JPS63171495A - Ramのセンス方式 - Google Patents

Ramのセンス方式

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JPS63171495A
JPS63171495A JP62297583A JP29758387A JPS63171495A JP S63171495 A JPS63171495 A JP S63171495A JP 62297583 A JP62297583 A JP 62297583A JP 29758387 A JP29758387 A JP 29758387A JP S63171495 A JPS63171495 A JP S63171495A
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JP
Japan
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circuit
data line
common data
sense amplifier
potential
Prior art date
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Application number
JP62297583A
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English (en)
Inventor
Norimasa Yasui
安井 徳政
Hideaki Nakamura
英明 中村
Kiyobumi Uchibori
内堀 清文
Noburo Tanimura
谷村 信朗
Osamu Minato
湊 修
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、RAMのセンス方式に関する。
MOSスタティック減RAMにおいて、通常、メモリセ
ルは、その複数個がマトリクス配置される。同一行に配
置された複数のメモリセルの選択端子はその行く対応す
る1つのワード線に共通接続され、同一列に配置された
複数のメモリセルのデータ入出力端子はその列に対応す
るデータ線に共通接続される。複数のデータ線は、カラ
ムスイッチ回路を介して共通データ線に結合される。
上記共通データ線には、センスアンプの入力端子及び書
き込み回路の出力端子が結合される。
従って、上記センスアンプには、上記ワード線とカラム
スイッチ回路とによって選択された1つのメモリセルに
おけるデータが供給される。また、上記書き込み回路の
出力データは、上記ワード線とカラムスイッチ回路によ
って選択された1つのメモリセルに供給されることKな
る。
MOSFETによって構成されたセンスアンプは、その
入力信号レベルが変化することによりてその感度が変化
する。センスアンプを高感度で動作させるために、例え
ば電源端子と上記共通データ線との間にMOSFETを
配置し、このMOSFETによってデータ読み出し開始
前の上記共通データ線の電位を予め望ましいレベルにさ
せるようにしておくことができる。同様に、電源端子と
データ線との間に配置された負荷用MISFETによっ
て上記データ線の電位を予め望ましいレベルにさせてお
くようにすることができる。
しかしながら、上記のようなバイアス電圧を与えるため
のMOSFETは、リーク電流もしくはテーリング電流
を生ずる。上記のリーク電流もしくはテーリング電流は
、また温度とともに変化する。
チップ非選択期間が比較的長くされ【しまったような場
合、上記共通データ線及び上記データ線ノ電位ハ、上記
リーク電流もしくはテーリング電流によってほぼ電源端
子の電位にまで上昇させられてしまう。
その結果、センスアンプの感度が低下させられてしまい
、データの読み出し速度が制限される。
センスアンプがチップ選択信号によって制御されるよう
に構成されている場合、上記のように共通データ線の電
位が異常に上昇させられていると、このセンスアンプの
出力電圧は、それが動作状態にされた直後において、メ
モリセルから読み出丁データレベルKかかわらずに比較
的大きく低下させられてしまうことがある。その結果、
データの読み出し速度が低下させられる。
従って、この発明の目的は、安定した高速動作をするこ
とができるセンス方式を提供することにある。
この発明の他の目的は、温度補償されたMOSスタティ
ック証RAMを提供することにある。
この発明の更に他の目的は、以下の説明及び図面から明
らかとなるであろう。
第1図は、この発明の一実施例のMOSスタティックR
AMの回路を示している。
同図のRAMは、公知の半導体集積回路技術によって1
つの半導体基板上において形成される。
端子AX、ないしAXK、AY、ないし人YL。
DoUT1C8%WE%D1n、vDD及びGNDはそ
の外部端子とされる。図示のRAMは、その電源端子v
DDと接地端子GNDとの間に外部電源装置9から電源
電圧が供給されることによって動作させられる。
同図において、lはメモリアレイであり、メモリセル1
aないしld、ワードIIW rないしWm。
る。
メモリセルは、相互において同じ構成とされており、特
に制限されないが、laを代表として詳細に示されたよ
うに、駆動MO8FETQ+、Qtと負荷抵抗R,、R
,で構成されたスタティック製フリップフロップ回路と
、このスタティック型フリップフロップ回路の入出力端
子と一対のデータ線り、 、D、との間にそれぞれ設け
られた伝送ゲートMOS F E T Qs 、Q%と
で構成されている。
上記メモリセルは、上記抵抗R1とR,の接続点に、電
源端子VDDに供給される電源電圧が供給されることK
よってデータを保持する。
上記抵抗R1及びR1は、データ保持状態におけるメモ
リセルの消費電力を減少させるため、例えば数メグオー
ムないし数ギガオームのような高抵抗値にされる。上記
抵抗R1及びR8は、メモリセルの占有面積を減少させ
るため、例えばMOSFETを形成する半導体基板の表
面に比較的厚い厚さのフィールド絶縁膜を介して形成さ
れた比較的高比抵抗のポリシリコン層から構成される。
上記メモリセル1aないし1dは、図示のようにマトリ
ックス状に配置される。このマトリックス状に配置され
たメモリセル1a〜1dのうち、同じ行に配置されたメ
モリセル1a* lc及びlb、ld等の選択端子とし
ての伝送ゲートMO5FETのゲートは、ワードWAW
、、WmK接続されており、また、同じ列に配置された
メモリセルla、lb及びlc、ld等の一対の入出力
端にそれぞれ接続されている。そして、・これらの各列
に対応するデータ線は、それぞれカラムスイッチとして
の伝送ゲートM OS F E T Qs −Qt。及
びQ +t a (Llを介して共通データ線CD、C
Dに接続されている。上記ワードIIW t〜Wmは、
Xアドレスデコーダ回路2の出力端子に接続され、上記
Xアドレスデコーダ回路2によって選択される。
メモリマトリックスの各列に対応して設けられた一対の
伝送ゲートM OS F E T Qs 、Qt。、及
びQss e Qttのゲートは、それぞれXアドレス
デコーダ回路3の出力端子に接続され上記Xアドレスデ
コーダ回路3によりて選択される。
上記Xアドレスデコーダ回路2には、アドレスバッファ
回路BX、ないしBXKを介してアドレス入力端子AX
、ないしAXKK供給されたアドレス信号が供給される
上記Xアドレスデコーダ回路3には、同様にアドレスバ
ッファ回路BYlないしBYtを介してアドレス入力端
子AY1ないしAY、に供給されたアドレス信号が供給
される。。
一対の共通データ線CD、CDは、一方においてセンス
アンプ4の一対の入力端子に接続され、他方において、
伝送ゲートMOSFETQ□、Q、。
を介して書き込み回路6の出力端子に接続されている。
センスアンプ4の出力信号VOUTは、出力バッファ回
路50入力に印加される。
上記センスアンプ4は、特に制限されないが図示のよう
に差動MOS F E T QCs −Qta 、カレ
ントミラー動作のMOS F E T Qzs 、QC
s及び定電流用MOS F E T Qttから構成さ
れた差動増幅回路から構成されている。上記M OS 
F E T Qsvは、パワースイッチとしても用いら
れる。チップ選択端子C8に供給されるチップ選択信号
が回路の接地電位のようなロウレベルにされると、これ
に応じて制御回路8から上記MO8FETQI?のゲー
トに供給される制御信号が)・イレペルにされる。
その結果、上記M OS F E T Qzyがオン状
態にされ、センスアンプ4が活性化される。
上記出力バッファ回路5は、実質的に出力端子フローテ
ィング状態を含む3状態回路から構成される。制御回路
8から出力される制御信号C8がロウレベルなら、上記
出力バッファ回路の出力端子はフローティング状態にさ
れる。上記制御信号C8がハイレベルなら、上記出力バ
ッファ回路の出力端子は、上記センスアンプ4の出力レ
ベルに対応したロウレベル又はノ・イレペルにされる。
上記共通データ線CD 、CDは、またバイアス回路7
が接続され【いる。
バイアス回路7は、図示のよ5にゲート・ドレインが電
源端子VDDに接続されたレベルシフト用MO8FET
Q*。、上記MO8FETQ*。のソースと共通データ
@CD及びCDとの間に接続されたM OS F E 
T QCs lQtい上記共通データ線CD及びCDと
回路の接地点との間に接続された抵抗R3及びR4から
構成されている。
上記MOS F E T Qm1及びQttは、チップ
非選択期間におい【オン状態となるように、制御信号O
8Kよりてスイッチ制御される。以前のデータに対応し
て設定された共通データMCDとCDとの相互の電位差
は、これら共通データ線CD及びCDと回路の接地点と
の間に存在するような浮遊容量(図示しない)によって
保持されることになる。上記のような以前のデータに対
応する電位差は、上記MO8FETQ□及びQoがチッ
プ非選択期間においてオン状態にされることによってほ
ば0にされる。このように、共通データ線対CDとCD
の電位差を予めほぼ0にしておくと、新らたに選択する
メモリセルのデータに対応した電位差を比較的短時間に
上記共通データ線対CDとCDK与えることができ、そ
の結果RAMのアクセス時間を短くすることができる。
上記バイアス回路7におけるM OS F E T Q
m。
は、それがダイオード形態に接続されていることによっ
て、そのソース・ドレイン間にほぼそのしきい値電圧に
等しい電圧降下を生ずる。
′セのため、チップ非選択期間において、共通データ線
CD及びCDには、電源端子VDDの電源電圧に対し上
記MO8FETQm。によってレベルシフトされた電圧
が供給される。
差動MO8FETを含む前記のようなセンスアンプ4は
、通常、その感度がその一対の入力端子のバイアス電位
によりて変化する。上記のように、共通データ線CD及
びCDの電位が上記MO8FE T Q、。によって低
下させられることによって、上記センスアンプ4は、高
感度で動作するようになる。その結果、センスアンプ4
の出力は、比較的短時間内において、共通データ線CD
とCDに供給されるデータと対応したレベルにされるこ
とKなる。
メモリセルのデータを比較的高速度で読み出すことがで
きるようにするために、制御信号C8が比較的早いタイ
ミングでハイレベルにされた場合、この制御信号C8に
よって上記センスアンプ4は、メモリセルから上記共通
データ線CDとCDK充分なレベル差が与えられるより
も前に活性化されることになる。共通データ線CDとC
Dのレベル差が小さいことによって、差動MO8FET
Qts及びQssが同時に導通状態にされ、その結果、
センスアンプ4の出力が一時的に低下させられる。
バイアス回路7から、例えばMO8FETQ!。
が除去されたような場合、共通データi[cD及びCD
は、その電位がはぼ電源端子VDDの電位Kまで上昇さ
せられてしまうことになる。このように共通データ1l
ICD及びCDの電位が予め電源電圧まで上昇蓄せられ
ているときの上記共通データ線CDとCDの電位変化の
一例が第2図に実線曲線CD及びCDとして示されてい
る。このような場合において、制御信号C8をハイレベ
ルにさせると、上記共通データ線CD及びCDが比較的
高電位にされていることによって、センスアンプ4の出
力電圧voU!カー第2図の実線曲線vovtのように
大きく落ち込むものとなる。上記出力電圧voυ丁が次
段の出力バッファ回路5のロジックスレッシッルド電圧
vT以下になると例えメモリセルからハイレベルのデー
タを読み出す時でも出力バッファ回路5の出力が一時的
に反転してしまうことKなる。そのためデータの読み出
しタイミングを遅くせざるを得なくなりてくる。
これに対して、第1図に示したように、バイアス回路7
にレベルシフト用MO8FETQ*oを設けることによ
り、第2図に破線で示すようK、共通データ線CD、C
Dのレベルを下げることができ、そのためにセンスアン
プ4の活性化に際してのその出力電圧vovtの落ち込
み量を減少させることができる。その結果メモリセルか
らのデータの高速読み出しを可能とする。
この実施例では、読み出し動作の安定的な高速化を図る
ため、換言すれば、レベルシフ)MO3F E T Q
、。のり−ク(又はテーリング)電流による共通データ
線のレベル上昇を防止するため抵抗R8〜R1が設けら
れる。すなわち、これらの抵抗R,,R,は、共通デー
タl1CD、CDと基準電位(Ov)間に設けられる。
上記抵抗R8及びR,は、チップ非選択時におけるRA
Mの消費電力の増加を防ぐため、その合成抵抗値が、上
記レベルシフト用MO8FETQm。
のリーク電流とほぼ等しいか若干大きい値の電流を流し
得るような比較的高抵抗値にされる。
上記抵抗R1及びR4は、例えばダイオード接続のMO
8FETKよって構成することが可能である。しかしな
がら、上記抵抗R3及びR1は、構造として、前記メモ
リセルにおける抵抗R,及びR3と同様に、半導体基板
上に比較的厚い厚さのフィールド絶@Mを介して形成さ
れたポリシリコン層(図示しない)から構成されている
ことが望ましい。このように、抵抗R1及びR4をポリ
シリコン層から構成する場合、ポリシリコン層を比較的
高比抵抗にすることができることによりてその占有面積
を比較的小さくすることが可能となる。また、ポリシリ
コン層から構成される抵抗は、それが二酸化シリコン膜
から構成されるようなフィールド絶縁膜を介して半導体
基板上く形成されることKよって、MOSFETのドレ
インもしくはソース接合のような比較的大きい値の浮遊
容量を持たない。そのために、ポリシリコン層からなる
抵抗は、共通データ線CD及びCDK対し、比較的小さ
い浮遊容量しか与えず、共通データ線CD及びCDKお
ける信号変化速度を実質的に制限しない。
第1図の実施例回路によれば1例えば、チップ非選択期
間が長いとき、又は高温時において共通データ@ICD
 、CDのバイアス電位を設定するMOS F E T
 Q、。のり−ク電流があっても、これを高抵抗R,,
R4によって吸収するため、ノ(イアスミ圧の上昇な防
止することができる。
したがって、センスアンプ4のパワースイッチMO3F
ETQsyのオンによる活性化に際して、共通データ@
CD、CDのバイアス電圧は、一定に固定されたもので
あるので、第2図に点線で示すように、出力信号VOU
’rの落ち込みが小さく一定となる。これにより、安定
的な読み出し動作の高速化を実現することができる。
なお、第1図においては、各データ*D、 、D、。
Dn、Dnと電源端子VDDとの間にそれぞれデータ線
負荷用のエンハンスメントモードのMO5FETQs 
−Qa −Q? −Qsが設けられている。上記各デー
タ線と回路の接地点との間にはまた、上記抵抗R1,R
4と同様な目的のポリシリコン層から構成される抵抗R
e 、 Re 、 Rt 、 Reが設けられている。
従って、各データ線には、上記データ線負荷用MO8F
ETによってレベルシフトされた電圧が供給される。上
記負荷MOS F E T Qs  、Qa等のリーク
電流についても、同様の高抵抗Rs 、Rs等によって
吸収できるため、データ1llDt−Dt等のレベル上
昇を防止することができる。
以上の説明において、MO3FETQ、〜Q0のうち、
例えばM OS F E T Q sのように、チャン
ネル領域部分にゲート方向に同5矢印を付したものは、
nチャンネルMO8FETを示し、MO8F E T 
Ql、のように、チャンネル領域部分にゲート方向と逆
向きの矢印を付したものは、pチャンネルMO8FET
を示している。したがって、この実施例回路は、C−M
O8(相補型MO3)回路で構成される。
第3図には、この発明の好適な他の一実施例回路が示さ
れている。 。
この実施例では、パイ7一ス回路7におけるMO8FE
TQz。のリーク電流を吸収するだめの前記実施例のポ
リシリコン高抵抗R,,R,に替え、共通データ線CD
、CDと基準電位との間に、ゲート・ソース間が接続さ
れたMO8FETQ□。
Qoが設けられている。
上記MO8FETQu及びQtmは、MOS F ET
Qg。のり−ク電流を吸収するようなドレインリーク電
流な生ずる。その結果、上記MO8FETQ、。のり−
ク電流にもかかわらずに、共通データ線CD及びCDの
電位は、前記実施例と同様に望ましい値にされる。なお
、上記M OS F E T QtsとQ□は、その合
成のドレインリーク電流が上記M OS F E T 
Qgoのリーク電流よりも大きくなるよ5な構造とされ
ている方が望ましい。
上記MO8FETQ*m及びQ2.は、上記MO8F 
E T Q、。と異なるチャンネル型とすることができ
る。しかしながら、上記M OS F E T Qtm
及びQl4は、上記MO8FETQ、。と同じチャンネ
ル型とされ、しかも上記MO8FETQ*。と同時に製
造されたものであることが望ましい。このようにすると
、上記M OS F E T Qtm及びQl4は、上
記MO8FETQm。と対応するリーク電流特性を示す
ようKなる。
その結果、実施例によると、上記MO8FETQ、。の
り−ク電流をM OS F E T Qms −Qtm
のリーク電流によって吸収するものであるので、両者の
電流値の一致化を比較的容易に実現することができると
ともに温度依存性についても補償することができるとい
う利点がある。
なお、図示しないが、前記第1図の抵抗R1゜Rs =
 Ry −Re等も上記第3図のMO8FETQtm−
Q□と同様なMO8FETK置きかえることができる。
第4図には、この発明の更に他の実施例の回路が示され
ている。
この実施例では、書き込み信号を伝達させるためのMO
S F E T Qss −Qtmがチップ非選択時に
は制御信号WEKよってオフ状態にされること及びその
リーク電流を利用して共通データ、l1CD及びCDの
電位の過大な上昇を防ぐこととしている。
このため、書き込み回路6は、チップ非選択時に、その
一対の出力端子を共にロウレベルにさせるように2人力
のNAND(又はN0R)ゲート回路によって構成され
る。
すなわち、書き込み回路6は、同図に示すように、MO
8FETQ*s〜Q鵞、で構成された第1の2人カゲー
ト回路、MOS F E T Qms〜Q、で構成され
た第2の2人カゲート回路、及びインバータ回路IVか
ら構成される。
上記第1.第2のゲート回路の一方の入力であるM O
S F E T Q、、 、 Ql、及びQ、。、Qo
のゲートには、共通にチップ選択信号C8が印加される
上記第2のゲート回路の他方の入力であるMO8FET
Q、。、Q、1のゲートには書き込み入力信号DI)f
が印加される。そして、第1のゲート回路の他方の入力
であるMO8FETQ□、Q□のゲートには、上記イン
バータ回路IVで反転された書き込み入力信号DINが
印加される。
この実施例回路では、チップ非選択時には、チップ選択
信号C8がハイレベルとされるため、MO8FETQ□
+ Qsxがオン状態にされ、MO8F E T Qm
s −Qs。がオフ状態にされる。そのため、上記第1
及び第2のゲート回路の出力は、いずれも書き込み信号
DIHに無関係に、それぞれロウレベルにされることに
なる。
したがって、チップ非選択時において、MO8F E 
T Qmt −Qmsを介してMO8FETQ、。から
共通データi[51cD及びCDに供給されたリーク電
流は、このとぎオフ状態にされている上記MO8F E
 T Qms −Qms及びオン状態にされているMO
8F E T Qsa −Qtiを通して基準電位側に
流されることになり、その結果、上記共通データ線にお
けるバイアス電圧の上昇を防止することができる。
なお、チップ選択時には、チップ選択信号C8のロウレ
ベルによって、MO8FETQ、、、Q、0がオン状態
にされ、MOS F E T Qms −Qmsがオフ
状態にされるため、書き込み信号DIHに応じて書き込
み回路6の出力レベルが決定されることになる。
この実施例回路では、例えば、nチャンネルMo5FE
TQ、。のり−ク電流を、同様のnチャンネルMO8F
ETQ、、、Q、、のり−ク電流によって吸収するもの
であるので、同者の電流値の一致化をより容易に実現す
ることができる。このことは、温度依存性についても同
様である。この実施例に従うと、また、共通データaC
D及びCDに、前記実施例のような浮遊容量を増加させ
る素子が結合されない。そのため、データの読み出しを
高速化することが可能となる。
この発明は、前記実施例に限定されない。メモリセルは
、スタテイ′ツク型フリップフロップ回路を利用したも
のであれば、何んであってもよい。
また、メモリセルな含む各回路はC−MO8回路の他、
p7ヤンネル又はnチャンネルMO8FETのみ罠よっ
て構成するもの、としてもよい。
さらに、データ線の容量値に対して共通データ線の容量
値が大きい場合等、データ線の前述のよ5なレベル上昇
があまり問題とならない場合にはデータ線に設けられる
リーク電流吸収のための抵抗R,〜R6等は、省略する
ものであってもよい。
また、この実施例における信号cs 、cs又はWE等
の名称、信号レベルは、種々変形できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す回路図、第2図は
、その動作を説明するだめの波形図、第3図、及び第4
図は、それぞれこの発明の他の一実施例を示す要部回路
図である。 1a〜1d・・・メモリセル、2・・・Xアドレスデコ
ーダ回路、3・・・Xアドレスデコーダ回路、4・・・
センスアンプ、5・・・出力バッファ回路、6・・・書
き込み回路、7・・・バイアス回路。 第  1  図 第 2 g 第  4  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、メモリアレイにおける複数のデータ線対のうち、選
    択されるべきデータ線をカラムスイッチを介して共通デ
    ータ線に結合せしめ、該共通データ線は増幅機能を持つ
    センスアンプに接続されてなるRAMのセンス方式にお
    いて、上記センスアンプは、差動増幅回路から構成され
    ており、かつ上記共通データ線と、回路の基準電位との
    間には、電位上昇防止手段が設けられていることを特徴
    とするRAMのセンス方式。 2、上記電位上昇防止手段は、高抵抗手段からなること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のRAMのセ
    ンス方式。 3、上記高抵抗手段は、ポリシリコン高抵抗からなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載
    のRAMのセンス方式。 4、上記高抵抗手段は、逆方向に接続されたダイオード
    形態のMOSFETから構成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項又は第2項に記載のRAMのセ
    ンス方式。 5、上記センスアンプは、差動MOSFETにより構成
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載のRAMのセンス方式。
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