrom Rvs_R, wie in 6 dargestellt
ist, anzulegen.
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Wenn
das Verfahren, wie es in 6 dargestellt ist, verwendet
wird, wird eine Widerstandsdrift reduziert, wenn eun Anfangswiderstand
niedriger wird. 7 zeigt, dass ein Anfangswiderstand 100 kΩ ist
und ein Vorwärtsschreibstrom Fwd_W und ein Rückwärtslesestrom
Rvs_R angelegt werden. Bezug nehmend auf 7 ist verständlich,
dass ein amorphes Volumen eines Phasenänderungsmaterials (GST)
bei einem variablen Widerstand 400 kleiner als das in 6 ist.
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8 ist
eine Tabelle, die eine Einschränkungswirkung auf eine Widerstandsdrift
abhängig von Stromrichtungen von 4 bis 6 darstellt. 8 sind
experimentelle Daten, die erhalten werden, wenn ein Anfangswiderstand
etwa 400 kΩ ist. Aufgrund der Widerstandsdrift variiert
der Anfangswiderstand, wenn die Zeit vergeht.
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Die
hinsichtlich 4 dargelegte Situation entspricht
als Erstes einem Fall, bei dem cm Vorwärtsschreibstrom
Fwd_W und ein Vorwärtslesestrom Fwd_R angelegt werden.
Gemäß 4 hat ein variabler Widerstand 100 einen
Widerstand von etwa 890 kΩ nach 5 Sekunden, etwa 1,1 MΩ nach
180 Sekunden und etwa 1,2 MΩ nach 300 Se kunden. Der variable
Widerstand 100, wie er in 4 dargestellt ist,
zeigt auf der Basis des Widerstandswerts nach 5 Sekunden Driftvariationen
von etwa 129,9% und 139,2%.
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Die
hinsichtlich 5 dargelegte Situation entspricht
als Zweites einem Fall, bei dem ein Rückwärtsschreibstrom
Rvs_W und ein Vorwärtslesestrom Fwd_R angelegt werden.
Gemäß 5 hat ein variabler Widerstand 200 einen
Widerstand von etwa 412 kΩ nach 5 Sekunden, etwa 505 kΩ nach
180 Sekunden und etwa 512 kΩ nach 300 Sekunden. Der variable
Widerstand 200, wie er in 5 dargestellt ist,
zeigt auf der Basis des Widerstandswerts nach 5 Sekunden Driftvariationen
von etwa 122,4% und 124,1%. Es kann daher verifiziert werden, dass
der hinsichtlich 5 dargestellte variable Widerstand eine
signifikantere Einschränkungswirkung auf die Widerstandsdrift
als der hinsichtlich 4 dargestellte variable Widerstand
hat.
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Die
hinsichtlich 6 dargelegte Situation entspricht
als Drittes einem Fall, bei dem ein Vorwärtsschreibstrom
Fwd_W und ein Rückwärtslesestrom Rvs_R angelegt
werden. Gemäß 6 hat ein variabler
Widerstand 300 etwa 409 kΩ nach 5 Sekunden, etwa
447 kΩ nach 180 Sekunden und etwa 501 kΩ nach
300 Sekunden. Der variable Widerstand 300, wie er in 6 dargestellt
ist, zeigt auf der Basis des Widerstandswerts nach 5 Sekunden Driftvariationen
von etwa 109,2% und 122,4%. Es kann daher verifiziert werden, dass
der hinsichtlich 6 dargestellte variable Widerstand
eine signifikantere Einschränkungswirkung auf die Widerstandsdrift
als die in 4 und 5 dargestellten
variablen Widerstände hat.
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9 ist
eine grafische Darstellung, die das Resultat des Experiments, wie
es in 8 dargestellt ist, darstellt. 9 zeigt,
dass die Einschränkungswirkung auf die Widerstandsdrift
verbessert wird, wenn der Anfangswiderstand verringert wird. Bezug nehmend
auf 9 ist ein Symbol ➀ das experimentelle
Resultat des hinsichtlich 4 beschriebenen Verfahrens,
ein Symbol ➁ ist das experimentelle Resultat des hinsichtlich 5 beschriebenen
Verfahrens, ein Symbol ➂ ist das experimentelle Resultat des
hinsichtlich 6 beschriebenen Verfahrens, und
ein Symbol ➃ ist das experi mentelle Resultat des hinsichtlich 7 beschriebenen
Verfahrens. Bei dem variablen Widerstand der 7 ist der
Anfangswiderstand 100 kΩ.
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9 verifiziert,
dass eine Widerstandsdrift eingeschränkt wird, wenn Richtungen
des Schreibstroms und des Lesestroms zueinander entgegengesetzt
sind. Die Widerstandsdrift wird zusätzlich weiter eingeschränkt,
wenn der Anfangswiderstand verringert wird.
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Die
Widerstandsdrift kann bei einem MLC-Betrieb eine schwerwiegendere
Begrenzung sein. Eine Speicherzelle kann in einem vollständigen Kristallzustand „00"
oder einem vollständig amorphen Zustand „11" nicht
signifikant beeinflusst werden. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass es keine Widerstandsdrift in dem vollständigen Kristallzustand und
keinen Pegel für einen Überlapp in dem vollständig
amorphen Zustand gibt.
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Die
Widerstandsdrift kann jedoch eine Begrenzung sein, wenn die Speicherzelle
zu einem Zwischenzustand „10" oder „01" programmiert
wird. Bei einem Auftreten der Widerstandsdrift kann es einen Überlapp
von Programmierzuständen geben, was einen Lesefehler verursacht.
Bei dem Speicher mit variablem Widerstand gemäß Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung sind Richtungen des Schreibstroms und des
Lesestroms zueinander entgegengesetzt, wodurch eine Begrenzung aufgrund einer
Widerstandsdrift, insbesondere bei einem MLC-Betrieb, behoben wird.
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10 ist
ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Rechensystems 500,
das einen Speicher mit variablem Widerstand gemäß Aspekten der
vorliegenden Erfindung aufweist. Bezug nehmend auf 10 weist
das Rechensystem 500 ein Flash-Speichersystem 510,
eine Zentralverarbeitungseinheit (engl.: central processing unit;
CPU) 530, eine Benutzerschnittstelle 540 und eine
Leistungsversorgung 520 auf. Das Flash-Speichersystem 510 weist
einen Änderungsspeicher 511 mit variablem Widerstand
(z. B. einen Phasenänderungs-Zufallszugriffsspeicher (engl.:
phase-change random access memory; PRAM)) und eine Speichersteuerung 512 auf.
Die CPU ist mit einem Systembus 550 elektrisch verbunden.
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Der Änderungsspeicher 511 mit
variablem Widerstand speichert Daten durch die Speichersteuerung 512.
Die Daten werden von der Benutzerschnittstelle 540 empfangen
oder durch die CPU verarbeitet. Das Speichersystem kann als ein
Beispiel als eine Halbleiterplattenvorrichtung (engl.: semiconductor
disc device; SSD) verwendet sein. In einem solchen Fall erhöht
sich eine Bootgeschwindigkeit des Rechensystems 500 beachtlich.
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Obwohl
es nicht gezeigt ist, werden Fachleute erkennen, dass das Rechensystem 500 ferner
einen Anwendungschipsatz, einen Kamerabildprozessor (engl.: camera
image processor; CIS) und einen mobilen DRAM und so weiter aufweisen
kann.
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Während
im Vorhergehenden das, was für die beste Betriebsart erachtet
wird, und/oder andere bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben
wurden, versteht es sich von selbst, dass verschiedene Modifikationen
an denselben vorgenommen sein können und dass die Erfindung
oder Erfindungen in verschiedenen Formen und als verschiedene Ausführungsbeispiele
implementiert sein können und dass dieselben bei zahlreichen
Anwendungen, von denen lediglich einige hierin beschrieben wurden,
angewandt sein können. Die folgenden Ansprüche
sollen das, was wörtlich beschrieben wird, und alle Äquivalente
dazu beanspruchen, die alle Modifikationen und Variationen, die
in den Schutzbereich jedes Anspruchs fallen, umfassen. Der Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung soll daher zu dem maximalen gesetzlich
erlaubten Grad durch die breiteste zulässige Auslegung
der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente
bestimmt sein und soll nicht durch die vorhergehende detaillierte
Beschreibung beschränkt oder begrenzt werden.
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2007-0085591 [0001]
- - US 6625054 [0011]