KR100634330B1 - Method for reading a structural phase-change memory - Google Patents
Method for reading a structural phase-change memory Download PDFInfo
- Publication number
- KR100634330B1 KR100634330B1 KR1020047012320A KR20047012320A KR100634330B1 KR 100634330 B1 KR100634330 B1 KR 100634330B1 KR 1020047012320 A KR1020047012320 A KR 1020047012320A KR 20047012320 A KR20047012320 A KR 20047012320A KR 100634330 B1 KR100634330 B1 KR 100634330B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cell
- voltage
- current
- bit line
- level
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0021—Auxiliary circuits
- G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/02—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using elements whose operation depends upon chemical change
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0004—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0021—Auxiliary circuits
- G11C13/004—Reading or sensing circuits or methods
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0021—Auxiliary circuits
- G11C13/004—Reading or sensing circuits or methods
- G11C2013/0054—Read is performed on a reference element, e.g. cell, and the reference sensed value is used to compare the sensed value of the selected cell
Abstract
구조적인 위상 변화 메모리의 셀은, 셀 전압 및 셀 전류를 프로그래밍 임계 레벨까지 상승시키고, 이들을 그들의 프로그래밍 레벨 아래의 정지 레벨까지 하강시킴으로써, 프로그래밍된다. 그 다음, 그 선택된 셀의 비트 라인 전압을 상승시키고 셀 전압 및 셀 전류를 그들의 프로그래밍 레벨까지 상승시키지 않은 프리차지 펄스가 인가된다. 그 다음, 셀 전류는 프로그래밍 임계 레벨 아래에 있는 판독 레벨까지 상승되고, 비트 라인 전압은 셀 전류가 판독 레벨에 있는 동안에 기준 전압과 비교된다.
The cells of the structural phase change memory are programmed by raising the cell voltage and the cell current to the programming threshold level and lowering them to the stop level below their programming level. Then, a precharge pulse is applied which raises the bit line voltage of the selected cell and does not raise the cell voltage and cell current to their programming level. The cell current is then raised to a read level below the programming threshold level, and the bit line voltage is compared with the reference voltage while the cell current is at the read level.
Description
본 발명은 위상 변화 물질의 고체 상태 메모리 장치를 판독하는데 적용되는 판독 동작에 관한 것이다. The present invention relates to a read operation applied to reading a solid state memory device of a phase change material.
구조적인 위상 변화 물질을 데이터 저장 메카니즘(이하, 단순히 위상 변화 메모리)으로서 이용하는 고체 상태 메모리 장치는 종래의 전하 저장 기반의 메모리보다 비용과 성능면에서 상당한 장점을 제공한다. 위상 변화 메모리는, 각각의 셀이 몇몇 구조적인 위상 변화 물질을 구비하여 셀 데이터를 저장하는 구성 요소인 셀 어레이로 구성된다. 이러한 물질은, 예를 들어, 비정질에서 결정질로의 가역적인 구조적 위상 변화를 나타내는 칼코겐 합금일 수 있다. 작은 부피의 칼코겐 합금은, 셀이 고속 스위칭 프로그램가능 저항으로서 작용하게 하는 회로내에 집적된다. 이러한 프로그램가능 저항은, 상대적으로 결정질의 위상(낮은 저항율)과 상대적으로 비정질의 위상(높은 저항율)간의 저항율의 동적 범위의 40배 이상을 나타낸다. 셀에 저장된 데이터는 셀의 저항을 측정함으로써 판독된다. 칼코겐 합금 셀 은 또한 비휘발성이다. Solid state memory devices using structural phase change materials as data storage mechanisms (hereafter simply phase change memories) offer significant advantages in terms of cost and performance over conventional charge storage based memories. The phase change memory consists of a cell array, each cell having several structural phase change materials to store cell data. Such materials may be, for example, chalcogen alloys that exhibit a reversible structural phase change from amorphous to crystalline. A small volume of chalcogenide alloy is integrated in the circuit that allows the cell to act as a fast switching programmable resistor. This programmable resistance represents at least 40 times the dynamic range of the resistivity between a relatively crystalline phase (low resistivity) and a relatively amorphous phase (high resistivity). Data stored in a cell is read by measuring the resistance of the cell. Chalcogen alloy cells are also nonvolatile.
위상 변화 메모리 셀은 프로그래밍, 즉, 적절한 크기 및 지속 시간을 가지며 셀내의 위상 변화 물질의 체적 전반에 걸쳐 필요한 전압 및 전류을 발생시키는 전류 펄스를 인가함으로써 기록 및 판독될 수 있다. 구조적인 위상 변화 메모리내의 선택된 셀은 선택된 셀에 대하여 셀 전압과 셀 전류를 셀내의 위상 변화 물질의 특징인 프로그래밍 임계 레벨까지 상승시킴으로써 하나의 선택된 상태로 프로그래밍될 수 있다. 그 다음, 전압 및 전류는 그들의 프로그래밍 임계 레벨 아래에 있는 정지 레벨(예, 실질적으로 0 전압 및 전류)까지 하강시킬 수 있다. 이러한 프로세스는 예를 들어, 2개의 상이한 논리 상태로 셀을 프로그래밍할 수 있는 리셋 펄스 및 세트 펄스의 인가에 의해 수행될 수 있다. 이들 펄스 둘 다에서, 셀 전압과 셀 전류는 적어도 셀을 프로그래밍하는데 필요한 특정 임계 전압 및 전류 레벨만큼 상승하게 된다. 다음에, 프로그래밍 셀을 판독하기 위해, 판독 펄스가 인가되어 셀 물질의 상대적인 변화를 측정할 수 있다. 따라서, 전형적으로, 판독 펄스는 리셋 펄스 또는 세트 펄스보다 상당히 적은 크기의 셀 전류 및 셀 전압을 제공한다. Phase-change memory cells can be written and read by programming, i.e., applying current pulses that have the appropriate size and duration and generate the required voltages and currents throughout the volume of phase change material in the cell. The selected cell in the structural phase change memory can be programmed to one selected state by raising the cell voltage and cell current for the selected cell to a programming threshold level characteristic of the phase change material in the cell. The voltage and current can then drop down to a stop level (eg, substantially zero voltage and current) below their programming threshold level. This process can be performed, for example, by the application of a reset pulse and a set pulse that can program the cell to two different logic states. In both of these pulses, the cell voltage and cell current are raised by at least the specific threshold voltage and current levels needed to program the cell. Next, to read the programming cell, a read pulse can be applied to measure the relative change in cell material. Thus, typically, read pulses provide a significantly smaller amount of cell current and cell voltage than reset pulses or set pulses.
본 발명은 동일 참조 부호는 유사한 구성 요소를 나타내는 첨부한 도면의 그림으로 예시적으로 또한 비제한적으로 도시되어 있다. 본 명세서의 "일" 실시예는 반드시 동일 실시예가 아니며 적어도 하나를 의미한다는 것을 알아야 한다.The invention is illustrated by way of example and not by way of limitation in the figures of the accompanying drawings in which like reference characters indicate similar elements. It is to be understood that the "one" embodiment herein is not necessarily the same embodiment and means at least one.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 결합되어 제어되는 위상 변화 메모리 어레이를 특징으로 하는 집적 회로의 일부에 대한 블록도, 1 is a block diagram of a portion of an integrated circuit featuring a coupled controlled phase change memory array in accordance with one embodiment of the present invention;
도 2는 예시적인 위상 변화 메모리 셀의 전류 전압 특성을 도시하는 도면, 2 illustrates current voltage characteristics of an exemplary phase change memory cell;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 프로그래밍되고 판독되는 셀과 관련된 여러 신호에 대한 예시적인 타이밍도, 3 is an exemplary timing diagram for various signals associated with a cell being programmed and read in accordance with one embodiment of the present invention;
도 4는 위상 변화 메모리 어레이의 비트 라인에 결합된 펄스 생성 및 구동 회로의 일실시예의 개략적인 회로도, 4 is a schematic circuit diagram of one embodiment of a pulse generation and drive circuit coupled to a bit line of a phase change memory array;
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 구조적인 위상 변화 메모리 셀을 동작시키는 방법의 일실시예의 흐름도, 5 is a flow diagram of one embodiment of a method of operating a structural phase change memory cell, in accordance with one embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 판독 동작을 수행할 수 있는 위상 변화 메모리 IC를 구현한 휴대용 전자 장치의 블록도.6 is a block diagram of a portable electronic device implementing a phase change memory IC capable of performing a read operation in accordance with one embodiment of the present invention.
본 발명자는, 상대적으로 큰 위상 변화 메모리 어레이에서, 상술한 판독 동작은, 셀 전류를 판독 레벨까지 상승시키기 전에, 그들의 프로그래밍 임계 레벨까지 셀 전압 및 셀 전류를 상승시키지 않고도 그 선택된 셀의 비트 라인 전압을 상승시키는 프리차지 펄스를 인가함으로써, 보다 더 고속으로 행해질 수 있음을 알게 되었다. 셀 전압의 측정값(및, 셀내의 물질의 상대적인 저항)을 얻는데 사용되는 비트 라인 전압은 프리차지 펄스를 이용할 때 시간적으로 더 빠르게 이용가능하게 된다. 이것은, 메모리 셀이 얼마나 큰 지에 따라서, 판독 전류에 비해 상당히 큰 용량을 나타낼 수 있는 비트 라인이, 상대적으로 짧은 지속 시간의 프리차지 펄스에 의해, 충분히 높은 전압 레벨로 충전될 수 있기 때문이며, 여기서, 충분히 높은 전압 레벨에 의해, 비트 라인 전압은 상대적으로 작은 판독 전류에도 불구하고, 셀 전압의 측정을 매우 신속하게 전개할 수 있다.In a relatively large phase change memory array, the present inventors have noted that the above-described read operation, before raising the cell current to the read level, does not raise the cell voltage and the cell current to their programming threshold level without raising the bit line voltage of the selected cell. It has been found that by applying a precharge pulse that raises the voltage, it can be done at a higher speed. The bit line voltage used to obtain a measurement of the cell voltage (and the relative resistance of the material in the cell) becomes available faster in time when using precharge pulses. This is because, depending on how large the memory cell is, a bit line that can exhibit a significantly larger capacity than the read current can be charged to a sufficiently high voltage level by a precharge pulse of relatively short duration, where With a sufficiently high voltage level, the bit line voltage can deploy the measurement of the cell voltage very quickly, despite the relatively small read current.
프리차지 펄스를 이용하는 다른 장점은, 셀 전류가 프리차지 펄스와 무관하게 제어되는 특정 실시예에서 나타난다. 이로써, 판독 동작은, 판독 전류 레벨의 적절한 에러 마진을 선택함으로써, 어레이에서의 셀의 구조적 및 전기적인 동작의 변화를 성공적으로 볼 수 있게 된다. Another advantage of using precharge pulses is seen in certain embodiments where the cell current is controlled independently of the precharge pulse. This allows the read operation to successfully see changes in the structural and electrical behavior of the cells in the array by selecting the appropriate error margin of the read current level.
도 1을 참조하면, 타이밍 로직, 펄스 생성 및 구동 회로(130)에 의해 제어되도록 결합된 위상 변화 메모리 어레이(104)를 특징으로 하는 집적 회로(IC)의 일부를 도시하는 블록도가 도시되어 있다. 회로(130)는 상술한 여러 실시예에 따라서 어레이(104)상의 프로그래밍 및 판독 동작을 수행할 수 있다. 먼저 어레이(104)에서 시작하여, 다수의 수직 배향의 도전성 라인(112_1, 112_2,...,)(비트 라인이라 함)과, 다수의 수평 배향의 도전성 라인(108_1, 108_2,...,)(워드 라인이라 함)은 도시된 바와 같이, 교차점의 매트릭스 구조내의 반도체 IC 다이상에 구축될 수 있다. 비트 라인-워드 라인 쌍의 각각의 교차는 개별적인 메모리 셀(114)과 관련되어 있다. 낮은 제조 비용으로 큰 체적을 달성하기 위해서, 어레이(104)의 모든 메모리 셀(114)이 동일 구조를 가지도록 설계될 수 있다. With reference to FIG. 1, shown is a block diagram illustrating a portion of an integrated circuit (IC) featuring a phase
각각의 메모리 셀(114)은 비트 라인(112)과 워드 라인(108)의 개별적인 비트 라인-워드 라인 쌍 사이에 결합되는 하나의 체적의 구조적인 위상 변화 물질(118)을 구비한다. 위상 변화 물질(118)의 체적은 프로그램된 저항율에 따라서 셀에 대한 정보를 저장하는 기능을 한다. 도 1의 실시예에서의 각각의 셀(114)로의 액세스는 대응하는 비트 라인-워드 라인 쌍을 통해 이루어지고, 각각의 셀의 다른 회로, 즉, 기생의 PNP 바이폴러 트랜지스터(124)와 같은 절연 소자를 통해 가능하게 이루어질 수 있다. 선택된 셀의 워드 라인, 이 경우에는 워드 라인(108_2)은 트랜지스터(124)의 베이스에 접속되어 있으며, 셀(114)의 비트 라인(112_2)은 위상 변화 물질(118)의 체적의 다른 측에 접속된다. 이러한 실시예에서, 위상 변화 물질(118)의 체적은 트랜지스터(124)의 이미터와 직렬로 되어 있으며, 트랜지스터(124)의 컬렉터는, IC의 타이밍 로직, 펄스 생성 및 구동 회로(130) 뿐만 아니라 어레이(104)의 모든 메모리 셀에 공통일 수 있는 전력 리턴 노드에 접속되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 접속된 트랜지스터(124)는 베이스에서 수신된 워드 라인 신호의 제어하에 고체 상태 스위치로서 작용한다. 이산의 스위칭 전계 효과 트랜지스터를 이용하는 것과 같이, 위상 변화 물질(118)을 통과하는 셀 전류를 선택적으로 차단하는 다른 구성이 또한 가능하다. 저항(120)은 위상 변화 물질(118)의 체적과 직렬로 가열 및/또는 전류 제한 목적으로 또한 제공될 수 있다. Each
셀 전류는 위상 변화 물질(118)의 체적을 통과하는 전류로서 정의될 수 있으며, 이러한 실시예에서는 비트 라인 전류이다. 이러한 실시예에서의 셀 전류는 트랜지스터(124)의 이미터 전류와 동일하다. 한편으로, 셀 전압은 위상 변화 물질(118)의 체적 양단의 전압을 포함하는 셀(114)에 대한 임의의 전압으로서 매우 느슨하게 정의될 수 있다.
The cell current may be defined as the current passing through the volume of
도 1을 또한 참조하면, 타이밍 로직, 펄스 생성 및 구동 회로(130)는, 각각이 어레이(104)의 각각의 비트 라인(112)과 워드 라인(108)에 결합되는 다수의 입력 및 출력 포트를 구비하고 있다. 이들 포트는 적절한 신호 레벨과 타이밍으로 구동되어, 하나 이상의 선택된 셀이 아래에 나타내는 바와 같이 프로그래밍되고 판독될 수 있다. 스위칭 트랜지스터와 같은 종래의 구동 회로는, 비트 라인과 워드 라인으로 구동되는 신호 상에 원하는 파형이 달성되게 하는 펄스 생성 회로와 함께 사용될 수 있다. 타이밍 로직은, 예를 들어, 필요한 타이밍을 프로그래밍 및 판독 동작시에 보다 큰 정확도와 속도로 가하는 카운터를 포함하는 종래의 구성 요소를 이용하여 또한 구현될 수 있다. 타이밍 로직은 어드레스 라인(134) 및 데이터 라인(138)을 통해 수신된 입력 요구에 응답할 수 있다. 이러한 요구는 예를 들어, 어레이(104)내의 하나 이상의 셀에 단일 비트 또는 멀티 비트의 데이터 값을 기록할 수 있어야 한다. 따라서, 회로(130)는, 어드레스 및 데이터 라인 상에 수신된 어드레스 및 데이터 정보를, 요구된 데이터 및 어드레스에 대응하여 구동되어야 하는 어레이(104)의 비트 라인-워드 라인 쌍으로 전환하기 위해, 임의의 필수적인 디코딩 로직을 포함하는 것이 이해된다. 회로(130)는 어레이(104)와 동일한 IC 다이상에 형성될 수 있다. Referring also to FIG. 1, the timing logic, pulse generation and
프로그래밍되고 판독되는 단일의 선택된 또는 타겟 메모리 셀을 기준으로 설명되었지만, 다수의 메모리 셀을 동시에 프로그래밍하고 동시에 판독하는 개념이 적용가능하다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 회로(130)에 의해 수신된 기록 요구에 따라서, 어레이의 동일 행에 있고 동일 워드 라인(108)에 결합되어 있는 다수 의 메모리 셀(각각의 메모리 셀은 상이한 비트 라인(112)에 결합되어 있음)이 동시에 프로그래밍되거나 판독될 수 있다. Although described with reference to a single selected or target memory cell being programmed and read, it should be appreciated that the concept of programming and simultaneously reading multiple memory cells is applicable. For example, depending on the write request received by the
셀(114)이 프로그래밍되거나 판독되도록 선택되었을 때, 적절한 펄스가 그 선택된 셀의 워드 라인-비트 라인 쌍에 인가된다. 따라서, 도 1에 도시된 셀(114)은 프로그래밍되거나 판독되도록 선택될 때, 비트 라인(112_2) 상의 전위는 전력 리턴 노드의 전위 위로 상승되고, 워드 라인(108_2) 상의 전위는 베이스 드라이브를 트랜지스터(124)에 제공하도록 낮춰진다(예, 전력 리턴 노드의 전위까지). 또한, 이것은 이미터 전류를 펄스에 의해 허용되는 레벨까지 증가시킬 수 있다. 프로그래밍 및 판독을 위한 선택된 셀에 인가될 수 있는 전압 및 전류 레벨은 셀의 전류-전압(즉, I-V) 특성에 따라 다를 수 있다. When
도 2는 메모리 셀 I-V 특성의 예시적인 세트를 도시한다. 도면은 위상 변화 메모리 셀의 프로그래밍 및 판독동안에 필요로 할 수 있는 여러 전압 및 전류 레벨을 나타내도록 주석되어 있다. 셀 전류의 변화는 상이한 메모리 셀 상태에 있어서, 셀 전압의 함수로서 나타내어진다. 예를 들어, 트레이스(204)와 트레이스(210)간의 차이를 알아야 한다. 트레이스(204)는 세트 상태에 있는 셀의 I-V 특성에 대응한다. 이러한 상태에서, 셀의 위상 변화 물질은 상당히 결정질이고, 따라서, 낮은 저항 대 전류를 나타낸다. 대조적으로, 셀이 리셋 상태에 있을 때, 위상 변화 물질은 상당히 비정질이며, 따라서, 상대적으로 높은 저항 대 전류를 나타낸다. 리셋 상태에 있는 셀의 동작은 트레이스(210)에 의해 주어진다. 일실시예에서, 셀은, 위상 변화 물질이 상당히 결정질이거나 상당히 비정질인 구조를 가진 트 레이스(206)에 대응하는 상태와 같은 중간 상태로 배치될 수 있다. 2 illustrates an exemplary set of memory cell I-V characteristics. The figures are annotated to show the various voltage and current levels that may be required during the programming and reading of phase change memory cells. The change in cell current is represented as a function of cell voltage for different memory cell states. For example, one should know the difference between
셀 전류가 임계값 Ith 위로 상승할 때, 셀내의 물질이 위상 변화의 영향을 받을 것이다. 도 2에 도시 및 예시된 임계 전류와 전압 범위은 본 명세서에서 프로그래밍 임계 레벨로서 지칭되는 예이다. 그러나, 셀을 임의의 주어진 상태로 실제로 프로그래밍하기 위해서, 셀 전류는 필수적으로 수직인 트레이스(208)와 함께 도면에 도시된 레벨까지 추가로 증가되어야 한다는 것을 알아야 한다. 트레이스(208)는 그 상태가, 도달되는 셀 전류의 레벨과, 셀 전류 펄스의 형태 및 지속 시간에 따라서, 세트 상태, 리셋 상태 또는 중간 상태로 프로그래밍될 수 있는 셀의 동적 동작을 나타낸다. When the cell current rises above the threshold I th , the material in the cell will be affected by the phase change. The threshold currents and voltage ranges shown and illustrated in FIG. 2 are examples referred to herein as programming threshold levels. However, in order to actually program the cell to any given state, it should be noted that the cell current must be further increased to the level shown in the figure with the trace 208 being essentially vertical. Trace 208 represents the dynamic operation of a cell whose state can be programmed to a set state, a reset state or an intermediate state, depending on the level of cell current reached and the shape and duration of the cell current pulse.
일실시예에 따르면, 판독 전류 범위는 0과 Ith 사이에 있다. 그 상태를 변경하지 않고 셀을 판독하는 것이 바람직하기 때문에, 판독 레벨은 Ith 위에서 취해지지 않아야 한다. According to one embodiment, the read current range is between 0 and I th . Since it is desirable to read the cell without changing its state, the read level should not be taken above I th .
도 3을 참조하면, 위상 변화 메모리 셀을 프로그래밍 및 판독하는 것과 관련된 여러 파형을 나타내는 예시적인 타이밍도 세트가 도시되어 있다. 6 세트의 파형이 도시되어 있으며, 여기서, 이들은 위상 변화 물질 온도, 셀 전압, 셀 전류, 워드 라인 전압, 비트 라인 전압, 및 프리차지(즉, PC) 제어 신호를 나타낸다. 프리차지 제어 신호는, 본 명세서에 설명된 여러 실시예에 따라서, 셀 전류를 그 판독 레벨까지 상승시키기 전에, 하나의 선택된 셀의 비트 라인 전압을 상승(셀 전압 및 셀 전류를 프로그래밍 임계 레벨까지 상승시키지 않고)시키는 프리차지 펄스를 인가하는데 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, an exemplary set of timing diagrams illustrating various waveforms associated with programming and reading phase change memory cells is shown. Six sets of waveforms are shown, where they represent phase change material temperature, cell voltage, cell current, word line voltage, bit line voltage, and precharge (ie, PC) control signals. The precharge control signal increases the bit line voltage of one selected cell (raises the cell voltage and cell current to the programming threshold level) before raising the cell current to its read level, in accordance with various embodiments described herein. Can be used to apply a precharge pulse.
도 3은 3개의 컬럼을 포함하는 것으로 도시될 수 있으며, 여기서, 제 1 컬럼은 셀 상에서 실행될 수 있는 리셋 동작을 나타내며, 제 2 컬럼은 세트 동작을 나타내며, 제 3 컬럼은 판독 동작의 일실시예를 나타낸다. 리셋 및 세트 동작은 일반적일 수 있으며, 본 명세서에서는 단순히 간략하게 설명될 것이다. 프로그래밍 또는 다른 동작 사이에서, 임의의 선택되지 않은 워드 라인은 이러한 실시예에서, 상대적으로 높은 전압, 예, Vcc까지 상승되며, 선택되지 않은 비트 라인은 상대적으로 낮은 전압, 예, 0 또는 접지 상태로 유지된다는 것을 알아야 한다. 따라서, 도 1을 다시 참조하면, 이것은, Vcc에 있는 선택되지 않은 워드 라인과 접지 상태에 있는 선택되지 않은 비트 라인에서, 트랜지스터(124)는 컷오프 모드에 있어서, 셀 전류가 최소로 되도록 할 수 있다. 3 may be depicted as including three columns, where the first column represents a reset operation that can be executed on a cell, the second column represents a set operation, and the third column is an embodiment of a read operation. Indicates. Reset and set operations may be generic and will be briefly described herein. Between programming or other operations, any unselected word line is raised to a relatively high voltage, eg, V cc , in this embodiment, and the unselected bit line is a relatively low voltage, eg, 0 or ground state. It should be noted that Thus, referring again to FIG. 1, this means that in an unselected word line at V cc and an unselected bit line in ground state,
셀을 리셋하기 위해, 위상 변화 물질의 온도는 특정 레벨에 도달하여 임의 시간 주기 동안에 그 레벨을 유지하여야 한다. 따라서, 도 3에 도시된 실시예에서, 셀은, 셀 전류가 임의의 주어진 레벨까지 상승하고 임의의 시간 간격 Treset에서 그 레벨에 머물도록, 셀의 비트 라인과 워드 라인간의 전압 펄스를 인가함으로써 리셋된다. 도시되고 마킹된 2개의 파형, SET와 RESET는, 셀이 각각 세트 또는 리셋 상태에 있었다면, 전류 또는 전압(그 경우에 있을 때)의 동작을 지칭한다. 따라서, 제 1 컬럼(0을 기록 또는 동작을 리셋)을 참조하면, 기록되는 셀이 이미 리셋 상태에 있다면, 전류와 전압은 RESET 용어로 표시된 바와 같이 동작한다. 한 편, 프로그래밍되는 셀이 세트 상태에 현재 있다면, 전압 및 전류의 동작은 SET로 표시된 파형으로 주어진다. 셀을 리셋 상태로 프로그램하는 것을 종료하기 위해서, 셀 내의 위상 변화 물질의 온도가 도면에 도시된 소멸 시간으로 정의된 바와 같이 급격히 하강된다. 이러한 소멸 시간은 도시된 바와 같이 간격 Treset fall 내에서 셀 전류를 급격히 감소시킴으로써 획득될 수 있다. 이후에, 셀 전압 및 전류는, 본 실시예에서는 0 볼트 및 0 전류인 정지 레벨까지 떨어진다. 정지 레벨의 0 전압 및 0 전류는 셀의 프로그래밍 상태를 유지하는데 또한 전력 소비를 감소시키는데 도움이 된다. In order to reset the cell, the temperature of the phase change material must reach a certain level and maintain that level for any period of time. Thus, in the embodiment shown in FIG. 3, the cell is applied by applying a voltage pulse between the bit line and the word line of the cell such that the cell current rises to any given level and stays at that level at any time interval T reset . It is reset. The two waveforms shown and marked, SET and RESET, refer to the operation of current or voltage (when present) if the cell was in the set or reset state, respectively. Thus, referring to the first column (write zero or reset operation), if the cell being written is already in the reset state, current and voltage operate as indicated by the RESET terminology. On the other hand, if the cell being programmed is currently in the set state, the operation of the voltage and current is given by the waveform indicated by SET. To end programming the cell in the reset state, the temperature of the phase change material in the cell is drastically lowered as defined by the extinction time shown in the figure. This decay time can be obtained by drastically reducing the cell current within the interval T reset fall as shown. Thereafter, the cell voltage and current fall to the stop level, which is zero volts and zero current in this embodiment. The zero voltage and zero current at the stop level help to maintain the programmed state of the cell and also reduce power consumption.
도 3을 참조하면, 제 2 컬럼은 셀이 세트 상태로 프로그래밍되는 예시적인 기록 동작 동안에 발생되는 파형을 도시한다. 셀이 현재 리셋 상태에 있고 세트 동작이 수행되었다면, 제 2 컬럼에서 RESET로 표시된 파형은 메모리 셀에 의해 나타낼 수 있는 파형이다. 셀을 세트하기 위해서, 위상 변화 물질의 온도는 세트 펄스의 시간 간격 Tset에 의해 충족되는 결정 성장 간격동안에 유지된다. 또 다시, 셀이 프로그래밍된 후에, 셀은 그 워드 라인 전압을 Vcc까지 상승시키고 비트 라인 전압을 접지시킴으로써 선택되지 않는다. With reference to FIG. 3, the second column shows the waveform generated during an exemplary write operation in which the cell is programmed to a set state. If the cell is currently in a reset state and a set operation has been performed, the waveform marked RESET in the second column is the waveform that can be represented by the memory cell. In order to set the cell, the temperature of the phase change material is maintained during the crystal growth interval satisfied by the time interval T set of the set pulses. Again, after the cell is programmed, the cell is not selected by raising its word line voltage to V cc and grounding the bit line voltage.
도 3의 제 3 컬럼을 참조하면, 프리차지 펄스를 포함하는 판독 동작의 실시예가 도시되어 있다. 프리차지 펄스의 인가는 도 3의 하단에서 파형으로 표시된 프리차지 제어 신호의 액티브 로우(low) 펄스에 의해 증명된다. 도시된 실시예에서, 프리차지 펄스가 개시되고, 비트 라인-워드 라인 쌍은 그들의 정지 레벨, 즉, 선택되지 않는다. 프리차지 펄스를 실행하는 특정 회로 구현예가 도 4와 결부시켜 예시되고 설명될 것이다. 지금은, 프리차지 펄스가 셀 전압과 셀 전류를 그들의 프로그래밍 임계 레벨까지 상승시키지 않고, 도 3의 비트 라인 전압 파형에서 도시된 선택된 셀의 비트 라인 전압을 상승시키는 작용을 한다는 것을 충분히 알아야 한다. Referring to the third column of FIG. 3, an embodiment of a read operation including a precharge pulse is shown. The application of the precharge pulse is demonstrated by an active low pulse of the precharge control signal indicated by the waveform at the bottom of FIG. 3. In the illustrated embodiment, precharge pulses are initiated and the bit line-word line pairs are not at their stop level, i.e. Specific circuit implementations for executing precharge pulses will be illustrated and described in conjunction with FIG. 4. It should now be fully understood that the precharge pulses do not raise the cell voltage and cell current to their programming threshold level, but rather raise the bit line voltage of the selected cell shown in the bit line voltage waveform of FIG.
도 3에 도시된 실시예에서, 프리차지 펄스동안의 셀 전압 및 셀 전류의 변화는 비트 라인 전압의 증가와 관련하여 상당히 작은 것으로 간주된다. 이것은 절연 장치 양단에서, 특히, 트랜지스터(124)의 이미터 베이스 단자의 양단(도 1을 참조)에서 두드러지게 강하되는 프리차지 전압으로 인한 것이다. In the embodiment shown in Fig. 3, the change in cell voltage and cell current during the precharge pulse is considered to be considerably small with respect to the increase in the bit line voltage. This is due to the precharge voltage dropping significantly across the isolation device, particularly across the emitter base terminal of transistor 124 (see FIG. 1).
일실시예에 따르면, 프리차지 펄스의 끝단은 비트 라인 전압이 정지 레벨 아래의 사전정의된 레벨에 도달한 후의 시간 포인트에서 느슨하게 정의될 수 있다. 프리차지 전압의 여러 레벨은, 판독 용도로 셀 데이터 상태의 측정값을 표현하는 비트 라인 전압을 후속 획득하는데 필요한 시간 주기를 감소시키는데 도움이 되는 한, 사용될 수 있다. 예를 들어, 비트 라인 상의 프리차지 펄스 전압의 피크 레벨은 Ge2Sb2Te5와 같은 전형적인 위상 변화 물질을 구비한 메모리 셀에 있어서 0.5 볼트 내지 1.5 볼트의 범위내에 있을 수 있다. According to one embodiment, the end of the precharge pulse may be loosely defined at the time point after the bit line voltage reaches a predefined level below the stop level. Various levels of precharge voltage may be used as long as they help to reduce the time period needed to subsequently obtain a bit line voltage representing a measurement of the cell data state for read purposes. For example, the peak level of the precharge pulse voltage on the bit line may be in the range of 0.5 volts to 1.5 volts for a memory cell with a typical phase change material such as Ge 2 Sb 2 Te 5 .
프리차지 펄스가 바로 다음에 이어져서, 셀 전류를 프로그래밍 임계 레벨 아래에 있는 판독 레벨까지 상승시키고, 또한 전류가 판독 레벨에 있는 동안에 획득된 비트 라인 전압을 기준 전압과 비교하게 된다. 판독되는 메모리 셀의 상태에 따라서, 셀 전압은 다를 수 있으며, 위상 변화 물질이 상대적으로 높은 저항을 구비한 리셋 상태에 셀이 있는 경우에, 전류가 판독 레벨셍 있는 동안에 획득된 비트 라인 전압은 셀이 세트 상태에 있었던 경우에 비해 크다. 이것은 도 3의 Vbitline의 파형에서 알 수 있다. 추가로, 세트 상태 및 리셋 상태에서 위상 변화 물질에 의해 제공되는 상이한 저항으로 인해, 셀 전류의 판독 레벨은, 판독 전류가 정전류원에 의해 공급되지 않는다면, 도면에 도시된 바와 같이 상이할 수 있다. 대안으로, 세트 조건과 리셋 조건 모두에 있어서 고정된 판독 전류 레벨을 제공하는데 정전류원이 사용될 수 있다. The precharge pulse is immediately followed, raising the cell current to a read level below the programming threshold level, and also comparing the bit line voltage obtained while the current is at the read level to the reference voltage. Depending on the state of the memory cell being read, the cell voltage may be different, and if the cell is in a reset state where the phase change material has a relatively high resistance, the bit line voltage obtained while the current is at the read level is determined by the cell. Larger than when it was in the set state. This can be seen from the waveform of the V bitline in FIG. In addition, due to the different resistance provided by the phase change material in the set state and in the reset state, the read level of the cell current may be different as shown in the figure, unless the read current is supplied by the constant current source. Alternatively, a constant current source can be used to provide a fixed read current level for both set and reset conditions.
메모리 셀을 설정하기 위한 전류 펄스의 예시적인 크기는 Ge2Sb2Te5와 같은 전형적인 위상 변화 물질을 구비한 메모리 셀에 있어서 50 마이크로암페어 내지 650 마이크로암페어일 수 있다. 대조적으로, 동일 셀에 있어서 상술한 리셋 전류 펄스의 크기는 100 마이크로암페어 내지 3 밀리암페어의 범위일 수 있다. 전형적인 메모리 셀의 전류에 대한 적절한 판독 레벨은 5 마이크로암페어 내지 100 마이크로암페어일 수 있다. 이들 레벨은 1 킬로오옴 내지 10 킬로오옴의 범위의 낮은 저항과 100 킬로오옴 초과의 범위의 높은 저항을 제공하는 위상 변화 물질에 적용가능할 수 있다. 판독 레벨에서 셀 전류를 유지하는데 필요한 시간 간격은 5 내지 30 나노초의 범위에서와 같이 상대적으로 짧을 수 있다. 프리차지 펄스는 지속 시간에서는 더 짧을 수 있다. 또한, 판독 시간 간격은, 예를 들어 센스 증폭기에 의해 비교될 수 있는 기준 전압과 비트 라인 전압간의 충분히 큰 전압차를 전개하는 데 필요한 시간에 따라 다르다. 센스 증폭기의 예시적인 회로 구현예가 도 4와 결부시켜 아래에 주어질 것이다. 이들 추이 값은 기술과 장치에 따라 다르며, 특정 제조 프로세스에 따라서 또한 다를 수 있다. Exemplary magnitudes of current pulses for setting up a memory cell can be between 50 microamps and 650 microamps for a memory cell with a typical phase change material such as Ge 2 Sb 2 Te 5 . In contrast, the magnitude of the reset current pulse described above for the same cell may range from 100 microamps to 3 milliamps. Appropriate read levels for the current of a typical memory cell can be between 5 microamps and 100 microamps. These levels may be applicable to phase change materials that provide low resistance in the range of 1 kiloohm to 10 kiloohms and high resistance in the range of more than 100 kiloohms. The time interval required to maintain cell current at the read level can be relatively short, such as in the range of 5 to 30 nanoseconds. The precharge pulse may be shorter in duration. The read time interval also depends on the time required to develop a sufficiently large voltage difference between the reference voltage and the bit line voltage, which can be compared by, for example, a sense amplifier. An example circuit implementation of the sense amplifier will be given below in conjunction with FIG. 4. These trend values are technology and device dependent and may also vary depending on the particular manufacturing process.
도 4를 참조하면, 위상 변화 메모리 어레이의 비트 라인(112_1 및 112_2)에 결합된 펄스 생성 및 구동 회로의 일실시예의 개략적인 회로가 도시되어 있다. 이러한 회로 구현예는, 제조 프로세스에 따라서, 다른 유형의 트랜지스터가 대안으로 사용될 수 있지만, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터를 전적으로 사용한다. 아래의 설명은 선택된 셀(114)을 프로그래밍 및 판독하기 위해 비트 라인(112_2)과 워드 라인(108_2)을 통해 결합된 트랜지스터(410-422)에 초점을 두고 있다. 어레이의 다른 비트 라인에 대해서, 동일 회로 구현예가 반복될 수 있다. 펄스 생성 및 구동 회로의 트랜지스터를 제어하는데 사용되는 타이밍 로직과, 제어 신호 또는 워드 라인은 도시되어 있지 않지만, 이러한 회로의 설계는, 도 3의 예시적인 타이밍도와 결부시켜 상술한 설명 및 다음의 설명에서 당업자에 의해 용이하게 달성될 수 있다. Referring to FIG. 4, a schematic circuit of one embodiment of a pulse generation and drive circuit coupled to bit lines 112_1 and 112_2 of a phase change memory array is shown. This circuit implementation uses metal oxide semiconductor field effect transistors entirely, although other types of transistors may alternatively be used, depending on the fabrication process. The description below focuses on transistors 410-422 coupled through bit line 112_2 and word line 108_2 to program and read selected
셀(114)은 워드 라인(108_2)에 인가되는 신호에 의해 부분적으로 제어된다는 것을 알 수 있다. 셀(114)가 프로그래밍되거나 판독되도록 선택되었다고 가정하면, 워드 라인(108_2) 상의 전위는, 선택된 셀(114) 내측에 있는 PNP 트랜지스터가 셀 전류를 전도할 수 있게 하는 충분히 낮은 레벨까지 하강된다. 이러한 실시예에서, 셀 전류는 트랜지스터(419-422) 중 하나에 의해 제공되는 비트 라인 전류와 동일하다. 디지털 SET 제어 신호를 통한 트랜지스터(419)는 하나의 세트 프로그래밍 전류 펄스를 생성하는데 사용된다. 동일한 방식으로, 트랜지스터(420)는, 디지털 RESET 제어 신호에 응답하여, 리셋 프로그래밍 전류 펄스를 생성하는데 사용된다. 유사하게, 프리차지 펄스는 디지털 PRECHARGE 제어 신호의 제어하에 트랜지스터(421)를 이용하여 생성된다. 최종적으로, 셀 전류는 디지털 READ 제어 신호의 제어하에 트랜지스터(422)를 이용하여 판독 레벨까지 상승된다. 도시된 실시예에서, 선택된 셀(114)에 제공되는 세트, 리셋 및 판독 전류 펄스는 일정한 크기(즉, 직사각형)를 가진다. 대안으로, 펄스는 소망의 프로그래밍 또는 판독 결과를 달성한다면, 직사각형 형태가 아닐 수도 있다. It can be seen that
판독 동작의 목적인 위상 변화 물질의 저항을 감지하는 것은, 트랜지스터(410-418)로 구성된 센스 증폭기를 이용하여, 도 4에 도시된 실시예에서 달성될 수 있다. 센스 증폭기는 비트 라인(112_2) 상의 전압을 외부 기준 전압과 비교함으로써, 저항의 측정값을 제공한다. 센스 증폭기로의 입력은 비트 라인 전압에 대해서는 절연 트랜지스터(416)에 의해 제어되며, 기준 전압에 대해서는 절연 트랜지스터(415)에 의해 제어된다. 센스 증폭기의 이러한 실시예에서, 센스 증폭기의 출력은 트랜지스터(417)에 의해 게이팅되는 단일 단자 전압(Vout)이다. 트랜지스터(410, 413)는 교차 결합의 p 채널 쌍을 형성하고, n 채널 트랜지스터(412, 414)는 또한 교차 결합 쌍을 형성한다. 도시된 바와 같이 결합된 교차 결합 트랜지스터 쌍은, 공통의 전원 공급 리턴 전압(이 경우에, 접지)에 대하여, 보다 큰 입력 전압임을 신속하게 표시함으로써, 2개의 입력 신호(여기서는 비트 라인 전압과 기준 전압)간 의 차이를 결정할 수 있는 재생성 회로를 형성한다. 전력 보존을 돕기 위해서, 디지털 ACTIVE PULL UP 제어 신호의 제어하의 스위칭 풀 업 트랜지스터(418)는, 비트 라인(112_2) 상의 전압이 판독되지 않을 때 센스 증폭기를 효과적으로 셧 다운시키기 위해 제공된다. Sensing the resistance of the phase change material, which is the purpose of the read operation, can be accomplished in the embodiment shown in FIG. 4, using a sense amplifier comprised of transistors 410-418. The sense amplifier provides a measure of resistance by comparing the voltage on bit line 112_2 with an external reference voltage. Input to the sense amplifier is controlled by the
도 4에 도시된 펄스 생성 및 구동 회로를 이용한 판독 프로세스의 일실시예가 설명된다. 판독 동작은 하나 이상의 셀을 선택하여 판독함으로써 개시한다. 일실시예에서, 선택된 셀은 동일 행에 있을 수 있다. 그 경우에, 메모리 셀의 모든 선택 해제된 행에 대응하는 워드 라인 상의 전압은 Vcc로 상승하게 되고, 선택된 행에 대한 워드 라인은 접지된다. 도 4에서, 선택된 행은 워드 라인(108_2)에 접속된 선택된 셀(114)을 포함한다. 선택된 컬럼이 판독되는 비트 라인(112)는 전압 Vpc로 사전 충전된다. 도 4의 실시예에서, 이것은 트랜지스터(421)를 턴 온시킴으로써 달성된다. 프리차지 펄스 동안에, 즉, 트랜지스터(421)가 턴 온되는 동안에, 센스 증폭기의 절연 트랜지스터(415, 416)는 턴 온될 수 있다. 센스 증폭기 자체가 그 시간에는 아직 활성화되지 않는다(즉, 트랜지스터(418)는 컷오프로 남아 있음)는 것을 알아야 한다. 다음에, 트랜지스터(421)는 턴 오프되고, 이로써, 프리차지 펄스를 종료시키고, 그 다음, 트랜지스터(422)는 판독 전류를 비트 라인(112_2)에 제공하도록 턴 온된다. 센스 증폭기에 제공되는 비트 라인 전압과 외부 기준 전압간의 최소 차이를 전개하기에 충분한 지연 시간 후에(여기서, 최소 차이는 센스 증폭기의 감응도에 따라 다름), 절연 트랜지스터(415, 416)는 턴 오프되 고, 센스 증폭기는 활성화된다(즉, 트랜지스터(418)를 턴 온시킴으로써). 센스 증폭기에 의한 충분한 증폭 후에, 게이트 트랜지스터(417)를 턴 온함으로써 선택된 셀내의 2개의 상태(예, 세트 및 리셋) 중 하나를 나타내는 디지털 값 Vout이 제공된다. 절연 트랜지스터(415, 416)가 턴 오프되면, 비트 라인(112_2)은 다음 판독 또는 프로그래밍 사이클을 준비하기 위해, 접지 전압으로 다시 떨어질 수 있다. One embodiment of a read process using the pulse generation and drive circuit shown in FIG. 4 is described. The read operation begins by selecting one or more cells to read. In one embodiment, the selected cells may be in the same row. In that case, the voltage on the word line corresponding to all deselected rows of memory cells rises to V cc , and the word line for the selected row is grounded. In FIG. 4, the selected row includes the selected
따라서, 프리차지 동작을 전류 모드 판독과 조합시킴으로써, 트랜지스터(422)에 의해 제공되는 상대적으로 작은 판독 전류를 가진 정지 레벨(여기서는, 접지)로부터 충전되는 비트 라인을 대기할 필요가 없기 때문에, 보다 신속한 판독 동작이 가능하다. 적당한 판독 결과를 얻고 선택된 셀(114)내의 구조적인 위상 변화 물질의 위상을 변경하는 것을 피하기 위해서, 이러한 판독 전류가 상당히 작고, 바람직하게 임계 전류 Ith보다 작아야 한다는 것을 알아야 한다. 그럼에도 불구하고, 판독 전류는 예를 들어, 판독되는 선택된 셀의 위치에 기초하여, 조정될 수 있다. 이로써, 그들의 전기적인 동작에서의 변화를 나타낼 수 있는 셀을 판독하기 위한 조정가능한 마진을 가능하게 한다. Thus, by combining the precharge operation with a current mode readout, it is not necessary to wait for the bitline to be charged from the stop level (here, ground) with the relatively small readout current provided by the
상술한 판독 과정이, 위상 변화 물질과 전력 리턴 노드(이 경우에는 접지) 사이에 결합된 절연 장치를 구비한 선택된 셀(114)을 도시하는 도 4의 개략적인 회로를 기초로 하고 있지만, 메모리 셀내의 절연 트랜지스터가 전력 리턴 노드보다는 전원 공급 노드에 결합된 위상 변화 메모리 어레이에 유사한 과정이 적용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 위상 변화 물질의 체적에 흐르는 셀 전류는 전원 공급 노 드로부터 공급되고 다수의 펄스 생성 트랜지스터에 의해 전력 리턴 노드(접지 등)로 들어갈 수 있다. 이러한 실시예는 도 4의 실시예의 기증 버전으로서 볼 수 있다. 추가로, 도 1 및 도 4에 도시된 실시예의 셀 전압은 전력 리턴 노드 전압(여기서는, 0 볼트)에 대하여 단일 단자로 되어 있지만, 셀 전압이 셀의 대응하는 비트 라인-워드 라인 쌍 사이에서 측정될 수 있게 하는 회로를 다른 실시예가 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예에서, 셀 전압은 선택된 셀의 대응하는 비트 라인-워드 라인 쌍 사이에서 측정된 차동 전압을 고려할 수 있다. Although the above-described reading process is based on the schematic circuit of FIG. 4 showing the selected
비트 라인 전압을 수신하는 제 1 입력부와 외부 기준 전압을 수신하는 제 2 입력부를 구비한 센스 증폭기를 도시하는 도 4의 실시예에서, 셀은 단일 비트를 저장하는 것으로 예상된다는 것을 알아야 한다. 그러나, 예를 들어, 세트 및 리셋 상태 사이(도 2 참조)의 하나 이상의 중간 상태를 가능하게 함으로써, 다수 비트의 정보를 저장할 수 있는 셀에 있어서, 다수의 기준 레벨을 가진 비교기 회로는 멀티비트 셀의 상태를 결정하는데 필요할 수 있다. In the embodiment of FIG. 4 showing a sense amplifier having a first input receiving bit line voltage and a second input receiving external reference voltage, it should be noted that the cell is expected to store a single bit. However, for cells capable of storing multiple bits of information, for example by enabling one or more intermediate states between the set and reset states (see FIG. 2), a comparator circuit having multiple reference levels is a multi-bit cell. It may be necessary to determine the state of the system.
도 5를 참조하면, 구조적인 위상 변화 메모리 셀을 동작시키는 방법의 일실시예에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 동작은, 셀의 셀 전압과 셀 전류를 프로그래밍 임계 레벨까지 상승시킴으로써, 메모리 내의 선택된 셀을 선택된 상태로 프로그래밍하기 시작한다(동작 504). 그 다음, 그 전압 및 전류는 그들의 프로그래밍 임계 레벨 아래의 정지 레벨까지 하강된다. 그 레벨은 예시적인 메모리 셀 I-V 특성을 나타내는 도 2와 결부시켜 상술된 바와 같을 수 있다. 그 다음, 동작은 프리차지 펄스의 인가로 진행한다(동작 508). 이러한 펄스는 선택된 셀의 비트 라인 전압을 상승시키지만, 셀 전압과 셀 전류를 그들의 프로그래밍 임계 레벨까지 상승시키지 않는다. 따라서, 프리차지 펄스는, 판독 전류가 비트 라인을 후속 통과할 때 나타나는 것으로 예상되는 레벨까지 선택된 비트 라인을 충전시키는 작용을 하는 것으로 볼 수 있는 상대적으로 짧은 전류 펄스이다. 5, a flow diagram of one embodiment of a method of operating a structural phase change memory cell is shown. Operation begins programming the selected cell in the selected state in operation 504 by raising the cell voltage and cell current of the cell to the programming threshold level (operation 504). The voltage and current are then lowered to a stop level below their programming threshold level. The level may be as described above in conjunction with FIG. 2, which illustrates exemplary memory cell I-V characteristics. Operation then proceeds with the application of a precharge pulse (operation 508). This pulse raises the bit line voltage of the selected cell but does not raise the cell voltage and cell current to their programming threshold level. Thus, the precharge pulse is a relatively short current pulse that can be seen to serve to charge the selected bit line to a level that is expected to occur when the read current subsequently passes through the bit line.
프리차지 펄스의 인가 후에, 셀 전류는 판독 레벨까지 즉시 상승되고, 판독 레벨은 선택된 셀의 상태를 변경시키지 않도록 프로그래밍 임계 레벨 아래에 있게 된다(동작 512). 다음에, 선택된 셀의 상태를 결정하기 위해, 비트 라인 전압은 기준 전압과 비교되고, 셀 전류는 판독 레벨에 있게 된다(동작 516). 셀 전류를 판독 레벨까지 상승시키기 전에 프리차지 펄스를 이용하는 것은 멀티비트 셀 실시예에 또한 적용가능할 수 있다. After application of the precharge pulse, the cell current is immediately raised to the read level, and the read level is below the programming threshold level so as not to change the state of the selected cell (operation 512). Next, to determine the state of the selected cell, the bit line voltage is compared with the reference voltage and the cell current is at the read level (operation 516). Using precharge pulses before raising the cell current to the read level may also be applicable to multibit cell embodiments.
도 6을 참조하면, 상술한 판독 동작을 수행할 수 있는 기능을 가진 위상 변화 메모리 저장 서브시스템(608)을 구현하는 휴대용 전자 기구(604)의 블록도가 도시되어 있다. 저장 시스템(608)은 상술한 판독 프로세스의 실시예에 따라서 동작될 수 있다. 저장 시스템(608)은, 각각의 다이가 도 1 내지 도 5에 상술한 실시예에 따라서 프로그래밍 및 판독되는 메모리 어레이를 구비한 하나 이상의 집적 회로 다이를 포함할 수 있다. 이들 IC 다이는 종래의 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 모듈과 같은 모듈내에 정렬되는 개별적인 단독형 메모리 장치일 수 있고, 이들은 I/O 프로세서 또는 마이크로컨트롤러의 일부분과 같은 다른 온 칩 기능과 함께 집적될 수 있다. Referring to FIG. 6, shown is a block diagram of a portable electronic device 604 that implements a phase change
애플리케이션(604)은 예를 들어, 휴대용 노트북 컴퓨터, 디지털 스틸 및/또 는 비디오 카메라, 퍼스널 디지털 보조 장치, 또는 이동(셀룰러) 휴대용 전화 장치일 수 있다. 이들 애플리케이션 모두에서, 프로세서(610)와, 그 프로세서에 의해 실행하기 위한 코드 및 데이터를 저장하기 위해 프로그램 메모리로서 사용되는 저장 시스템(608)이 보드 상에 동작가능하게 설치되었다. 휴대용 애플리케이션(604)은 I/O 인터페이스(614)를 통해, 퍼스널 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크와 같은 다른 장치와 통신한다. 이러한 I/O 인터페이스(614)는 컴퓨터 주변 버스, 고속 디지털 통신 전송선, 또는 유도되지 않은 전송용의 안테나로의 액세스를 제공할 수 있다. 프로세서와 저장 시스템(608) 간의 통신 및 프로세서와 I/O 인터페이스(614) 간의 통신은 종래의 컴퓨터 버스 아키텍쳐를 이용하여 달성될 수 있다. Application 604 may be, for example, a portable notebook computer, a digital still and / or video camera, a personal digital assistant, or a mobile (cellular) portable telephone device. In both of these applications, a
휴대용 애플리케이션(604)의 상술한 구성 요소는 전원 공급 버스(616)를 통해 배터리(618)에 의해 전원 공급된다. 애플리케이션(604)는 일반적인 배터리 공급식이기 때문에, 저장 시스템(608)을 포함하는 그 기능적인 구성 요소는 낮은 전력 소비 레벨에서 원하는 성능을 제공하도록 설계되어야 한다. 추가로, 휴대용 애플리케이션의 제한된 사이즈로 인해서, 도 6에 도시된 구성 요소는 상대적으로 높은 밀도의 기능을 제공할 수 있다. 물론, 도시되지 않은 저장 시스템(608)의 비휴대용 애플리케이션이 있다. 이들은 예를 들어, 위상 변화 메모리와 같은 비휘발성 메모리 장치로부터 이득을 취할 수 있는 대규모 네트워크 서버 또는 다른 컴퓨팅 장치를 포함한다. The above-described components of the portable application 604 are powered by the
요약하면, 구조적인 위상 변화 메모리를 판독하는 방법 및 장치의 여러 실시예가 설명되었다. 상술한 명세서에서, 본 발명은 특정 실시예를 기준으로 설명하 였다. 그러나, 첨부한 청구 범위에 기재된 바와 같이, 본 발명의 보다 넓은 사상과 범위를 벗어나지 않고 이들에 대한 여러 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 자명할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로서 간주되어야 한다. In summary, several embodiments of methods and apparatus for reading structural phase change memory have been described. In the foregoing specification, the invention has been described with reference to specific examples. However, as described in the appended claims, it will be apparent that various modifications and changes may be made thereto without departing from the broader spirit and scope of the invention. Accordingly, the specification and drawings are to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense.
Claims (16)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2002/025932 WO2004017328A1 (en) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | Method for reading a structural phase-change memory |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20050018639A KR20050018639A (en) | 2005-02-23 |
KR100634330B1 true KR100634330B1 (en) | 2006-10-16 |
Family
ID=31886104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020047012320A KR100634330B1 (en) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | Method for reading a structural phase-change memory |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100634330B1 (en) |
CN (1) | CN1628357B (en) |
AU (1) | AU2002331580A1 (en) |
DE (1) | DE10297767T5 (en) |
WO (1) | WO2004017328A1 (en) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6944041B1 (en) * | 2004-03-26 | 2005-09-13 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration, Inc. | Circuit for accessing a chalcogenide memory array |
DE102004040753A1 (en) * | 2004-08-23 | 2006-03-09 | Infineon Technologies Ag | Circuit arrangement for information storage in cells of the CBRAM-type, has write transistor and constant current source arranged in symmetrical current circuit |
DE102004041330B3 (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-16 | Infineon Technologies Ag | Memory circuit with a memory element having memory element resistance |
DE102006016514A1 (en) * | 2006-04-07 | 2007-10-18 | Infineon Technologies Ag | Logic circuit e.g. dynamic programmable logic array, has NMOS-base transistor and two transistors, which are parallely arranged, where parameter of current flowing through NMOS-base transistor is determined by resistance values |
JP5396011B2 (en) * | 2007-06-19 | 2014-01-22 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Phase change memory device |
US8362821B2 (en) * | 2007-11-22 | 2013-01-29 | Nxp B.V. | Charge carrier stream generating electronic device and method |
US7729163B2 (en) * | 2008-03-26 | 2010-06-01 | Micron Technology, Inc. | Phase change memory |
KR101416834B1 (en) * | 2008-08-20 | 2014-07-08 | 삼성전자주식회사 | Nonvolatile memory device using variable resistive element |
US8027192B2 (en) | 2008-08-20 | 2011-09-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Resistive memory devices using assymetrical bitline charging and discharging |
KR101824854B1 (en) * | 2009-11-06 | 2018-02-01 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Semiconductor device |
US8649212B2 (en) * | 2010-09-24 | 2014-02-11 | Intel Corporation | Method, apparatus and system to determine access information for a phase change memory |
JP5598338B2 (en) * | 2011-01-13 | 2014-10-01 | ソニー株式会社 | Storage device and operation method thereof |
CN103415889B (en) * | 2011-03-10 | 2017-02-15 | 国际商业机器公司 | Cell-state determination in phase-change memory |
DE102012102326A1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-26 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Integrated non-volatile memory device e.g. analog memory has surface contact terminal zone formed in non-volatile space charge regions, while counter-contact connector is formed in area of ferroelectric layer |
WO2013017131A2 (en) | 2011-07-12 | 2013-02-07 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Integrated non-volatile memory elements, design and use |
GB2513749B (en) * | 2011-12-21 | 2014-12-31 | Ibm | Read/write operations in solid-state storage devices |
US10134470B2 (en) | 2015-11-04 | 2018-11-20 | Micron Technology, Inc. | Apparatuses and methods including memory and operation of same |
US9530513B1 (en) * | 2015-11-25 | 2016-12-27 | Intel Corporation | Methods and apparatus to read memory cells based on clock pulse counts |
US10446226B2 (en) | 2016-08-08 | 2019-10-15 | Micron Technology, Inc. | Apparatuses including multi-level memory cells and methods of operation of same |
US10157670B2 (en) * | 2016-10-28 | 2018-12-18 | Micron Technology, Inc. | Apparatuses including memory cells and methods of operation of same |
US10431301B2 (en) | 2017-12-22 | 2019-10-01 | Micron Technology, Inc. | Auto-referenced memory cell read techniques |
US10566052B2 (en) * | 2017-12-22 | 2020-02-18 | Micron Technology, Inc. | Auto-referenced memory cell read techniques |
WO2024060059A1 (en) * | 2022-09-21 | 2024-03-28 | Yangtze Advanced Memory Industrial Innovation Center Co., Ltd. | Memory device and controlling method thereof |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1206195A (en) * | 1997-06-18 | 1999-01-27 | 日本电气株式会社 | Semiconductor memory device with input/output masking function without destruction of data bit |
US6314014B1 (en) * | 1999-12-16 | 2001-11-06 | Ovonyx, Inc. | Programmable resistance memory arrays with reference cells |
-
2002
- 2002-08-14 AU AU2002331580A patent/AU2002331580A1/en not_active Abandoned
- 2002-08-14 KR KR1020047012320A patent/KR100634330B1/en active IP Right Grant
- 2002-08-14 CN CN02828593XA patent/CN1628357B/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-08-14 DE DE10297767T patent/DE10297767T5/en not_active Ceased
- 2002-08-14 WO PCT/US2002/025932 patent/WO2004017328A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2002331580A1 (en) | 2004-03-03 |
KR20050018639A (en) | 2005-02-23 |
WO2004017328A8 (en) | 2004-08-26 |
CN1628357A (en) | 2005-06-15 |
CN1628357B (en) | 2010-05-05 |
DE10297767T5 (en) | 2005-08-04 |
WO2004017328A1 (en) | 2004-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6590807B2 (en) | Method for reading a structural phase-change memory | |
KR100634330B1 (en) | Method for reading a structural phase-change memory | |
KR101374639B1 (en) | Page mode access for non-volatile memory arrays | |
US9570163B2 (en) | Immunity of phase change material to disturb in the amorphous phase | |
US6462984B1 (en) | Biasing scheme of floating unselected wordlines and bitlines of a diode-based memory array | |
US7313016B2 (en) | Method of resetting phase change memory bits through a series of pulses of increasing amplitude | |
US7359231B2 (en) | Providing current for phase change memories | |
JP5478861B2 (en) | How to program phase change materials | |
JP5052805B2 (en) | Use bit specific reference levels to read memory | |
US7577024B2 (en) | Streaming mode programming in phase change memories | |
US20030002331A1 (en) | Programming a phase-change memory with slow quench time | |
US9852090B2 (en) | Serial memory device alert of an external host to completion of an internally self-timed operation | |
US20090244963A1 (en) | Programming multilevel cell phase change memories | |
CN219658388U (en) | Memory device and write circuit thereof | |
CN114360602A (en) | Non-volatile memory device for generating read reference and method of operating the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120919 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131001 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140930 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151001 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160929 Year of fee payment: 11 |