JP6662370B2 - クロスバースイッチ型メモリ回路、ルックアップテーブル回路、及び、プログラム方法 - Google Patents
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Description
図1A〜図1Dは、ユニポーラ型スイッチの動作特性を示す図である。ユニポーラ型スイッチは、第1電極に正電圧値を印加し、この印加電圧値が所定のセット電圧値を超えると、H抵抗状態からL抵抗状態に遷移する(図1A)。
かかるユニポーラ型スイッチに対し、バイポーラ型スイッチは、印加する電圧値の極性(第1電極に印加されている電圧値が第2電極に印加されている電圧値より高いとき正極とする)に応じて、H抵抗状態とL抵抗状態とが切替えられる。
まず、2×nクロスバースイッチ型メモリ回路10の各抵抗変化素子13を意図する抵抗状態に設定するプログラム信号(極性信号)を極性信号端子18に印加する。ここで、意図する抵抗状態として、第1抵抗変化素子13aをH抵抗状態、第2抵抗変化素子13bをL抵抗状態にプログラムする場合を例とする。このときプログラムにより行配線12に出力されると期待される信号(情報)を書込データと記載する。即ち、書込データは、2×nクロスバースイッチ型メモリ回路10に記憶させるデータで、抵抗変化素子13が正常な場合には行配線12から出力される信号レベルである。これに対し、後述する読出データは、行配線12から出力されたデータである。
次に、極性信号端子18に読出信号(極性信号)を入力して、行配線12の信号レベルを検出する。この信号が読出データである。そして、読出データと書込データとの一致を判断する。
読出データと書込データとが不一致の場合、各抵抗変化素子13に対して再度プログラムを行う。このときのプログラム条件は、ステップSA1でプログラムした際の抵抗状態と逆の抵抗状態にする条件(レベル反転印加)である。即ち、ステップSA1における書込データが、第1抵抗変化素子13aをH抵抗状態、第2抵抗変化素子13bをL抵抗状態に設定するデータの場合には、反転テストプログラム処理における書込データは、第1抵抗変化素子13aをL抵抗状態、第2抵抗変化素子13bをH抵抗状態に設定するデータである。
そして、ステップSA2,SA3と同様の処理を行い、書込データと読出データとの一致性を判断する。以下、再テスト結果検出処理及びデータ一致判断処理における書込データと読出データとを再書込データと再読出データと記載する。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。なお、第1実施形態と同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
次に、クロスバースイッチ型メモリ回路の具体例を説明する。図8は、本具体例にかかるクロスバースイッチ型メモリ回路の回路図である。
先ず、プログラミングイネーブル線61からHレベルのプログラミングイネーブル信号を入力する。これにより、第1電源切離用トランジスタ54a及び第2電源切離用トランジスタ54bがOFFし、第1接地切離用トランジスタ57a及び第2接地切離用トランジスタ57bがOFFする。従って、列配線11は、電源ノード14a及び接地ノード14bから切り離される。
選択信号線67を介して選択信号が複数の選択トランジスタ66,68の制御端子に入力する。なお、選択信号線67は、選択トランジスタ66,68に接続されているが、図8においては、これらをバス的に太線で示している。この選択信号により複数の選択トランジスタ66,68が個別に制御される。
プログラミングドライバ63の出力電位は、抵抗変化素子13の抵抗状態により変化するため、出力電位をプログラミングドライバ63と並列に接続された電圧値読出回路64で別途与えられる参照電圧値と比較することで、抵抗変化素子13が、H抵抗状態かL抵抗状態であるかを読出すことができる。
そこで、クロスバースイッチ型メモリ回路のすべての抵抗変化素子13のプログラムと読出しが終了したのち、プログラミングデータ(書込データ)と読出しデータ(読出データ)との一致を判断する。
書込データと読出データとが不一致の場合、抵抗変化素子13の1つがオープン不良かショート不良の状態にあると判断する。そして、この場合には、全ての書込データを反転して、再度プログラムを行い、その結果を検出する。
まず、極性信号生成回路65に接続される行配線12と第1列配線11aとの交点に設けられている第1抵抗変化素子13aをH抵抗状態に、行配線12と第2列配線11bとの交点に設けられている第2抵抗変化素子13bをL抵抗状態にプログラムする。そして、この状態を極性信号ビットの規定値と呼称して、定義する。
次に、極性信号生成回路65のセット端子をHレベルにする。これにより極性信号生成回路65からHレベルの信号が出力されて第1列配線11aのレベルは、接地ノード14bのレベルとなり、第2列配線11bのレベルは電源ノード14aのレベルとなる。
このとき、極性信号ビットが規定値でプログラムされている場合は、極性信号生成回路65の入力端子には、同様にHレベルの信号が入力する。そこで、極性信号生成回路65のクロック端子にHレベルの信号を1パルス入力させる。
このクロック端子に入力させたパルス信号によっても、極性信号生成回路65の出力はHレベルのままである。従って、極性制御線17の極性信号は変化しない。
そこで、極性信号生成回路65のクロック端子にHレベルの信号を1パルス入力させる。このパルス入力により、極性信号生成回路65の出力レベルはLレベルに変化する。従って、第1列配線11aの信号レベルはHレベルになり、第2列配線11bの信号レベルはLレベルになる。
11 列配線
11a 第1列配線
11b 第2列配線
12 行配線
13 抵抗変化素子
13a 第1抵抗変化素子
13b 第2抵抗変化素子
14a 電源ノード
14b 接地ノード
15 電源側トランジスタ
15a 第1電源側トランジスタ
15b 第2電源側トランジスタ
16 接地側トランジスタ
16a 第1接地側トランジスタ
16b 第2接地側トランジスタ
17 極性制御線
17a 第1極性制御線
17b 第2極性制御線
18 極性信号端子
19 インバータ(論理反転回路)
20 データ選択回路
21(21a〜21f) 選択トランジスタ
22 セレクト線
30 プルアップ回路
31 プルアップトランジスタ
32 インバータ
40 データ反転回路
54 電源切離用トランジスタ
54b 第2電源切離用トランジスタ
54a 第1電源切離用トランジスタ
57 接地切離用トランジスタ
57a 第1接地切離用トランジスタ
57b 第2接地切離用トランジスタ
61 プログラミングイネーブル線
62 インバータ
63 プログラミングドライバ
63a 一方プログラミングドライバ
63b 他方プログラミングドライバ
64 電圧値読出回路
65 極性信号生成回路
66,68 選択トランジスタ
67 選択信号線
Claims (10)
- 抵抗変化素子の抵抗状態により情報を記憶するクロスバースイッチ型メモリ回路であって、
第1抵抗変化素子の一端が接続される第1列配線と、該第1列配線と電源ノードとの接続を制御する第1電源側トランジスタと、前記第1列配線と接地ノードとの接続を制御する前記第1電源側トランジスタと逆動作タイプの第1接地側トランジスタと、前記第1電源側トランジスタ及び前記第1接地側トランジスタの制御端子に接続されて、極性信号端子からの極性信号により前記第1電源側トランジスタと前記第1接地側トランジスタとの一方をONし、他方をOFFさせる第1極性制御線と、を含む第1ユニットと、
第2抵抗変化素子の一端が接続される第2列配線と、該第2列配線と前記電源ノードとの接続を制御する前記第1電源側トランジスタと同動作タイプの第2電源側トランジスタと、前記第2列配線と前記接地ノードとの接続を制御する前記第2電源側トランジスタと逆動作タイプの第2接地側トランジスタと、前記極性信号端子からの極性信号の極性を反転して出力する論理反転回路と、前記第2電源側トランジスタ及び前記第2接地側トランジスタの制御端子に接続されて、前記論理反転回路からの極性信号により前記第2電源側トランジスタと前記第2接地側トランジスタとの一方をONし、他方をOFFさせる第2極性制御線と、を含む第2ユニットと、
前記第1及び第2抵抗変化素子の他端が接続されたn本(nは正の整数)の行配線と、を備えて、
前記第1抵抗変化素子と前記第2抵抗変化素子とにより1ビットのメモリが形成されて、該メモリに記憶された情報が前記行配線から出力されることを特徴とするクロスバースイッチ型メモリ回路。 - 請求項1に記載のクロスバースイッチ型メモリ回路であって、
前記第1列配線と前記第1電源側トランジスタの間に設けられ、かつ、当該第1電源側トランジスタと同動作タイプの第1電圧切離用トランジスタと、
前記第1列配線と前記第1接地側トランジスタの間に設けられ、かつ、当該第1接地側トランジスタと同動作タイプの第1接地切離用トランジスタと、
前記第2列配線と前記第2電源側トランジスタの間に設けられ、かつ、当該第2電源側トランジスタと同動作タイプの第2電圧切離用トランジスタと、
前記第2列配線と前記第2接地側トランジスタの間に設けられ、かつ、当該第2接地側トランジスタと同動作タイプの第2接地切離用トランジスタと、を備えることを特徴とするクロスバースイッチ型メモリ回路。 - 請求項2に記載のクロスバースイッチ型メモリ回路であって、
前記第1電源側トランジスタ、前記第1電圧切離用トランジスタ、前記第1接地側トランジスタ、前記第1接地切離用トランジスタ、前記第2電源側トランジスタ、前記第2電圧切離用トランジスタ、前記第2接地側トランジスタ、前記第2接地切離用トランジスタは、電界効果トランジスタであることを特徴とするクロスバースイッチ型メモリ回路。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のクロスバースイッチ型メモリ回路であって、
前記第1及び第2抵抗変化素子は、当該抵抗変化素子に印加される印加電圧の極性に対応して抵抗状態が変化するバイポーラ型スイッチ、ユニポーラ型スイッチ、2つの前記バイポーラ型スイッチを逆極性で接続してなるスイッチのいずれか1つであることを特徴とするクロスバースイッチ型メモリ回路。 - 抵抗変化素子により形成されたクロスバースイッチにより論理回路を再構成する際に用いるルックアップテーブル回路であって、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のクロスバースイッチ型メモリ回路と、
前記クロスバースイッチ型メモリ回路から出力される複数のデータから1つのデータを選択する選択回路と、
を備えることを特徴とするルックアップテーブル回路。 - 請求項5に記載のルックアップテーブル回路であって、
前記選択回路で選択して出力されたデータの信号レベルが、当該選択回路で電圧降下している場合に、当該電圧降下を補償するプルアップ回路を設けたことを特徴とするルックアップテーブル回路。 - 請求項6に記載のルックアップテーブル回路であって、
前記電源ノードから出力される電圧の極性を交流的に変化させた際に、前記第1及び第2抵抗変化素子の抵抗状態に対応した前記クロスバースイッチ型メモリ回路から出力される前記データが前記電源ノードから出力される電圧に同期して変動しても、当該データの変動を補償するデータ反転回路を設けたことを特徴とするルックアップテーブル回路。 - 請求項7に記載のルックアップテーブル回路であって、
前記プルアップ回路からの出力を前記極性信号に同期して反転させる2入力XOR回路のデータ反転回路を備えることを特徴とするルックアップテーブル回路。 - 請求項5乃至8のいずれか1項に記載のルックアップテーブル回路であって、
前記第1抵抗変化素子を介して前記行配線に流れるリーク電流と、前記第2抵抗変化素子を介して前記行配線に流れるリーク電流とを計測し、リーク電流の少ない抵抗変化素子を高抵抗状態にすることを特徴とするルックアップテーブル回路。 - 第1及び第2抵抗変化素子の抵抗状態が相補的にプログラムされてデータが記憶されるクロスバースイッチ型メモリ回路のプログラム方法であって、
前記第1抵抗変化素子を高抵抗状態又は低抵抗状態にプログラムし、前記第2抵抗変化素子を低抵抗状態又は高抵抗状態にプログラムして書込んだ情報を書込データとし、書き込まれた情報を読出して得た情報を読出データとした際に、前記クロスバースイッチ型メモリ回路に書き込んだ前記書込データと、そのときに読み出された前記読出データとが一致していない場合には、前記書込データを極性反転させるようなデータで前記第1及び前記第2抵抗変化素子をプログラムするように再度書き込みを行うことを特徴とするクロスバースイッチ型メモリ回路のプログラム方法。
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