DE19960247B4 - Datenspeicher und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Datenspeicher (1) mit einer Vielzahl von Speicherzellen (2) zur Speicherung von Daten, welche durch eine erste physikalische Größe von Speicherelementen (22) der Speicherzellen (2) repräsentiert sind, wobei eine Detektionseinrichtung (11) zur Erfassung der die Daten repräsentierenden ersten physikalischen Größe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Detektionseinrichtung (12) zur Erfassung einer zweiten physikalischen Größe des Speicherelements (22) vorgesehen ist, die neben der ersten, die Daten repräsentierenden, physikalischen Größe unabhängig von dieser eine zweite detektierbare Information darstellt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Datenspeicher mit einer Vielzahl von Speicherzellen zur Speicherung von Daten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und den Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs 19 sowie auf ein Verfahren zur permanenten Speicherung von Informationen in Speicherzellen eines Datenspeichers zur reversiblen oder permanenten Speicherung von Daten gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs 22.
  • Bei Halbleiterspeichern, insbesondere DRAM-Halbleiterspeichern, werden in ihrer Speicherkapazität gegenüber den Speicherzellenarrays kleinere Speicher zur permanenten Speicherung der sogenannten Redundanz-Informationen benötigt. Diese Permanentspeicher wachsen in ihrer benötigten Kapazität und somit in ihrem Platzbedarf auf dem Speicherchip mit den immer größer werdenden Speicherzellenarrays zur reversiblen Speicherung der Daten. Hierbei sind eigene Ansteuer- und Auswerteschaltungen für die Permanentspeicher notwendig, die weiteren kostbaren Platz auf den Halbeleiterchips belegen. Eine Alternative zu den zusätzlichen Permanentspeichern wäre wünschenswert, um den so gewonnenen Platz für das Speicherzellenfeld verwenden zu können und somit die Speicherkapazität zu erhöhen.
  • Aus der US 5,623,442 ist eine Speicheranordnung mit Speicherzellen der eingangs gennanten Art bekannt, wobei in einer Speicherzelle zwei verschiedene Speicherelemente vorgesehen sind, die unabhängig voneinander beschrieben und ausgelesen werden können. Ein erstes Speicherelement ist als dynamischer RAM-Speicher, ein zweites Speicherelement ist als nichtflüchtiges Speicherelement ausgebildet. Ein Nachteil des bekannten Speichers besteht in dem relativ komplexen Aufbau der Speicherzellen.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Datenspeicher der eingang genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem die Speicherkapazität bei gleichbleibender Anzahl an Speicherzellen erhöht ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt vorrichtungsmäßig nach den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 19 oder verfahrensmäßig nach den kennenzeichenden Merkmalen des Anspruchs 22.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine zweite Detektionseinrichtung zur Erfassung einer zweiten physikalischen Größe vorgesehen ist, die neben der ersten, die Daten repräsentierenden, physikalischen Größe unabhängig von dieser eine zweite detektierbare Information darstellt.
  • Die Erfindung schlägt vor, bei einem herkömmlich aufgebauten Speicher, insbesondere Halbleiterspeicher vom wahlfreien Zugriffstyp, eine zweite Detektionseinrichtung vorzusehen, die insbesondere bei Halbleiterspeichern mit Speicherkondensatoren in den einzelnen Speicherzellen des Speicherzellenfeldes eine weitere sonst nicht ausgewertete physikalische Größe der Speicherelemente zur Speicherung von Daten heranzieht, ohne die Speicherfähigkeiten bezüglich der Daten der Speicherzellen zu beeinträchtigen. Hierdurch wird eine Mehrfachnutzung der Speicherkapazität einer Speicherzelle erreicht, die maximal in dem Datenspeicher speicherbare Informationsmenge, also Informationen und Daten zusammen, wird erheblich erhöht, bestenfalls sogar vervielfacht. Bei heute üblichen DRAM-Halbleiterspeichern könnte somit in einfacher Weise das zur Speicherung der Redundanzinformationen benötigte Fusefeld, das aus permanent programmierbaren Speicherzellen, im Gegensatz zum reversibel programmierbaren Speicherzellenfeld, aufgebaut ist, eingespart werden. Weiterhin ist die vorgeschlagene Weiterentwicklung von Datenspeichern insbesondere bei Halbleiterspeichern vom wahlfreien Zugriffstyp ohne große technologische Änderungen im Layout oder des Aufbaus der Speicherzellen möglich. Hierdurch ist eine Verwendung vorhandener Strukturen ohne technologischen Mehraufwand möglich und somit eine schnelle und billige Implementierung der Erfindung in bestehende Konzepte machbar. Neue Datenspeicher für die Speicherung einer größeren als vorher maximal möglichen Menge an Daten bzw. Informationen sind nun technisch möglich.
  • Eine vorteilhafte und daher besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Detektionseinrichtung die zweite physikalische Größe der Speicherzelle unmittelbar oder über ein hiervon abgeleitetes Signal abhängig als Messwert aufnimmt und eine Bewertung des Messwerts bezüglich seiner Über- oder Unterschreitung wenigstens eines vorbestimmten Schwell-Werts vornimmt und als Ergebnis der Bewertung ein Mess-Signal liefert. Durch die Vorgabe eines Schwell-Wertes wird die Bestimmung des Speicherzustandes der Informationen erheblich vereinfacht. Durch die Einstellbarkeit der Detektionsschwelle sind auch variable Einstellungen möglich, wodurch die Information mehrere Werte oder Zustände durch eine Staffelung des Schwell-Wertes annehmen kann.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite physikalische Größe die Kapazität, der Widerstand, die Impedanz, die Entlade- oder Ladezeit, die Ladekonstante, der Leckstrom, die Magnetisierungsrichtung oder -stärke der Speicherzelle oder Teile derselben, insbesondere des Speicherelements ist. Hierdurch ist in besonders einfacher Weise die Speicherung der Informationen neben den Daten in den einzelnen Speicherzellen ermöglicht, ohne die Funktionalität der Speicherzellen hinsichtlich der reversiblen oder permanenten Speicherung der Daten einzuschränken.
  • Eine ebenso bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste physikalische Größe die Leitfähigkeit, die Ladung, die Magnetisierungsrichtung oder die Magnetisierungsstärke der Speicherzelle oder Teile derselben, insbesondere des Speicherelements ist.
  • Vorteilhafterweise ist die Speicherzelle durch eine elektrische oder ferroelektrische Speicherzelle eines Speichers vom wahlfreien Zugriffstyp ausgebildet. Dem folgend ist bevorzugterweise das Speicherelement durch einen Speicherkondensator ausgebildet. Bei der Verwendung eines Speicherkondensators als Speicherelement kann in besonders einfacher Weise die Einprägung der Informationen durch Veränderung der Kapazität des Speicherkondensators geschehen, ohne die Speicherfähigkeit des Speicherkondensators bezüglich der über die Ladung repräsentierten Daten zu beeinflussen.
  • Weiterhin besonders vorteilhafterweise ist die zweite physikalische Größe die Retentionszeit oder Lade- bzw. Entladekonstante bzw. eine damit verbundene physikalischen Größe, insbesondere die mit der Zeit veränderte abgreifbare Lade-Spannung des Speicherkondensators der Speicherzelle. Hierdurch kann bei über die Kapazität eingeprägter Information diese durch die vorgeschlagene indirekte Bestimmung der Kapazität des Speicherkondensators in besonders einfacher Weise ermittelt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Datenspeicher in zwei Betriebsarten betreibbar, wobei in der ersten Betriebsart (Normalmode) die Speicherzellen unter Erfassung der ersten physikalischen Größen betrieben werden und in der zweiten Betriebsart (Permanentmode), die zweite physikalische Größe der Speicherzellen ausgewertet wird.
  • Weiterhin ist von Vorteil, dass der Datenspeicher in beiden Betriebsarten gleichzeitig betreibbar ist. Hierdurch ist es möglich, ohne einen von außen erreichten Wechsel der Betriebsarten, eine erheblich größere Menge an Daten bzw. Informationen in einem solchen Datenspeicher abzulegen.
  • Zur permanenten Speicherung einer zweiten detektierbaren Information besonders vorteilhaft und daher bevorzugt ist, dass in der Speicherzelle die Kapazität des Speicherkondensators auf einen vorbestimmten verringerten Wert eingestellt ist.
  • Ebenso vorteilhaft ist, dass der Speicherkondensator zur Verringerung seiner Kapazität mit einer Schreibspannung beaufschlagbar ist, die gegenüber den zur Detektion oder Einprägung der die Daten repräsentierenden erste physikalischen Größe anzulegenden Spannungen erhöht ist. Hierdurch kann eine „Verschlechterung" des Dielektrikums des Speicherkondensators oder sogar ein Durchbruch im Dielektrikum erzeugt werden, was eine permanente Verringerung der Speicherkapazität und somit eine permanente Programmierung oder Einprägung der Informationen zur Folge hat. Durch die Retentionszeit-Veränderung nach beispielsweise einem Durchbruch eines Speicherelements kann die Information einfach durch eine zeitlich verschobene Bewertung der Ladung der Speicherzelle festgestellt werden.
  • Gemäß einer nicht minder vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Speicherkondensator zur Verringerung seiner Kapazität mit Wärme beaufschlagbar ausgebildet ist. Auch hierdurch ist eine Verschlechterung des Dielektrikums bzw. eine Verringerung der Kapazität mit den oben erwähnten Vorteilen verbunden.
  • Eine bevorzugte Variante der Erfindung schlägt vor, dass die erste und die zweite Detektionseinrichtung baulich durch eine einzige Detektoreinrichtung ausgebildet ist. Somit wird neben der Einsparung eines Speicherzellenfeldes zur Speicherung der Informationen zusätzlich auch noch die Fläche für die zweite Detektionseinrichtung frei, bzw. die Schaltung eingespart.
  • Zur Ermittlung des Speicherzustands der Daten und/oder der zweiten detektierbaren Information ist die erste und/oder die zweite Detektionseinrichtung oder die Detektoreinrichtung nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einer Referenzspannung beaufschlagt.
  • Bevorzugterweise ist die Detektoreinrichtung oder die zweite Detektionseinrichtung zur Erfassung der insbesondere durch den Leckstrom verringerten Ladung des Speicherelements mit mindestens einer zweiten Referenzspannung beaufschlagbar, wodurch mehrere verschiedene zweite detektierbare Informationen ermittelbar sind. Hierdurch wird ermöglicht, neben den beiden binären Zuständen 1 und 0 weitere Zustände zu erreichen, was die Speicherkapazität bezüglich der Informationen erheblich steigert.
  • Eine besonders vorteilhafte und daher bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Detektionseinrichtung oder die Detektoreinrichtung ein der Speicherzelle zugeordneter Senseverstärker ist. Durch die Verwendung der sowieso vorhandenen Senseverstärker sind nur noch sehr wenige Veränderungen an schon bestehenden Datenspeicherdesigns notwendig, um die erfindungsgemäße Speicherung von Informationen zu ermöglichen, eine schnelle und kostengünstige Implementierung ist hiermit möglich.
  • Eine Umschalteinrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, um einen Wechsel der Betriebsarten (Normalmode oder Permanentmode) zu ermöglichen. Dem folgend ist die Umschalteinrichtung durch ein von außen an den Datenspeicher anzulegendes Signal bzw. durch ein aus einem solchen abgeleitetes Signal gesteuert.
  • Nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist ein Datenspeicher vorgesehen, der über eine Vielzahl von Speicherzellen zur Speicherung von Daten verfügt, wobei die Daten über eine erste physikalische Größe der speichernden Speicherelemente der Speicherzellen repräsentiert sind, beispielsweise Leitfähigkeit oder Ladung, insbesondere die an einem als Speicherelement vorgesehenen Speicherkondensator abgreifbare Spannung wobei eine Detektionseinrichtung zur Erfassung der die Daten repräsentierenden physikalischen Größe vorgesehen ist, die vermittels einer Referenzspannung den Speicherzustand ermittelt, wobei die Detektionseinrichtung mit mindestens einer zweiten Referenzspannung beaufschlagbar ist, zur unmittelbaren oder abhängigen, über ein Signal abgeleiteten, Erfassung einer zweiten physikalischen Größe der Speicherzelle oder Teile derselben, insbesondere des Speicherelements, insbesondere des Leckstroms des zur Speicherung der Daten vorgesehenen Speicherkondensators, wobei die zweite physikalische Größe die neben der ersten, die Daten repräsentierenden, physikalischen Größe unabhängig von dieser eine zweite detektierbare Information oder einen des aufgrund des Leckstromes und der Lade-Spannung und/oder der zweiten Referenzspannung ermittelten zweiten Speicherzustand darstellt.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass mehr als zwei Referenzspannungen vorgesehen sind, wodurch mehrere verschiedene zweite detektierbare Information oder zweite Speicherzustände detektierbar sind. Wiederum ist hier eine gegenüber dem binären System höhere Daten- bzw. Informationsdichte bzw. -menge speicherbar.
  • Bevorzugterweise ist die Detektionseinrichtung ein der Speicherzelle zugeordneter Senseverstärker. Hierdurch werden durch Einsparung neuer Strukturen die hierfür benötigten Flächen beispielsweise auf einem den Datenspeicher tragenden Substrat frei.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zur permanenten Speicherung von Informationen in Speicherzellen eines Datenspeichers zur reversiblen oder permanenten Speicherung von Daten mit einer Vielzahl von Speicherzellen, wobei die Daten über eine erste physikalische Größe der speichernden Speicherelemente der Speicherzellen repräsentiert sind, insbesondere Leitfähigkeit oder Ladung, insbesondere die an einem als Speicherelement einer Speicherzelle vorgesehenen Speicherkondensator abgreifbare Spannung, wobei eine Detektionseinrichtung zur Erfassung der die Daten repräsentierenden ersten physikalischen Größe vorgesehen ist und die physikalischen Eigenschaften der Speicherzelle entsprechend einer zu erreichenden permanenten Speicherung der Informationen so verändert werden, dass eine zweite detektierbare physikalische Größe, unabhängig von der zur Bestimmung des Speicherzustands der Daten erfassten ersten physikalischen Größe, durch die Detektionseinrichtung oder eine weitere Detektoreinrichtung bestimmbar wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Verfahrens sieht vor, dass die zweite detektierbare physikalische Größe die Kapazität der Speicherzellen oder eine damit verbundene physikalische Größe ist und zur Einprägung der permanenten Informationen die Retentionszeit von bestimmten Speicherzellen bzw. -elementen verändert wird. Hierdurch können übliche Halbleiterspeicher in einfacher Weise in ihrer Speicherkapazität erhöht werden.
  • Eine weitere vorteilhafte und daher bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Detektionseinrichtung zur Erfassung der ersten physikalischen Größe bzw. der Daten oder eine zweite Detektionseinrichtung zur Messung der zweiten physikalischen Größe verwendet wird und diese zur Bestimmung der zweiten physikalischen Größe mit wenigstens einer Referenzspannung beaufschlagt wird.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
  • 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Datenspeichers;
  • 2 eine schematische Darstellung der Signalverläufe der in einem Speicherkondensator gespeicherten Ladung nach dem Ausführungsbeispiel; und
  • 3 ein Darstellung der zeitlichen Signale zur Umschaltung der Betriebsmodi.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßer Datenspeicher 1 dargestellt, mit einem eine Vielzahl von Speicherzellen 2 umfassenden Speicherzellenfeld Z, wobei den Speicherzellen 2 Wortleitungen W und Senseleitungen S zugeordnet sind, über welche Senseleitungen S die Speicherzellen 2 mit ihnen zugeordneten Senseverstärkern 13 als Detektoreinrichtung zur Detektion ihres Ladungszustandes verbunden sind.
  • Die Detektion der die Daten repräsentierenden Speicherzustände erfolgt hierbei über die Auswertung des über die Senseleitungen abgegriffenen Messwerts VS. Dieser Betriebsmodus entspricht dem bekannten Normalbetrieb (Normalmodus) des Datenspeichers. Der Messwert VS wird durch den Ladezustand des als Speicherkondensator 21 ausgebildeten Speicherelements 22 bestimmt, indem dessen Kondensatorplatten in bekannter Art und Weise mit der Senseleitung S und über diese mit dem Senseverstärker 13 verbunden werden. Die Auswertung des Messwerts VS durch den Senseverstärker 13 zum Mess-Signal MS erfolgt in bekannter Weise vermittels einer an den Senseverstärker angelegten Referenzspannung VR.
  • Die Speicherzellen werden nicht nur in bekannter Weise zur Speicherung von reversiblen Daten über eine erste physikalischen Größe, beispielsweise die Ladung einer Kapazität, verwendet, sondern auch über eine zweite physikalische Größe, beispielsweise die Kapazität selber, zur Speicherung von weiteren Informationen unabhängig von der Speicherung der Daten. Die Größe der Kapazität, bzw. die künstlich verschlechterte Retentionszeit, stellt somit neben der die Daten repräsentie renden ersten physikalischen Größe eine eigene zweite detektierbare Information dar. Eine entsprechende Anwendung ist auch bei permanenten Datenspeichern oder anderen Formen von reversiblen Datenspeichern möglich.
  • Zusätzlich zu diesen bekannten Eigenschaften eines Halbleiterspeichers vom wahlfreien Zugriffstyp wird vermittels des Senseverstärkers 13 nicht nur der Ladezustand des Speicherkondensators 21 bestimmt, sondern auch dessen Speicherkapazität. Hierzu wird an den Senseverstärker 13 eine weitere, von der ersten Referenzspannung VR verschiedene zweite Referenzspannung VR2 angelegt. Durch das von der ersten Referenzspannung VR Verschiedene Potential der zweiten Referenzspannung VR2 werden die Speicherzustände bei Speicherzellen 2 mit eingestellt verringerter Speicherkapazität und/oder Leckstrom, was der permanenten Speicherung der Informationen entspricht, des Speicherkondensators 21 zu einer anderen Bewertung des Speicherinhalts führen. Aufgrund dieser zweiten Bewertung, die durch das schneller abfallende Potential bzw. der Lade-Spannung bei Speicherzellen mit verringerter Kapazität des Kondensators und somit höherem Leckstrom zustande kommt, kann die Größe der Kapazität selbst als zweite detektierbare Information bestimmt werden.
  • Durch die Möglichkeit Informationen permanent in einem Datenspeicher abzulegen, ohne dessen Speichereigenschaften für Daten zu beeinträchtigen, können bisher Verwendung findende eigenständige Permanentspeicher, die zusätzlich zu den reversiblen Speichern benötigt werden, um beispielsweise Redundanzinformationen verfügbar zu halten, eingespart werden. Bisher Verwendung findendende von außen vermittels eines Laserstrahls eingestellte sog. Laserfuses als permanente Informationsträger oder sog. Antifuse- oder Fusefelder sind nun nicht mehr notwendig.
  • Die Verwendung der zweiten Referenzspannung VR2 und damit die Detektierung der zweiten detektierbaren Information geschieht hierbei vermittels eines Umschaltsignals MODE, das an die Senseverstärker 13 angelegt wird und vermittels einer Umschalteinrichtung 3 aus einem von außen an den Speicher angelegten, beziehungsweise daraus generierten Signal zum Eintritt in den Permanentmode PERM generiert wird. Durch die vorgeschlagenen Ausgestaltungen kann auf die bisher Einsatz findenden sogenannten Fusefelder (kleine Permanentspeicher, mit gegenüber den Datenspeicher geringerer Speicherkapazität) zur permanenten Aufnahme der Redundanzinformation eines Halbleiterspeichers verzichtet werden.
  • Die Programmierung der erfindungsgemäßen Informationsspeicher kann ohne wesentliche Belastung der anderen Chipbereiche durch vorspannen einer gemeinsamen Array-Elektrode und Auswahl der angesprochenen Speicherzelle durch Row- und Column-Adresse, beispielsweise den Substratpegel zum Negativen hin vorspannen und dann jeweils selektiv pro Zelle eine positives Potenzial anlegen.
  • 2 zeigt einen schematischen Messwert A eines Speicherkondensators 21, der in seiner Kapazität nicht verringert wurde, und einen Messwert B eines Speicherkondensators dessen Kapazität verringert wurde. Im ersten Fall (A) fällt die Spannung des Speicherkondensators langsamer als im zweiten, da dort durch die verringerte Kapazität und/oder den erhöhten Leckstrom die Ladung nicht so groß war bzw. schneller abfließt.
  • Bei entsprechender Wahl der zweiten Referenzspannung VR2 wird nun der Speicherzustand beim Signalverlauf B als eine logische Null bewertet, wobei der Speicherzustand beim Signalverlauf A noch als logische „Eins" interpretiert wird. Die erste Referenzspannung VR ist so zu wählen, dass der Speicherzustand bei beiden dargestellten Signalverläufen als „Eins" gewertet wird.
  • Durch Einführen einer weiteren (nicht dargestellten) Referenzspannung können noch weitere detektierbare Stufen und damit mehrere Werte für die Information ermöglicht werden. Somit kann die Information auch eine höhere Datendichte haben als es das binäre System zulässt. Die zweite detektierbare Information wird mehrstufig, kann so also mehrere verschiedene Speicherzustände annehmen, d.h. die Kapazität der Speicherkondensatoren werden in mehrere Stufen verringert, bzw. die zweiten physikalischen Größe wird in Stufen eingestellt.
  • Zur Einprägung der permanenten Informationen wird die Retentionszeit von den zu programmierenden Speicherelementen bzw. -kondensatoren 21 verändert. Hierdurch wird die zweite detektierbare physikalische Größe, die Kapazität der Speicherzellen, so verändert, dass die oben beschriebene Detektion möglich wird. Die Veränderung der Kapazität erfolgt am besten vermittels einer Wärmebehandlung, beispielsweise durch einen Strom durch die Speicherzelle, oder durch einen sogenannten Durchbruch des Dielektrikums vermittels einer höheren als normal verwendeten Spannung, um das Dielektrikum dauerhaft zu „verschlechtern". Die Beaufschlagung des Kondensators mit einer Spannung hätte kurze, und damit gewünschte, Programmierdauern zur Folge, da bei geeigneten Spannungsverhältnissen die Zeit bis zum Durchbruch des Dielektrikums sehr kurz ist (wenige μsec). Ein solcher Durchbruch hat auch eine hohe Zuverlässigkeit da der Durchbruch eines Isolators irreversibel ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Programmierung der Speicher auch noch nach Montage möglich ist (wie beiden bekannten Antifuses).
  • Das Auslesen der permanenten Informationen könnte durch eine Signalfolge eingeleitet werden, wie sie in 3 dargestellt ist. Nach Anlegen der externen Versorgungsspannung Vext wird ein spezielles Signal READ an den Datenspeicher angelegt, aus dem intern das Signal für Eintritt in den Permanentmode PERM und/oder das Umschaltsignal MODE generiert wird.
  • Somit würde das Auslesen der permanenten Informationen beim sogenannten Power up des Datenspeichers vorgenommen werden, denkbar ist aber auch, dass während des Normalbetriebs die permanenten Informationen auslesbar sind, da die Retentionszeiten auch während des Normalbetriebs (Auslesen der reversiblen Daten) detektierbar bleiben. Beispielsweise über den Ladungsabfall ohne Verlust der reversiblen Speicherung.
  • Sollte der gleichzeitige Betrieb des Datenspeichers in beiden Betriebsarten (Permanentmode und Normalmode) nicht erwünscht sein, so ist dies durch Zwischenspeichern der ausgelesenen Informationen in beispielsweise einem Flipflop oder anderen bereichen des Datenspeichers möglich. Beispielsweise ist die Verwendung der Detektionsschaltung zur Speicherung der Informationen denkbar.
  • Der vorgeschlagene Datenspeicher ermöglicht unter Verwendung vorhandener bekannter Schaltungen (Senseverstärker) zur Zustandsdetektion und Speicherelemente (DRAM-Zellen) zur permanenten Speicherung eine erhebliche Vergrößerung der speicherbaren Daten bzw. Informationsmenge. Im besten Fall wird eine Vervielfachung der Speicherkapazität der bekannten Strukturen ermöglicht.
  • Die neue Technologie hat hierbei einen geringen Platzbedarf und hohe Prozessverträglichkeit, da wie schon erwähnt, keine neuen oder aufwendigen Strukturen geschaffen werden müssen. Ein Großteil der schon vorhandenen Masken zur Produktion der Speicherchips kann weiterhin verwendet werden.

Claims (24)

  1. Datenspeicher (1) mit einer Vielzahl von Speicherzellen (2) zur Speicherung von Daten, welche durch eine erste physikalische Größe von Speicherelementen (22) der Speicherzellen (2) repräsentiert sind, wobei eine Detektionseinrichtung (11) zur Erfassung der die Daten repräsentierenden ersten physikalischen Größe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Detektionseinrichtung (12) zur Erfassung einer zweiten physikalischen Größe des Speicherelements (22) vorgesehen ist, die neben der ersten, die Daten repräsentierenden, physikalischen Größe unabhängig von dieser eine zweite detektierbare Information darstellt.
  2. Datenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Detektionseinrichtung (12) die zweite physikalische Größe der Speicherzelle (2) unmittelbar oder über ein hiervon abgeleitetes Signal abhängig als Messwert (VS) aufnimmt und eine Bewertung des Messwerts bezüglich seiner Über- oder Unterschreitung wenigstens eines vorbestimmten Schwellwerts vornimmt und als Ergebnis der Bewertung ein Mess-Signal (MS) liefert.
  3. Datenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite physikalische Größe die Kapazität, der Widerstand, die Impedanz, die Entlade- oder Ladezeit, die Ladekonstante, der Leckstrom, die Magnetisierungsrichtung oder -stärke der Speicherzelle (2) oder Teile derselben ist.
  4. Datenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste physikalische Größe die Leitfähigkeit, die Ladung, die Magnetisierungsrichtung oder die Magnetisierungsstärke der Speicherzelle (2) oder Teile derselben, insbesondere des Speicherelements (22) ist.
  5. Datenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle (2) durch eine elektrische oder ferroelektrische Speicherzelle eines Speichers vom wahlfreien Zugriffstyp ausgebildet ist.
  6. Datenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (22) durch einen Speicherkondensator (21) ausgebildet ist.
  7. Datenspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite physikalische Größe die Retentionszeit oder Lade- bzw. Entladekonstante bzw. eine damit verbundene physikalischen Größe ist, insbesondere die mit der Zeit veränderte abgreifbare Lade-Spannung (A, B) des Speicherkondensators (21) der Speicherzelle (2).
  8. Datenspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (1) in zwei Betriebsarten betreibbar ist, wobei in der ersten Betriebsart (Normalmode) die Speicherzellen (2) unter Erfassung der ersten physikalischen Größen betrieben werden und in der zweiten Betriebsart (Permanentmode), die zweite physikalische Größe der Speicherzellen ausgewertet wird.
  9. Datenspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (1) in beiden Betriebsarten gleichzeitig betreibbar ist.
  10. Datenspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur permanenten Speicherung einer zweiten detektierbaren Information in der Speicherzelle (2) die Kapazität des Speicherkondensators (21) auf einen vorbestimmten verringerten Wert eingestellt ist.
  11. Datenspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkondensator (21) zur Verringerung seiner Kapazität mit einer Schreibspannung beaufschlagbar ist, die gegenüber den zur Detektion oder Einprägung der die Daten repräsentierenden erste physikalischen Größe anzulegenden Spannungen erhöht ist.
  12. Datenspeicher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkondensator (21) zur Verringerung seiner Kapazität mit Wärme beaufschlagbar ausgebildet ist.
  13. Datenspeicher nach einem des vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (11) und die zweite (12) Detektionseinrichtung baulich durch eine einzige Detektoreinrichtung (13) ausgebildet ist.
  14. Datenspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (11) und/oder die zweite (12) Detektionseinrichtung oder die Detektoreinrichtung (13) zur Ermittlung des Speicherzustands der Daten und/oder der zweiten detektierbaren Information mit einer Referenzspannung (VR) beaufschlagt ist.
  15. Datenspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtung (13) oder die zweite Detektionseinrichtung (12) zur Erfassung der insbesondere durch den Leckstrom verringerten Ladung des Speicherelements mit mindestens einer zweiten Referenzspannung (VR2) beaufschlagbar ist, wodurch mehrere verschiedene zweite detektierbare Informationen ermittelbar sind.
  16. Datenspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (11) und/oder die zweite (12) Detektionseinrichtung oder die Detektoreinrichtung (13) ein der Speicherzelle zugeordneter Senseverstärker ist.
  17. Datenspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung (3) zum Wechsel der Betriebsarten (Normalmode oder Permanentmode) vorgesehen ist.
  18. Datenspeicher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (3) durch ein von außen an den Datenspeicher anzulegendes Signal gesteuert ist.
  19. Datenspeicher (1) mit einer Vielzahl von Speicherzellen (2) zur Speicherung von Daten, wobei die Daten über eine erste physikalische Größe der speichernden Speicherelemente (22) der Speicherzellen (2) repräsentiert sind, wobei eine Detektionseinrichtung (15) zur Erfassung der die Daten repräsentierenden physikalischen Größe vorgesehen ist, die vermittels einer Referenzspannung (VR) den Speicherzustand ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (15) mit mindestens einer zweiten Referenzspannung (VR2) beaufschlagbar ist, zur unmittelbaren oder abhängigen, über ein Signal abgeleiteten, Erfassung einer zweiten physikalischen Größe der Speicherelemente (22), wobei die zweite physikalische Größe die neben der ersten, die Daten repräsentierenden, physikalischen Größe unabhängig von dieser eine zweite detektierbare Information oder einen des aufgrund des Leckstromes und der Lade-Spannung und/oder der zweiten Referenzspannung (VR2) ermittelten zweiten Speicherzustand darstellt.
  20. Datenspeicher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Referenzspannungen vorgesehen sind, wodurch mehrere verschiedene zweite detektierbare Informationen oder zweite Speicherzustände detektierbar sind.
  21. Datenspeicher nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (15) ein der Speicherzelle (2) zugeordneter Senseverstärker ist.
  22. Verfahren zur permanenten Speicherung von Informationen in Speicherzellen eines Datenspeichers (1) zur reversiblen oder permanenten Speicherung von Daten mit einer Vielzahl von Speicherzellen (2), wobei die Daten über eine erste physikalische Größe der Speicherelemente (22) der Speicherzelle (2) repräsentiert sind, wobei eine Detektionseinrichtung (11, 13, 14 oder 15) zur Erfassung der die Daten repräsentierenden ersten physikalischen Größe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Eigenschaften des Speicherelementes (22) entsprechend einer zu erreichenden permanenten Speicherung der Informationen so verändert werden, dass eine zweite detektierbare physikalische Größe, unabhängig von der zur Bestimmung des Speicherzustands der Daten erfassten ersten phy sikalischen Größe, durch die Detektionseinrichtung oder eine weitere Detektionseinrichtung (12) bestimmbar wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite detektierbare physikalische Größe die Kapazität der Speicherzellen (2) oder eine damit verbundene physikalische Größe ist und zur Einprägung der permanenten Informationen die Retentionszeit von bestimmten Speicherzellen (2) bzw. -elementen (22) verändert wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (11, 13, 14, 15) zur Erfassung der ersten physikalischen Größe oder eine zweite Detektionseinrichtung (12) zur Messung der zweiten physikalischen Größe verwendet wird und diese zur Bestimmung der zweiten physikalischen Größe mit wenigstens einer Referenzspannung (VR2) beaufschlagt wird.
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