JP4481697B2 - Phase change memory device - Google Patents
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Description
本発明は相変化メモリ(Phase-Change Random Access Memory:PRAM)に係り、特に不揮発性メモリ及び揮発性メモリで選択的に動作可能な相変化メモリ装置及び相変化メモリ装置の動作方法に関する。 The present invention relates to a phase-change random access memory (PRAM), and more particularly to a phase change memory device that can be selectively operated with a nonvolatile memory and a volatile memory, and a method of operating the phase change memory device.
PRAMは物質の結晶状態によって電気的抵抗が変わるカルコゲナイド(chalcogenide)という物質を用いるメモリ素子である。カルコゲナイドは非結晶状態と結晶状態との間でその状態が変化する。前記2つの状態によって現れる抵抗値の差はメモリセルの論理値を区別するために用いられる。すなわち、非結晶状態は高抵抗値を、結晶状態は低抵抗値を示す。 PRAM is a memory device using a material called chalcogenide whose electrical resistance changes depending on the crystalline state of the material. The state of chalcogenide changes between an amorphous state and a crystalline state. The difference in resistance value that appears due to the two states is used to distinguish the logic values of the memory cells. That is, the non-crystalline state shows a high resistance value, and the crystalline state shows a low resistance value.
図1は、相変化メモリセルのセットとリセットとの間の状態遷移を説明する図面である。 FIG. 1 is a diagram illustrating state transition between setting and resetting of a phase change memory cell.
図1を参照すれば、相変化メモリセルは上部電極101及び下部電極102、BEC等の抵抗ヒーター103、カルコゲナイド合金(chalcogenide alloy)等の相変化物質104を備える。抵抗ヒーター103を通過する電流の量に対応するジュール熱(Joule heating)によって相変化物質104部分の状態が決定される。
Referring to FIG. 1, the phase change memory cell includes an
高い電流パルス(リセットパルス)を短時間相変化膜に印加して相変化膜の温度を溶融温度(約610℃)まで上昇させた後に急冷すると、相変化膜は抵抗が大きい非晶質状態(リセット状態)となる。 When a high current pulse (reset pulse) is applied to the phase change film for a short time to raise the temperature of the phase change film to the melting temperature (about 610 ° C) and then rapidly cooled, the phase change film has an amorphous state with high resistance ( Reset state).
一方、低い電流パルス(セットパルス)を相変化膜に印加して相変化膜を結晶化温度(約450℃)に数十ns間保持して冷却すると、相変化膜は抵抗が小さい結晶状態(セット状態)となる。 On the other hand, when a low current pulse (set pulse) is applied to the phase change film and the phase change film is cooled at a crystallization temperature (about 450 ° C.) for several tens of ns, the phase change film has a crystalline state with low resistance ( Set state).
図2は、相変化メモリの状態と温度との関係を示す図面である。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the state of the phase change memory and the temperature.
図2を参照すれば、相変化物質を溶融温度Tm以上に加熱して約数ナノ秒間で急冷すると、相変化物質は非結晶状態となる。結晶状態は相変化物質を溶融温度Tmより低く、結晶化温度Tx以上で長時間(約50ナノ秒)加熱することによって作られる。 Referring to FIG. 2, when the phase change material is heated to the melting temperature Tm or more and rapidly cooled in about several nanoseconds, the phase change material becomes an amorphous state. The crystalline state is created by heating the phase change material below the melting temperature Tm and above the crystallization temperature Tx for a long time (about 50 nanoseconds).
図3は、相変化メモリセルの電圧-電流特性を説明する図面である。 FIG. 3 is a diagram for explaining voltage-current characteristics of a phase change memory cell.
図3は、カルコゲナイド合金よりなる相変化物質の場合を説明するものである。図3で、1.0mA〜1.5mA間のセット電流は相変化セルを結晶状態にするためのものであり、1.5mA〜2.5mA間のリセット電流は相変化セルを非結晶状態にするためのものである。 FIG. 3 illustrates the case of a phase change material made of a chalcogenide alloy. In FIG. 3, a set current between 1.0 mA and 1.5 mA is for bringing the phase change cell into a crystalline state, and a reset current between 1.5 mA and 2.5 mA brings the phase change cell into an amorphous state. Is to do.
読出動作の間に、所定のスレショルド電圧Vtより低い電圧の読出電圧(約0.5Vより低い電圧)を印加することによって、非結晶状態及び結晶状態の抵抗値の差が区別されうる。ここで、スレショルド電圧Vtは非結晶状態及び結晶状態での相変化物質の電流が同一になる電圧である。 By applying a read voltage with a voltage lower than a predetermined threshold voltage Vt (a voltage lower than about 0.5 V) during the read operation, the difference in resistance between the amorphous state and the crystalline state can be distinguished. Here, the threshold voltage Vt is a voltage at which the current of the phase change material in the amorphous state and the crystalline state becomes the same.
相変化物質を用いるPRAMは基本的に不揮発性メモリであることが知られている。不揮発性メモリとは、一般のDRAMのようにデータ保持のためのリフレッシュ動作が必要でないメモリを意味する。 It is known that a PRAM using a phase change material is basically a nonvolatile memory. The non-volatile memory means a memory that does not require a refresh operation for holding data, such as a general DRAM.
不揮発性メモリとしての性質、すなわち、データ保持を向上させるためには相変化物質のリセット状態の抵抗とセット状態の抵抗との比が大きくなければならない。この抵抗比は具体的なPRAMのセル構造によって異なるが、通常数十ないし数百倍に至る。 In order to improve the property as a nonvolatile memory, that is, data retention, the ratio of the resistance in the reset state and the resistance in the set state of the phase change material must be large. This resistance ratio varies depending on the specific PRAM cell structure, but is usually several tens to several hundred times.
大きな抵抗比はセンシングマージンを広げ、不揮発性メモリとして持つ必要があるデータ保持能力を向上させうる。しかし、PRAMがこのような大きな抵抗比を有するためには数mA程度の大きな電流を相変化膜に流さねばならず、大きな電流による電力消耗が大きくなるという問題がある。 A large resistance ratio can widen the sensing margin and improve the data retention capability that needs to be possessed as a non-volatile memory. However, in order for the PRAM to have such a large resistance ratio, a large current of about several mA must be passed through the phase change film, and there is a problem that power consumption due to the large current increases.
カルコゲナイド物質の相変化過程で既存の核形成メカニズム及び成長メカニズムを何れをも用いる代わりに、核形成メカニズムだけを用いてもリセット状態とセット状態との間に数倍の抵抗比が得られ、データの読出にも問題ない。この際、相変化膜に流す電流は数十uAに過ぎず、電力消耗を大きく減らすことができる。 Instead of using both the existing nucleation mechanism and growth mechanism in the phase change process of chalcogenide materials, using only the nucleation mechanism gives a resistance ratio several times between the reset state and the set state. There is no problem in reading. At this time, the current flowing through the phase change film is only a few tens of uA, and power consumption can be greatly reduced.
しかし、データ保持能力が減少し、データ読出のための電流によって核成長がなされず、核が分解される読出干渉が激しくなるという問題がある。また、反復されるデータの読出動作によってデータが消去される恐れもある。 However, there is a problem in that the data holding capability is reduced, the nucleus is not grown by the current for reading data, and the read interference that decomposes the nucleus becomes intense. In addition, data may be erased by repeated data read operations.
したがって、データを保存するためにDRAMのようにデータの読出後に再書込みを行い、周期的にリフレッシュをPRAMに行なえば、低い電流でPRAMを駆動させることができる。 Therefore, if data is rewritten after data is read out as in the case of DRAM and periodically refreshed to the PRAM, the PRAM can be driven with a low current.
本発明が解決しようとする技術的課題は、PRAM装置を揮発性メモリのように小さい電流で駆動できるPRAM動作方法を提供するところにある。 The technical problem to be solved by the present invention is to provide a PRAM operating method capable of driving a PRAM device with a small current like a volatile memory.
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、揮発性メモリのうように小さい電流で駆動できるPRAM装置を提供するところにある。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a PRAM device that can be driven with a small current like a volatile memory.
前記技術的課題を達成するための本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置は、PRAMセル、書込電流ソース及び復旧回路を備える。 In order to achieve the above technical problem, a PRAM device according to a preferred embodiment of the present invention includes a PRAM cell, a write current source, and a recovery circuit.
PRAMセルは非結晶状態と結晶状態との間で状態遷移をする相変化物質を備える。書込電流ソースは前記PRAMセルを非結晶状態にするための第1書込電流パルス及び前記PRAMセルを結晶状態にするための第2書込電流パルスを選択的に印加する。復旧回路は前記PRAMセルを非結晶状態に復旧するために前記PRAMセルに前記第1書込電流パルスを選択的に印加する。
前記PRAMセルは揮発性モードまたは不揮発性モードで動作し、前記不揮発性モードでは前記復旧回路は非活性化され、前記揮発性モードで前記復旧回路は活性化される
The PRAM cell includes a phase change material that undergoes a state transition between an amorphous state and a crystalline state. The write current source selectively applies a first write current pulse for bringing the PRAM cell into an amorphous state and a second write current pulse for bringing the PRAM cell into a crystalline state. The recovery circuit selectively applies the first write current pulse to the PRAM cell to recover the PRAM cell to an amorphous state.
The PRAM cell operates in a volatile mode or a non-volatile mode. In the non-volatile mode, the recovery circuit is deactivated, and in the volatile mode, the recovery circuit is activated.
前記技術的課題を達成するための本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置はPRAMセル、書込電流ソース及び復旧回路を備える。 In order to achieve the above technical problem, a PRAM device according to a preferred embodiment of the present invention includes a PRAM cell, a write current source, and a recovery circuit.
PRAMセルは非結晶状態と結晶状態との間で状態遷移をする相変化物質を備える。書込電流ソースは低電力モードで前記PRAMセルを非結晶状態にするための第1書込電流パルス及び前記PRAMセルを結晶状態にするための第2書込電流パルスを選択的に印加し、高電力モードで前記PRAMセルを非結晶状態にするための第3書込電流パルス及び前記PRAMセルを結晶状態にするための第4書込電流パルスを選択的に印加する。 The PRAM cell includes a phase change material that undergoes a state transition between an amorphous state and a crystalline state. The write current source selectively applies a first write current pulse for bringing the PRAM cell into an amorphous state and a second write current pulse for bringing the PRAM cell into a crystalline state in a low power mode, A third write current pulse for bringing the PRAM cell into an amorphous state and a fourth write current pulse for bringing the PRAM cell into a crystalline state are selectively applied in a high power mode.
復旧回路は前記低電力モードで前記PRAMセルを非結晶状態に復旧するために前記PRAMセルに前記第1書込電流パルスを選択的に印加する。 The recovery circuit selectively applies the first write current pulse to the PRAM cell in order to recover the PRAM cell to an amorphous state in the low power mode.
前記技術的課題を達成するための本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置はPRAMセル及び復旧回路を備える。 A PRAM device according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the technical problem includes a PRAM cell and a recovery circuit.
PRAMセルは不揮発性メモリモードまたは揮発性メモリモードで動作し、非結晶状態と結晶状態との間で状態遷移をする相変化物質を備える。 The PRAM cell operates in a nonvolatile memory mode or a volatile memory mode, and includes a phase change material that changes state between an amorphous state and a crystalline state.
復旧回路は前記揮発性メモリモードで前記PRAMセルを非結晶状態に復旧させる。 A restoration circuit restores the PRAM cell to an amorphous state in the volatile memory mode.
前記技術的課題を達成するための本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置は、データライン、複数本の入出力ライン、複数本のビットライン、複数本のワードライン、前記ワードラインとビットラインとの交点に配される複数のPRAMセル、書込電流ソース、複数のセンスアンプ回路及び復旧回路を備える。 A PRAM device according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the technical problem includes a data line, a plurality of input / output lines, a plurality of bit lines, a plurality of word lines, and the word lines and bit lines. And a plurality of PRAM cells, a write current source, a plurality of sense amplifier circuits, and a recovery circuit.
前記それぞれのPRAMセルは非結晶状態と結晶状態との間に状態遷移をする相変化物質を備える。 Each PRAM cell includes a phase change material that undergoes a state transition between an amorphous state and a crystalline state.
書込電流ソースは前記データラインの電圧によって前記PRAMセルを非結晶状態にするための第1書込電流パルス及び前記PRAMセルを結晶状態にするための第2書込電流パルスを前記ビットラインに印加する。 The write current source has a first write current pulse for bringing the PRAM cell into an amorphous state and a second write current pulse for bringing the PRAM cell into a crystalline state according to the voltage of the data line. Apply.
複数のセンス増幅回路は、各々前記ビットライン及び前記入出力ラインに連結され、前記PRAMセルの状態を読込む。復旧回路は前記入出力ライン及び前記データラインに連結され、前記PRAMセルを非結晶状態に復旧するために前記データラインの電圧を制御する。
前記PRAMセルは揮発性モードまたは不揮発性モードで動作し、前記不揮発性モードでは前記復旧回路は非活性化され、前記揮発性モードで前記復旧回路は活性化される。
A plurality of sense amplifier circuits are connected to the bit line and the input / output line, respectively, and read the state of the PRAM cell. A recovery circuit is connected to the input / output line and the data line, and controls the voltage of the data line to recover the PRAM cell to an amorphous state.
The PRAM cell operates in a volatile mode or a non-volatile mode. In the non-volatile mode, the recovery circuit is deactivated, and in the volatile mode, the recovery circuit is activated.
本発明に係るPRAMの動作方法及びPRAM装置は、不揮発性メモリであるPRAMを揮発性メモリのように動作させることによって電力消費を減らすことができる。また、応用分野によってPRAMを揮発性メモリまたは不揮発性メモリのいずれかに選択して使用することができる。 The PRAM operating method and PRAM device according to the present invention can reduce power consumption by operating a PRAM, which is a nonvolatile memory, like a volatile memory. Further, depending on the application field, the PRAM can be selected and used as either a volatile memory or a nonvolatile memory.
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び図面に記載された内容を参照せねばならない。 For a full understanding of the invention and the operational advantages thereof and the objects achieved by the practice of the invention, reference should be made to the accompanying drawings that illustrate preferred embodiments of the invention and the contents described in the drawings. I have to.
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同様の構成要素を示す。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numbers provided in each drawing indicate similar components.
従来のPRAM装置は不揮発性装置であり、非結晶状態への相変化は核形成過程と核成長過程とを備える。一方、本発明は少なくとも部分的には非結晶状態への相変化が核形成過程だけを備える揮発性メモリモード(または低電力モード)で動作することを特徴とする。 A conventional PRAM device is a nonvolatile device, and the phase change to an amorphous state includes a nucleation process and a nucleation growth process. On the other hand, the present invention is characterized in that the phase change to an amorphous state is operated in a volatile memory mode (or a low power mode) including only a nucleation process.
また、揮発性モードでは、本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置に非結晶状態を書込んだり、または結晶状態を書込んだりする書込電流は従来のPRAM装置の場合よりさらに少ない。すなわち、電力消費が低減される。 Also, in the volatile mode, the write current for writing the amorphous state or writing the crystalline state into the PRAM device according to the preferred embodiment of the present invention is even smaller than in the conventional PRAM device. That is, power consumption is reduced.
また、非結晶状態と結晶状態との抵抗比が減少されるが、依然としてデータを読出すのには十分な比率である。 In addition, the resistance ratio between the non-crystalline state and the crystalline state is reduced, but the ratio is still sufficient for reading data.
表1は相変化物質がカルコゲナイドである場合において、本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置が不揮発性モードである場合と揮発性モードである場合との書込電流を示す表である。 Table 1 is a table showing the write current when the phase change material is chalcogenide and the PRAM device according to the preferred embodiment of the present invention is in the nonvolatile mode and in the volatile mode.
表1から分かるように、揮発性モードでの書込電流の電流値は不揮発性モードでの電流値より少ない。また、2つのモードで、非結晶(リセット)書込電流パルスの電流値が結晶(セット)書込電流パルスの電流値より大きい。そして、非結晶書込電流パルスのパルス幅が結晶書込電流パルスのパルス幅より狭い。
しかし、揮発性モードで、リセット書込電流パルスの電流値がセット書込電流パルスの電流値を超える必要はない。例えば、リセット記入パルスの電流値とセット記入パルスの電流値とは同一でもよく、単にパルス幅とケンチング時間(quenching time)だけが異なってもよい。
As can be seen from Table 1, the current value of the write current in the volatile mode is smaller than the current value in the nonvolatile mode. In two modes, the current value of the amorphous (reset) write current pulse is larger than the current value of the crystal (set) write current pulse. The pulse width of the amorphous write current pulse is narrower than the pulse width of the crystal write current pulse.
However, the current value of the reset write current pulse need not exceed the current value of the set write current pulse in the volatile mode. For example, the current value of the reset write pulse and the current value of the set write pulse may be the same, or only the pulse width and the quenching time may be different.
ここで“非結晶状態”という用語は次のような意味を有することができる。すなわち、相変化物質が結晶状態の部分よりも多くの部分が非結晶であるという意味と、相変化物質が結晶状態よりも非結晶化度が高いという意味である。 Here, the term “non-crystalline state” can have the following meaning. That is, it means that the portion of the phase change material is more amorphous than the portion of the crystalline state and that the phase change material has a higher degree of non-crystallinity than the crystalline state.
両方とも、揮発性モードで、相変化物質または相変化物質部分の大部分が非結晶状態である必要はない。揮発性モードでの低い書込電流は非結晶状態と結晶状態間の十分な抵抗比を得るために結晶構造を変えるに十分な程度であれば良い。 Both are volatile modes, and the phase change material or most of the phase change material portion need not be in an amorphous state. The low write current in the volatile mode need only be sufficient to change the crystal structure in order to obtain a sufficient resistance ratio between the amorphous and crystalline states.
従来の非結晶書込動作では核形成過程だけが行われるためにデータを保持する時間が短い。しかし、本発明では短いデータ保持時間がプリチャージセルの非結晶状態で周期的に復旧されることによって補償される。 In the conventional non-crystal writing operation, only the nucleation process is performed, so that the time for holding data is short. However, in the present invention, the short data retention time is compensated by periodically restoring the non-crystalline state of the precharge cell.
図4は、PRAM装置の書込動作及び読出動作を説明するための回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a write operation and a read operation of the PRAM device.
図4において、PRAM装置の1つのビットは反対の論理状態を有する2つのセルの組合わせで構成される。 In FIG. 4, one bit of the PRAM device is composed of a combination of two cells having opposite logic states.
1つのビットに2つのセルを使用することはPRAM装置の動作領域を広げて抵抗分配によって発生する動作エラーを防止する。 Using two cells for one bit broadens the operating area of the PRAM device and prevents operating errors caused by resistive distribution.
ワードラインWLiにセルトランジスタPTRi1のゲートが連結され、セルトランジスタPTRi1のドレーンとビットラインBL間に相変化セルPCELLi1が連結される。また、ワードラインWLiにセルトランジスタPTRi2のゲートが連結され、セルトランジスタPTRi2のドレーンと反転ビットライン/BL間に相変化セルPCELLi2が連結される。 The gate of the cell transistor PTRi1 is connected to the word line WLi, and the phase change cell PCELLi1 is connected between the drain of the cell transistor PTRi1 and the bit line BL. The gate of the cell transistor PTRi2 is connected to the word line WLi, and the phase change cell PCELLi2 is connected between the drain of the cell transistor PTRi2 and the inverted bit line / BL.
同様の方式で、ワードラインWLjにセルトランジスタPTRj1のゲートが連結され、セルトランジスタPTRj1のドレーンとビットラインBL間に相変化セルPCELLj1が連結される。また、ワードラインWLjにセルトランジスタPTRj2のゲートが連結され、セルトランジスタPTRj2のドレーンと反転ビットライン/BL間に相変化セルPCELLj2が連結される。 In the same manner, the gate of the cell transistor PTRj1 is connected to the word line WLj, and the phase change cell PCELLj1 is connected between the drain of the cell transistor PTRj1 and the bit line BL. The gate of the cell transistor PTRj2 is connected to the word line WLj, and the phase change cell PCELLj2 is connected between the drain of the cell transistor PTRj2 and the inverted bit line / BL.
電流ソースISET1及び電流ソースISET2は各々セット電流パルスをビットライン対BL、/BLに印加する。制御トランジスタCTR、/CTRはビットライン対の一端に連結され、電流ソースIRESETからリセット電流パルスを受信する。 The current source ISET1 and the current source ISET2 each apply a set current pulse to the bit line pair BL, / BL. The control transistors CTR and / CTR are connected to one end of the bit line pair and receive a reset current pulse from the current source IRESET.
クランプ回路210、220はビットライン対BL、/BLの一端に各々連結され、センスアンプ回路S/Aに他端が連結される。
The
PRAM装置200にデータを書込む書込動作について説明する。論理値“1”がPRAMセルPCELLi1、PCELLi2に書込まれると仮定する。この場合ワードラインWLiがハイレベルに設定され、データ信号D及び反転データ信号/Dが各々ハイ及びローとなる。
A write operation for writing data to the
これにより、トランジスタPTRi1、PTRi2、CTRはターンオンされ、トランジスタ/CTRはターンオフされる。 As a result, the transistors PTRi1, PTRi2, and CTR are turned on, and the transistor / CTR is turned off.
トランジスタ/CTRがターンオフ状態なので、セット電流パルスISET2が相変化物質PCELLi2及びセルトランジスタPTRi2に流れる。セット電流パルスISET2は相変化物質を低い抵抗の結晶状態に変化させうる電流である。 Since the transistor / CTR is turned off, the set current pulse ISET2 flows through the phase change material PCELLi2 and the cell transistor PTRi2. The set current pulse ISET2 is a current that can change the phase change material to a low resistance crystalline state.
セット電流パルスISET2は相変化物質PCELLi2を通過してグラウンドに流れる。そして相変化物質PCELLi2はセット電流パルスISET2によって低い抵抗の結晶状態に変化する。結晶状態は論理“0”と見なされうる。 The set current pulse ISET2 passes through the phase change material PCELLi2 and flows to the ground. The phase change material PCELLi2 is changed to a low resistance crystal state by the set current pulse ISET2. The crystalline state can be regarded as a logical “0”.
逆に、トランジスタCTRがターンオンされているので、リセット電流パルスIRESETがPRAMセルPCELLi1とトランジスタPTRi1に流れる。図4に示されていないが、電流パルスISET1はリセット電流パルスIRESETによって制御され、同期される。したがって、電流パルスISET1のパルス幅及びタイミングはリセット電流パルスIRESETと同一である。 Conversely, since the transistor CTR is turned on, the reset current pulse IRESET flows to the PRAM cell PCELLi1 and the transistor PTRi1. Although not shown in FIG. 4, the current pulse ISET1 is controlled and synchronized by the reset current pulse IRESET. Therefore, the pulse width and timing of the current pulse ISET1 are the same as the reset current pulse IRESET.
リセット電流パルスIRESET及びセット電流パルスISET1は合わせられてPRAMセルPCELLi1をリセット状態にする。リセット状態は高抵抗状態として論理“1”と見なされうる。 The reset current pulse IRESET and the set current pulse ISET1 are combined to bring the PRAM cell PCELLi1 into the reset state. The reset state can be regarded as a logic “1” as a high resistance state.
以下、PRAM装置200に書き込まれたデータを読出す読出動作に対ついて説明する。
Hereinafter, a read operation for reading data written in
クランプ回路210、220はビットライン対BL、/BLの電圧を読出動作間の雑音を減らすためにスレショルド電圧より小さく制限する。ワードラインWL1がハイ状態であり、PRAMセルPCELLi2の低い抵抗が反転ビットライン/BLの電流レベルを低め、PRAMセルPCELLi1の高い抵抗がビットラインBLの電流レベルを高めると仮定する。
The
ビットライン対BL、/BLのそれぞれの電流がセンスアンプ回路S/AでPRAMセルPCELLi1、PCELLi2の論理値を区分するために比較される。 Each current of the bit line pair BL, / BL is compared by the sense amplifier circuit S / A to distinguish the logical values of the PRAM cells PCELLi1, PCELLi2.
従来のPRAM装置は一般に不揮発性メモリである。すなわち、一度データを書き込むと、消去できないので、DRAMのようなリフレッシュ動作が不要である。しかし、PRAM200にデータを書込む場合に電力消耗が非常に大きい。
Conventional PRAM devices are generally non-volatile memories. In other words, once data is written, it cannot be erased, so a refresh operation like DRAM is unnecessary. However, when data is written to the
したがって、本発明ではデータ読出時にDRAMのようにデータを再書込みして周期的にリフレッシュを行って低電力でPRAMを駆動する方法及びPRAM装置を提供する。 Accordingly, the present invention provides a method and a PRAM device for driving PRAM with low power by rewriting data like DRAM and periodically refreshing at the time of data reading.
図5は、本発明の好適な実施形態に係るPRAMの動作方法を説明するフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart for explaining a PRAM operating method according to a preferred embodiment of the present invention.
図5を参照すれば、本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置の動作方法300はメモリセルに保存されたデータを読出す310段階及び読出された前記データを外部に伝送し、読出された前記データを前記データが本来保存されたメモリセルに再び書込む320段階を備える。
Referring to FIG. 5, the
310段階の動作を例とすれば、図4の構造で、ビットライン対BL、/BLのそれぞれの電流がセンスアンプ回路S/AでPRAMセルPCELLi1、PCELLi2の論理値を区分するために比較される。320段階の動作を例とすれば、図4の構造で、以前に読出されたセルPCELLi1、PCELLi2に同じ読出データがデータ信号D及び反転データ信号/Dとして印加される。 Taking the operation in 310 steps as an example, in the structure of FIG. 4, the currents of the bit line pair BL, / BL are compared in the sense amplifier circuit S / A to distinguish the logical values of the PRAM cells PCELLi1, PCELLi2. The Taking the operation in 320 steps as an example, the same read data is applied as the data signal D and the inverted data signal / D to the previously read cells PCELLi1 and PCELLi2 in the structure of FIG.
前記データの復旧動作(320段階)は相変化セルの読出動作毎に行われうる。または一定の時間間隔毎に、例えば約1時間毎に行われる。 The data recovery operation (step 320) may be performed for each phase change cell read operation. Alternatively, it is performed at regular time intervals, for example, about every hour.
図6は、本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a PRAM device according to a preferred embodiment of the present invention.
図6を参照すれば、本発明の好適な実施形態に係るPRAM装置400はメモリアレイブロック410、データ回路420、読出回路430、グロ−バル入出力ラインGIO、/GIO、ローカル入出力ラインLIO、/LIO及び電流ソース440を備える。
Referring to FIG. 6, a
データ回路420は複数のトランジスタCTR1、CTR2〜CTRm、/CTR1、/CTR2〜/CTRmを備える。トランジスタCTR1、CTR2〜CTRmはリセット電流IRESETとビットラインBL1、BL2〜BLmとを連結/遮断する。トランジスタ/CTR1、/CTR2〜/CTRmはリセット電流IRESETと反転ビットライン/BL1、/BL2〜/BLmとを連結/遮断する。
The
データ回路420は第1及び第2再書込制御トランジスタRTR1、RTR2を備える。
The
第1再書込制御トランジスタRTR1は再書込制御信号RWCTRLに応答してグロ−バル入出力ラインのうち第1グロ−バル入出力ラインGIOとトランジスタ/CTR1、/CTR2〜/CTRmのゲートとを連結/遮断する。 In response to the rewrite control signal RWCTRL, the first rewrite control transistor RTR1 connects the first global input / output line GIO among the global input / output lines and the gates of the transistors / CTR1, / CTR2 to / CTRm. Connect / disconnect.
第2再書込制御トランジスタRTR2は再書込制御信号RWCTRLに応答してグロ−バル入出力ラインのうち第2グロ−バル入出力ライン/GIOとトランジスタCTR1、CTR2〜CTRmのゲートを連結/遮断する。 In response to the rewrite control signal RWCTRL, the second rewrite control transistor RTR2 connects / disconnects the second global input / output line / GIO and the gates of the transistors CTR1, CTR2 to CTRm among the global input / output lines. To do.
メモリアレイブロック410はワードラインWL1、WL2〜WLnとビットライン対BL1、/BL1、BL2、/BL2〜BLm、/BLmとに連結された複数のPRAMセルを備える。それぞれのPRAMセルは図4のように連結される。
読出回路430は複数のセンシング回路STM1、STM2〜STMmを備える。
The
センシング回路STM1、STM2〜STMmは対応するビットラインBL1、BL2〜BLmと反転ビットライン/BL1、/BL2〜/BLmに連結されてPRAMセルに保存されたデータを受信して増幅し、カラム選択信号CD1、CD2〜CDmに応答してローカル入出力ラインLIO、/LIOに前記データを伝送する。 The sensing circuits STM1, STM2 to STMm are connected to the corresponding bit lines BL1, BL2 to BLm and inverted bit lines / BL1, / BL2 to / BLm to receive and amplify the data stored in the PRAM cell, and to select the column selection signal In response to CD1, CD2 to CDm, the data is transmitted to the local input / output lines LIO, / LIO.
センシング回路STM1、STM2〜STMm各々はセンスアンプ回路S/A1、S/A2〜S/Am、第1伝送トランジスタTTR11、TTR21〜TTRm1及び第2伝送トランジスタTTR12、TTR22〜TTRm2を備える。センスアンプ回路S/A1、S/A2〜S/Amは対応するビットラインBL1、BL2〜BLmと反転ビットライン/BL1、/BL2〜/BLmとに連結される。 Each of the sensing circuits STM1, STM2 to STMm includes sense amplifier circuits S / A1, S / A2 to S / Am, first transmission transistors TTR11, TTR21 to TTRm1, and second transmission transistors TTR12, TTR22 to TTRm2. The sense amplifier circuits S / A1, S / A2 to S / Am are connected to corresponding bit lines BL1, BL2 to BLm and inverted bit lines / BL1, / BL2 to / BLm.
第1伝送トランジスタTTR11、TTR21〜TTRm1は対応するカラム選択信号CD1、CD2〜CDmに応答してセンスアンプ回路S/A1、S/A2〜S/Amから出力されるビットライン情報をローカル入出力ラインのうち第2ローカル入出力ライン/LIOに伝送/遮断する。 The first transmission transistors TTR11, TTR21 to TTRm1 receive the bit line information output from the sense amplifier circuits S / A1, S / A2 to S / Am in response to the corresponding column selection signals CD1, CD2 to CDm as local input / output lines. Is transmitted / blocked to the second local I / O line / LIO.
第2伝送トランジスタTTR12、TTR22〜TTRm2は対応するカラム選択信号CD1、CD2〜CDmに応答してセンスアンプ回路S/A1、S/A2〜S/Amから出力される反転ビットライン/BL1、/BL2〜/BLm情報をローカル入出力ラインのうち第1ローカル入出力ラインLIOに伝送/遮断する。 The second transmission transistors TTR12, TTR22 to TTRm2 are inverted bit lines / BL1, / BL2 output from the sense amplifier circuits S / A1, S / A2 to S / Am in response to the corresponding column selection signals CD1, CD2 to CDm. ~ / BLm information is transmitted / blocked to the first local I / O line LIO among the local I / O lines.
図6に示されていないが、読出回路430は図4に示されたように複数のクランプ回路をさらに備えられる。
Although not shown in FIG. 6, the
センスアンプ回路450と伝送スイッチSWTRとはローカル入出力ラインLIO、/LIOとグロ−バル入出力ラインGIO、/GIO間に直列に連結される。
The
以下、図6のPRAM装置の書込動作が説明される。ワードラインWL1〜WLnのうち選択されたワードラインのビットライン対BL1、/BL1に論理“1”が書込まれると仮定する。この場合、選択されたワードラインはハイレベルになり、データ信号D、/Dは各々ハイ及びローレベルになる。 Hereinafter, the writing operation of the PRAM device of FIG. 6 will be described. It is assumed that logic “1” is written to the bit line pair BL1, / BL1 of the selected word line among the word lines WL1 to WLn. In this case, the selected word line is at a high level, and the data signals D and / D are at a high level and a low level, respectively.
これにより、トランジスタCTR1はターンオンになり、トランジスタ/CTR1はターンオフになる。トランジスタ/CTR1がターンオフになるので、セット電流パルスISET2だけが反転ビットライン/BL1を通じて選択されたワードラインのPRAMセルに印加される。セット状態は論理“0”と見なされる低い抵抗状態である。 This turns on transistor CTR1 and turns off transistor / CTR1. Since the transistor / CTR1 is turned off, only the set current pulse ISET2 is applied to the PRAM cell of the selected word line through the inverted bit line / BL1. The set state is a low resistance state that is considered a logic “0”.
逆に、トランジスタCTR1がターンオン状態なので、リセット電流パルスIRESETとセット電流パルスISET1とがビットラインBL1を通じて選択されたワードラインのPRAMセルに印加される。 Conversely, since the transistor CTR1 is turned on, the reset current pulse IRESET and the set current pulse ISET1 are applied to the selected PRAM cell of the word line through the bit line BL1.
図6には示されていないが、電流パルスISET1はリセット電流パルスIRESETによって制御され、同期される。したがって、電流パルスISET1のパルス幅及びタイミングはリセット電流パルスIRESETと同一である。 Although not shown in FIG. 6, the current pulse ISET1 is controlled and synchronized by the reset current pulse IRESET. Therefore, the pulse width and timing of the current pulse ISET1 are the same as the reset current pulse IRESET.
リセット電流パルスIRESETとセット電流パルスISET1とは合わせられてPRAMセルPCELLi1をリセット状態にする。リセット状態は高抵抗状態として論理“1”と見なされうる。 The reset current pulse IRESET and the set current pulse ISET1 are combined to bring the PRAM cell PCELLi1 into the reset state. The reset state can be regarded as a logic “1” as a high resistance state.
図7に示されたように、電流ソース440は高電流ソース701と低電流ソース702とを備える。高電流ソース701はリセット電流パルスIRESETを出力し、低電流ソース702はセットパルスISET1、ISET2を出力する。
As shown in FIG. 7, the
リセット電流パルスIRESET、セットパルスISET1、ISET2の電流値及びパルス幅はPRAM装置が不揮発性モードで動作するか、揮発性モードで動作するかによって変わる。 The current values and pulse widths of the reset current pulse IRESET, the set pulses ISET1, and ISET2 vary depending on whether the PRAM device operates in the nonvolatile mode or the volatile mode.
表2はPRAMセルにカルコゲナイドを使用する場合の例を説明している。 Table 2 illustrates an example of using chalcogenides for PRAM cells.
図6の回路の読出動作は図4の回路の読出動作と同様の方式で行われる。
図8Aは、不揮発性モードでのPRAMセルの電圧-電流特性であり、図8Bは揮発性モードでのPRAMセルの電圧-電流特性である。図8は相変化セルがカルコゲナイドである場合を例として説明する。
The read operation of the circuit of FIG. 6 is performed in the same manner as the read operation of the circuit of FIG.
FIG. 8A shows the voltage-current characteristics of the PRAM cell in the nonvolatile mode, and FIG. 8B shows the voltage-current characteristics of the PRAM cell in the volatile mode. FIG. 8 illustrates a case where the phase change cell is a chalcogenide as an example.
図8Aを参照すれば、読出電圧が0.5Vより小さい場合にセット抵抗Rsetとリセット抵抗Rreset間の抵抗比が大きい。スレショルド電圧Vt以上でセット抵抗Rsetとリセット抵抗Rresetは同一になる(Rdyn)。 Referring to FIG. 8A, the resistance ratio between the set resistor Rset and the reset resistor Rreset is large when the read voltage is smaller than 0.5V. The set resistance Rset and the reset resistance Rreset become the same (Rdyn) at the threshold voltage Vt or higher.
一方、図8Bを参照すれば、揮発性モードでのスレショルド電圧Vtレベルが不揮発性モードでのスレショルド電圧Vtレベルより小さい。また揮発性モードでセット抵抗Rsetとリセット抵抗Rreset間の抵抗比が小さい。それにも拘わらず、この抵抗比は相変らず読出動作のためのセンシングに十分であり、特に、図4の構造を有するPRAM装置でも十分である。 On the other hand, referring to FIG. 8B, the threshold voltage Vt level in the volatile mode is smaller than the threshold voltage Vt level in the nonvolatile mode. In the volatile mode, the resistance ratio between the set resistor Rset and the reset resistor Rreset is small. Nevertheless, this resistance ratio is still sufficient for sensing for the read operation, and in particular, a PRAM device having the structure of FIG. 4 is also sufficient.
図6を参照すれば、ビットライン/BL1〜/BLmの選択されたメモリセルのデータがカラム選択信号CD1〜CDmに応答してローカル入出力ラインLIOに伝送される。また、ビットラインBL1〜BLmの選択されたメモリセルのデータがカラム選択信号CD1〜CDmに応答して反転ローカル入出力ライン/LIOに伝送される。 Referring to FIG. 6, data of selected memory cells of bit lines / BL1 to / BLm are transmitted to the local input / output line LIO in response to column selection signals CD1 to CDm. Further, the data of the selected memory cells of the bit lines BL1 to BLm are transmitted to the inverted local input / output line / LIO in response to the column selection signals CD1 to CDm.
データは制御信号BASによって制御される伝送スイッチSWTRと増幅回路450とによってグロ−バル入出力ライン対GIO、/GIOに伝送される。
Data is transmitted to the global input / output line pair GIO, / GIO by the transmission switch SWTR controlled by the control signal BAS and the
前述したように、揮発性モードの特徴はPRAMセルにデータを保有する時間が短く、特に非結晶状態で短い。したがって、図6の実施形態は揮発性モードで保存されたデータを復旧する回路を備える。 As described above, the characteristic of the volatile mode is that the time for storing data in the PRAM cell is short, particularly in the non-crystalline state. Accordingly, the embodiment of FIG. 6 includes circuitry for recovering data stored in volatile mode.
すなわち、再書込制御信号RECTRLにより制御される第1及び第2再書込制御トランジスタRTR1、RTR2によってグロ−バル入出力ラインは選択的にデータ信号D、/Dを伝送するデータラインに連結される。 That is, the global input / output lines are selectively connected to the data lines for transmitting the data signals D and / D by the first and second rewrite control transistors RTR1 and RTR2 controlled by the rewrite control signal RECTRL. The
この状態で、グロ−バル入出力ライン対GIO、/GIOに現れる読出データが普通のデータ書込動作についての説明と同様の方式でPRAMセルに再び書込まれる。 In this state, the read data appearing on the global input / output line pair GIO, / GIO is rewritten to the PRAM cell in the same manner as described for the normal data write operation.
図6のPRAM装置400が不揮発性モードである場合、再書込制御信号RWCTRLはローレベルであり、したがってグロ−バル入出力ライン対GIO、/GIOはデータラインと分離される。図6のPRAM装置400が揮発性モードである場合、再書込制御信号RWCTRLはハイレベルであり、したがってグロ−バル入出力ライン対GIO、/GIOはデータラインと連結される。
When the
揮発性モードにおいてかかる方式でデータは再び保存される。揮発性モードにおいて、データラインはローカル入出力ライン対(LIO、/LIO)に連結されもする。前述したように、揮発性モードでのデータ復旧動作はPRAMアレイ410に保存されたデータを読出す度に行われる。
Data is stored again in this manner in volatile mode. In volatile mode, the data lines are also coupled to local input / output line pairs (LIO, / LIO). As described above, the data recovery operation in the volatile mode is performed every time data stored in the
データ復旧動作は一定の時間間隔で行われ、例えばその時間間隔は1時間またはそれ以上にもなりうる。 The data recovery operation is performed at regular time intervals, for example, the time interval can be one hour or more.
前述したように図面と明細書で最適の実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであって意味を限定したり特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限したりするために使われたものではない。したがって、当業者ならばこれより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解しうる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきである。 As described above, the optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are merely used for the purpose of describing the present invention and limit its meaning or limit the scope of the present invention described in the claims. It was not used to do. Therefore, those skilled in the art can understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined based on the description of the claims.
本発明は半導体メモリ装置の分野に用いられるものであって、特にPRAMセルを用いるメモリの分野に適用されうる。 The present invention is used in the field of semiconductor memory devices, and is particularly applicable to the field of memory using PRAM cells.
400 PRAM装置
410 メモリアレイブロック
420 データ回路
430 読出回路
GIO、/GIO グロ−バル入出力ライン
LIO、/LIO ローカル入出力ライン
440 電流ソース
400
GIO, / GIO global I / O line
LIO, / LIO Local I /
Claims (35)
前記相変化メモリセルを非結晶状態にするための第1書込電流パルス及び前記相変化メモリセルを結晶状態にするための第2書込電流パルスを選択的に印加する書込電流ソースと、
前記相変化メモリセルを非結晶状態に復旧するために前記相変化メモリセルに前記第1書込電流パルスを選択的に印加する復旧回路と、を備え、
前記相変化メモリセルは揮発性モードまたは不揮発性モードで動作し、前記不揮発性モードでは前記復旧回路は非活性化され、前記揮発性モードで前記復旧回路は活性化されることを特徴とする相変化メモリ装置。 A phase change memory cell comprising a phase change material that transitions between an amorphous state and a crystalline state;
A write current source for selectively applying a first write current pulse for bringing the phase change memory cell into an amorphous state and a second write current pulse for bringing the phase change memory cell into a crystalline state;
A recovery circuit that selectively applies the first write current pulse to the phase change memory cell to restore the phase change memory cell to an amorphous state ;
The phase change memory cell operates in a volatile mode or a nonvolatile mode, the recovery circuit is deactivated in the nonvolatile mode, and the recovery circuit is activated in the volatile mode. Change memory device.
前記読出回路の出力が前記相変化メモリセルが非結晶状態にあることを示す場合、前記読出回路は前記第1書込電流パルスを前記相変化メモリセルに印加することを特徴とする請求項2に記載の相変化メモリ装置。 The recovery circuit is
3. The read circuit applies the first write current pulse to the phase change memory cell when the output of the read circuit indicates that the phase change memory cell is in an amorphous state. The phase change memory device according to 1.
カルコゲナイド合金であることを特徴とする請求項1に記載の相変化メモリ装置。 The phase change material is:
The phase change memory device according to claim 1, wherein the phase change memory device is a chalcogenide alloy.
前記第2書込電流パルスよりさらに大きな電流値を有し、前記第1書込電流のパルス幅は前記第2書込電流パルスのパルス幅より狭いことを特徴とする請求項1に記載の相変化メモリ装置。 The first write current pulse is:
2. The phase according to claim 1, wherein the phase has a larger current value than the second write current pulse, and the pulse width of the first write current is narrower than the pulse width of the second write current pulse. Change memory device.
前記第2書込電流パルスと同じ電流値を有し、前記第1書込電流のパルス幅は前記第2書込電流パルスのパルス幅と異なり、前記第1書込電流のケンチング時間は前記第2書込電流パルスのケンチング時間と異なることを特徴とする請求項1に記載の相変化メモリ装置。 The first write current pulse is:
The first write current pulse has the same current value, the pulse width of the first write current is different from the pulse width of the second write current pulse, and the kenching time of the first write current is The phase change memory device according to claim 1, wherein the phase change memory device is different from a quenching time of two write current pulses.
低電力モードで前記相変化メモリセルを非結晶状態にするための第1書込電流パルス及び
前記相変化メモリセルを結晶状態にするための第2書込電流パルスを選択的に印加し、高電力モードで前記相変化メモリセルを非結晶状態にするための第3書込電流パルス及び前記相変化メモリセルを結晶状態にするための第4書込電流パルスを選択的に印加する書込電流ソースと、
前記低電力モードで前記相変化メモリセルを非結晶状態に復旧するために前記相変化メモリセルに前記第1書込電流パルスを選択的に印加する復旧回路と、
を備えることを特徴とする相変化メモリ装置。 A phase change memory cell comprising a phase change material that transitions between an amorphous state and a crystalline state;
Selectively applying a first write current pulse for bringing the phase change memory cell into an amorphous state and a second write current pulse for bringing the phase change memory cell into a crystalline state in a low power mode; A write current for selectively applying a third write current pulse for bringing the phase change memory cell into an amorphous state and a fourth write current pulse for bringing the phase change memory cell into a crystalline state in a power mode Source and
A recovery circuit that selectively applies the first write current pulse to the phase change memory cell to restore the phase change memory cell to an amorphous state in the low power mode;
A phase change memory device comprising:
前記相変化メモリ装置の揮発性モードであり、前記高電力モードは前記相変化メモリ装置の不揮発性モードであることを特徴とする請求項9に記載の相変化メモリ装置。 The low power mode is:
The phase change memory device of claim 9 , wherein the phase change memory device is a volatile mode, and the high power mode is a nonvolatile mode of the phase change memory device.
前記読出回路の出力が前記相変化メモリセルが非結晶状態にあることを示す場合、前記読出回路は前記低電力モードで前記第1書込電流パルスを前記相変化メモリセルに印加することを特徴とする請求項11に記載の相変化メモリ装置。 The recovery circuit is
If the output of the read circuit indicates that the phase change memory cell is in an amorphous state, the read circuit applies the first write current pulse to the phase change memory cell in the low power mode. The phase change memory device according to claim 11 .
カルコゲナイド合金であることを特徴とする請求項9に記載の相変化メモリ装置。 The phase change material is:
The phase change memory device according to claim 9 , wherein the phase change memory device is a chalcogenide alloy.
前記第2書込電流パルスよりさらに大きな電流値を有し、前記第1書込電流のパルス幅は前記第2書込電流パルスのパルス幅より小さいことを特徴とする請求項9に記載の相変化メモリ装置。 The first write current pulse is:
The phase of claim 9 , wherein the phase has a larger current value than the second write current pulse, and the pulse width of the first write current is smaller than the pulse width of the second write current pulse. Change memory device.
前記第2書込電流パルスと同じ電流値を有し、前記第1書込電流のパルス幅は前記第2書込電流パルスのパルス幅と異なり、前記第1書込電流のケンチング時間は前記第2書込電流パルスのケンチング時間と異なることを特徴とする請求項9に記載の相変化メモリ装置。 The first write current pulse is:
The first write current pulse has the same current value, the pulse width of the first write current is different from the pulse width of the second write current pulse, and the kenching time of the first write current is The phase change memory device according to claim 9 , wherein the phase change memory device is different from a quenching time of two write current pulses.
前記揮発性メモリモードモードで前記相変化メモリセルを非結晶状態に復旧させる復旧回路と、
を備えることを特徴とする相変化メモリ装置。 A phase change memory cell comprising a phase change material that operates in a non-volatile memory mode or a volatile memory mode and transitions between an amorphous state and a crystalline state;
A recovery circuit for recovering the phase change memory cell to an amorphous state in the volatile memory mode;
A phase change memory device comprising:
前記読出回路の出力が前記相変化メモリセルが非結晶状態にあることを示す場合、前記復旧回路は前記相変化メモリセルを非結晶状態に復旧させることを特徴とする請求項23に記載の相変化メモリ装置。 The recovery circuit is
24. The phase of claim 23 , wherein if the output of the read circuit indicates that the phase change memory cell is in an amorphous state, the recovery circuit restores the phase change memory cell to an amorphous state. Change memory device.
前記読出回路の出力が前記相変化メモリセルが結晶状態にあることを示す場合、前記復旧回路は前記相変化メモリセルを結晶状態に復旧させることを特徴とする請求項24に記載の相変化メモリ装置。 The recovery circuit is
25. The phase change memory of claim 24 , wherein if the output of the read circuit indicates that the phase change memory cell is in a crystalline state, the restoration circuit restores the phase change memory cell to a crystalline state. apparatus.
カルコゲナイド合金であることを特徴とする請求項19に記載の相変化メモリ装置。 The phase change material is:
The phase change memory device according to claim 19 , wherein the phase change memory device is a chalcogenide alloy.
複数本の入出力ラインと、
複数本のビットラインと、
複数本のワードラインと、
前記ワードラインとビットラインとの交点に配置される複数の相変化メモリセルを備え、
前記それぞれの相変化メモリセルは非結晶状態と結晶状態との間で状態遷移をする相変化物質を備え、
前記データラインの電圧によって前記相変化メモリセルを非結晶状態にするための第1書込電流パルス及び前記相変化メモリセルを結晶状態にするための第2書込電流パルスを前記ビットラインに印加する書込電流ソースと、
各々前記ビットライン及び前記入出力ラインに連結され、前記相変化メモリセルの状態を読込む複数のセンスアンプ回路と、
前記入出力ライン及び前記データラインに連結され、前記相変化メモリセルを非結晶状態に復旧するために前記データラインの電圧を制御する復旧回路と、を備え、
前記相変化メモリセルは揮発性モードまたは不揮発性モードで動作し、前記不揮発性モードでは前記復旧回路は非活性化され、前記揮発性モードで前記復旧回路は活性化されることを特徴とする相変化メモリ装置。 Data lines,
Multiple I / O lines;
Multiple bit lines,
Multiple word lines,
A plurality of phase change memory cells disposed at intersections of the word lines and the bit lines;
Each of the phase change memory cells includes a phase change material that undergoes a state transition between an amorphous state and a crystalline state;
A first write current pulse for bringing the phase change memory cell into an amorphous state and a second write current pulse for bringing the phase change memory cell into a crystalline state are applied to the bit line according to the voltage of the data line. Write current source to
A plurality of sense amplifier circuits connected to the bit lines and the input / output lines, respectively, for reading the state of the phase change memory cells;
A recovery circuit connected to the input / output line and the data line and controlling a voltage of the data line to recover the phase change memory cell to an amorphous state ;
The phase change memory cell operates in a volatile mode or a nonvolatile mode, the recovery circuit is deactivated in the nonvolatile mode, and the recovery circuit is activated in the volatile mode. Change memory device.
前記相変化メモリセルを結晶状態に復旧するために前記データラインの電圧を制御することを特徴とする請求項29に記載の相変化メモリ装置。 The recovery circuit is
30. The phase change memory device of claim 29 , wherein a voltage of the data line is controlled to restore the phase change memory cell to a crystalline state.
前記揮発性モードで第1及び第2書込電流パルスを前記ビットラインに印加し、不揮発性モードで第3及び第4書込電流パルスを前記ビットラインに印加することを特徴とする請求項30に記載の相変化メモリ装置。 The write current source is
Claim 30, characterized in that said volatile mode to apply a first and second write current pulse to the bit line, applying a third and fourth write current pulse to the bit line in the non-volatile mode The phase change memory device according to 1.
前記第2書込電流パルスよりさらに大きい電流値を有し、前記第1書込電流のパルス幅は前記第2書込電流パルスのパルス幅より小さいことを特徴とする請求項31に記載の相変化メモリ装置。 The first write current pulse is:
32. The phase of claim 31 , wherein the phase has a larger current value than the second write current pulse, and the pulse width of the first write current is smaller than the pulse width of the second write current pulse. Change memory device.
前記第2書込電流パルスと同じ電流値を有し、前記第1書込電流のパルス幅は前記第2書込電流パルスのパルス幅と異なり、前記第1書込電流のケンチング時間は前記第2書込電流パルスのケンチング時間と異なることを特徴とする請求項31に記載の相変化メモリ装置。 The first write current pulse is:
The first write current pulse has the same current value, the pulse width of the first write current is different from the pulse width of the second write current pulse, and the kenching time of the first write current is 32. The phase change memory device according to claim 31 , wherein the phase change memory device is different from a quenching time of two write current pulses.
カルコゲナイド合金であることを特徴とする請求項29に記載の相変化メモリ装置。 The phase change material is:
30. The phase change memory device according to claim 29 , wherein the phase change memory device is a chalcogenide alloy.
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