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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterstapel für die Durchführung einer logischen Operation, mit welchem Informationen gespeichert werden können, die sich auf die logische Operation beziehen bzw. bei der logischen Operation verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Es ist bekannt, für die Durchführung von logischen Operationen mehrere einzelne elektronische Einheiten, wie zum Beispiel elektronische Transistoren, zu verwenden, welche in einer elektrischen Schaltung miteinander verbunden sind. Um eine gegebene logische Operation durchzuführen, wird eine gegebene Gruppe von elektronischen Einheiten in einer vorab definierten elektrischen Schaltung verwendet. Damit verschiedene logische Operationen durchgeführt werden können, kann jede elektrische Schaltung, die vorab definiert und/oder für die Durchführung einer gegebenen logischen Operation zugeordnet ist, über ihre gegebene Gruppe elektronischer Einheiten, aus der sie aufgebaut ist, in eine integrierte Schaltung und/oder eine Halbleitereinheit eingebettet sein.
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Ein Problem im Zusammenhang mit der Durchführung von logischen Operationen unter Verwendung einer integrierten Schaltung und/oder Halbleitereinheit wie oben beschrieben kann die begrenzte Flexibilität und/oder Anpassungsfähigkeit sein, da eine gegebene logische Operation nur von einer elektrischen Schaltung durchgeführt werden kann, welche eine gegebene Gruppe von elektronischen Einheiten aufweist, die für die Durchführung dieser Aufgabe vorab definiert ist, und nicht mit und/oder zwischen anderen elektrischen Schaltungen austauschbar ist, die dafür konfiguriert sind, logische Operationen durchzuführen, oder diese durchführen können. Ein weiteres Problem kann sein, dass, da für die Integration der elektrischen Schaltungen, welche jeweils vorab dafür definiert sind, eine gegebene logische Operation durchzuführen, ein spezielles Maß an Raum reserviert werden muss, die Dichte einer integrierten Schaltung/Einheit bei Verwendung solcher elektrischer Schaltungen zur Durchführung von logischen Operationen relativ verringert sein kann.
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In bekannten Logikeinheiten und/oder Anwendungen basiert eine Logikfunktionalität auf Informationen, die flüchtig sind, wie zum Beispiel eine Ladung. Diesbezüglich werden die Informationen, welche die logischen Eingaben repräsentieren, aus einem Speicher erhalten, eine gegebene logische Operation wird an den logischen Eingaben durchgeführt, und das Ergebnis der logischen Operation, die logische Ausgabe, wird extern gespeichert. Bereitzustellen bezüglich der Informationen, die bei der logischen Operation verwendet werden bzw. auf diese bezogen sind, namentlich der logischen Eingaben und der logischen Ausgabe, sind Ressourcen zum Durchführen der Schritte zum Erhalten der logischen Eingaben und Speichern der logischen Ausgabe und Raum/Speicher zum Speichern solcher Informationen.
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US 7 186 998 B2 offenbart eine Logikeinheit mit mehreren Anschlüssen, welche ein Phasenwechselmaterial, das kristalline und amorphe Zustände aufweist, in elektrischer Kommunikation mit drei oder mehr elektrischen Anschlüssen umfasst. Das Phasenwechselmaterial kann in Reaktion auf eine angewendete elektrische Energie reversible Umwandlungen zwischen amorphen und kristallinen Zuständen durchlaufen, wobei die amorphen und kristallinen Zustände messbar unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen. Elektrische Energie in Form von Strom- oder Spannungsimpulsen, angelegt an ein Anschlusspaar, beeinflusst den strukturellen Zustand und den gemessenen elektrischen Widerstand zwischen den Anschlüssen. In den Einheiten, die in diesem Dokument offenbart werden, werden an verschiedenen Anschlusspaaren unabhängige Eingabesignale bereitgestellt, und die Ausgabe wird als Widerstand zwischen noch einem anderen Anschlusspaar gemessen. Die Logikfunktionalität wird durch Beziehungen zwischen den angelegten Eingabesignalen und dem gemessenen Ausgabewiderstand erreicht, wobei die Beziehung durch die Auswirkung der Eingabesignale auf den strukturellen Zustand und den elektrischen Widerstand des Phasenwechselmaterials bestimmt wird. Logische Werte können mit den kristallinen und amorphen Zuständen des Phasenwechselmaterials oder dem gemessenen Widerstand zwischen einem Anschlusspaar verbunden sein.
US 7 186 998 B2 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Phasenwechsel-Speicherzelle, um dadurch eine gegebene Logikfunktionalität zu erreichen. Die offenbarte Phasenwechsel-Speicherzelle weist drei Anschlüsse auf, wodurch die entsprechenden Eingabesignale, angelegt an zwei verschiedene Anschlusspaare, verwendet werden können, um kristalline oder amorphe Zustände in dem Phasenwechselmaterial zu erzeugen, welche entsprechende Widerstände aufweisen, die voneinander unterscheidbar sind und die verwendet werden können, um erforderliche Eingaben einer gegebenen Logikfunktion zu repräsentieren. Ein Ausgabewiderstand, gemessen zwischen einem dritten Anschlusspaar, entspricht der Ausgabe der Logikfunktion.
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US 2011/0096594 A1 offenbart Techniken zum Lesen eines Phasenwechselspeichers, welche die Widerstandsdrift abschwächen. Ein vorgesehenes Verfahren umfasst das Anlegen einer Vielzahl elektrischer Eingabesignale an die Speicherzelle. Das Verfahren umfasst das Messen einer Vielzahl elektrischer Ausgabesignale aus der Speicherzelle, die aus der Vielzahl elektrischer Eingabesignale resultieren. Das Verfahren umfasst das Berechnen einer invarianten Komponente der Vielzahl elektrischer Ausgabesignale in Abhängigkeit von der Konfiguration eines amorphen Materials in der Speicherzelle. Das Verfahren umfasst auch das Ermitteln eines Speicherzustands der Speicherzelle auf der Grundlage der invarianten Komponente. In einer Ausführungsform der in diesem Dokument offenbarten Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Abbilden der Vielzahl elektrischer Ausgabesignale auf eine Messungszone einer Vielzahl von Messungszonen. Die Messungszonen entsprechen Speicherzuständen der Speicherzelle.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Gemäß einer Ausführungsform einer ersten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterstapel für die Durchführung mindestens einer logischen Operation bereitgestellt, aufweisend: benachbarte Schichten, die in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind, wobei jede Schicht mindestens eine Phasenwechsel-Speicherzelle aufweist, in welcher ein Phasenwechselmaterial zwischen einem elektrischen Heizanschluss und mindestens zwei weiteren elektrischen Heizanschlüssen bereitgestellt ist, wobei das Phasenwechselmaterial zwischen dem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in einer von mindestens zwei reversibel umwandelbaren Phasen, einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase, zu betreiben ist, wobei der Halbleiterstapel, wenn er in Verwendung ist, dafür konfigurierbar ist, dass er Informationen mittels eines elektrischen Widerstands der Phase des Phasenwechselmaterials zwischen jedem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in jeder Schicht speichert, und die logische Operation auf der Grundlage der in den benachbarten Schichten gespeicherten Informationen durchgeführt wird. Einige Vorteile, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung stehen können, im Vergleich zu früher vorgeschlagenen Einheiten und/oder Techniken, bei denen Transistoren verwendet werden, umfassen: eine Alternative zum Durchführen von logischen Operationen mit Transistoren wird bereitgestellt; verbesserte Leistung und/oder Effizienz, da Verbindungen zwischen den benachbarten Schichten, den Phasenwechsel-Speicherzellen dieser und/oder den zu den Phasenwechsel-Speicherzellen gehörenden elektrischen Anschlüssen ohne Drahtverbindungen ermöglicht werden können; und relativ einfache Realisierung und Herstellung im Vergleich zu früher vorgeschlagenen Einheiten und/oder Techniken, bei welchen eine elektrische Schaltung verwendet wird, in der mehrere Transistoren miteinander verdrahtet sind, um eine gegebene logische Operation durchzuführen. Auch kann, da die benachbarten Schichten in einer gestapelten Konfiguration bereitgestellt werden, hierdurch der Vorteil einer erhöhten Einheitsdichte in einem Szenario verstärkt werden, wo eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in eine Einheit/elektrische Schaltung zum Durchführen von logischen Operationen integriert ist bzw. in Verbindung mit dieser verwendet wird. Zu berücksichtigen in Bezug auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, dass Informationen, welche einer gegebenen logischen Eingabe entsprechen, mittels eines elektrischen Widerstands gespeichert werden, der zu der amorphen Phase oder der kristallinen Phase des Phasenwechselmaterials gehört, das zwischen jedem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in jeder Schicht bereitgestellt wird. Da die amorphen und kristallinen Phasen des Phasenwechselmaterials nicht flüchtig sind, wird ein separater Schritt zum Laden von logischen Eingaben, an welchen eine logische Operation durchzuführen ist, und/oder Speicherraum/Speicher für die logischen Eingaben und/oder die logische Ausgabe in Bezug auf eine gegebene Erscheinungsform der logischen Operation, die durchgeführt wird, in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglicherweise nicht bereitgestellt.
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Vorzugsweise entspricht die logische Operation, die durchgeführt wird, einer Leseoperation, bei welcher die Informationen gelesen werden, die in den benachbarten Schichten zwischen einer Gruppe von Leseanschlüssen gespeichert sind. Dieses Merkmal kann, verglichen mit früher vorgeschlagenen Einheiten und/oder Techniken, den Vorteil der einfachen Durchführung einer logischen Operation bieten, weil eine logische Operation direkt über eine Leseoperation durchgeführt wird, die zwischen einer Gruppe von Leseanschlüssen durchgeführt wird, die ein Bestandteil in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind.
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Wünschenswerter Weise werden logische Eingaben 1 und 0 durch die elektrischen Widerstände der amorphen Phase bzw. der kristallinen Phase des Phasenwechselmaterials repräsentiert, das zwischen dem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in der Phasenwechsel-Speicherzelle jeder der benachbarten Schichten bereitgestellt ist. Dieses Merkmal kann den Vorteil der verbesserten Leistung für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erweitern, da die logischen Eingaben 1 und 0 anhand der elektrischen Widerstände der amorphen Phase und der kristallinen Phase des Phasenwechselmaterials wirksam voneinander unterschieden werden können, die sich typischerweise um einige Größenordnungen voneinander unterscheiden. Für die vorliegende Realisierung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die logische Operation, die durchgeführt wird, vorzugsweise eine gegebene logische ODER-Operation auf, welche einer Erscheinungsform der Leseoperation entspricht, welche das Lesen der Informationen aufweist, die in den benachbarten Schichten auf mindestens einem Weg zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen gespeichert sind. Auch weist bezüglich der vorliegenden Realisierung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die logische Operation, die durchgeführt wird, wünschenswerter Weise eine logische UND-Operation auf, wobei jede der logischen Eingaben der logischen UND-Operation in einer anderen Erscheinungsform der Leseoperation erzeugt wird, welche das Lesen der Informationen aufweist, die in den benachbarten Schichten auf einem gegebenen Weg zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen gespeichert sind.
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Vorzugsweise wird für die Leseoperation eine ausgewählte Gruppe von Leseanschlüssen verwendet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in Abhängigkeit von der getroffenen Auswahl für die Gruppe von Leseanschlüssen, die für die Leseoperation zu verwenden sind, verschiedene logische Operationen durchgeführt werden. Dieses Merkmal erweitert den Vorteil der Erhöhung der Dichte elektrischer/logischer Schaltungen, in welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert sein kann, verglichen mit früher vorgeschlagenen Einheiten und/oder Techniken, insbesondere unter Verwendung von Transistoren, wobei typischerweise eine einzige logische Operation von einer dedizierten elektrischen Schaltung durchgeführt werden kann, welche mehrere verbundene Transistoren aufweist, daher können mehrere solche dedizierte elektrische Schaltungen erforderlich sein, um die logischen Operationen durchzuführen, die mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Auswählen verschiedener Gruppen von Leseanschlüssen möglich sind.
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Wünschenswerter Weise erfolgt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die logische Operation, die durchgeführt wird, gleichzeitig mit einer Schreiboperation, die in Bezug auf Schreibanschlüsse durchgeführt wird, die auf einem Schreibweg der benachbarten Schichten bereitgestellt werden, wobei gemäß der logischen Operation ein gegebenes Format der Informationen, die auf mindestens einem Speicherweg in Bezug auf die benachbarten Schichten gespeichert werden, modifiziert wird. Dieses Merkmal ist mit einer Schreiboperation verbunden, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; es stellt einen alternativen Weg bereit, auf welchem in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine logische Operation in Bezug auf die benachbarten Schichten durchgeführt werden kann. Es kann die Vorteile der Anpassungsfähigkeit und Effizienz für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erweitern, weil ein gegebenes Format von Informationen, die in den benachbarten Schichten gespeichert sind, durch die logische Operation verändert werden kann, die gleichzeitig mit der Schreiboperation erfolgt; eine solche Veränderung der Informationen wird ohne einen zweistufigen Ansatz ermöglicht, wobei: eine logische Operation durchgeführt wird, um zu lokalisieren, wo die Informationen in den benachbarten Schichten zu verändern sind, und dementsprechend eine Schreiboperation durchgeführt wird, um eine gewünschte Veränderung der an der Stelle gespeicherten Informationen zu ermöglichen. In Bezug auf die hier beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise mindestens ein Schreibanschluss dafür konfigurierbar, dass ihm in Bezug auf einen anderen Schreibanschluss ein kristallisierender Spannungsimpuls zugeführt wird. Diesbezüglich können die Schreibanschlüsse die elektrischen Heizanschlüsse und die weiteren elektrischen Heizanschlüsse sein, welche die benachbarten Schichten überspannen oder Bestandteil einer der benachbarten Schichten sind. Durch Konfigurieren mindestens eines der Schreibanschlüsse dafür, dass ihnen ein kristallisierender Impuls in Bezug auf einen anderen Schreibanschluss zugeführt wird, wird gleichzeitig eine logische Operation durchgeführt, wobei für ein gegebenes Format von Informationen, die auf mindestens einem Speicherweg in Bezug auf die benachbarten Schichten gespeichert sind, die Phase des Phasenwechselmaterials, das zwischen mindestens einem der elektrischen Heizanschlüsse und einem weiteren elektrischen Heizanschluss der Phasenwechsel-Speicherzelle in einer der benachbarten Schichten bereitgestellt ist, von der amorphen Phase in die kristalline Phase verändert werden kann. Dieses Merkmal kann den Vorteil der Einfachheit erweitern, mit welcher eine Veränderung der gespeicherten Informationen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird. Auch werden in der hier beschriebenen Ausführungsform Informationen wünschenswerter Weise gespeichert, wie durch die logische Operation modifiziert, die durchgeführt wird, und an der Stelle gespeichert, wo sie modifiziert werden. Die logische Operation, die gleichzeitig mit der Schreiboperation durchgeführt wird, verändert/modifiziert in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Informationen, die in den benachbarten Schichten gespeichert sind, für ein gegebenes Format, das für die Informationsspeicherung verwendet wird. Die modifizierten Informationen entsprechen der logischen Ausgabe der logischen Operation, die durchgeführt wird, und sie werden an der Stelle gespeichert, wo die Modifikation der Informationen durch die logische Operation bewirkt worden ist. Mittels dieses Merkmals müssen keine weiteren Ressourcen in Form von Raum/Speicher zum Speichern der logischen Ausgabe der logischen Operation, die durchgeführt wird, bereitgestellt werden. Ferner werden in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Logik- und Speicherfunktionalitäten kombiniert.
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Vorzugsweise werden die zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse für die entsprechenden Phasenwechsel-Speicherzellen der benachbarten Schichten gemeinsam bereitgestellt. Dieses Merkmal kann die Vorteile der einfachen Herstellung und/oder Realisierung, umfassend die Raumökonomie, erweitern, da keine separaten Herstellungs-Schritte/Strukturen/Merkmale eingeführt werden müssen, um in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeder Phasenwechsel-Speicherzelle ihr eigenes Paar der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse bereitzustellen.
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Wünschenswerter Weise werden für die Neukonfigurierung von logischen Operationen die Informationen, die zwischen mindestens einem elektrischen Heizanschluss und einem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in der Phasenwechsel-Speicherzelle in einer der benachbarten Schichten gespeichert sind, verändert. Die logischen Operationen, die durchgeführt werden, hängen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung davon ab, wie die Informationen in den benachbarten Schichten gespeichert sind, und sind so für unterschiedliche Formate, die für eine solche Informationsspeicherung verwendet werden, verschieden. Durch Verändern der Informationen, die in mindestens einer der benachbarten Schichten gespeichert sind, zum Beispiel in dem elektrischen Heizanschluss und einem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse dieser, wird ein anderes Format der Informationsspeicherung in den benachbarten Schichten ermöglicht. Somit sind die logischen Operationen, die bezüglich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, neu konfigurierbar. Dieses Merkmal erweitert für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Vorteil der einfachen Durchführung verschiedener logischer Operationen und der erhöhten Anpassungsfähigkeit.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Matrix bereitgestellt, welche mehrere Halbleiterstapel aufweist, wobei jeder Halbleiterstapel Ausführungsformen der ersten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung entspricht, wobei die mehreren Halbleiterstapel in elektrischem Kontakt miteinander und relativ zueinander gestapelt bereitgestellt werden. Einige Vorteile, die mit einer solchen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sein können, umfassen: jeder Halbleiterstapel kann zum Speichern anderer Informationen verwendet werden; jeder der Halbleiterstapel kann auf der Grundlage der Informationen, die in jedem Stapel gespeichert sind, und der Gruppe von Leseanschlüssen, die ausgewählt werden, um die Leseoperation in diesem Stapel durchzuführen, dafür konfiguriert sein, dass er unterschiedliche logische Operationen durchführt, und ein Merkmal der zeitlichen Ablaufplanung kann dadurch eingeführt werden, dass jeder Stapel seine vorgesehene Leseoperation zu einer gegebenen Zeit relativ dazu durchführt, wann die anderen Stapel in der Matrix ihre zugeordneten logischen Operationen durchführen. Aufgrund der Stapelanordnung der mehreren Halbleiterstapel kann eine erhöhte Einheitsdichte und ein einfacher Einbau in andere/eine einfache Integration mit anderen Einheiten und/oder Techniken ermöglicht werden.
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Wünschenswerter Weise werden die mehreren Halbleiterstapel aufeinander gestapelt, benachbart zueinander oder in einer Kombination aus beidem bereitgestellt. Vorzugsweise sind die mehreren Halbleiterstapel relativ zueinander dreidimensional gestapelt. Diese Merkmale können den Einbau/die Integration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Einheiten/elektrische Schaltungen in einer gewünschten Weise im Hinblick auf die Einheitsdichte und Raumprobleme ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform einer Verfahrens-Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Durchführen einer logischen Operation mit einem Halbleiterstapel bereitgestellt, welcher benachbarte Schichten aufweist, die in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind, wobei jede Schicht mindestens eine Phasenwechsel-Speicherzelle aufweist, in welcher ein Phasenwechselmaterial zwischen einem elektrischen Heizanschluss und mindestens zwei weiteren elektrischen Heizanschlüssen bereitgestellt ist, wobei das Phasenwechselmaterial zwischen dem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in einer von mindestens zwei reversibel umwandelbaren Phasen, einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase, zu betreiben ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Speichern von Informationen mittels eines elektrischen Widerstands der Phase des Phasenwechselmaterials zwischen jedem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in jeder Schicht und Durchführen der logischen Operation auf der Grundlage der in den benachbarten Schichten gespeicherten Informationen.
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Eine entsprechende Verwendungs-Erscheinungsform wird ebenfalls bereitgestellt, und so wird gemäß einer Ausführungsform einer Verwendungs-Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung eine Verwendung eines Halbleiterstapels für die Durchführung mindestens einer logischen Operation bereitgestellt, wobei der Halbleiterstapel das Folgende aufweist: benachbarte Schichten, die in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind, wobei jede Schicht mindestens eine Phasenwechsel-Speicherzelle aufweist, in welcher ein Phasenwechselmaterial zwischen einem elektrischen Heizanschluss und mindestens zwei weiteren elektrischen Heizanschlüssen bereitgestellt ist, wobei das Phasenwechselmaterial zwischen dem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in einer von mindestens zwei reversibel umwandelbaren Phasen, einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase, zu betreiben ist, wobei der Halbleiterstapel, wenn er in Verwendung ist, dafür konfigurierbar ist, dass er Informationen mittels eines elektrischen Widerstands der Phase des Phasenwechselmaterials zwischen jedem elektrischen Heizanschluss und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse in jeder Schicht speichert, und die logische Operation auf der Grundlage der in den benachbarten Schichten gespeicherten Informationen durchgeführt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform entspricht die logische Operation, die durchgeführt wird, einer Leseoperation, bei welcher die Informationen gelesen werden, die in den benachbarten Schichten zwischen einer Gruppe von Leseanschlüssen gespeichert sind.
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Gemäß einer Ausführungsform wird für die Leseoperation ein Halbleiterstapel verwendet, wobei eine ausgewählte Gruppe von Leseanschlüssen.
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Merkmale einer Erscheinungsform können auf eine andere Erscheinungsform angewendet werden, und umgekehrt. Jede offenbarte Ausführungsform kann mit einer oder mehreren der anderen dargestellten und/oder beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden. Dies ist auch für ein oder mehrere Merkmale der Ausführungsformen möglich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es wird nun beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
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1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und
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2 eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
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Innerhalb der Beschreibung sind dieselben Bezugszahlen oder Zeichen verwendet worden, um dieselben Teile oder Ähnliches zu kennzeichnen.
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Wie in 1 dargestellt, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterstapel 1 für die Durchführung mindestens einer logischen Operation bereitgestellt. Der Halbleiterstapel 1 weist benachbarte Schichten 2, 2' auf, die in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind, wobei jede Schicht 2, 2' mindestens eine Phasenwechsel-Speicherzelle aufweist. Für jede der Phasenwechsel-Speicherzellen in den benachbarten Schichten 2, 2' wird zwischen einem elektrischen Heizanschluss T2, T9 und mindestens zwei weiteren elektrischen Heizanschlüssen T5, T6 ein Phasenwechselmaterial 3 bereitgestellt. Das Phasenwechselmaterial 3 ist, wie hierin vorstehend bereits erwähnt, in einer von mindestens zwei reversibel umwandelbaren Phasen zu betreiben, einer amorphen Phase 3' und einer kristallinen Phase 3''. In der amorphen Phase 3' weist das Phasenwechselmaterial 3 einen unterscheidbar höheren elektrischen Widerstand als in seiner kristallinen Phase 3'' auf, wobei für den elektrischen Widerstand zwischen den entsprechenden Phasen typischerweise ein Unterschied von zwei bis drei Größenordnungen und von bis zu fünf Größenordnungen vorliegt. Für das Phasenwechselmaterial 3 kann zum Beispiel eine geeignet gewählte Germanium-Antimon-Tellur-Legierung verwendet werden.
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Für die entsprechenden Phasenwechsel-Speicherzellen der benachbarten Schichten 2, 2' wird der elektrische Heizanschluss T2, T9 auf einer ersten Fläche 4' des Phasenwechselmaterials 3 bereitgestellt, und die zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 werden auf einer zweiten Fläche 4'' bereitgestellt, die gegenüber der ersten Fläche 4' des Phasenwechselmaterials 3 angeordnet ist. Die zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 werden für die entsprechenden Phasenwechsel-Speicherzellen der benachbarten Schichten 2, 2' gemeinsam bereitgestellt/von diesen gemeinsam benutzt.
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Die elektrischen Heizanschlüsse T2, T9 werden in elektrischer Kommunikation mit jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 bereitgestellt. Die elektrischen Heizanschlüsse T9, T2 und die weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 können zum Beispiel Titannitrid oder Wolfram aufweisen, und sie können mittels eines Isolators 5 elektrisch voneinander isoliert sein, der so gewählt wird, dass er ein Material aufweist, dass vorzugsweise sowohl elektrische Isolationseigenschaften als auch thermische Isolationseigenschaften aufweist, wie zum Beispiel Siliciumnitrid oder Siliciumoxid.
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In Verwendung ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dafür konfigurierbar, dass in jeder der benachbarten Schichten 2, 2' Informationen mittels eines elektrischen Widerstands R2, R8, R3, R9 der Phase 3'', 3' des Phasenwechselmaterials 3 zwischen dem elektrischen Heizanschluss T2, T9 und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 gespeichert werden. Eine gewünschte Phase 3'', 3' des Phasenwechselmaterials 3 zwischen einem beliebigen der elektrischen Heizanschlüsse T2, T9 und einem beliebigen der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 kann durch Anlegen eines gegebenen phasenverändernden Signals, zum Beispiel eines Spannungsimpulses zwischen den vorstehend erwähnten elektrischen Anschlüssen, ermöglicht werden. Die logische Operation, die durchgeführt wird, erfolgt auf der Grundlage der Informationen R2, R8, R3, R9, die in den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind, wie hierin vorstehend bereits beschrieben.
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In einer ersten Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht die logische Operation, die durchgeführt wird, einer Leseoperation, bei welcher die Informationen R2, R8, R3, R9, die in den benachbarten Schichten 2, 2' zwischen einer Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 gespeichert sind, gelesen werden. Die Informationen, die in den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind, werden verwendet, um die logischen Eingaben bezüglich der logischen Operation, die über die Leseoperation durchgeführt wird, zu repräsentieren. Somit können die logischen Eingaben 1 und 0 durch die elektrischen Widerstände R2, R8, R3, R9 der amorphen Phase 3' bzw. der kristallinen Phase 3'' des Phasenwechselmaterials 3 repräsentiert werden, das zwischen dem elektrischen Heizanschluss T2, T9 und jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 in der Phasenwechsel-Speicherzelle jeder der benachbarten Schichten 2, 2' bereitgestellt ist.
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Die Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 kann ein Paar elektrischer Anschlüsse in dem Halbleiterstapel 1 aufweisen, wobei eine Kombination von diesen so gewählt wird, dass sie sich von jeder Kombination der elektrischen Anschlüsse T2–T5, T5–T9, T2–T6, T6–T9 unterscheidet, zwischen welchen die Informationen R2, R8, R3, R9 in den entsprechenden Phasenwechsel-Speicherzellen der benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind. Die Leseoperation und die entsprechende logische Operation, die durchgeführt wird, hängt von einer getroffenen Auswahl der Leseanschlüsse T2–T9; T5–T6 ab. Diesbezüglich kann ein Lesesignal so ausgebreitet werden, dass gleichzeitig auf jeden Weg T2–T5–T9, T2–T6–T9; T5–T9–T6, T5–T2–T6 zwischen der ausgewählten Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 zugegriffen wird. Jeder solche Weg T2–T5–T9, T2–T6–T9; T5–T9–T6, T5–T2–T6 weist eine Route zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 auf, in welcher Informationen R2, R8, R3, R9 in den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind. Die elektrischen Widerstände R2, R8, R3, R9 auf einem Weg T2–T5–T9, T2–T6–T9; T5–T9–T6, T5–T2–T6 zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 sind in Reihe miteinander verbunden. In Bezug auf mehrere Wege zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 sind die elektrischen Widerstände R2, R8; R8, R9 auf einem der mehreren Wege T2–T5–T9, T5–T9–T6 parallel mit den elektrischen Widerständen R3, R9; R2, R3 auf einem anderen der mehreren Wege T2–T6–T9, T5–T2–T6 zwischen der ausgewählten Gruppe der Leseanschlüsse T2–T9; T5–T6 verbunden.
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In der ersten Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, kann die logische Operation eine gegebene logische ODER-Operation aufweisen, welche einer Erscheinungsform der Leseoperation entspricht, bei welcher die Informationen gelesen werden, die in den benachbarten Schichten 2, 2' auf mindestens einem Weg T2–T5–T9, T2–T6–T9; T5–T9–T6, T5–T2–T6 zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 gespeichert sind. Ferner, und in Bezug auf eine andere Erscheinungsform der Leseoperation, kann die logische Operation, die durchgeführt wird, eine logische UND-Operation aufweisen, wobei jede der logischen Eingaben dieser durch Lesen der Informationen erzeugt wird, die in den benachbarten Schichten 2, 2' auf einem gegebenen Weg zwischen T2–T5–T9, T2–T6–T9; T5–T9–T6, T5–T2–T6 zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen T2–T9; T5–T6 gespeichert sind.
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Um ein Verständnis der ersten Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erhalten, und unter Bezugnahme auf 1 werden logische Eingaben 1 und 0 durch die elektrischen Widerstände der amorphen Phase R3, R9, 3' und der kristallinen Phase R2, R8, 3'' repräsentiert, mittels welcher Informationen in den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind. Eine gegebene logische ODER-Operation wird an den logischen Eingaben 1, 0 durchgeführt, welche den in Reihe verbundenen elektrischen Widerständen auf einem Weg zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen entsprechen, in welchen Informationen zwischen den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind. Die logische UND-Operation wird für die elektrischen Widerstände auf einem Weg zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen durchgeführt, die mit den elektrischen Widerständen auf einem anderen Weg zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen parallel verbunden sind, wobei jede der logischen Eingaben für die logische UND-Operation in einer entsprechenden logischen ODER-Operation erzeugt wird, die für jeden der Wege zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen durchgeführt wird, wie hierin vorstehend bereits beschrieben. So entspricht unter Bezugnahme auf 1 eine Leseoperation zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen T2 und T9 der logischen Operation: (R2 ODER R8) UND (R3 ODER R9), welche eine logische Ausgabe 0 ergibt, und eine Leseoperation zwischen der Gruppe von Leseanschlüssen T5 und T6 entspricht der logischen Operation: (R2 ODER R3) UND (R8 ODER R9), welche eine logische Ausgabe 1 ergibt. Somit können unter Verwendung verschiedener Gruppen von Leseanschlüssen für dieselben Informationen, die zwischen den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind, verschiedene logische Operationen durchgeführt werden.
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In einer zweiten Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schreiboperation mit den Schreibanschlüssen T5–T9 durchgeführt, welche auf einem Schreibweg T2–T5–T9 der benachbarten Schichten 2, 2' bereitgestellt sind. Gleichzeitig mit der Schreiboperation wird eine logische Operation durchgeführt, gemäß welcher die Informationen modifiziert werden, die in einem gegebenen Format auf einem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 in den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind. Wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf 1 bereits allgemein erklärt, können Informationen auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 mit den elektrischen Widerständen R3, R9 gespeichert werden, welche zu der amorphen 3' und kristallinen 3'' Phase des Phasenwechselmaterials 3 gehören können, das zwischen der entsprechenden Kombination elektrischer Heizanschlüsse T2, T9 und eines weiteren elektrischen Heizanschlusses T6 auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 bereitgestellt ist. In dem vorliegenden Beispiel werden die logischen Werte 1, 0 entsprechend zum Repräsentieren der amorphen Phase 3' und der kristallinen Phase 3'' verwendet. Die Informationen R3, R9, die auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 gespeichert sind, können die logischen Eingaben 1, 0 einer logischen UND-Operation aufweisen, die gleichzeitig mit der Schreiboperation durchgeführt wird. Bei der Schreiboperation kann ein kristallisierender Spannungsimpuls V1 an die Schreibanschlüsse T2, T5 in Bezug auf einen anderen Schreibanschluss T9 auf dem Schreibweg T2–T5–T9 angelegt werden, während der Anschluss T6 auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 schwebend gelassen wird. Die logische UND-Operation, die gleichzeitig mit der Schreiboperation durchgeführt wird, bewirkt, dass die Informationen R3, R9, die auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 gespeichert sind, modifiziert werden. Die modifizierten Informationen weisen die logische Ausgabe 1, 0 der logischen UND-Operation auf; sie werden an der Stelle auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 gespeichert, wo die Modifikation der Informationen aufgrund der logischen UND-Operation stattgefunden hat.
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Für den kristallisierenden Spannungsimpuls V1, der bei der Schreiboperation angelegt wird, wie hierin vorstehend bereits erwähnt, und für die Informationen, die auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 durch entsprechende elektrische Widerstände R3, R9 gespeichert sind, welche logische Eingabekombinationen 1, 1 oder 0, 0 repräsentieren, erfolgt keine Modifikation der Informationen, die auf dem gegebenen Speicherweg T2–T6–T9 gespeichert sind, als Folge der logischen UND-Operation, die gleichzeitig mit der Schreiboperation durchgeführt wird. Stattdessen bewirkt nur dort, wo die entsprechenden elektrischen Widerstände R3, R9 die logische Eingabekombination 0, 1 oder 1, 0 repräsentieren, die Durchführung der Schreiboperation, wie oben beschrieben, eine Modifikation dieses elektrischen Widerstands R3, R9 auf dem gegebenen Speicherweg, welche dem entspricht, dass die amorphe Phase 3', logischer Wert 1, in die kristalline Phase 3'', logischer Wert 0, geändert wird. Die modifizierten Informationen R3, R9, 3'' entsprechen im vorliegenden Fall der logischen Ausgabe 0 der logischen UND-Operation. Die modifizierten Informationen werden wieder an der Stelle gespeichert, wo die Modifikation der Informationen durch die logische UND-Operation bewirkt worden ist, d. h. mittels des modifizierten elektrischen Widerstands R3, R9 zwischen der entsprechenden Kombination aus elektrischem Heizanschluss T2, T9 und dem weiteren elektrischen Heizanschluss T6 auf dem Speicherweg T2–T6–T9, welcher die benachbarten Schichten 2, 2' überspannt.
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Die zweite Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das oben gegebene Beispiel beschränkt, und in der Tat ist eine Modifikation der Informationen, die auf einem beliebigen gewünschten Speicherweg in einer oder beiden der benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind, durch Durchführen einer Schreiboperation in Bezug auf einen geeignet gewählten Schreibweg/geeignet gewählte Schreibanschlüsse auch vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 2 dargestellt, wird eine Matrix 100 bereitgestellt, welche mehrere Halbleiterstapel 1, 10 aufweist, die in elektrischem Kontakt miteinander und relativ zueinander gestapelt bereitgestellt sind. Jeder der Halbleiterstapel 1, 10 in der Matrix 100 weist Merkmale und Vorteile auf, welche einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechen, wie sie in Bezug auf 1 beschrieben ist. So weist der Halbleiterstapel 10 benachbarte Schichten 2, 2' auf, wobei jede Schicht 2, 2' eine Phasenwechsel-Speicherzelle aufweist. Jede Phasenwechsel-Speicherzelle weist ein Phasenwechselmaterial 3 auf, das zwischen einem elektrischen Heizanschluss T10, T3 und zwei weiteren elektrischen Heizanschlüssen T6, T7 bereitgestellt ist, wobei die elektrischen Heizanschlüsse T10, T3 in elektrischer Kommunikation mit jedem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T6, T7 bereitgestellt sind. Wie in dem Beispiel der 2 zu sehen ist, entsprechen die Informationen, die mittels der elektrischen Widerstände R4, R10 gespeichert werden, einer logischen Eingabe 0, und die elektrischen Widerstände R5 und R11 entsprechen einer logischen Eingabe 1.
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In dem Beispiel, das in 2 dargestellt ist, werden alle Halbleiterstapel 110 einander benachbart bereitgestellt; sie weisen gemeinsam zwischen sich den weiteren elektrischen Heizanschluss T6 auf. Obwohl nicht dargestellt, können in einer Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die mehreren Halbleiterstapel 1, 10 aufeinander gestapelt bereitgestellt werden. Beispielsweise und unter Bezugnahme auf die strukturellen Merkmale der Halbleiterstapel 1, 10, wie in 2 dargestellt, benutzen für den Halbleiterstapel 10, der auf dem Halbleiterstapel 1 bereitgestellt ist, diese zwischen sich gemeinsam einen elektrischen Heizanschluss, welcher in dem vorliegenden Beispiel ein elektrischer Heizanschluss T9 des Halbleiterstapels 1 oder T3 des Halbleiterstapels 10 sein kann. In einer weiteren Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die vorstehend beschriebenen Stapelanordnungen kombiniert werden, um eine zweidimensional gestapelte Matrix 100 zu erhalten, welche mindestens einen Halbleiterstapel 1 mit entsprechenden darauf oder dazu benachbart bereitgestellten Halbleiterstapeln 10 aufweist. In dieser Hinsicht, und als Beispiel gedacht, werden mindestens zwei strukturelle Merkmale, namentlich eines der elektrischen Heizanschlüsse T9, T3 und eines der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T6, von den Stapeln 1, 10 in dieser Anordnung gemeinsam benutzt. In noch einer weiteren Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die mehreren Halbleiterstapel 1, 10 relativ zueinander dreidimensional gestapelt sein.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hängen die logischen Operationen, die durchgeführt werden, von den Informationen R2, R8, R3, R9 ab, die in den benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind. Um die Neukonfigurierung der logischen Operation zu ermöglichen, werden die Informationen, die zwischen mindestens einem elektrischen Heizanschluss T2, T9 und einem der zwei weiteren elektrischen Heizanschlüsse T5, T6 in der Phasenwechsel-Speicherzelle in einer der benachbarten Schichten 2, 2' gespeichert sind, geändert.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Leseoperation beschränkt, die von einem gegebenen Leseanschluss begonnen wird. Auch vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst ist, wenn eine logische Eingabe 1 von dem elektrischen Widerstand der kristallinen Phase des Phasenwechselmaterials zwischen einer gegebenen Gruppe von Schreibanschlüssen repräsentiert wird, und wenn eine logische Eingabe 0 von dem elektrischen Widerstand der amorphen Phase des Phasenwechselmaterials zwischen einer gegebenen Gruppe von Schreibanschlüssen repräsentiert wird.
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Die vorliegende Erfindung ist lediglich beispielhaft beschrieben worden, und es können innerhalb des Umfangs der Erfindung Modifikationen der Einzelheiten vorgenommen werden.
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Jedes in der Beschreibung und, wo dies zutrifft, den Patentansprüchen und den Zeichnungen offenbarte Merkmal kann unabhängig oder in einer beliebigen geeigneten Kombination bereitgestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7186998 B2 [0005, 0005]
- US 2011/0096594 A1 [0006]
