JP2013041649A - Write-in circuit of resistance change type nonvolatile storage element - Google Patents

Write-in circuit of resistance change type nonvolatile storage element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a write-in circuit of a resistance change type nonvolatile storage element capable of simply and independently performing write-in avoiding multiple write-in at a high speed.SOLUTION: A write-in circuit 1 for a resistance change element 2 applies voltage for causing the resistance change element 2 to transition to a low resistance state to the resistance change element 2 only when the resistance change element 2 is in a high resistance state, and applies voltage for causing the resistance change element 2 to transition to a high resistance state to the resistance change element 2 only when the resistance change element 2 is in a low resistance state.

Description

本発明は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子の書き込み回路に関する。   The present invention relates to a resistance variable nonvolatile memory element writing circuit.

抵抗変化素子(ReRAM)に代表される抵抗変化型の不揮発性記憶素子(以下、単に「不揮発性記憶素子」ともいう。)は、大容量化、高速動作、低消費電力及びビットコストが低い等の利点を備えるので、次世代の新型の不揮発性記憶素子として期待され、様々な開発が続けらている。   A variable resistance nonvolatile memory element represented by a variable resistance element (ReRAM) (hereinafter also simply referred to as “nonvolatile memory element”) has a large capacity, high speed operation, low power consumption, low bit cost, and the like. Therefore, it is expected as a next-generation new type non-volatile memory element, and various developments are being continued.

このような不揮発性記憶素子は、高抵抗状態(例えば、論理値「1」)と低抵抗状態(例えば、論理値「0」)の少なくとも2つの抵抗状態のいずれかをとり、正の電圧パルス及び負の電圧パルスが印加されたときに、その電圧パルスの極性に応じて、一方の抵抗状態から他方の抵抗状態に遷移する性質を有する。たとえば、不揮発性記憶素子が高抵抗状態(以下、「リセット状態」ともいう。)にある場合に、その不揮発性記憶素子の一端を基準に他端に対して一定の正電圧をもつパルス(以下、「セットパルス」ともいう。)を印加する(以下、「セットする」ともいう。)と、その不揮発性記憶素子は、低抵抗状態(以下、「セット状態」)に遷移する。一方、その不揮発性記憶素子が低抵抗状態(「セット状態」)にある場合に、その不揮発性記憶素子の一端を基準に他端に対して一定の負電圧をもつパルス(以下、「リセットパルス」ともいう。)を印加する(以下、「リセットする」ともいう。)と、その不揮発性記憶素子は、高抵抗状態(「リセット状態」)に遷移する。   Such a nonvolatile memory element has at least one of a high resistance state (for example, a logical value “1”) and a low resistance state (for example, a logical value “0”), and a positive voltage pulse. And when a negative voltage pulse is applied, it has the property of transitioning from one resistance state to the other according to the polarity of the voltage pulse. For example, when a nonvolatile memory element is in a high resistance state (hereinafter also referred to as “reset state”), a pulse having a constant positive voltage with respect to the other end with respect to one end of the nonvolatile memory element (hereinafter referred to as “reset state”). , (Also referred to as “set pulse”), the nonvolatile memory element transitions to a low resistance state (hereinafter referred to as “set state”). On the other hand, when the nonvolatile memory element is in a low resistance state (“set state”), a pulse having a constant negative voltage with respect to the other end with respect to one end of the nonvolatile memory element (hereinafter referred to as “reset pulse”). ”Is applied (hereinafter also referred to as“ reset ”), the nonvolatile memory element transitions to a high resistance state (“ reset state ”).

このような特性を有する不揮発性記憶素子に対して、いま、セット状態に書き込みたいケースを想定する。もっとも単純な書き込み方法として、その不揮発性記憶素子の抵抗状態に拘わらず、その不揮発性記憶素子に対してセットパルスを印加することが考えられる。しかしながら、このような書き込み方法では、既にセット状態にある不揮発性記憶素子に対してセットパルスを印加するという多重書き込みが行われてしまう可能性がある。セット状態にある不揮発性記憶素子に対してセットパルスを印加したり、その逆に、リセット状態にある不揮発性記憶素子に対してリセットパルスを印加したりするという多重書き込みは、不揮発性記憶素子に対して不要なエネルギーを印加することによる消費電力の増大を引き起こすだけでなく、不揮発性記憶素子に対して電気的ストレスがかかることによる不揮発性記憶素子の特性劣化(書き換え回数の減少等)を引き起こしてしまう。   Assume that a nonvolatile memory element having such characteristics is now written in a set state. As the simplest writing method, it is conceivable to apply a set pulse to the nonvolatile memory element regardless of the resistance state of the nonvolatile memory element. However, in such a writing method, there is a possibility that multiple writing in which a set pulse is applied to a nonvolatile memory element already in a set state may be performed. Multiple writing, such as applying a set pulse to a nonvolatile memory element in a set state and vice versa, applying a reset pulse to a nonvolatile memory element in a reset state is performed on the nonvolatile memory element. On the other hand, it not only increases power consumption by applying unnecessary energy, but also causes deterioration of characteristics of the nonvolatile memory element (reduction of the number of rewrites, etc.) due to electrical stress applied to the nonvolatile memory element. End up.

そこで、従来、このような多重書き込みを避ける技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図12は、従来の書き込み方法の手順を示すフローチャートである。ここでは、不揮発性記憶素子に対する書き込みに際して、まず、その不揮発性記憶素子の抵抗状態を読み出し(S1)、書き込む必要(つまり、抵抗状態を反転させる必要)があるか否かを判定し(S2)、書き込む必要がある場合にのみ(S2でYes)、不揮発性記憶素子への書き込みを行う(S3)。たとえば、不揮発性記憶素子をセットする場合には、まず、その不揮発性記憶素子の抵抗状態を読み出し(S1)、読み出した結果に応じて、その不揮発性記憶素子がリセット状態にあるか否かを判断し(S2)、リセット状態にある場合にだけ(S2でYes)、その不揮発性記憶素子にセットパルスを印加する(S3)。これにより、多重書き込みが回避される。   Therefore, conventionally, a technique for avoiding such multiple writing has been proposed (see, for example, Patent Document 1). FIG. 12 is a flowchart showing a procedure of a conventional writing method. Here, when writing to a non-volatile memory element, first, the resistance state of the non-volatile memory element is read (S1), and it is determined whether or not it is necessary to write (that is, it is necessary to invert the resistance state) (S2). Only when it is necessary to write (Yes in S2), writing to the nonvolatile memory element is performed (S3). For example, when setting a non-volatile memory element, first, the resistance state of the non-volatile memory element is read (S1), and whether or not the non-volatile memory element is in a reset state according to the read result. Judgment is made (S2), and only in the reset state (Yes in S2), a set pulse is applied to the nonvolatile memory element (S3). Thereby, multiple writing is avoided.

特開平07−220479号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-220479

しかしながら、上記従来の書き込み方法では、不揮発性記憶素子への書き込みのために、図12のフローチャートから分かるように、読み出し回路、判定回路、及び、書き込み回路が必要とされる。そのために、従来の技術では、不揮発性記憶素子の書き込み回路の規模が大きくなり、消費電力が増大したり、回路が複雑化したりするという問題がある。   However, in the conventional writing method, a read circuit, a determination circuit, and a write circuit are required for writing to the nonvolatile memory element, as can be seen from the flowchart of FIG. For this reason, the conventional technique has a problem that the scale of the write circuit of the nonvolatile memory element is increased, power consumption is increased, and the circuit is complicated.

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、簡素で、かつ、高速に、自立的に多重書き込みを回避した書き込みをすることができる抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路等を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such a problem, and writing of a variable resistance nonvolatile memory element that can perform writing while avoiding multiple writing in a simple and high speed manner. An object is to provide a circuit or the like.

上記目的を達成するために、本発明に係る抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路の一形態は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子に対する書き込み回路であって、前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態にある場合にだけ前記不揮発性記憶素子を低抵抗状態に遷移させるための電圧を前記不揮発性記憶素子に印加し、前記不揮発性記憶素子が低抵抗状態にある場合にだけ前記不揮発性記憶素子を高抵抗状態に遷移させるための電圧を前記不揮発性記憶素子に印加する。これにより、不揮発性記憶素子をセットする場合には、不揮発性記憶素子がリセット状態にある場合にだけセットパルスが印加され、一方、不揮発性記憶素子をリセットする場合には、不揮発性記憶素子がセット状態にある場合にだけリセットパルスが印加されるので、読み出し回路、判定回路、及び、書き込み回路等の回路を必要とすることなく、簡素で、かつ、高速に、多重書き込みを回避した書き込みが自動的(自立的)に行われる。   In order to achieve the above object, one embodiment of a resistance change nonvolatile memory element write circuit according to the present invention is a write circuit for a resistance change nonvolatile memory element, wherein the nonvolatile memory element has a high resistance. A voltage for causing the nonvolatile memory element to transition to a low resistance state is applied to the nonvolatile memory element only when the nonvolatile memory element is in a low resistance state, and only when the nonvolatile memory element is in a low resistance state Is applied to the non-volatile memory element. Thereby, when setting a non-volatile memory element, a set pulse is applied only when the non-volatile memory element is in a reset state. On the other hand, when resetting a non-volatile memory element, the non-volatile memory element is Since the reset pulse is applied only in the set state, writing that avoids multiple writing is simple and fast without the need for circuits such as a read circuit, a determination circuit, and a write circuit. It is done automatically (independently).

ここで、より詳しくは、前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態及び低抵抗状態のいずれの抵抗状態にあるかに依存して前記一端に、前記抵抗状態を遷移させるための電圧を発生する電圧発生回路を備える。さらに詳しくは、前記電圧発生回路は、前記不揮発性記憶素子の抵抗状態を読み出して保持する保持部と、前記保持部で保持された抵抗状態に応じた電圧を前記不揮発性記憶素子の一端に印加する印加部とを有するを備える。   More specifically, the resistance state is connected to one end of the nonvolatile memory element, and the resistance state at the one end depends on whether the nonvolatile memory element is in a high resistance state or a low resistance state. A voltage generation circuit for generating a voltage for making a transition. More specifically, the voltage generation circuit reads and holds the resistance state of the nonvolatile memory element, and applies a voltage corresponding to the resistance state held by the holding part to one end of the nonvolatile memory element. And an applying unit.

このとき、前記保持部は、前記不揮発性記憶素子の高抵抗状態における抵抗値と低抵抗状態における抵抗値との間の抵抗値をもつ参照抵抗を有し、前記参照抵抗の抵抗値と前記不揮発性記憶素子の抵抗値との大小関係を前記抵抗状態として保持し、前記印加部は、前記保持部に保持された大小関係に応じて、第1電圧及び前記第1電圧よりも低い第2電圧のいずれかを前記不揮発性記憶素子の一端に印加するのが好ましい。これにより、不揮発性記憶素子をセットする場合には、不揮発性記憶素子の抵抗値が参照抵抗の抵抗値より大きい場合にだけセットパルスが印加され、一方、不揮発性記憶素子をリセットする場合には、不揮発性記憶素子の抵抗値が参照抵抗の抵抗値より小さい場合にだけリセットパルスが印加される。   At this time, the holding unit has a reference resistance having a resistance value between a resistance value in a high resistance state and a resistance value in a low resistance state of the nonvolatile memory element, and the resistance value of the reference resistance and the nonvolatile memory element The magnitude relationship with the resistance value of the volatile memory element is held as the resistance state, and the application unit has a first voltage and a second voltage lower than the first voltage according to the magnitude relationship held in the holding unit. Is preferably applied to one end of the nonvolatile memory element. Thereby, when setting the nonvolatile memory element, the set pulse is applied only when the resistance value of the nonvolatile memory element is larger than the resistance value of the reference resistance, while when resetting the nonvolatile memory element. The reset pulse is applied only when the resistance value of the nonvolatile memory element is smaller than the resistance value of the reference resistance.

また、さらに、前記不揮発性記憶素子の他端に接続され、前記不揮発性記憶素子を高抵抗状態及び低抵抗状態の一方に設定する場合に、第3電圧及び前記第3電圧よりも低い第4電圧のうちの一方を前記他端に印加し、前記不揮発性記憶素子を高抵抗状態及び低抵抗状態の他方に設定する場合に、前記第3電圧及び前記第4電圧のうちの他方を前記他端に印加するスイッチ部を備えるとしてもよい。これにより、スイッチ部との連動により、多重書き込みを回避した書き込みが行われる。   Further, a fourth voltage lower than the third voltage and the third voltage is connected to the other end of the nonvolatile memory element and the nonvolatile memory element is set to one of a high resistance state and a low resistance state. When one of the voltages is applied to the other end and the nonvolatile memory element is set to the other of the high resistance state and the low resistance state, the other of the third voltage and the fourth voltage is set to the other A switch unit to be applied to the end may be provided. As a result, writing that avoids multiple writing is performed in conjunction with the switch unit.

また、抵抗変化型の不揮発性記憶素子に対する書き込み回路であって、前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態にある場合に前記一端に第1電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が低抵抗状態にある場合に前記一端に、前記第1電圧よりも低い第2電圧を印加する第1書き込み回路と、前記不揮発性記憶素子の他端に接続され、前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態にある場合に前記他端に前記第2電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が低抵抗状態にある場合に前記他端に、前記第1電圧を印加する第2書き込み回路とを備え、前記不揮発性記憶素子は、前記一端に第1電圧が印加され、かつ、前記他端に第2電圧が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化され、前記一端に第2電圧が印加され、かつ、前記他端に第1電圧が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化される性質を有する構成としてもよい。これにより、2つの書き込み回路を用いて、多重書き込みを回避した書き込みが行われる。   In addition, the write circuit for the variable resistance nonvolatile memory element is connected to one end of the nonvolatile memory element, and applies a first voltage to the one end when the nonvolatile memory element is in a high resistance state. A first write circuit that applies a second voltage lower than the first voltage to the one end when the nonvolatile memory element is in a low resistance state, and is connected to the other end of the nonvolatile memory element; The second voltage is applied to the other end when the nonvolatile memory element is in a high resistance state, and the first voltage is applied to the other end when the nonvolatile memory element is in a low resistance state. The nonvolatile memory element has a resistance value lowered when a first voltage is applied to the one end and a second voltage is applied to the other end. A second voltage is applied to the If the first voltage is applied to the other end, the resistance value may be configured to have a property of being high resistance. Thereby, writing avoiding multiple writing is performed using two writing circuits.

また、抵抗変化型の不揮発性記憶素子を、第1抵抗値と前記第1抵抗値よりも大きな第2抵抗値との間の抵抗値に設定する多値書き込み回路であって、前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、前記一端に第1電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記一端に前記第1電圧よりも低い第2電圧を印加する第1書き込み回路と、前記不揮発性記憶素子の他端に接続され、前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、前記他端に前記第2電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記他端に前記第1電圧を印加する第2書き込み回路とを備え、前記不揮発性記憶素子は、前記一端に第1電圧が印加され、かつ、前記他端に第2電圧が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化され、前記一端に第2電圧が印加され、かつ、前記他端に第1電圧が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化される性質を有する構成としてもよい。これにより、2つの書き込み回路を用いて、不揮発性記憶素子の抵抗値を2つの参照抵抗値の間に設定できる多値書き込みが行われる。よって、2つの参照抵抗値を変更する回路を付加することで、一つの不揮発性記憶素子の抵抗値を3以上の多値のいずれかに設定することが可能になり、1ビットで多値を記憶できるメモリセルが実現され、メモリセルあたりのメモリ容量が増大される。   In addition, the multi-value writing circuit sets the resistance change type nonvolatile memory element to a resistance value between a first resistance value and a second resistance value larger than the first resistance value. When the nonvolatile memory element is connected to one end of the element and has a resistance value smaller than the first resistance value, a first voltage is applied to the one end, and the nonvolatile memory element is more than the first resistance value. A first write circuit that applies a second voltage lower than the first voltage to the one end and the other end of the non-volatile memory element, and the non-volatile memory element is When the resistance value is smaller than the second resistance value, the second voltage is applied to the other end, and when the nonvolatile memory element has a resistance value larger than the second resistance value, the other end A second write circuit for applying the first voltage to The nonvolatile memory element has a high resistance when a first voltage is applied to the one end and a second voltage is applied to the other end, and the second voltage is applied to the one end. When the first voltage is applied to the other end, the resistance value may be reduced. Thereby, multi-value writing in which the resistance value of the nonvolatile memory element can be set between two reference resistance values using two write circuits is performed. Therefore, by adding a circuit for changing two reference resistance values, it becomes possible to set the resistance value of one nonvolatile memory element to any one of three or more multi-values. Memory cells that can be stored are realized, and the memory capacity per memory cell is increased.

また、抵抗変化型の不揮発性記憶素子を、第1抵抗値と前記第1抵抗値よりも大きな第2抵抗値との間の抵抗値に設定する多値書き込み回路であって、前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、第1電圧を前記一端に印加するとともに出力端子から出力し、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記第1電圧よりも低い第2電圧を前記一端に印加するとともに出力端子から出力する第1書き込み回路と、前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、前記第2電圧を出力端子から出力し、前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記第1電圧を出力端子から出力する第2書き込み回路と、前記不揮発性記憶素子の他端に接続された少なくとも2つのスイッチ素子とを備え、前記2つのスイッチ素子の一つは、前記第1書き込み回路の出力端子から前記第1電圧が出力されたときに、前記第2電圧を前記他端に印加し、前記2つのスイッチ素子の他の一つは、前記第2書き込み回路の出力端子から前記第1電圧が出力されたときに、前記第1電圧を前記他端に印加し、前記不揮発性記憶素子は、前記一端に第1電圧が印加され、かつ、前記他端に第2電圧が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化され、前記一端に第2電圧が印加され、かつ、前記他端に第1電圧が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化される性質を有する構成としてもよい。これにより、2つの書き込み回路を用いて、不揮発性記憶素子の抵抗値を2つの参照抵抗値の間に設定できる多値書き込みが行われる。よって、2つの参照抵抗値を変更する回路を付加することで、一つの不揮発性記憶素子の抵抗値を3以上の多値のいずれかに設定することが可能になり、1ビットで多値を記憶できるメモリセルが実現され、メモリセルあたりのメモリ容量が増大される。   In addition, the multi-value writing circuit sets the resistance change type nonvolatile memory element to a resistance value between a first resistance value and a second resistance value larger than the first resistance value. When the nonvolatile memory element is connected to one end of an element and has a resistance value smaller than the first resistance value, a first voltage is applied to the one end and output from the output terminal, and the nonvolatile memory element is A first write circuit for applying a second voltage lower than the first voltage to the one end and outputting the output from an output terminal when the non-volatile memory element has the resistance value larger than the first resistance value; When the resistance value is smaller than the second resistance value, the second voltage is output from the output terminal, and when the nonvolatile memory element has a resistance value larger than the second resistance value, the first voltage is output. Output from the output terminal. A second write circuit; and at least two switch elements connected to the other end of the nonvolatile memory element, wherein one of the two switch elements is connected to the first voltage from an output terminal of the first write circuit. Is output to the other end, and the other one of the two switch elements is when the first voltage is output from the output terminal of the second write circuit. The first voltage is applied to the other end, and the nonvolatile memory element has a high resistance value when the first voltage is applied to the one end and the second voltage is applied to the other end. It is good also as a structure which has a characteristic which resistance is made low, when a 2nd voltage is applied to the said one end, and a 1st voltage is applied to the said other end when it resistance-izes. Thereby, multi-value writing in which the resistance value of the nonvolatile memory element can be set between two reference resistance values using two write circuits is performed. Therefore, by adding a circuit for changing two reference resistance values, it becomes possible to set the resistance value of one nonvolatile memory element to any one of three or more multi-values. Memory cells that can be stored are realized, and the memory capacity per memory cell is increased.

なお、本発明は、以上のような抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路及び多値書き込み回路として実現できるだけでなく、これらの書き込み回路及び多値書き込み回路による書き込み手順を行う、あるいは、書き込み手順を制御する書き込み回路の駆動方法として実現してもよい。   The present invention can be realized not only as a write circuit and a multi-value write circuit of the variable resistance nonvolatile memory element as described above, but also by performing a write procedure using these write circuit and multi-value write circuit, or a write procedure. It may be realized as a driving method of a writing circuit for controlling the above.

本発明に係る抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路等によれば、簡素で、かつ、高速に、自立的に多重書き込みを回避した書き込みをすることができる抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路等が実現される。   According to the variable resistance nonvolatile memory element writing circuit and the like according to the present invention, writing of the variable resistance nonvolatile memory element that can perform writing while avoiding multiple writing in a simple and fast manner is possible. A circuit or the like is realized.

よって、大容量、高速動作及び低消費電力の不揮発性メモリが必要とされる電子機器が普及してきた今日における本発明の実用的価値は極めて高い。   Therefore, the practical value of the present invention is extremely high today when electronic devices requiring a large capacity, high-speed operation and low power consumption nonvolatile memory have become widespread.

本発明の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路の回路図4 is a circuit diagram of a write circuit of a resistance change type nonvolatile memory element according to an embodiment of the present invention. 同書き込み回路が備える電圧発生回路の動作(第1のステップ;イコライズ)を示す図The figure which shows operation | movement (1st step; equalization) of the voltage generation circuit with which the same write circuit is equipped 同電圧発生回路の動作(第2のステップ;増幅)を示す図The figure which shows operation | movement (2nd step; amplification) of the voltage generation circuit 同電圧発生回路の動作(第3のステップ;書き込み)を示す図The figure which shows the operation | movement (3rd step; writing) of the voltage generation circuit 大きな電力の電圧を発生し得る電圧発生回路の一例を示す回路図Circuit diagram showing an example of a voltage generation circuit capable of generating a large power voltage 大きな電力の電圧を発生し得る電圧発生回路の他の一例を示す回路図A circuit diagram showing another example of a voltage generation circuit capable of generating a voltage of large power 本発明の変形例1における電圧差動センス方式の電圧発生回路の回路図The circuit diagram of the voltage generation circuit of the voltage differential sense system in the modification 1 of this invention 同電圧発生回路の動作を示すタイミングチャートTiming chart showing operation of the voltage generator 本発明の変形例2における電流差動センス方式の別の電圧発生回路の回路図Circuit diagram of another voltage generation circuit of the current differential sense system in the second modification of the present invention 同電圧発生回路の動作を示すタイミングチャートTiming chart showing operation of the voltage generator 本発明の応用例1における書き込み回路の回路図Circuit diagram of write circuit in application example 1 of the present invention 一般的な抵抗変化素子の抵抗変化特性を示す図The figure which shows the resistance change characteristic of a general resistance change element 本発明の応用例2における書き込み回路の駆動方法を示すフローチャートThe flowchart which shows the drive method of the write circuit in the application example 2 of this invention. 同書き込み回路の駆動方法における書き込み時間の変化を示す図The figure which shows the change of the write time in the drive method of the write circuit 本発明の応用例3における多値書き込み回路のブロック図Block diagram of multi-value write circuit in application example 3 of the present invention 本発明の応用例4における多値書き込み回路を説明する図The figure explaining the multi-value writing circuit in the application example 4 of this invention 従来の書き込み方法の手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the procedure of the conventional writing method

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される回路要素、接続形態、トランジスタの型、動作手順等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Circuit elements, connection modes, transistor types, operation procedures, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. The invention is limited only by the claims. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are not necessarily required to achieve the object of the present invention. It will be described as constituting a preferred form.

図1は、本発明の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路の回路図である。なお、本図では、抵抗変化型不揮発性記憶素子として、抵抗変化素子2が用いられているが、抵抗値が変化する不揮発性記憶素子であれば、他のタイプの不揮発性記憶素子(例えば、相変化メモリ(PRAM)、磁気抵抗メモリ(MRAM)等)であってもよい。また、本実施の形態では、抵抗変化素子2は、図示された接続状態において、下側端子を基準に上側端子にHigh電圧(例えば、電圧Vdd)が印加されると低抵抗状態に遷移し(セットされ)、一方、上側端子を基準に下側端子にHigh電圧(例えば、電圧Vdd)が印加されると高抵抗状態に遷移する(リセットされる)特性を有するとする。   FIG. 1 is a circuit diagram of a write circuit of a variable resistance nonvolatile memory element according to an embodiment of the present invention. In this figure, the variable resistance element 2 is used as the variable resistance nonvolatile memory element. However, if the nonvolatile memory element has a variable resistance value, other types of nonvolatile memory elements (for example, It may be a phase change memory (PRAM), a magnetoresistive memory (MRAM), or the like. In the present embodiment, the resistance change element 2 transitions to a low resistance state when a high voltage (for example, voltage Vdd) is applied to the upper terminal with the lower terminal as a reference in the illustrated connection state ( On the other hand, it is assumed that when a high voltage (for example, voltage Vdd) is applied to the lower terminal with reference to the upper terminal, a transition is made to a high resistance state (reset).

この書き込み回路1は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子(ここでは、抵抗変化素子2)に対する書き込み回路であって、抵抗変化素子2が高抵抗状態(リセット状態)にある場合にだけ抵抗変化素子2を低抵抗状態に遷移させるための電圧を抵抗変化素子2に印加(セット)し、抵抗変化素子2が低抵抗状態(セット状態)にある場合にだけ抵抗変化素子2を高抵抗状態に遷移させるための電圧を抵抗変化素子2に印加(リセット)する機能を有する。   The writing circuit 1 is a writing circuit for a resistance change type nonvolatile memory element (here, the resistance change element 2), and the resistance change element only when the resistance change element 2 is in a high resistance state (reset state). A voltage for transitioning 2 to the low resistance state is applied (set) to the resistance change element 2, and the resistance change element 2 is transitioned to the high resistance state only when the resistance change element 2 is in the low resistance state (set state). It has a function of applying (resetting) a voltage for causing the resistance change element 2 to be applied.

具体的には、この書き込み回路1は、電圧発生回路25と、スイッチ部40とを備える。電圧発生回路25は、抵抗変化素子2の一端(図示における上側端子)に接続され、抵抗変化素子2が高抵抗状態及び低抵抗状態のいずれの抵抗状態にあるかに依存して、その一端(上側端子)に、抵抗状態を遷移させるための電圧を発生する。ここでは、電圧発生回路25は、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合に、High電圧(例えば、電圧Vdd)を抵抗変化素子2の一端(上側端子)に印加し、一方、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合に、Low電圧(例えば、GND電位)を抵抗変化素子2の一端(上側端子)に印加する。   Specifically, the write circuit 1 includes a voltage generation circuit 25 and a switch unit 40. The voltage generation circuit 25 is connected to one end (the upper terminal in the drawing) of the variable resistance element 2, and depends on whether the variable resistance element 2 is in a high resistance state or a low resistance state. A voltage for transitioning the resistance state is generated at the upper terminal). Here, the voltage generation circuit 25 applies a High voltage (for example, the voltage Vdd) to one end (upper terminal) of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 is in a high resistance state, When 2 is in a low resistance state, a Low voltage (for example, a GND potential) is applied to one end (upper terminal) of the resistance change element 2.

また、スイッチ部40は、抵抗変化素子2の他端(図示における下側端子)に接続され、抵抗変化素子2を高抵抗状態及び低抵抗状態の一方に設定する場合に、第3電圧(ここでは、High電圧)及び第3電圧よりも低い第4電圧(ここでは、Low電圧)のうちの一方を他端(下側端子)に印加し、抵抗変化素子2を高抵抗状態及び低抵抗状態の他方に設定する場合に、第3電圧(High電圧)及び第4電圧(Low電圧)のうちの他方を他端に印加する。具体的には、スイッチ部40は、直列に接続された、電圧Vdd用の電源41とスイッチ42とから構成され、スイッチ42により、図示されていない制御回路からの制御の下で、抵抗変化素子2を低抵抗状態に設定(セット)する場合に、Low電圧を抵抗変化素子2の他端(下側端子)に印加し、抵抗変化素子2を高抵抗状態に設定(リセット)する場合に、High電圧を抵抗変化素子2の他端(下側端子)に印加する。   The switch unit 40 is connected to the other end (the lower terminal in the drawing) of the variable resistance element 2, and when the variable resistance element 2 is set to one of a high resistance state and a low resistance state, a third voltage (here Then, one of a high voltage) and a fourth voltage (here, low voltage) lower than the third voltage is applied to the other end (lower terminal), and the variable resistance element 2 is in a high resistance state and a low resistance state. When the other voltage is set to the other, the other of the third voltage (High voltage) and the fourth voltage (Low voltage) is applied to the other end. Specifically, the switch unit 40 includes a power supply 41 for voltage Vdd and a switch 42 connected in series, and the resistance change element is controlled by the switch 42 from a control circuit (not shown). 2 is set (set) in a low resistance state, a low voltage is applied to the other end (lower terminal) of the resistance change element 2 and the resistance change element 2 is set (reset) in a high resistance state. A High voltage is applied to the other end (lower terminal) of the resistance change element 2.

このような構成により、本実施の形態における書き込み回路1によれば、以下の動作が行われる。   With such a configuration, the write circuit 1 according to the present embodiment performs the following operation.

(1)抵抗変化素子2を低抵抗状態に設定(セット)する場合
抵抗変化素子2の下側端子は、上述したスイッチ部40により、Low電位(GND)に固定される。
(1) When the resistance change element 2 is set (set) in the low resistance state The lower terminal of the resistance change element 2 is fixed to the low potential (GND) by the switch unit 40 described above.

一方、抵抗変化素子2の上側端子には、上述した電圧発生回路25により、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合には、High電圧が印加され、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合には、Low電圧が印加される。   On the other hand, when the variable resistance element 2 is in a high resistance state by the voltage generation circuit 25 described above, a high voltage is applied to the upper terminal of the variable resistance element 2, and the variable resistance element 2 is in a low resistance state. In some cases, a Low voltage is applied.

この結果、抵抗変化素子2が高抵抗状態(リセット状態)にある場合にだけ、抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、下側端子を基準に上側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する(セットされる)。つまり、抵抗変化素子2が既に低抵抗状態にある場合には、抵抗変化素子2の両端には電圧が印加されず、多重書き込みが回避される。   As a result, only when the variable resistance element 2 is in a high resistance state (reset state), a voltage (here, a high voltage at the upper terminal with respect to the lower terminal) is applied to both ends of the variable resistance element 2. As a result, the resistance change element 2 transitions (sets) from the high resistance state to the low resistance state. That is, when the variable resistance element 2 is already in a low resistance state, no voltage is applied to both ends of the variable resistance element 2, and multiple writing is avoided.

(2)抵抗変化素子2を高抵抗状態に設定(リセット)する場合
抵抗変化素子2の下側端子は、上述したスイッチ部40により、High電位(電圧Vdd)に固定される。
(2) When the variable resistance element 2 is set (reset) to the high resistance state The lower terminal of the variable resistance element 2 is fixed to the high potential (voltage Vdd) by the switch unit 40 described above.

一方、抵抗変化素子2の上側端子には、上述した電圧発生回路25により、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合には、High電圧が印加され、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合には、Low電圧が印加される。   On the other hand, when the variable resistance element 2 is in a high resistance state by the voltage generation circuit 25 described above, a high voltage is applied to the upper terminal of the variable resistance element 2, and the variable resistance element 2 is in a low resistance state. In some cases, a Low voltage is applied.

この結果、抵抗変化素子2が低抵抗状態(セット状態)にある場合にだけ、抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、上側端子を基準に下側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する(リセットされる)。つまり、抵抗変化素子2が既に高抵抗状態にある場合には、抵抗変化素子2の両端には電圧が印加されず、多重書き込みが回避される。   As a result, only when the resistance change element 2 is in a low resistance state (set state), a voltage (here, a high voltage at the lower terminal with respect to the upper terminal) is applied to both ends of the resistance change element 2. As a result, the resistance change element 2 transitions from the low resistance state to the high resistance state (reset). That is, when the variable resistance element 2 is already in a high resistance state, no voltage is applied to both ends of the variable resistance element 2, and multiple writing is avoided.

以下、このような書き込み回路1を構成する電圧発生回路25について、より詳しく説明する。   Hereinafter, the voltage generation circuit 25 constituting the write circuit 1 will be described in more detail.

電圧発生回路25は、図1に示されるように、抵抗変化素子2の抵抗状態を読み出して保持する保持部10と、保持部10で保持された抵抗状態に応じた電圧を抵抗変化素子2の一端(上側端)に印加する印加部30とを有するセンスアンプである。   As shown in FIG. 1, the voltage generation circuit 25 reads and holds the resistance state of the resistance change element 2, and a voltage corresponding to the resistance state held by the holding part 10 is applied to the resistance change element 2. This is a sense amplifier having an application unit 30 that applies to one end (upper end).

保持部10は、抵抗変化素子2の高抵抗状態における抵抗値と低抵抗状態における抵抗値との間の抵抗値をもつ参照抵抗21を有し、参照抵抗21の抵抗値と抵抗変化素子2の抵抗値との大小関係を抵抗変化素子2の抵抗状態として保持するラッチ回路である。この保持部10は、参照抵抗21に加えて、SRAMを構成するトランジスタ(NMOSトランジスタ11、13〜15、17〜20、PMOSトランジスタ12及び16)から構成される。   The holding unit 10 includes a reference resistor 21 having a resistance value between the resistance value in the high resistance state and the resistance value in the low resistance state of the resistance change element 2, and the resistance value of the reference resistance 21 and the resistance change element 2. This is a latch circuit that holds the magnitude relationship with the resistance value as the resistance state of the variable resistance element 2. In addition to the reference resistor 21, the holding unit 10 includes transistors (NMOS transistors 11, 13 to 15, 17 to 20, PMOS transistors 12 and 16) that form an SRAM.

PMOSトランジスタ12のソースは電源電圧Vddに接続され、PMOSトランジスタ12のドレインはNMOSトランジスタ13のドレインと接続され、NMOSトランジスタ13のソースはNMOSトランジスタ14及び11のドレインと接続され、NMOSトランジスタ14のソースはNMOSトランジスタ19のドレインと接続され、NMOSトランジスタ19のソースはGNDに接続されている。同様に、PMOSトランジスタ16のソースは電源電圧Vddに接続され、PMOSトランジスタ16のドレインはNMOSトランジスタ17のドレインと接続され、NMOSトランジスタ17のソースはNMOSトランジスタ18及び20のドレインと接続され、NMOSトランジスタ18のソースはNMOSトランジスタ19のドレインと接続されている。   The source of the PMOS transistor 12 is connected to the power supply voltage Vdd, the drain of the PMOS transistor 12 is connected to the drain of the NMOS transistor 13, the source of the NMOS transistor 13 is connected to the drains of the NMOS transistors 14 and 11, and the source of the NMOS transistor 14 Is connected to the drain of the NMOS transistor 19, and the source of the NMOS transistor 19 is connected to GND. Similarly, the source of the PMOS transistor 16 is connected to the power supply voltage Vdd, the drain of the PMOS transistor 16 is connected to the drain of the NMOS transistor 17, the source of the NMOS transistor 17 is connected to the drains of the NMOS transistors 18 and 20, and the NMOS transistor The source of 18 is connected to the drain of the NMOS transistor 19.

PMOSトランジスタ12のゲートと、NMOSトランジスタ13及び14のゲートと、NMOSトランジスタ15の一端と、PMOSトランジスタ16のドレインとは相互に接続されている。同様に、PMOSトランジスタ16のゲートと、NMOSトランジスタ17及び18のゲートと、NMOSトランジスタ15の他端と、PMOSトランジスタ12のドレインとは相互に接続されている。   The gate of the PMOS transistor 12, the gates of the NMOS transistors 13 and 14, the one end of the NMOS transistor 15, and the drain of the PMOS transistor 16 are connected to each other. Similarly, the gate of the PMOS transistor 16, the gates of the NMOS transistors 17 and 18, the other end of the NMOS transistor 15, and the drain of the PMOS transistor 12 are connected to each other.

NMOSトランジスタ11のソースは、抵抗変化素子2の一端(上側端子)及びPMOSトランジスタ31のドレインに接続されている。同様に、NMOSトランジスタ20のソースは、参照抵抗21の一端(上側端子)及びPMOSトランジスタ32のドレインに接続されている。参照抵抗21の他端(下側端子)はGNDに接続されている。   The source of the NMOS transistor 11 is connected to one end (upper terminal) of the variable resistance element 2 and the drain of the PMOS transistor 31. Similarly, the source of the NMOS transistor 20 is connected to one end (upper terminal) of the reference resistor 21 and the drain of the PMOS transistor 32. The other end (lower terminal) of the reference resistor 21 is connected to GND.

なお、NMOSトランジスタ11のゲート及びNMOSトランジスタ20のゲートには、図示されていない制御回路から制御信号wlが送られてくる。また、NMOSトランジスタ19のゲートには、図示されていない制御回路から制御信号reが送られてくる。   A control signal wl is sent from a control circuit (not shown) to the gate of the NMOS transistor 11 and the gate of the NMOS transistor 20. A control signal re is sent to the gate of the NMOS transistor 19 from a control circuit (not shown).

印加部30は、保持部10に保持された状態(抵抗変化素子2の抵抗値と参照抵抗21の抵抗値との大小関係)に応じて、第1電圧及び第1電圧よりも低い第2電圧のいずれかを抵抗変化素子2の一端(上側端子)に印加する回路であり、ここでは、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合に、抵抗変化素子2の上側端子にHigh電圧を印加し、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合に、抵抗変化素子2の上側端子にLow電圧を印加するためのトランジスタ(PMOSトランジスタ31及び32)から構成される。   The application unit 30 has a first voltage and a second voltage lower than the first voltage depending on the state held by the holding unit 10 (the magnitude relationship between the resistance value of the resistance change element 2 and the resistance value of the reference resistor 21). Is applied to one end (upper terminal) of the resistance change element 2. Here, when the resistance change element 2 is in a high resistance state, a high voltage is applied to the upper terminal of the resistance change element 2. When the variable resistance element 2 is in a low resistance state, the variable resistance element 2 includes transistors (PMOS transistors 31 and 32) for applying a low voltage to the upper terminal of the variable resistance element 2.

以上のように構成された本実施の形態における電圧発生回路25の動作について、図2A〜図2Cを用いて説明する。この電圧発生回路25は、抵抗変化素子2の書き込み内容(セットするか、リセットするか)及び抵抗変化素子2の現在の抵抗状態に依存することなく、常に、図2A〜図2Cに示される3つのステップで書き込み動作を行う。   The operation of the voltage generating circuit 25 according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 2A to 2C. The voltage generation circuit 25 always shows 3 in FIG. 2A to FIG. 2C without depending on the write contents (set or reset) of the variable resistance element 2 and the current resistance state of the variable resistance element 2. The write operation is performed in one step.

まず、第1のステップとして、図2Aのタイミングチャートにおけるタイミング1に示されるように、制御信号wlと制御信号reと制御信号seと制御信号we_invとがHigh(例えば、電圧Vdd)となる。この状態では、印加部30(PMOSトランジスタ31及び32)がOFFになるとともに、保持部10を構成する全てのトランジスタがONする。このとき、NMOSトランジスタ15がONすることから、NMOSトランジスタ14及びNMOSトランジスタ18のゲートが同電位となり、その結果、NMOSトランジスタ14及びNMOSトランジスタ18のドレインが同電位と(イコライズされた状態)なる。そして、NMOSトランジスタ11及び20がONしているので、抵抗変化素子2及び参照抵抗21の上側端子には同電位の電圧が印加される。その結果、抵抗変化素子2の抵抗値Rm及び参照抵抗21の抵抗値Rrefに依存して、抵抗変化素子2及び参照抵抗21のそれぞれに、電流Im及びIrefが流れる。たとえば、Rm>Rrefの場合には、Iref>Imとなる。なお、この第1のステップでは、図1におけるスイッチ部40では、スイッチ42はGND接続となる。   First, as a first step, as indicated by timing 1 in the timing chart of FIG. 2A, the control signal wl, the control signal re, the control signal se, and the control signal we_inv become High (for example, the voltage Vdd). In this state, the application unit 30 (PMOS transistors 31 and 32) is turned off and all the transistors constituting the holding unit 10 are turned on. At this time, since the NMOS transistor 15 is turned on, the gates of the NMOS transistor 14 and the NMOS transistor 18 have the same potential, and as a result, the drains of the NMOS transistor 14 and the NMOS transistor 18 have the same potential (equalized state). Since the NMOS transistors 11 and 20 are ON, a voltage having the same potential is applied to the upper terminals of the resistance change element 2 and the reference resistor 21. As a result, depending on the resistance value Rm of the resistance change element 2 and the resistance value Rref of the reference resistance 21, currents Im and Iref flow through the resistance change element 2 and the reference resistance 21, respectively. For example, when Rm> Rref, Iref> Im. In the first step, in the switch unit 40 in FIG. 1, the switch 42 is connected to GND.

次に、第2のステップとして、図2Bのタイミングチャートにおけるタイミング2に示されるように、Highになっていた制御信号seだけがLow(例えば、GND)になる。この状態では、印加部30(PMOSトランジスタ31及び32)がOFFのままであり、保持部10では、正帰還(増幅)が起こり、SRAM(ラッチ回路)として、抵抗変化素子2と参照抵抗21の抵抗の大小関係を保持する。たとえば、Rm>Rref(つまり、Iref>Im)である場合には、ノードvout_left(PMOSトランジスタ12とNMOSトランジスタ13との接続点)の電位が電圧Vddに近づき、一方、ノードvout_right(PMOSトランジスタ16とNMOSトランジスタ17との接続点)の電位がGNDに近づく。なお、この第2のステップでは、図1におけるスイッチ部40では、スイッチ42はGND接続となる。   Next, as a second step, as indicated by timing 2 in the timing chart of FIG. 2B, only the control signal se that has become High becomes Low (for example, GND). In this state, the application unit 30 (PMOS transistors 31 and 32) remains OFF, and in the holding unit 10, positive feedback (amplification) occurs, and the variable resistance element 2 and the reference resistor 21 function as SRAMs (latch circuits). Maintains the magnitude relationship of resistance. For example, when Rm> Rref (that is, Iref> Im), the potential of the node vout_left (the connection point between the PMOS transistor 12 and the NMOS transistor 13) approaches the voltage Vdd, while the node vout_right (with the PMOS transistor 16 and the PMOS transistor 16). The potential at the connection point with the NMOS transistor 17 is close to GND. In the second step, in the switch unit 40 in FIG. 1, the switch 42 is connected to GND.

最後に、第3のステップとして、図2Cのタイミングチャートにおけるタイミング4に示されるように、制御信号wlがLowになっている状態で、Highになっていた制御信号we_invがLowになる。その結果、NMOSトランジスタ11及び20がOFFであることから、保持部10では、保持状態が維持されるとともに、PMOSトランジスタ31及び32がONになることから、印加部30では、ノードvout_leftの電位が抵抗変化素子2の上側端子に印加されるとともに、ノードvout_rightの電位が参照抵抗21の上側端子に印加される(つまり、書き込みが行われる)。たとえば、Rm>Rref(つまり、Iref>Im)である場合には、抵抗変化素子2の上側端子にはHigh電圧が印加されるとともに、参照抵抗21の上側端子にはLow電圧が印加される。一方、Rm<Rref(つまり、Iref<Im)である場合には、抵抗変化素子2の上側端子にはLow電圧が印加されるとともに、参照抵抗21の上側端子にはHigh電圧が印加される。なお、この第3のステップでは、図1におけるスイッチ部40では、スイッチ42は、セット時にはGND接続に、一方、リセット時には電圧Vdd接続に、切り替える。   Finally, as a third step, as indicated by timing 4 in the timing chart of FIG. 2C, the control signal we_inv that has become High becomes Low while the control signal wl is Low. As a result, since the NMOS transistors 11 and 20 are OFF, the holding unit 10 maintains the holding state and the PMOS transistors 31 and 32 are turned ON. Therefore, in the applying unit 30, the potential of the node vout_left is set. In addition to being applied to the upper terminal of the resistance change element 2, the potential of the node vout_right is applied to the upper terminal of the reference resistor 21 (that is, writing is performed). For example, when Rm> Rref (that is, Iref> Im), a high voltage is applied to the upper terminal of the resistance change element 2 and a low voltage is applied to the upper terminal of the reference resistor 21. On the other hand, when Rm <Rref (that is, Iref <Im), the Low voltage is applied to the upper terminal of the resistance change element 2 and the High voltage is applied to the upper terminal of the reference resistor 21. In the third step, in the switch unit 40 in FIG. 1, the switch 42 is switched to the GND connection at the time of setting, and to the voltage Vdd connection at the time of resetting.

以上のように、本実施の形態における電圧発生回路25によれば、抵抗変化素子2の上側端子には、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合にHigh電圧が印加され、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合にLow電圧が印加される。よって、このような電圧発生回路25とスイッチ部40との組み合わせにより、抵抗変化素子2を低抵抗状態に設定(セット)する場合には、抵抗変化素子2が高抵抗状態にあるときにだけ抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、下側端子を基準に上側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する。一方、抵抗変化素子2を高抵抗状態に設定(リセット)する場合には、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合にだけ抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、上側端子を基準に下側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する。よって、抵抗変化素子2への多重書き込みが自動的(自立的)に回避される。   As described above, according to the voltage generation circuit 25 in the present embodiment, the High voltage is applied to the upper terminal of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 is in the high resistance state, and the resistance change element 2 Is in a low resistance state, a low voltage is applied. Therefore, when the variable resistance element 2 is set (set) in the low resistance state by the combination of the voltage generation circuit 25 and the switch unit 40, the resistance change element 2 is only in resistance when the variable resistance element 2 is in the high resistance state. A voltage (here, a High voltage at the upper terminal with respect to the lower terminal) is applied to both ends of the change element 2, and as a result, the resistance change element 2 transitions from the high resistance state to the low resistance state. On the other hand, when the resistance change element 2 is set (reset) to the high resistance state, the voltage (here, the upper terminal is used as a reference) only when the resistance change element 2 is in the low resistance state. As a result, the resistance change element 2 transits from the low resistance state to the high resistance state. Therefore, multiple writing to the variable resistance element 2 is automatically (autonomous) avoided.

なお、上記第3のステップ(書き込み)において、大きな電力を必要とする場合には、図3Aに示される印加部30aのように、PMOSトランジスタ31及び32のソースに、それぞれ、バッファアンプ(ここでは、一段のインバータ)33及び34を追加して接続してもよいし、図3Bに示される印加部30bのように、PMOSトランジスタ31及び32のソースに、それぞれ、バッファアンプ(ここでは、2段のインバータ)35及び36を追加して接続してもよい。これにより、より大きな電流で抵抗変化素子2への書き込みが行われる。   In the third step (writing), when a large amount of power is required, a buffer amplifier (here, a buffer amplifier) is connected to the sources of the PMOS transistors 31 and 32 as in the application unit 30a shown in FIG. 3A. , A single-stage inverter) 33 and 34 may be additionally connected, or a buffer amplifier (here, two-stage inverter) may be connected to the sources of the PMOS transistors 31 and 32, respectively, as in the application unit 30b shown in FIG. 3B. Inverters) 35 and 36 may be added and connected. As a result, writing to the variable resistance element 2 is performed with a larger current.

次に、本実施の形態の変形例及び本発明に係る書き込み回路の応用例を説明する。   Next, a modified example of the present embodiment and an application example of the write circuit according to the present invention will be described.

(変形例1)
まず、変形例1に係る書き込み回路を説明する。
(Modification 1)
First, a write circuit according to the first modification will be described.

書き込みの対象となる抵抗変化素子の抵抗値のセンス方式としては、図1に示される書き込み回路1のように、抵抗変化素子2を流れる電流Imと参照抵抗21を流れる電流Irefとの差を検出する電流差動センス方式に限定されるものではなく、電圧差動センス方式であってもよい。   As a method of sensing the resistance value of the variable resistance element to be written, the difference between the current Im flowing through the variable resistance element 2 and the current Iref flowing through the reference resistor 21 is detected as in the write circuit 1 shown in FIG. The current differential sense method is not limited to the voltage differential sense method.

図4は、本発明に係る電圧差動センス方式の電圧発生回路25aの回路図である。この電圧発生回路25aは、抵抗変化素子2の抵抗状態を読み出して保持する保持部10aと、その保持部10aで保持された抵抗状態に応じた電圧を抵抗変化素子2の一端(上側端子)に印加する印加部30cとを有する。   FIG. 4 is a circuit diagram of the voltage differential sensing type voltage generating circuit 25a according to the present invention. The voltage generating circuit 25a reads and holds the resistance state of the resistance change element 2, and a voltage corresponding to the resistance state held by the holding part 10a at one end (upper terminal) of the resistance change element 2. And an applying unit 30c for applying.

保持部10aは、抵抗変化素子2の高抵抗状態における抵抗値と低抵抗状態における抵抗値との間の抵抗値Rrefをもつ参照抵抗121を有し、参照抵抗121の抵抗値Rrefと抵抗変化素子2の抵抗値Rmとの大小関係を電圧差動でセンスし、センスした大小関係を抵抗変化素子2の抵抗状態として保持するラッチ回路である。この保持部10aは、参照抵抗121に加えて、SRAMを構成するトランジスタ(NMOSトランジスタ105〜107、PMOSトランジスタ101〜104及び108)から構成される。なお、図中の容量Cout及びCinは寄生容量である。   The holding unit 10a includes a reference resistor 121 having a resistance value Rref between a resistance value in a high resistance state and a resistance value in a low resistance state of the resistance change element 2, and the resistance value Rref of the reference resistor 121 and the resistance change element 2 is a latch circuit that senses the magnitude relationship with the resistance value Rm of 2 by voltage differential and holds the sensed magnitude relationship as the resistance state of the resistance change element 2. The holding unit 10a includes transistors (NMOS transistors 105 to 107, PMOS transistors 101 to 104, and 108) that form an SRAM in addition to the reference resistor 121. Note that the capacitances Cout and Cin in the figure are parasitic capacitances.

印加部30cは、保持部10aに保持された状態(抵抗変化素子2の抵抗値Rmと参照抵抗21の抵抗値Rrefとの大小関係)に応じて、第1電圧及び第1電圧よりも低い第2電圧のいずれかを抵抗変化素子2の一端(上側端子)に印加する回路である。具体的には、この印加部30cは、図1における印加部30と同様に、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合に抵抗変化素子2の上側端子にHigh電圧を印加し、一方、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合に抵抗変化素子2の上側端子にLow電圧を印加するためのトランジスタ(NMOSトランジスタ109〜112)から構成される。   The application unit 30c has a lower voltage than the first voltage and the first voltage according to the state held by the holding unit 10a (the magnitude relationship between the resistance value Rm of the resistance change element 2 and the resistance value Rref of the reference resistor 21). This is a circuit that applies one of two voltages to one end (upper terminal) of the resistance change element 2. Specifically, like the application unit 30 in FIG. 1, the application unit 30c applies a high voltage to the upper terminal of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 is in a high resistance state, When the change element 2 is in a low resistance state, the change element 2 includes transistors (NMOS transistors 109 to 112) for applying a low voltage to the upper terminal of the resistance change element 2.

なお、この電圧発生回路25aでは、抵抗変化素子2及び参照抵抗121と直列に、それぞれ、NMOSトランジスタ123及び124が接続され、いわゆる1T1Rのメモリセルが備えられている。また、図示されていない制御回路から、NMOSトランジスタ109及び110のゲートに制御信号rwが送られ、NMOSトランジスタ111及び112のゲートに制御信号se_controlが送られ、NMOSトランジスタ107のゲートに制御信号seが送られ、NMOSトランジスタ123及び124に制御信号WLが送られてくる。また、抵抗変化素子2及び参照抵抗121の上側端子での電圧をそれぞれVin及びVin_refと表記し、保持部10aの出力端子(PMOSトランジスタ103及び104それぞれのドレイン)での電圧をそれぞれVout及びVout_refと表記し、抵抗変化素子2及び参照抵抗121の下側端子(より正確には、NMOSトランジスタ123及び124の下側端子)をSLと呼ぶ。   In the voltage generation circuit 25a, NMOS transistors 123 and 124 are connected in series with the variable resistance element 2 and the reference resistor 121, respectively, and a so-called 1T1R memory cell is provided. Further, from a control circuit not shown, a control signal rw is sent to the gates of the NMOS transistors 109 and 110, a control signal se_control is sent to the gates of the NMOS transistors 111 and 112, and a control signal se is sent to the gate of the NMOS transistor 107. The control signal WL is sent to the NMOS transistors 123 and 124. The voltages at the upper terminals of the resistance change element 2 and the reference resistor 121 are denoted as Vin and Vin_ref, respectively, and the voltages at the output terminals of the holding unit 10a (the drains of the PMOS transistors 103 and 104) are denoted as Vout and Vout_ref, respectively. The lower terminal of the resistance change element 2 and the reference resistor 121 (more precisely, the lower terminals of the NMOS transistors 123 and 124) is referred to as SL.

図5は、この電圧発生回路25aの動作を示すタイミングチャートである。ここでは、抵抗変化素子2を低抵抗状態にする書き込み(図中の「set」)、抵抗変化素子2を高抵抗状態にする書き込み(図中の「reset」)、及び、抵抗変化素子2からの読み出し(図中の「read」)の3つのケースについて、動作タイミングが示されている。   FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the voltage generation circuit 25a. Here, writing to set the resistance change element 2 to the low resistance state (“set” in the figure), writing to set the resistance change element 2 to the high resistance state (“reset” in the figure), and the resistance change element 2 The operation timing is shown for three cases of reading (“read” in the figure).

まず、第1のステップ(図中の「Equalization」)では、制御信号rwがHighで、かつ、端子SLに一定電位が印加された状態で、制御信号WLがLowからHighになることで、保持部10aの2つの容量Cinへの充電が開始される。つまり、左側の端子SLからの電流がNMOSトランジスタ123、抵抗変化素子2及びNMOSトランジスタ109を介して、PMOSトランジスタ101のゲートに接続された容量Cinに充電されていき、その結果、電圧Vinの波形は、図5のVinに示されるような立ち上がり波形となる。同様に、右側の端子SLからの電流がNMOSトランジスタ124、参照抵抗121及びNMOSトランジスタ110を介して、PMOSトランジスタ102のゲートに接続された容量Cinに充電されていき、その結果、電圧Vin_refの波形は、図5のVin_refに示されるような立ち上がり波形となる。   First, in the first step (“Equalization” in the figure), the control signal WL is held high when the control signal WL changes from high to low while the control signal rw is high and a constant potential is applied to the terminal SL. Charging to the two capacitors Cin of the unit 10a is started. That is, the current from the left terminal SL is charged to the capacitor Cin connected to the gate of the PMOS transistor 101 via the NMOS transistor 123, the resistance change element 2, and the NMOS transistor 109, and as a result, the waveform of the voltage Vin Is a rising waveform as shown by Vin in FIG. Similarly, the current from the right terminal SL is charged into the capacitor Cin connected to the gate of the PMOS transistor 102 via the NMOS transistor 124, the reference resistor 121 and the NMOS transistor 110, and as a result, the waveform of the voltage Vin_ref. Is a rising waveform as shown by Vin_ref in FIG.

次に、第2のステップ(図中の「amplification」)では、低抵抗状態への書き込み(「set」)、高抵抗状態への書き込み(「reset」)、及び、読み出し(「read」)のいずれを行うかに応じて、図示されるように、各種制御信号及び端子SLに所定の電圧が与えられる。ただし、いずれの動作であっても、出力端子での電圧Vout及びVout_refには、それぞれ、入力電圧Vin及びVin_refの差異を増幅したような電圧レベルが出力される。たとえば、いま、抵抗変化素子2の抵抗値が参照抵抗121の抵抗値よりも小さい場合には、左側の容量Cinに流れ込む電流が右側の容量Cinに流れ込む電流よりも大きくなるので、入力電圧Vinは、図5に示されるように、入力電圧Vin_refよりも波高が高くなる。その結果、PMOSトランジスタ102のドレイン電流がPMOSトランジスタ101のドレイン電流よりも大きくなり、PMOSトランジスタ104とNMOSトランジスタ106との接続点(つまり、電圧Vout_ref)の電位が上昇し、一方、PMOSトランジスタ103とNMOSトランジスタ105との接続点(つまり、電圧Vout)の電位が下降する正帰還が働く。   Next, in the second step (“amplification” in the figure), writing to the low resistance state (“set”), writing to the high resistance state (“reset”), and reading (“read”) are performed. Depending on which one is performed, a predetermined voltage is applied to various control signals and the terminal SL as shown in the figure. However, in any operation, voltage levels that amplify the difference between the input voltages Vin and Vin_ref are output to the voltages Vout and Vout_ref at the output terminal, respectively. For example, when the resistance value of the resistance change element 2 is smaller than the resistance value of the reference resistor 121, the current flowing into the left capacitor Cin is larger than the current flowing into the right capacitor Cin, so that the input voltage Vin is As shown in FIG. 5, the wave height is higher than the input voltage Vin_ref. As a result, the drain current of the PMOS transistor 102 becomes larger than the drain current of the PMOS transistor 101, and the potential of the connection point (that is, the voltage Vout_ref) between the PMOS transistor 104 and the NMOS transistor 106 rises. Positive feedback in which the potential at the connection point with the NMOS transistor 105 (that is, the voltage Vout) is lowered works.

このように、2つの出力端子の電圧Vout及びVout_refは、抵抗変化素子2の抵抗値Rmと参照抵抗121の抵抗値Rrefとの大小関係に依存して定まる電圧(ここでは、Rm>Rrefの場合には、Vout=Vdd、かつ、Vout_ref=GND、一方、Rm<Rrefの場合には、Vout=GND、かつ、Vout_ref=Vdd)となる。よって、このような電圧(Vout又はVout_ref)を、抵抗変化素子2への書き込みの際に抵抗変化素子2の一端に印加する電圧として利用する(例えば、制御信号se_controlをHighにすることで電圧Voutを抵抗変化素子2の上側端子に印加する)ことで、上記実施の形態における書き込み回路1(あるいは、電圧発生回路25)と同様の機能をもつ電圧差動センス方式の書き込み回路、つまり、多重書き込みを自動的(自立的)に回避できる書き込み回路が実現される。   As described above, the voltages Vout and Vout_ref at the two output terminals are determined depending on the magnitude relationship between the resistance value Rm of the resistance change element 2 and the resistance value Rref of the reference resistor 121 (in this case, Rm> Rref). Vout = Vdd and Vout_ref = GND, and when Rm <Rref, Vout = GND and Vout_ref = Vdd). Therefore, such a voltage (Vout or Vout_ref) is used as a voltage applied to one end of the resistance change element 2 at the time of writing to the resistance change element 2 (for example, the voltage Vout by setting the control signal se_control to High). Is applied to the upper terminal of the resistance change element 2), so that the voltage differential sense type write circuit having the same function as the write circuit 1 (or voltage generation circuit 25) in the above embodiment, that is, multiple write Can be automatically (independently) avoided.

なお、図5における第3のステップ(図中の「Reset」)は、この電圧発生回路25aの初期状態(書き込みでも読み出しでもない状態)を示している。   Note that the third step in FIG. 5 (“Reset” in the figure) shows the initial state of the voltage generation circuit 25a (the state in which neither writing nor reading is performed).

(変形例2)
次に、変形例2に係る書き込み回路を説明する。
(Modification 2)
Next, a write circuit according to the second modification will be described.

本発明に係る書き込み回路に用いられる電流差動センス方式の電圧発生回路としては、図1に示される電圧発生回路25に限られず、他の回路で構成されてもよい。   The voltage generation circuit of the current differential sense system used in the write circuit according to the present invention is not limited to the voltage generation circuit 25 shown in FIG. 1, and may be composed of other circuits.

図6は、電流差動センス方式の別の電圧発生回路25bの回路図である。この電圧発生回路25bは、抵抗変化素子2の抵抗状態を読み出して保持する保持部としての機能と、その保持部で保持された抵抗状態に応じた電圧を抵抗変化素子2の一端(上側端)に印加する印加部としての機能とを有する。ただし、本変形例では、保持部と印加部とが明確に分離されるのではなく、同一のトランジスタによって保持部と印加部とが構成されている。   FIG. 6 is a circuit diagram of another voltage generation circuit 25b of the current differential sense system. The voltage generation circuit 25b functions as a holding unit that reads and holds the resistance state of the resistance change element 2, and one end (upper end) of the voltage corresponding to the resistance state held by the holding unit. And a function as an application unit for applying to the. However, in this modification, the holding unit and the application unit are not clearly separated, and the holding unit and the application unit are configured by the same transistor.

つまり、この電圧発生回路25bは、抵抗変化素子2の高抵抗状態における抵抗値と低抵抗状態における抵抗値との間の抵抗値をもつ参照抵抗221を有し、参照抵抗221の抵抗値と抵抗変化素子2の抵抗値との大小関係を電流差動(電流Irefと電流Idataとの差)でセンスし、センスした大小関係を抵抗変化素子2の抵抗状態として保持するとともに、保持された状態に応じて、第1電圧及び第1電圧よりも低い第2電圧のいずれかを抵抗変化素子2の一端(上側端子)に印加する。そのために、この電圧発生回路25bは、参照抵抗121に加えて、SRAMを構成するトランジスタ(NMOSトランジスタ203〜208、211及び212、PMOSトランジスタ201、202、209及び210)から構成される。   That is, the voltage generation circuit 25 b includes the reference resistor 221 having a resistance value between the resistance value in the high resistance state and the resistance value in the low resistance state of the resistance change element 2. The magnitude relationship with the resistance value of the change element 2 is sensed by a current differential (difference between the current Iref and the current Idata), and the sensed magnitude relation is held as the resistance state of the resistance change element 2 and the held state is maintained. In response, either the first voltage or the second voltage lower than the first voltage is applied to one end (upper terminal) of the resistance change element 2. For this purpose, the voltage generation circuit 25b includes, in addition to the reference resistor 121, transistors (NMOS transistors 203 to 208, 211, and 212, and PMOS transistors 201, 202, 209, and 210) that constitute an SRAM.

なお、この電圧発生回路25bでは、抵抗変化素子2及び参照抵抗221と直列に、それぞれ、NMOSトランジスタ223及び224が接続され、いわゆる1T1Rのメモリセルが備えられている。また、図示されていない制御回路から、4つのトランジスタ(PMOSトランジスタ209及び210、NMOSトランジスタ211及び212)のゲートに制御信号OPEが送られ、NMOSトランジスタ207のゲートに制御信号SEが送られ、NMOSトランジスタ208のゲートに制御信号REが送られ、NMOSトランジスタ223及び224に制御信号WLが送られてくる。また、2つの出力端子(PMOSトランジスタ201及び202それぞれのドレイン)での電圧をそれぞれVout及びVout_refと表記し、抵抗変化素子2及び参照抵抗221の下側端子(より正確には、NMOSトランジスタ223及び224の下側端子)をSLと呼ぶ。なお、制御信号OPEは、NMOSトランジスタ203及び204を、SRAM(つまり、ラッチ回路)の一部分として機能させるか、抵抗変化素子2及び参照抵抗221への書き込み(ドライバ)として機能させるかを切り替えるための制御信号である。   In the voltage generation circuit 25b, NMOS transistors 223 and 224 are connected in series with the variable resistance element 2 and the reference resistor 221, respectively, and a so-called 1T1R memory cell is provided. Further, from a control circuit (not shown), a control signal OPE is sent to the gates of four transistors (PMOS transistors 209 and 210, NMOS transistors 211 and 212), and a control signal SE is sent to the gate of the NMOS transistor 207. A control signal RE is sent to the gate of the transistor 208, and a control signal WL is sent to the NMOS transistors 223 and 224. The voltages at the two output terminals (the drains of the PMOS transistors 201 and 202) are denoted as Vout and Vout_ref, respectively, and the lower terminals of the resistance change element 2 and the reference resistor 221 (more precisely, the NMOS transistors 223 and The lower terminal of H.224 is called SL. The control signal OPE is used for switching whether the NMOS transistors 203 and 204 are caused to function as a part of the SRAM (that is, a latch circuit) or to function as a write (driver) to the resistance change element 2 and the reference resistor 221. It is a control signal.

図7は、この電圧発生回路25bの動作を示すタイミングチャートである。ここでは、抵抗変化素子2を低抵抗状態にする書き込み(図中の「set」)、抵抗変化素子2を高抵抗状態にする書き込み(図中の「reset」)、及び、抵抗変化素子2からの読み出し(図中の「read」)の3つのケースについて、動作タイミングが示されている。   FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the voltage generation circuit 25b. Here, writing to set the resistance change element 2 to the low resistance state (“set” in the figure), writing to set the resistance change element 2 to the high resistance state (“reset” in the figure), and the resistance change element 2 The operation timing is shown for three cases of reading (“read” in the figure).

まず、第1のステップ(図中の「プリチャージ」)では、制御信号WLがHighで、かつ、端子SLに一定電位が印加された状態で、制御信号SE、RE及びOPEがHighになっているので、電圧発生回路25bは、SRAMとして機能し、抵抗変化素子2及び参照抵抗221には、それぞれ、その抵抗値の大小に依存した電流Idata及びIrefが流れる(つまり、プリチャージされる)。   First, in the first step (“precharge” in the figure), the control signals SE, RE, and OPE become High while the control signal WL is High and a constant potential is applied to the terminal SL. Therefore, the voltage generation circuit 25b functions as an SRAM, and currents Idata and Iref depending on the magnitudes of the resistance values flow through the resistance change element 2 and the reference resistance 221 (that is, are precharged).

次に、第2のステップ(図中の「増幅」)では、低抵抗状態への書き込み(「set」)、高抵抗状態への書き込み(「reset」)、及び、読み出し(「read」)のいずれを行うかに応じて、図示されるように、各種制御信号及び端子SLに所定の電圧が与えられる。いずれの動作であっても、このステップでは、正帰還による増幅が行われ、抵抗変化素子2の上側端子には、抵抗変化素子2の抵抗値Rmと参照抵抗121の抵抗値Rrefとの大小関係に依存して定まる電圧(ここでは、Rm>Rrefの場合には、電圧Vdd、一方、Rm<Rrefの場合には、GND電位)が印加される。   Next, in the second step (“amplification” in the figure), writing to the low resistance state (“set”), writing to the high resistance state (“reset”), and reading (“read”) are performed. Depending on which one is performed, a predetermined voltage is applied to various control signals and the terminal SL as shown in the figure. In any step, amplification by positive feedback is performed in this step, and the magnitude relationship between the resistance value Rm of the resistance change element 2 and the resistance value Rref of the reference resistance 121 is applied to the upper terminal of the resistance change element 2. Depending on the voltage (here, the voltage Vdd when Rm> Rref, the GND potential when Rm <Rref).

なお、書き込みを行う場合には(図中の「write」)、制御信号OPEがLowとなり、その結果、NMOSトランジスタ203及び204のゲートには電圧Vddが印加され、NMOSトランジスタ203及び204は、それぞれ、抵抗変化素子2及び参照抵抗221への書き込み(つまり、電流増幅)を行うドライバとして機能する。   When writing is performed (“write” in the figure), the control signal OPE becomes Low, and as a result, the voltage Vdd is applied to the gates of the NMOS transistors 203 and 204, and the NMOS transistors 203 and 204 are , And functions as a driver that performs writing (that is, current amplification) to the resistance change element 2 and the reference resistor 221.

以上のように、本変形例における電圧発生回路25bによれば、抵抗変化素子2の上側端子には、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合には、High電圧が印加され、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合には、Low電圧が印加される。よって、抵抗変化素子2を低抵抗状態に設定(セット)する場合には、抵抗変化素子2が高抵抗状態(リセット状態)にあるときにだけ、抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、下側端子を基準に上側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する。一方、抵抗変化素子2を高抵抗状態に設定(リセット)する場合には、抵抗変化素子2が低抵抗状態(セット状態)にある場合にだけ、抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、上側端子を基準に下側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する。よって、抵抗変化素子2への多重書き込みが自動的(自立的)に回避される。   As described above, according to the voltage generation circuit 25b in the present modification, when the variable resistance element 2 is in the high resistance state, the high voltage is applied to the upper terminal of the variable resistance element 2, and the variable resistance element 2 When 2 is in a low resistance state, a Low voltage is applied. Therefore, when the resistance change element 2 is set (set) in the low resistance state, the voltage (here, the resistance change element 2 is applied only when the resistance change element 2 is in the high resistance state (reset state)). As a result, the resistance change element 2 transitions from the high resistance state to the low resistance state. On the other hand, when the resistance change element 2 is set (reset) to the high resistance state, a voltage (here, the resistance change element 2 is applied to both ends of the resistance change element 2 only when the resistance change element 2 is in the low resistance state (set state). High voltage is applied to the lower terminal with reference to the upper terminal, and as a result, the resistance change element 2 transitions from the low resistance state to the high resistance state. Therefore, multiple writing to the variable resistance element 2 is automatically (autonomous) avoided.

なお、図7における第3のステップ(図中の「リセット」)は、この電圧発生回路25bの初期状態(書き込みでも読み出しでもない状態)を示している。   Note that the third step in FIG. 7 (“reset” in the figure) shows the initial state (state where neither writing nor reading) of the voltage generating circuit 25b is performed.

(応用例1)
次に、本発明に係る書き込み回路の応用例1を説明する。
(Application 1)
Next, an application example 1 of the write circuit according to the present invention will be described.

図8は、2つの電圧発生回路を用いて多重書き込みを自動的(自立的)に回避する応用例1に係る書き込み回路の回路図である。この書き込み回路は、抵抗変化素子2の上側端子に出力端子が接続された第1書き込み回路(書き込み回路1)と、抵抗変化素子2の下側端子に出力端子が接続された第2書き込み回路(書き込み回路1a)とを備える。   FIG. 8 is a circuit diagram of a write circuit according to Application Example 1 in which multiple writing is automatically (autonomous) avoided using two voltage generation circuits. This write circuit includes a first write circuit (write circuit 1) having an output terminal connected to the upper terminal of the resistance change element 2, and a second write circuit (output circuit connected to the lower terminal of the resistance change element 2). A writing circuit 1a).

第1書き込み回路(書き込み回路1)は、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合に抵抗変化素子2の上側端子に第1電圧(High電圧)を印加し、一方、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合に抵抗変化素子2の上側端子に第1電圧よりも低い第2電圧(Low電圧)を印加する。   The first write circuit (write circuit 1) applies a first voltage (High voltage) to the upper terminal of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 is in a high resistance state, while the resistance change element 2 is low. In the resistance state, a second voltage (Low voltage) lower than the first voltage is applied to the upper terminal of the resistance change element 2.

第2書き込み回路(書き込み回路1a)は、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合に抵抗変化素子2の下側端子に第2電圧(Low電圧)を印加し、一方、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合に抵抗変化素子2の下側端子に第1電圧(High電圧)を印加する。   The second write circuit (write circuit 1a) applies a second voltage (Low voltage) to the lower terminal of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 is in a high resistance state, while the resistance change element 2 is When in the low resistance state, a first voltage (High voltage) is applied to the lower terminal of the resistance change element 2.

なお、抵抗変化素子2は、抵抗変化素子2の上側端子に第1電圧(High電圧)が印加され、かつ、抵抗変化素子2の下側端子に第2電圧(Low電圧)が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化され、抵抗変化素子2の上側端子に第2電圧(Low電圧)が印加され、かつ、抵抗変化素子2の下側端子に第1電圧(High電圧)が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化される性質を有する点は、上記実施の形態と同じである。   In the variable resistance element 2, the first voltage (High voltage) is applied to the upper terminal of the variable resistance element 2, and the second voltage (Low voltage) is applied to the lower terminal of the variable resistance element 2. In addition, the resistance value is lowered, the second voltage (Low voltage) is applied to the upper terminal of the resistance change element 2, and the first voltage (High voltage) is applied to the lower terminal of the resistance change element 2. In this case, the point that the resistance value is increased is the same as the above embodiment.

以下、2つの書き込み回路1及び1aをより詳しく説明する。   Hereinafter, the two write circuits 1 and 1a will be described in more detail.

右側の書き込み回路1における電圧発生回路25は、図1に示されるものと同一である。この電圧発生回路25からの出力電圧Vout1は、スイッチ45を介して、抵抗変化素子2の一端(上側端子)に印加される。   The voltage generation circuit 25 in the write circuit 1 on the right side is the same as that shown in FIG. The output voltage Vout1 from the voltage generation circuit 25 is applied to one end (upper terminal) of the variable resistance element 2 via the switch 45.

一方、左側の電圧発生回路325は、基本的には、右側の電圧発生回路25と同様の電流差動センス方式のラッチ回路であるが、電圧発生回路25と反対の論理で出力電圧Vout1aを出力するように、内部回路が接続されている。つまり、この電圧発生回路325は、NMOSトランジスタ311、313〜315及び317〜320、PMOSトランジスタ312及び316、並びに、参照抵抗21と同じ抵抗値Rrefをもつ参照抵抗321から構成される保持部310と、PMOSトランジスタ331及び332から構成される印加部330とを備える。ここで、印加部330を構成するPMOSトランジスタ331のソースの接続先と、PMOSトランジスタ332のソースの接続先とは、右側の電圧発生回路25での接続先とは逆になっている。そして、この電圧発生回路325からの出力電圧Vout1aは、スイッチ45をa介して、抵抗変化素子2の他端(下側端子)に印加される。   On the other hand, the voltage generator circuit 325 on the left side is basically a current differential sense type latch circuit similar to the voltage generator circuit 25 on the right side, but outputs the output voltage Vout1a with the logic opposite to that of the voltage generator circuit 25. In order to do so, the internal circuit is connected. That is, the voltage generation circuit 325 includes a holding unit 310 including NMOS transistors 311, 313 to 315 and 317 to 320, PMOS transistors 312 and 316, and a reference resistor 321 having the same resistance value Rref as the reference resistor 21. And an application unit 330 including PMOS transistors 331 and 332. Here, the connection destination of the source of the PMOS transistor 331 and the connection destination of the source of the PMOS transistor 332 constituting the application unit 330 are opposite to the connection destination in the right voltage generation circuit 25. The output voltage Vout1a from the voltage generation circuit 325 is applied to the other end (lower terminal) of the resistance change element 2 via the switch 45a.

なお、スイッチ45は、図示されていない制御回路からの制御の下で、抵抗変化素子2を低抵抗状態に設定(セット)する場合には、抵抗変化素子2の上側端子を電圧発生回路25の出力端子(Vout)に接続し、一方、抵抗変化素子2を高抵抗状態に設定(リセット)する場合には、抵抗変化素子2の上側端子をGNDに接続する。同様に、スイッチ45aは、図示されていない制御回路からの制御の下で、抵抗変化素子2を低抵抗状態に設定(セット)する場合には、抵抗変化素子2の下側端子をGNDに接続し、一方、抵抗変化素子2を高抵抗状態に設定(リセット)する場合には、抵抗変化素子2の下側端子を電圧発生回路325の出力端子(Vout)に接続する。   The switch 45 sets the upper terminal of the resistance change element 2 of the voltage generation circuit 25 when the resistance change element 2 is set (set) in a low resistance state under the control of a control circuit (not shown). When connecting to the output terminal (Vout) and setting (resetting) the variable resistance element 2 to the high resistance state, the upper terminal of the variable resistance element 2 is connected to GND. Similarly, the switch 45a connects the lower terminal of the resistance change element 2 to GND when the resistance change element 2 is set (set) in a low resistance state under the control of a control circuit (not shown). On the other hand, when the resistance change element 2 is set to a high resistance state (reset), the lower terminal of the resistance change element 2 is connected to the output terminal (Vout) of the voltage generation circuit 325.

このように構成された本応用例に係る書き込み回路によれば、以下の動作が行われる。   According to the writing circuit according to this application example configured as described above, the following operation is performed.

(1)抵抗変化素子2を低抵抗状態に設定(セット)する場合
抵抗変化素子2の下側端子は、スイッチ45aにより、Low電位(GND)に固定される。
(1) When the resistance change element 2 is set (set) to the low resistance state The lower terminal of the resistance change element 2 is fixed to the low potential (GND) by the switch 45a.

一方、抵抗変化素子2の上側端子には、右側の電圧発生回路25により、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合には、High電圧が印加され、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合には、Low電圧が印加される。   On the other hand, a high voltage is applied to the upper terminal of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 is in a high resistance state by the voltage generation circuit 25 on the right side, and the resistance change element 2 is in a low resistance state. In some cases, a Low voltage is applied.

この結果、抵抗変化素子2が高抵抗状態(リセット状態)にある場合にだけ、抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、下側端子を基準に上側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する(セットされる)。つまり、抵抗変化素子2が既に低抵抗状態にある場合には、抵抗変化素子2の両端には電圧が印加されず、多重書き込みが回避される。   As a result, only when the variable resistance element 2 is in a high resistance state (reset state), a voltage (here, a high voltage at the upper terminal with respect to the lower terminal) is applied to both ends of the variable resistance element 2. As a result, the resistance change element 2 transitions (sets) from the high resistance state to the low resistance state. That is, when the variable resistance element 2 is already in a low resistance state, no voltage is applied to both ends of the variable resistance element 2, and multiple writing is avoided.

(2)抵抗変化素子2を高抵抗状態に設定(リセット)する場合
抵抗変化素子2の上側端子は、スイッチ45により、Low電位(GND)に固定される。
(2) When the resistance change element 2 is set (reset) to the high resistance state The upper terminal of the resistance change element 2 is fixed to the low potential (GND) by the switch 45.

一方、抵抗変化素子2の下側端子には、左側の電圧発生回路325により、抵抗変化素子2が高抵抗状態にある場合には、Low電圧が印加され、抵抗変化素子2が低抵抗状態にある場合には、High電圧が印加される。   On the other hand, a low voltage is applied to the lower terminal of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 is in a high resistance state by the voltage generation circuit 325 on the left side, and the resistance change element 2 is brought into a low resistance state. In some cases, a high voltage is applied.

この結果、抵抗変化素子2が低抵抗状態(セット状態)にある場合にだけ、抵抗変化素子2の両端に電圧(ここでは、上側端子を基準に下側端子にHigh電圧)が印加され、その結果、抵抗変化素子2が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する(リセットされる)。つまり、抵抗変化素子2が既に高抵抗状態にある場合には、抵抗変化素子2の両端には電圧が印加されず、多重書き込みが回避される。   As a result, only when the resistance change element 2 is in a low resistance state (set state), a voltage (here, a high voltage at the lower terminal with respect to the upper terminal) is applied to both ends of the resistance change element 2. As a result, the resistance change element 2 transitions from the low resistance state to the high resistance state (reset). That is, when the variable resistance element 2 is already in a high resistance state, no voltage is applied to both ends of the variable resistance element 2, and multiple writing is avoided.

(応用例2)
次に、本発明に係る書き込み回路の応用例2を説明する。
(Application example 2)
Next, application example 2 of the write circuit according to the present invention will be described.

この応用例2は、本発明に係る書き込み回路の駆動方法であり、ベリファイ動作を伴いながら不揮発性記憶素子(ここでは、抵抗変化素子)の抵抗値を調整する方法である。   This application example 2 is a method for driving a write circuit according to the present invention, and is a method for adjusting the resistance value of a nonvolatile memory element (here, a resistance change element) with a verify operation.

一般に、抵抗変化素子は、図9Aの特性図に示されるように、抵抗値がばらつく。図9Aには、正及び負の電圧パルスを交互に繰り返して抵抗変化素子に印加することによって抵抗変化素子を高抵抗状態と低抵抗状態とに交互に遷移させた場合における抵抗変化素子の抵抗値がプロットされている。横軸は正及び負の電圧パルスを印加した回数に対応する時間であり、縦軸は抵抗変化素子2の抵抗値である。本図から分かるように、抵抗変化素子の抵抗値は、高抵抗状態及び低抵抗状態のそれぞれにおいて、常に同一の値をとるとは限らず、ランダムにばらつく。特に、高抵抗状態における抵抗値は、大きくばらつく。   Generally, the resistance value of the variable resistance element varies as shown in the characteristic diagram of FIG. 9A. FIG. 9A shows the resistance value of the resistance change element when the resistance change element is alternately switched between the high resistance state and the low resistance state by alternately applying positive and negative voltage pulses to the resistance change element. Is plotted. The horizontal axis is the time corresponding to the number of times that positive and negative voltage pulses are applied, and the vertical axis is the resistance value of the resistance change element 2. As can be seen from this figure, the resistance value of the variable resistance element does not always take the same value in each of the high resistance state and the low resistance state, and varies randomly. In particular, the resistance value in the high resistance state varies greatly.

そこで、本応用例では、抵抗変化素子の書き込み方法として、図9Bのフローチャートに示されるように、ベリファイ動作を伴った書き込みを行う。つまり、まず抵抗変化素子への書き込みを行った後に(S11)、その抵抗変化素子の抵抗値を読み出し(S11)、読み出した抵抗値が規定範囲内であるか否かを判断し(S13)、規定範囲内でない場合には(S13でFail)、再度の書き込みを行う(S11〜S13)。このような処理を、抵抗値が規定範囲内になるまで(S13でPass)、繰り返す。ここで、規定範囲内とは、例えば、抵抗変化素子を低抵抗状態に書き込む(セットする)場合には、典型的な抵抗変化素子の高抵抗状態における抵抗値Rhと低抵抗状態における抵抗値Rlとの中間値(Rh+Rl)/2よりも小さい抵抗値の範囲をいい、一方、抵抗変化素子を高抵抗状態に書き込む(リセットする)場合には、典型的な抵抗変化素子の高抵抗状態における抵抗値Rhと低抵抗状態における抵抗値Rlとの中間値(Rh+Rl)/2よりも大きい抵抗値の範囲をいう。   Therefore, in this application example, as a method of writing the variable resistance element, writing with a verify operation is performed as shown in the flowchart of FIG. 9B. That is, after writing to the variable resistance element (S11), the resistance value of the variable resistance element is read (S11), and it is determined whether the read resistance value is within a specified range (S13). If it is not within the specified range (Fail in S13), writing is performed again (S11 to S13). Such a process is repeated until the resistance value falls within the specified range (pass in S13). Here, within the specified range, for example, when writing (setting) a resistance change element in a low resistance state, a resistance value Rh in a high resistance state and a resistance value Rl in a low resistance state of a typical resistance change element. On the other hand, when the resistance change element is written (reset) in the high resistance state, the resistance of the typical resistance change element in the high resistance state is smaller than the intermediate value (Rh + Rl) / 2. A range of resistance values greater than the intermediate value (Rh + Rl) / 2 between the value Rh and the resistance value Rl in the low resistance state.

ここで、本応用例では、ベリファイ(S13)における「Fail」の場合に同じ書き込みステップを繰り返すのではなく、図9Cに示されるように、直前の書き込み時間よりも大きな書き込み時間で抵抗変化素子への書き込みを行う。たとえば、第1回目の書き込みでは、書き込みフェーズ(図2Cに示される動作)における時間が初期値(t秒)となるようにして書き込みを行い、その後のベリファイ(S13)において「Fail」した場合には、書き込みフェーズにおける時間を直前の2倍の時間(2t秒)にして書き込みを行い、さらにその後のベリファイ(S13)において「Fail」した場合には、書き込みフェーズにおける時間をさらに直前の2倍の時間(4t秒)にして書き込むというように、ベリファイ(S13)において「Pass」するまで、書き込み時間を直前の2倍にして書き込むことを繰り返す。   Here, in this application example, instead of repeating the same write step in the case of “Fail” in the verify (S13), as shown in FIG. 9C, the resistance change element is transferred to the variable resistance element with a write time longer than the previous write time. Write. For example, in the first writing, writing is performed such that the time in the writing phase (the operation shown in FIG. 2C) is the initial value (t seconds), and “Fail” is performed in the subsequent verification (S13). When writing is performed by setting the time in the writing phase to twice the previous time (2 t seconds) and “Fail” in the subsequent verification (S13), the time in the writing phase is further doubled to the previous time. The writing is repeated with the writing time doubled immediately before the “Pass” in the verify (S13), such as writing at time (4 tsec).

このような書き込み方法により、抵抗変化素子の抵抗値は、確実に、規定範囲内の値に調整される。抵抗変化素子は、印加される電圧パルスの時間とともに抵抗状態が遷移する確率が増加するが、無駄に長い時間の電圧パルスを常に印加したのでは、抵抗変化素子の特性を劣化させてしまう。よって、このようなベリファイ動作を伴いつつ、書き込み時間を徐々に大きくしていく書き込み方法により、確実に、かつ、抵抗変化素子に余計なストレスを与えることなく、書き込みが行われる。   By such a writing method, the resistance value of the variable resistance element is surely adjusted to a value within the specified range. In the resistance change element, the probability that the resistance state transitions increases with the time of the applied voltage pulse. However, if a voltage pulse for a long time is always applied unnecessarily, the characteristics of the resistance change element are deteriorated. Therefore, writing is performed reliably and without applying extra stress to the resistance change element by the writing method in which the writing time is gradually increased while accompanying the verify operation.

(応用例3)
次に、本発明に係る書き込み回路の応用例3として、多値書き込み回路を説明する。
(Application example 3)
Next, a multi-value write circuit will be described as an application example 3 of the write circuit according to the present invention.

図10は、本発明の応用例3における多値書き込み回路のブロック図である。この多値書き込み回路は、抵抗変化素子2を、第1抵抗値R1と第1抵抗値R1よりも大きな第2抵抗値R2との間の抵抗値に設定する(書き込む)ことができる多値書き込み回路であって、抵抗変化素子2の一端(左側端子)に接続された第1書き込み回路1a(325)と、抵抗変化素子2の他端(右側端子)に接続された第2書き込み回路1(25)とを備える。   FIG. 10 is a block diagram of a multi-value write circuit in application example 3 of the present invention. The multi-value writing circuit can set (write) the resistance change element 2 to a resistance value between the first resistance value R1 and the second resistance value R2 larger than the first resistance value R1. A first write circuit 1a (325) connected to one end (left terminal) of the variable resistance element 2 and a second write circuit 1 (connected to the other end (right terminal) of the variable resistance element 2; 25).

第1書き込み回路1a(325)は、図8に示された電圧発生回路325と同じ回路構成を有し(ただし、参照抵抗321の抵抗値Rref=第1抵抗値R1)、出力端子OUT1から抵抗変化素子2の一端(左側端子)に電圧を印加する回路である。具体的には、この第1書き込み回路1a(325)は、抵抗変化素子2が第1抵抗値R1よりも小さな抵抗値をもつ場合に、抵抗変化素子2の一端(左側端子)に第1電圧(High電圧)を印加し、抵抗変化素子2が第1抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、抵抗変化素子2の一端(左側端子)に第1電圧(High電圧)よりも低い第2電圧(Low電圧)を印加する。   The first write circuit 1a (325) has the same circuit configuration as the voltage generation circuit 325 shown in FIG. 8 (however, the resistance value Rref of the reference resistor 321 = the first resistance value R1), and the resistance from the output terminal OUT1 This is a circuit for applying a voltage to one end (left terminal) of the change element 2. Specifically, the first write circuit 1a (325) has a first voltage applied to one end (left terminal) of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 has a resistance value smaller than the first resistance value R1. (High voltage) is applied, and when the variable resistance element 2 has a resistance value larger than the first resistance value, a second voltage lower than the first voltage (High voltage) is applied to one end (left terminal) of the variable resistance element 2. A voltage (Low voltage) is applied.

一方、第2書き込み回路1(25)は、図8及び図1に示された電圧発生回路25と同じ回路構成を有し(ただし、参照抵抗21の抵抗値Rref=第2抵抗値R2)、出力端子OUT2から抵抗変化素子2の他端(右側端子)に電圧を印加する回路である。具体的には、この第2書き込み回路1(25)は、抵抗変化素子2が第2抵抗値R2よりも小さな抵抗値をもつ場合に、抵抗変化素子2の他端(右側端子)に第2電圧(Low電圧)を印加し、抵抗変化素子2が第2抵抗値R2よりも大きな抵抗値をもつ場合に、抵抗変化素子2の他端(右側端子)に第1電圧(High電圧)を印加する。   On the other hand, the second write circuit 1 (25) has the same circuit configuration as that of the voltage generation circuit 25 shown in FIGS. 8 and 1 (where the resistance value Rref of the reference resistor 21 is the second resistance value R2), In this circuit, a voltage is applied from the output terminal OUT2 to the other end (right terminal) of the variable resistance element 2. Specifically, the second write circuit 1 (25) is connected to the second end (right terminal) of the resistance change element 2 when the resistance change element 2 has a resistance value smaller than the second resistance value R2. When a voltage (Low voltage) is applied and the resistance change element 2 has a resistance value larger than the second resistance value R2, the first voltage (High voltage) is applied to the other end (right terminal) of the resistance change element 2. To do.

なお、この抵抗変化素子2は、図1に示されたものと同一の特性を有する。つまり、この抵抗変化素子2は、一端(左側端子)に第1電圧(High電圧)が印加され、かつ、他端(右側端子)に第2電圧(Low電圧)が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化(リセット)され、一端(左側端子)に第2電圧(Low電圧)が印加され、かつ、他端(右側端子)に第1電圧(High電圧)が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化(セット)される性質を有する。   The resistance change element 2 has the same characteristics as those shown in FIG. That is, the resistance change element 2 has a resistance when a first voltage (High voltage) is applied to one end (left terminal) and a second voltage (Low voltage) is applied to the other end (right terminal). When the value is increased (reset), the second voltage (Low voltage) is applied to one end (left terminal), and the first voltage (High voltage) is applied to the other end (right terminal), It has a property that the resistance value is lowered (set).

このような多値書き込み回路によれば、図10の右下に示されるように、抵抗変化素子2の抵抗値Rmと参照抵抗321の抵抗値R1及び参照抵抗21の抵抗値R2との関係により、以下の書き込み動作が行われる。   According to such a multi-value writing circuit, as shown in the lower right of FIG. 10, the relationship between the resistance value Rm of the resistance change element 2, the resistance value R1 of the reference resistor 321 and the resistance value R2 of the reference resistor 21 is obtained. The following write operation is performed.

(1)Rm<R1、R2のとき
出力端子OUT1の電圧はHigh電圧(電圧Vdd)となり、出力端子OUT2の電圧はLow電圧(GND)となり、抵抗変化素子2には、高抵抗化する電圧(RESET電圧)が印加される。
(1) When Rm <R1 and R2, the voltage at the output terminal OUT1 becomes a high voltage (voltage Vdd), the voltage at the output terminal OUT2 becomes a low voltage (GND), and the resistance change element 2 has a voltage (high voltage). RESET voltage) is applied.

(2)R1、R2<Rmのとき
出力端子OUT1の電圧はLow電圧(GND)となり、出力端子OUT2の電圧はHigh電圧(電圧Vdd)となり、抵抗変化素子2には、低抵抗化する電圧(SET電圧)が印加される。
(2) When R1, R2 <Rm, the voltage at the output terminal OUT1 becomes the Low voltage (GND), the voltage at the output terminal OUT2 becomes the High voltage (voltage Vdd), and the resistance change element 2 has a low resistance voltage ( SET voltage) is applied.

(3)R1<Rm<R2のとき
出力端子OUT1の電圧はLow電圧(GND)となり、出力端子OUT2の電圧はLow電圧(GND)となり、抵抗変化素子2の両端には、電圧が印加されない。
(3) When R1 <Rm <R2 The voltage at the output terminal OUT1 is the Low voltage (GND), the voltage at the output terminal OUT2 is the Low voltage (GND), and no voltage is applied across the resistance change element 2.

以上のことから、この多値書き込み回路によれば、このような書き込み動作によって、抵抗変化素子2の抵抗値Rmは、第1抵抗値R1と第2抵抗値R2との間の抵抗値に調整される。つまり、第1抵抗値R1を設定したい目標抵抗値の下限値に設定しておき、第2抵抗値R2を目標抵抗値の上限値に設定しておくことで、抵抗変化素子2の抵抗値は、下限値と上限値との間の抵抗値に設定される。   From the above, according to this multi-value write circuit, the resistance value Rm of the resistance change element 2 is adjusted to a resistance value between the first resistance value R1 and the second resistance value R2 by such a write operation. Is done. That is, by setting the first resistance value R1 to the lower limit value of the target resistance value to be set and setting the second resistance value R2 to the upper limit value of the target resistance value, the resistance value of the resistance change element 2 is The resistance value between the lower limit value and the upper limit value is set.

よって、図10の左下に示されるように、例えば、2ビットの制御信号の値に応じて、第1抵抗値R1と第2抵抗値R2との組み合わせを切り替える(4種類の異なる抵抗値の組み合わせから一つを選択する)回路を、このような多値書き込み回路に付加することで、抵抗変化素子2の抵抗値を、4値のうちの所望の一つの値に設定する多値書き込み回路が実現される。その結果、一つのメモリセルで2ビット以上の抵抗状態を記憶させることが可能となり、メモリセルあたりのビット数を増やし、実効的なメモリ容量を増やすことができる。   Therefore, as shown in the lower left of FIG. 10, for example, the combination of the first resistance value R1 and the second resistance value R2 is switched according to the value of the 2-bit control signal (a combination of four different resistance values). A multi-value write circuit that sets the resistance value of the resistance change element 2 to a desired one of the four values by adding a circuit to the multi-value write circuit. Realized. As a result, a resistance state of 2 bits or more can be stored in one memory cell, the number of bits per memory cell can be increased, and the effective memory capacity can be increased.

(応用例4)
次に、本発明に係る書き込み回路の応用例4として、別の多値書き込み回路を説明する。
(Application 4)
Next, as a fourth application example of the writing circuit according to the present invention, another multilevel writing circuit will be described.

図11は、本発明の応用例4における多値書き込み回路50を説明する図である。図11(a)は、本応用例における多値書き込み回路50のブロック図である。この多値書き込み回路50は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子(ここでは、抵抗変化素子2)を、第1抵抗値REFAと第1抵抗値REFAよりも大きな第2抵抗値REFBとの間の抵抗値に設定する多値書き込み回路であって、主に、抵抗変化素子2の一端(下側端子RRAMB)に接続された第1書き込み回路(センスアンプampR)と、第2書き込み回路(センスアンプampL)と、抵抗変化素子2の他端(上側端子RRAMU)に接続された(ここでは、NMOSトランジスタ54aを介して接続された)少なくとも2つのスイッチ素子(ここでは、NMOSトランジスタ52及び53)とを備える。   FIG. 11 is a diagram for explaining the multi-value write circuit 50 in the application example 4 of the present invention. FIG. 11A is a block diagram of the multi-value write circuit 50 in this application example. The multi-value write circuit 50 is configured to connect a resistance change type nonvolatile memory element (here, the resistance change element 2) between a first resistance value REFA and a second resistance value REFB larger than the first resistance value REFA. A multi-value write circuit for setting a resistance value, mainly a first write circuit (sense amplifier ampR) connected to one end (lower terminal RRAMB) of the resistance change element 2, and a second write circuit (sense amplifier) ampL) and at least two switch elements (here, NMOS transistors 52 and 53) connected to the other end (upper terminal RRAMU) of the resistance change element 2 (here, connected via the NMOS transistor 54a); Is provided.

第1書き込み回路(センスアンプampR)は、抵抗変化素子2が第1抵抗値REFAよりも小さな抵抗値をもつ場合に、第1電圧(High電圧)を、抵抗変化素子2の一端(下側端子RRAMB)に印加するとともに出力端子ampRoutから出力し、一方、抵抗変化素子2が第1抵抗値REFAよりも大きな抵抗値をもつ場合に、第1電圧(High電圧)よりも低い第2電圧(Low電圧)を、抵抗変化素子2の一端(下側端子RRAMB)に印加するとともに出力端子ampRoutから出力する。   When the variable resistance element 2 has a resistance value smaller than the first resistance value REFA, the first write circuit (sense amplifier ampR) supplies the first voltage (High voltage) to one end (lower terminal) of the variable resistance element 2. RRAMB) and output from the output terminal ampRout. On the other hand, when the variable resistance element 2 has a resistance value larger than the first resistance value REFA, the second voltage (Low voltage) lower than the first voltage (High voltage). Voltage) is applied to one end (lower terminal RRAMB) of the variable resistance element 2 and output from the output terminal ampRout.

第2書き込み回路(センスアンプampL)は、抵抗変化素子2が第2抵抗値REFBよりも小さな抵抗値をもつ場合に、第2電圧(Low電圧)を出力端子ampLoutから出力し、一方、抵抗変化素子2が第2抵抗値REFBよりも大きな抵抗値をもつ場合に、第1電圧(High電圧)を出力端子ampLoutから出力する。   The second write circuit (sense amplifier ampL) outputs the second voltage (Low voltage) from the output terminal ampLout when the variable resistance element 2 has a resistance value smaller than the second resistance value REFB, while the resistance change element When the element 2 has a resistance value larger than the second resistance value REFB, the first voltage (High voltage) is output from the output terminal ampLout.

抵抗変化素子2の他端(上側端子RRAMU)に接続された少なくとも2つのスイッチ素子(ここでは、NMOSトランジスタ52及び53)の一つ(NMOSトランジスタ53)は、そのゲートが第1書き込み回路(センスアンプampR)の出力端子ampRoutに接続され、その出力端子ampRoutから第1電圧(High電圧)が出力されたときに、ONし、ドレインに接続された第2電圧(電圧Vreset(Low電圧))を、NMOSトランジスタ54aを介して抵抗変化素子2の他端(上側端子RRAMU)に印加する。   One of the at least two switch elements (NMOS transistors 52 and 53 in this case) (NMOS transistor 53) connected to the other end (upper terminal RRAMU) of the variable resistance element 2 has its gate at the first write circuit (sense). Is connected to the output terminal ampRout of the amplifier ampR), and when the first voltage (High voltage) is output from the output terminal ampRout, the second voltage (voltage Vreset (Low voltage)) connected to the drain is turned on. The voltage is applied to the other end (upper terminal RRAMU) of the variable resistance element 2 via the NMOS transistor 54a.

また、抵抗変化素子2の他端(上側端子RRAMU)に接続された少なくとも2つのスイッチ素子(ここでは、NMOSトランジスタ52及び53)の他の一つ(NMOSトランジスタ52)は、そのゲートが第2書き込み回路(センスアンプampL)の出力端子ampLoutに接続され、その出力端子ampLoutから第1電圧(High電圧)が出力されたときに、ONし、ドレインに接続された第1電圧(電圧Vset(High電圧))を、NMOSトランジスタ54aを介して抵抗変化素子2の他端(上側端子RRAMU)に印加する。   Further, the gate of the other one (NMOS transistor 52) of at least two switch elements (NMOS transistors 52 and 53 in this case) connected to the other end (upper terminal RRAMU) of the resistance change element 2 is the second. Connected to the output terminal ampLout of the write circuit (sense amplifier ampL) and turned on when the first voltage (High voltage) is output from the output terminal ampLout, the first voltage connected to the drain (voltage Vset (High) Voltage)) is applied to the other end (upper terminal RRAMU) of the variable resistance element 2 via the NMOS transistor 54a.

抵抗変化素子2は、図1に示されたものと同一の特性を有する。つまり、この抵抗変化素子2は、抵抗変化素子2の一端(下側端子RRAMB)に第1電圧(High電圧)が印加され、かつ、抵抗変化素子2の他端(上側端子RRAMU)に第2電圧(Low電圧)が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化(リセット)され、抵抗変化素子2の一端(下側端子RRAMB)に第2電圧(Low電圧)が印加され、かつ、抵抗変化素子2の他端(上側端子RRAMU)に第1電圧(High電圧)が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化(セット)される性質を有する。   The variable resistance element 2 has the same characteristics as those shown in FIG. That is, in the resistance change element 2, the first voltage (High voltage) is applied to one end (lower terminal RRAMB) of the resistance change element 2, and the second voltage is applied to the other end (upper terminal RRAMU) of the resistance change element 2. When a voltage (Low voltage) is applied, the resistance value is increased (reset), the second voltage (Low voltage) is applied to one end (lower terminal RRAMB) of the resistance change element 2, and the resistance When the first voltage (High voltage) is applied to the other end (upper terminal RRAMU) of the change element 2, the resistance value is reduced (set).

以下、この多値書き込み回路50の構成について、より詳しく説明する。   Hereinafter, the configuration of the multi-value write circuit 50 will be described in more detail.

この多値書き込み回路50は、主に、3つのNMOSトランジスタ51〜53と、書き込みの対象となる抵抗変化素子2(抵抗値Rm)と、2つのセンスアンプampR及びampLと、2つの参照抵抗(抵抗値REFA及びREFB)とを備える。   The multi-value write circuit 50 mainly includes three NMOS transistors 51 to 53, a resistance change element 2 (resistance value Rm) to be written, two sense amplifiers ampR and ampL, and two reference resistors ( Resistance values REFA and REFB).

3つのNMOSトランジスタ51〜53は、それぞれ、読み出し用、低抵抗化(セット)用、及び、高抵抗化(リセット)用のスイッチ素子であり、ドレインが、それぞれ、読み出し用電圧Vread、セット用電圧Vset、及び、リセット用電圧Vresetに接続され、ゲートには、それぞれ、制御信号re、制御信号sete(センスアンプampLの出力端子ampLoutからの信号)、及び、制御信号resete(センスアンプampRの出力端子ampRoutからの信号)が供給される。NMOSトランジスタ51のソースは抵抗変化素子2の上側端子RRAMUに接続され、NMOSトランジスタ52及び53のソースはNMOSトランジスタ54aを介して抵抗変化素子2の上側端子RRAMUに接続されている。   The three NMOS transistors 51 to 53 are switch elements for reading, low resistance (set), and high resistance (reset), respectively, and the drains are the read voltage Vread and the set voltage, respectively. Vset is connected to the reset voltage Vreset, and the gates have a control signal re, a control signal sete (signal from the output terminal ampLout of the sense amplifier ampL), and a control signal resete (output terminal of the sense amplifier ampR, respectively). signal from ampRout). The source of the NMOS transistor 51 is connected to the upper terminal RRAMU of the resistance change element 2, and the sources of the NMOS transistors 52 and 53 are connected to the upper terminal RRAMU of the resistance change element 2 via the NMOS transistor 54a.

センスアンプampR及びampLは、上述した電圧発生回路に相当する回路であり(ただし、参照抵抗を除外した回路)、抵抗変化素子2及び参照抵抗に接続されるそれぞれの端子を入力端子とし、出力ノード(図1におけるノードvout_left又はvout_right等)を出力端子とする三角形のシンボルで図示されている。なお、センスアンプampRには、その出力端子ampRoutとその入力端子の一つ(抵抗変化素子2に接続されている入力端子)との間に、バッファアンプ(ここでは、2段のインバータ)及びNMOSトランジスタ54bが接続されている。   The sense amplifiers ampR and ampL are circuits corresponding to the above-described voltage generation circuit (however, a circuit excluding the reference resistance), and each terminal connected to the resistance change element 2 and the reference resistance is used as an input terminal, and an output node It is shown by a triangular symbol whose output terminal is a node (vout_left or vout_right in FIG. 1). The sense amplifier ampR includes a buffer amplifier (in this case, a two-stage inverter) and an NMOS between its output terminal ampRout and one of its input terminals (input terminal connected to the resistance change element 2). The transistor 54b is connected.

センスアンプampRは、図10の書き込み回路1a(325)のように、抵抗変化素子2の抵抗値Rmと参照抵抗の抵抗値REFAとの関係がREFA>Rmの場合に、出力端子ampRoutにHigh電圧を出力し、一方、REFA<Rmの場合に、出力端子ampRoutにLow電圧を出力する。また、センスアンプampLは、図10の書き込み回路1(25)のように、REFB>Rmの場合に、出力端子ampRoutにLow電圧を出力し、一方、REFB<Rmの場合に、出力端子ampRoutにHigh電圧を出力する。   As in the write circuit 1a (325) of FIG. 10, the sense amplifier ampR has a high voltage at the output terminal ampRout when the relationship between the resistance value Rm of the resistance change element 2 and the resistance value REFA of the reference resistance is REFA> Rm. On the other hand, when REFA <Rm, the Low voltage is output to the output terminal ampRout. The sense amplifier ampL outputs a low voltage to the output terminal ampRout when REFB> Rm as in the write circuit 1 (25) of FIG. 10, while the sense amplifier ampL outputs to the output terminal ampRout when REFB <Rm. High voltage is output.

図11(b)は、この多値書き込み回路50の動作目標を説明する図である。抵抗変化素子2の抵抗値Rmと2つの参照抵抗の抵抗値REFA及びREFBとの間には、3つのケースが考えられる(なお、REFA<REFBとする)。ケース1は、Rm<REFA、REFBであり、このケースでは、抵抗変化素子2に対してリセット動作をすることによって高抵抗化する必要がある。また、ケース2は、REFA<Rm<REFBであり、目標となる最終状態であるので、このケースでは、なにもしない。また、ケース3は、REFA、REFB<Rmであり、このケースでは、抵抗変化素子2に対してセット動作をすることによって低抵抗化する必要がある。   FIG. 11B is a diagram for explaining an operation target of the multi-level write circuit 50. There are three cases between the resistance value Rm of the variable resistance element 2 and the resistance values REFA and REFB of the two reference resistors (REFA <REFB). Case 1 is Rm <REFA, REFB. In this case, it is necessary to increase the resistance by performing a reset operation on the resistance change element 2. In addition, since Case 2 is REFA <Rm <REFB and is a target final state, nothing is done in this case. In case 3, REFA and REFB <Rm. In this case, it is necessary to reduce the resistance by performing the set operation on the resistance change element 2.

図11(c)は、このような多値書き込み回路50の動作結果を示す真理値表であり、図11(b)の3つのケース1〜3に対応した電圧(H(High電圧)/L(Low電圧))が記載されている。この多値書き込み回路50は、図11(c)に示されるように、以下のように動作する。   FIG. 11C is a truth table showing the operation result of such a multi-value write circuit 50, and the voltage (H (High voltage) / L) corresponding to the three cases 1 to 3 in FIG. (Low voltage)). As shown in FIG. 11C, the multilevel write circuit 50 operates as follows.

(1)ケース1(Rm<REFA、REFB)
センスアンプampLの出力端子ampLoutは、Low電圧となり、センスアンプampRの出力端子ampRoutは、High電圧となる。これにより、NMOSトランジスタ51〜53のうち、ゲートに出力端子ampRoutからの信号(resete)が供給されるNMOSトランジスタ53だけがONし、抵抗変化素子2の上側端子RRAMUには、電圧Vreset(ここでは、Low電圧)が印加される。一方、抵抗変化素子2の下側端子RRAMBには、センスアンプampRの出力端子ampRoutからのHigh電圧がバッファアンプ及びNMOSトランジスタ54bを介して印加される。
(1) Case 1 (Rm <REFA, REFB)
The output terminal ampLout of the sense amplifier ampL has a low voltage, and the output terminal ampRout of the sense amplifier ampR has a high voltage. As a result, only the NMOS transistor 53 whose gate is supplied with the signal (reset) from the output terminal ampRout is turned on, and the voltage Vreset (here, the upper terminal RRAMU of the resistance change element 2 is turned on. , Low voltage). On the other hand, the High voltage from the output terminal ampRout of the sense amplifier ampR is applied to the lower terminal RRAMB of the resistance change element 2 via the buffer amplifier and the NMOS transistor 54b.

この結果、抵抗変化素子2の下側端子RRAMBにHigh電圧が印加され、その上側端子RRAMUにはLow電圧が印加されるので、図11(b)のケース1で示したように、抵抗変化素子2に対してリセット動作が行われ、抵抗変化素子2が高抵抗化する。   As a result, a high voltage is applied to the lower terminal RRAMB of the resistance change element 2 and a low voltage is applied to the upper terminal RRAMU, so that the resistance change element 2 as shown in case 1 of FIG. 2 is reset to increase the resistance of the variable resistance element 2.

(2)ケース2(REFA<Rm<REFB)
センスアンプampLの出力端子ampLoutは、Low電圧となり、センスアンプampRの出力端子ampRoutは、Low電圧となる。これにより、NMOSトランジスタ51〜53のすべてがOFFとなり、抵抗変化素子2の上側端子RRAMUには、電圧が印加されない(フロート状態となる)。一方、抵抗変化素子2の下側端子RRAMBには、センスアンプampRの出力端子ampRoutからのLow電圧がバッファアンプ及びNMOSトランジスタ54bを介して印加される。
(2) Case 2 (REFA <Rm <REFB)
The output terminal ampLout of the sense amplifier ampL has a low voltage, and the output terminal ampRout of the sense amplifier ampR has a low voltage. As a result, all of the NMOS transistors 51 to 53 are turned off, and no voltage is applied to the upper terminal RRAMU of the resistance change element 2 (the float state is set). On the other hand, the Low voltage from the output terminal ampRout of the sense amplifier ampR is applied to the lower terminal RRAMB of the resistance change element 2 via the buffer amplifier and the NMOS transistor 54b.

この結果、抵抗変化素子2の下側端子RRAMBにLow電圧が印加され、その上側端子RRAMUはフロート状態となるので、図11(b)のケース2で示したように、抵抗変化素子2に対して電圧が印加されず、抵抗変化素子2の抵抗値は変化しない。   As a result, a low voltage is applied to the lower terminal RRAMB of the resistance change element 2 and the upper terminal RRAMU is in a floating state. Therefore, as shown in Case 2 of FIG. Thus, no voltage is applied, and the resistance value of the resistance change element 2 does not change.

(3)ケース3(REFA、REFB<Rm)
センスアンプampLの出力端子ampLoutは、High電圧となり、センスアンプampRの出力端子ampRoutは、Low電圧となる。これにより、NMOSトランジスタ51〜53のうち、ゲートに出力端子ampLoutからの信号(sete)が供給されるNMOSトランジスタ52だけがONし、抵抗変化素子2の上側端子RRAMUには、電圧Vset(ここでは、High電圧)が印加される。一方、抵抗変化素子2の下側端子RRAMBには、センスアンプampRの出力端子ampRoutからのLow電圧がバッファアンプ及びNMOSトランジスタ54bを介して印加される。
(3) Case 3 (REFA, REFB <Rm)
The output terminal ampLout of the sense amplifier ampL has a high voltage, and the output terminal ampRout of the sense amplifier ampR has a low voltage. As a result, only the NMOS transistor 52 whose gate is supplied with the signal (set) from the output terminal ampLout is turned on, and the voltage Vset (here, the upper terminal RRAMU of the resistance change element 2 is turned on. , High voltage). On the other hand, the Low voltage from the output terminal ampRout of the sense amplifier ampR is applied to the lower terminal RRAMB of the resistance change element 2 via the buffer amplifier and the NMOS transistor 54b.

この結果、抵抗変化素子2の下側端子RRAMBにLow電圧が印加され、その上側端子RRAMUにはHigh電圧が印加されるので、図11(b)のケース3で示したように、抵抗変化素子2に対してセット動作が行われ、抵抗変化素子2が低抵抗化する。   As a result, a low voltage is applied to the lower terminal RRAMB of the variable resistance element 2 and a high voltage is applied to the upper terminal RRAMU, so that the variable resistance element 2 as shown in case 3 of FIG. 2 is set, and the resistance change element 2 is lowered in resistance.

以上のことから、この多値書き込み回路50によれば、書き込み動作によって、抵抗変化素子2の抵抗値Rmは、第1抵抗値REFAと第2抵抗値REFBとの間の抵抗値に調整される。つまり、第1抵抗値REFAを設定したい目標抵抗値の下限値に設定しておき、第2抵抗値REFBを目標抵抗値の上限値に設定しておくことで、抵抗変化素子2の抵抗値は、下限値と上限値との間の抵抗値に設定される。これにより、応用例3と同様に、2つの参照抵抗値の組み合わせを変更する回路を付加することで、一つの不揮発性記憶素子の抵抗値を3以上の多値のいずれかに設定することが可能になり、1ビットで多値を記憶できるメモリセルが実現され、メモリセルあたりのメモリ容量が増大される。   From the above, according to the multi-value write circuit 50, the resistance value Rm of the resistance change element 2 is adjusted to a resistance value between the first resistance value REFA and the second resistance value REFB by the write operation. . That is, by setting the first resistance value REFA to the lower limit value of the target resistance value to be set and setting the second resistance value REFB to the upper limit value of the target resistance value, the resistance value of the resistance change element 2 is The resistance value between the lower limit value and the upper limit value is set. Thereby, like Application Example 3, by adding a circuit that changes the combination of two reference resistance values, the resistance value of one nonvolatile memory element can be set to any one of three or more multi-values. Thus, a memory cell capable of storing multiple values with 1 bit is realized, and the memory capacity per memory cell is increased.

以上、本発明に係る抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路及び多値書き込み回路について、実施の形態、変形例及び応用例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態、変形例及び応用例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、これらの実施の形態、変形例及び応用例に対して当業者が思いつく各種変形例を施して得られる形態や、これらの実施の形態、変形例及び応用例における回路要素及び手順を任意に組み合わせて実現される回路及び手順も、本発明に含まれる。   As described above, the write circuit and the multi-value write circuit of the variable resistance nonvolatile memory element according to the present invention have been described based on the embodiments, the modified examples, and the application examples. However, the present invention is not limited to these embodiments and modified examples. It is not limited to examples and applications. Without departing from the gist of the present invention, these embodiments, modifications, and applications may be obtained by applying various modifications that a person skilled in the art can think of, and these embodiments, modifications, and applications. Circuits and procedures realized by arbitrarily combining circuit elements and procedures in the above are also included in the present invention.

たとえば、上記応用例1〜4における書き込み回路(あるいは、電圧発生回路)としては、実施の形態、変形例1及び変形例2のいずれの書き込み回路(あるいは、電圧発生回路)で構成してもよい。これらの応用例1〜4は、書き込み回路(あるいは、電圧発生回路)におけるセンス方式(電流差動センス方式、電圧差動センス方式)に依存することなく実現できるからである。   For example, the write circuit (or voltage generation circuit) in the application examples 1 to 4 may be configured by any of the write circuits (or voltage generation circuits) of the embodiment, the first modification, and the second modification. . This is because these application examples 1 to 4 can be realized without depending on the sense method (current differential sense method, voltage differential sense method) in the write circuit (or voltage generation circuit).

本発明は、抵抗変化型不揮発性記憶素子の書き込み回路及び多値書き込み回路として、特に、大容量、高速動作及び低消費電力の不揮発性メモリが必要とされる電子機器用の不揮発性メモリの書き込み回路として、利用できる。   The present invention relates to a write circuit and a multi-value write circuit of a resistance change type nonvolatile memory element, in particular, writing of a nonvolatile memory for an electronic device that requires a large capacity, high speed operation and low power consumption nonvolatile memory. It can be used as a circuit.

1、1a 書き込み回路
2 抵抗変化素子
10、10a、310 保持部
11、13〜15、17〜20、51〜53、54a、54b、105〜107、109〜112、123、124、203〜208、211、212、223、224、311、313〜315、317〜320 NMOSトランジスタ
12、16、31、32、101〜104、108、201、202、209、210、312、316、331、332 PMOSトランジスタ
21、121、221、321 参照抵抗
25、25a、25b、325 電圧発生回路
30、30a、30b、30c、330 印加部
33、34、35、36 バッファアンプ
40 スイッチ部
41 電源41
42、45、45a スイッチ
50 多値書き込み回路
ampR、ampL センスアンプ
1, 1a Write circuit 2 Resistance change element 10, 10a, 310 Holding part 11, 13-15, 17-20, 51-53, 54a, 54b, 105-107, 109-112, 123, 124, 203-208, 211, 212, 223, 224, 311, 313 to 315, 317 to 320 NMOS transistor 12, 16, 31, 32, 101 to 104, 108, 201, 202, 209, 210, 312, 316, 331, 332 PMOS transistor 21, 121, 221, 321 Reference resistor 25, 25 a, 25 b, 325 Voltage generation circuit 30, 30 a, 30 b, 30 c, 330 Application unit 33, 34, 35, 36 Buffer amplifier 40 Switch unit 41 Power supply 41
42, 45, 45a switch 50 multi-value write circuit ampR, ampL sense amplifier

Claims (8)

抵抗変化型の不揮発性記憶素子に対する書き込み回路であって、
前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態にある場合にだけ前記不揮発性記憶素子を低抵抗状態に遷移させるための電圧を前記不揮発性記憶素子に印加し、前記不揮発性記憶素子が低抵抗状態にある場合にだけ前記不揮発性記憶素子を高抵抗状態に遷移させるための電圧を前記不揮発性記憶素子に印加する
書き込み回路。
A write circuit for a variable resistance nonvolatile memory element,
Only when the nonvolatile memory element is in a high resistance state, a voltage for causing the nonvolatile memory element to transition to a low resistance state is applied to the nonvolatile memory element, and the nonvolatile memory element is in a low resistance state A writing circuit that applies a voltage to the nonvolatile memory element only when the nonvolatile memory element is shifted to a high resistance state.
前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態及び低抵抗状態のいずれの抵抗状態にあるかに依存して前記一端に、前記抵抗状態を遷移させるための電圧を発生する電圧発生回路を備える
請求項1記載の書き込み回路。
A voltage is connected to one end of the nonvolatile memory element, and a voltage for transitioning the resistance state is applied to the one end depending on whether the nonvolatile memory element is in a high resistance state or a low resistance state. The write circuit according to claim 1, further comprising a voltage generation circuit that generates the voltage.
前記電圧発生回路は、
前記不揮発性記憶素子の抵抗状態を読み出して保持する保持部と、
前記保持部で保持された抵抗状態に応じた電圧を前記不揮発性記憶素子の一端に印加する印加部とを有する
請求項2記載の書き込み回路。
The voltage generation circuit includes:
A holding unit that reads and holds the resistance state of the nonvolatile memory element;
The writing circuit according to claim 2, further comprising: an application unit that applies a voltage corresponding to the resistance state held by the holding unit to one end of the nonvolatile memory element.
前記保持部は、前記不揮発性記憶素子の高抵抗状態における抵抗値と低抵抗状態における抵抗値との間の抵抗値をもつ参照抵抗を有し、前記参照抵抗の抵抗値と前記不揮発性記憶素子の抵抗値との大小関係を前記抵抗状態として保持し、
前記印加部は、前記保持部に保持された大小関係に応じて、第1電圧及び前記第1電圧よりも低い第2電圧のいずれかを前記不揮発性記憶素子の一端に印加する
請求項3記載の書き込み回路。
The holding unit has a reference resistance having a resistance value between a resistance value in a high resistance state and a resistance value in a low resistance state of the nonvolatile memory element, and the resistance value of the reference resistance and the nonvolatile memory element Holding the magnitude relationship with the resistance value of the resistance state,
The application unit applies one of a first voltage and a second voltage lower than the first voltage to one end of the nonvolatile memory element according to a magnitude relationship held in the holding unit. Writing circuit.
さらに、前記不揮発性記憶素子の他端に接続され、前記不揮発性記憶素子を高抵抗状態及び低抵抗状態の一方に設定する場合に、第3電圧及び前記第3電圧よりも低い第4電圧のうちの一方を前記他端に印加し、前記不揮発性記憶素子を高抵抗状態及び低抵抗状態の他方に設定する場合に、前記第3電圧及び前記第4電圧のうちの他方を前記他端に印加するスイッチ部を備える
請求項3又は4記載の書き込み回路。
Further, when the nonvolatile memory element is connected to the other end of the nonvolatile memory element and is set to one of a high resistance state and a low resistance state, a third voltage and a fourth voltage lower than the third voltage are set. When one of them is applied to the other end and the nonvolatile memory element is set to the other of the high resistance state and the low resistance state, the other of the third voltage and the fourth voltage is set to the other end. The write circuit according to claim 3, further comprising a switch unit to be applied.
抵抗変化型の不揮発性記憶素子に対する書き込み回路であって、
前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態にある場合に前記一端に第1電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が低抵抗状態にある場合に前記一端に、前記第1電圧よりも低い第2電圧を印加する第1書き込み回路と、
前記不揮発性記憶素子の他端に接続され、前記不揮発性記憶素子が高抵抗状態にある場合に前記他端に前記第2電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が低抵抗状態にある場合に前記他端に、前記第1電圧を印加する第2書き込み回路とを備え、
前記不揮発性記憶素子は、前記一端に第1電圧が印加され、かつ、前記他端に第2電圧が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化され、前記一端に第2電圧が印加され、かつ、前記他端に第1電圧が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化される性質を有する
書き込み回路。
A write circuit for a variable resistance nonvolatile memory element,
Connected to one end of the non-volatile memory element, applies a first voltage to the one end when the non-volatile memory element is in a high resistance state, and applies to the one end when the non-volatile memory element is in a low resistance state. A first write circuit for applying a second voltage lower than the first voltage;
When the nonvolatile memory element is connected to the other end of the nonvolatile memory element, the second voltage is applied to the other end when the nonvolatile memory element is in a high resistance state, and the nonvolatile memory element is in a low resistance state A second write circuit for applying the first voltage to the other end;
The nonvolatile memory element has a low resistance when a first voltage is applied to the one end and a second voltage is applied to the other end, and a second voltage is applied to the one end. And a writing circuit having a property that a resistance value is increased when a first voltage is applied to the other end.
抵抗変化型の不揮発性記憶素子を、第1抵抗値と前記第1抵抗値よりも大きな第2抵抗値との間の抵抗値に設定する多値書き込み回路であって、
前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、前記一端に第1電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記一端に前記第1電圧よりも低い第2電圧を印加する第1書き込み回路と、
前記不揮発性記憶素子の他端に接続され、前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、前記他端に前記第2電圧を印加し、前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記他端に前記第1電圧を印加する第2書き込み回路とを備え、
前記不揮発性記憶素子は、前記一端に第1電圧が印加され、かつ、前記他端に第2電圧が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化され、前記一端に第2電圧が印加され、かつ、前記他端に第1電圧が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化される性質を有する
多値書き込み回路。
A multi-value writing circuit that sets a resistance variable nonvolatile memory element to a resistance value between a first resistance value and a second resistance value larger than the first resistance value,
When the nonvolatile memory element is connected to one end of the nonvolatile memory element and has a resistance value smaller than the first resistance value, a first voltage is applied to the one end, and the nonvolatile memory element is A first writing circuit that applies a second voltage lower than the first voltage to the one end when the resistance value is larger than one resistance value;
When the nonvolatile memory element is connected to the other end of the nonvolatile memory element and has a resistance value smaller than the second resistance value, the second voltage is applied to the other end, and the nonvolatile memory element A second write circuit that applies the first voltage to the other end when the first resistance value is larger than the second resistance value,
The nonvolatile memory element has a high resistance when a first voltage is applied to the one end and a second voltage is applied to the other end, and a second voltage is applied to the one end. A multi-value writing circuit having a property that the resistance value is lowered when a first voltage is applied to the other end.
抵抗変化型の不揮発性記憶素子を、第1抵抗値と前記第1抵抗値よりも大きな第2抵抗値との間の抵抗値に設定する多値書き込み回路であって、
前記不揮発性記憶素子の一端に接続され、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、第1電圧を前記一端に印加するとともに出力端子から出力し、前記不揮発性記憶素子が前記第1抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記第1電圧よりも低い第2電圧を前記一端に印加するとともに出力端子から出力する第1書き込み回路と、
前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも小さな抵抗値をもつ場合に、前記第2電圧を出力端子から出力し、前記不揮発性記憶素子が前記第2抵抗値よりも大きな抵抗値をもつ場合に、前記第1電圧を出力端子から出力する第2書き込み回路と、
前記不揮発性記憶素子の他端に接続された少なくとも2つのスイッチ素子とを備え、
前記2つのスイッチ素子の一つは、前記第1書き込み回路の出力端子から前記第1電圧が出力されたときに、前記第2電圧を前記他端に印加し、
前記2つのスイッチ素子の他の一つは、前記第2書き込み回路の出力端子から前記第1電圧が出力されたときに、前記第1電圧を前記他端に印加し、
前記不揮発性記憶素子は、前記一端に第1電圧が印加され、かつ、前記他端に第2電圧が印加された場合に、抵抗値が高抵抗化され、前記一端に第2電圧が印加され、かつ、前記他端に第1電圧が印加された場合に、抵抗値が低抵抗化される性質を有する
多値書き込み回路。
A multi-value writing circuit that sets a resistance variable nonvolatile memory element to a resistance value between a first resistance value and a second resistance value larger than the first resistance value,
When the nonvolatile memory element is connected to one end of the nonvolatile memory element and has a resistance value smaller than the first resistance value, a first voltage is applied to the one end and output from an output terminal, and the nonvolatile memory element A first write circuit that applies a second voltage lower than the first voltage to the one end and outputs from the output terminal when the volatile memory element has a resistance value greater than the first resistance value;
When the nonvolatile memory element has a resistance value smaller than the second resistance value, the second voltage is output from an output terminal, and the nonvolatile memory element has a resistance value larger than the second resistance value. A second write circuit for outputting the first voltage from an output terminal;
And at least two switch elements connected to the other end of the nonvolatile memory element,
One of the two switch elements applies the second voltage to the other end when the first voltage is output from the output terminal of the first write circuit.
The other one of the two switch elements applies the first voltage to the other end when the first voltage is output from the output terminal of the second write circuit,
The nonvolatile memory element has a high resistance when a first voltage is applied to the one end and a second voltage is applied to the other end, and a second voltage is applied to the one end. A multi-value writing circuit having a property that the resistance value is lowered when a first voltage is applied to the other end.
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