KR100919566B1 - Operating method of phase change memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상 변화 메모리 장치의 동작방법에 있어서, 라이트 동작 모드시 리셋 데이터를 라이트 하기 위한 동작 조건에서 상 변화 저항 셀의 온도가 급격히 상승하는 현상을 방지하여 위상 변화층의 부피 변화에 의한 스트레스를 감소시킬 수 있는 기술이다. 이를 위해, 본 발명은 라이트 동작 모드시 선택된 셀에 제 1 데이터를 라이트 하는 경우 라이트 전압을 제 1 시간 동안 셀에 인가하고, 제 2 데이터를 라이트 하는 경우 라이트 전압을 제 1 시간 보다 긴 제 2 시간 동안 셀에 인가하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method of operating a phase change memory device, wherein the temperature of the phase change resistor cell is prevented from rapidly rising under the operating conditions for writing the reset data in the write operation mode to prevent stress caused by the volume change of the phase change layer. It is a technology that can be reduced. To this end, the present invention applies a write voltage to the cell for a first time when writing the first data to the selected cell in the write operation mode, and a second time longer than the first time when writing the second data. It is characterized in that for applying to the cell.
Description
본 발명은 상 변화 메모리 장치의 동작방법에 관한 것으로, 특히 라이트 동작 모드시 리셋 데이를 라이트 하기 위한 동작 조건에서 상 변화 저항 셀의 온도가 급격히 상승하는 현상을 방지하여 위상 변화층의 부피 변화에 의한 스트레스를 감소시킬 수 있는 기술이다.The present invention relates to a method of operating a phase change memory device, and in particular, to prevent a phenomenon in which a temperature of a phase change resistor cell rises rapidly in an operating condition for writing a reset day in a write operation mode, by a volume change of a phase change layer. It is a technique that can reduce stress.
일반적으로 마그네틱 메모리(Magnetic memory) 및 위상 변화 메모리(PCM; Phase Change Memory) 등의 불휘발성 메모리는 휘발성 램(RAM;Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이타가 보존되는 특성을 갖는다. In general, nonvolatile memories such as magnetic memory and phase change memory (PCM) have data processing speeds of about volatile random access memory (RAM), and preserve data even when the power is turned off. Has the property of being.
도 1a 및 도 1b는 종래의 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자를 설명하기 위한 도면이다. 1A and 1B are diagrams for describing a conventional phase change resistor (PCR) device.
상 변화 저항 소자(4)는 상부 전극(1)과 하부 전극(3) 사이에 위상 변화층(PCM: Phase Change Material; 2)을 삽입하여 전압과 전류를 인가하면, 위상 변화층(2)에 고온이 유기되어 저항의 변화에 따른 전기 전도 상태가 변하게 된다.The phase change resistance element 4 inserts a phase change material (PCM) 2 between the upper electrode 1 and the lower electrode 3 to apply a voltage and a current to the phase change layer 2. The high temperature is induced to change the state of electrical conduction due to the change in resistance.
여기서, 위상 변화층(2)의 재료로는 AglnSbTe가 주로 사용된다. 그리고, 위상 변화층(2)의 재료로 칼코겐(chalcogen) 원소(S, Se, Te)를 주성분으로 하는 화합물(Chalcogenide)을 이용할 수도 있는데, 구체적으로 Ge-Sb-Te로 이루어진 게르마늄 안티몬 텔루르 합금물질(Ge2Sb2Te5)을 이용한다.Here, AglnSbTe is mainly used as the material of the phase change layer 2. As a material of the phase change layer 2, a chalcogenide (Chalcogenide) mainly composed of chalcogen elements (S, Se, Te) may be used. The material (Ge2Sb2Te5) is used.
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면이다.2A and 2B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 2a에서와 같이, 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이하의 저전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 결정화가 되기에 적당한 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 결정 상태(Crystalline Phase)가 되어 저저항 상태의 물질이 된다.As shown in FIG. 2A, when a low current below a threshold flows through the phase change resistance element 4, the phase change layer 2 is at a temperature suitable for crystallization. As a result, the phase change layer 2 becomes a crystalline phase and becomes a material of a low resistance state.
반면에, 도 2b에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이상의 고전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 녹는점(Melting Point) 이상의 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 비결정 상태(Amorphous Phase)가 되어 고저항 상태의 물질이 된다.On the other hand, as shown in FIG. 2B, when a high current of more than a threshold flows through the phase change resistance element 4, the temperature of the phase change layer 2 becomes higher than the melting point. As a result, the phase change layer 2 is in an amorphous state and becomes a material of a high resistance state.
이와 같이 상 변화 저항 소자(4)는 두 저항의 상태에 대응하는 데이터를 불휘발성으로 저장할 수 있게 된다. 즉, 상 변화 저항 소자(4)가 저저항 상태일 경우를 데이터 "1" 이라 하고, 고저항 상태일 경우를 데이터 "0"이라 하면 두 데이터의 로직 상태를 저장할 수 있다.As described above, the phase change resistive element 4 can non-volatilely store data corresponding to the states of the two resistors. That is, when the phase change resistance element 4 is in the low resistance state, the data is "1", and in the high resistance state is the data "0", the logic state of the two data can be stored.
도 3은 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a write operation of a conventional phase change resistance cell.
상 변화 저항 소자(4)의 상부 전극(1)과 하부 전극(3) 사이에 일정 시간 동안 전류를 흘리게 되면 고열이 발생하게 된다. 이에 따라, 상부 전극(1)과 하부 전극(3)에 가해 준 온도 상태에 의해 위상 변화층(2)의 상태가 결정상과 비결정상으로 변하게 된다.When a current flows between the upper electrode 1 and the lower electrode 3 of the phase change resistance element 4 for a predetermined time, high heat is generated. Thereby, the state of the phase change layer 2 changes into a crystalline phase and an amorphous phase by the temperature state applied to the upper electrode 1 and the lower electrode 3.
이때, 일정 시간 동안 저 전류를 흘리게 되면 저온 가열 상태에 의해 결정상이 형성되어 저 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 세트(SET) 상태가 된다. 반대로, 일정 시간 동안 고 전류를 흘리게 되면 고온 가열 상태에 의해 비결정상이 형성되어 고 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 리셋(RESET) 상태가 된다. 따라서, 이 두 개의 상(Phase) 차이가 전기적인 저항 변화로 표현되어 나타나게 된다.At this time, when a low current flows for a predetermined time, a crystal phase is formed by a low temperature heating state, and the phase change resistance element 4, which is a low resistance element, is set. On the contrary, when a high current flows for a predetermined time, an amorphous phase is formed by a high temperature heating state, and the phase change resistance element 4, which is a high resistance element, is reset. Thus, these two phase differences are represented by electrical resistance change.
이에 따라, 라이트 동작 모드시 세트(SET) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 낮은 전압(V1)을 긴 시간 동안 인가하게 된다. 반면에, 라이트 동작 모드시 리셋(RESET) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 높은 전압(V2)을 짧은 시간 동안 인가하게 된다.Accordingly, the low voltage V1 is applied to the phase change resistance element 4 for a long time to write the set SET state in the write operation mode. On the other hand, the high voltage V2 is applied to the phase change resistance element 4 for a short time to write the reset state in the write operation mode.
도 4는 종래의 상 변화 저항 셀에 대한 라이트 전압 및 리드 저항 영역을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a write voltage and a lead resistance region of a conventional phase change resistance cell.
라이트 동작 모드시 세트 데이터를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자(4)에 낮은 전압을 긴 시간 동안 인가하고, 리셋 데이터를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자(4)에 높은 전압을 짧은 시간 동안 인가한다.In the write operation mode, a low voltage is applied to the phase change resistive element 4 for a long time to write the set data, and a high voltage is applied to the phase change resistive element 4 for a short time to write the reset data.
반면에, 리드 동작 모드시 상 변화 저항 소자(4)에 전류를 인가하여 위상 변화층(2)의 저항을 측정하고, 측정된 저항과 기준 저항을 비교하여 세트 데이터와 리셋 데이터를 판별한다. On the other hand, in the read operation mode, a current is applied to the phase change resistance element 4 to measure the resistance of the phase change layer 2, and the set resistance and the reset data are determined by comparing the measured resistance with the reference resistance.
이때, 위상 변화층(2)의 저항은 위상 변화층(2)의 상태가 결정상인지 비결정상인지에 따라 다르다. 즉, 위상 변화층(2)의 상태가 결정상이면 낮은 저항을 가지며, 비결정상이면 높은 저항을 가진다.At this time, the resistance of the phase change layer 2 depends on whether the state of the phase change layer 2 is crystalline or amorphous. That is, if the state of the phase change layer 2 is crystalline, it has low resistance, and if it is amorphous, it has high resistance.
그런데, 이러한 위상 변화층(2)의 상태는 라이트 동작 모드시 상 변화 저항 소자(4)에 전압을 인가하는 시간에 따라 변하기 때문에, 상 변화 저항 소자(4)의 저항 특성은 라이트 전압을 인가하는 시간의 길고 짧음에 의해 구별될 수 있다. However, since the state of the phase change layer 2 changes in accordance with the time for applying the voltage to the phase change resistance element 4 in the light operation mode, the resistance characteristic of the phase change resistance element 4 applies the write voltage. It can be distinguished by the long and short of time.
따라서, 상 변화 저항 소자(4)의 세트 상태는 라이트 전압과 리드 저항이 낮은 (A)영역에 대응되며, 리셋 상태는 라이트 전압과 리드 저항이 높은 (B)영역에 대응된다.Therefore, the set state of the phase change resistance element 4 corresponds to the region (A) with low write voltage and read resistance, and the reset state corresponds to (B) region with high write voltage and read resistance.
도 5는 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the write operation characteristics of a conventional phase change resistance cell.
라이트 동작 모드시 세트 상태를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자(4)에 A유형의 낮은 전압을 긴 시간 동안 인가한다. 세트 상태는 위상 변화층(2)의 상태가 결정상이기 때문에 리드 동작 모드시 위상 변화층(2)의 저항이 기준 저항보다 낮게 측정된다.In order to write the set state in the write operation mode, a low voltage of type A is applied to the phase change resistance element 4 for a long time. In the set state, since the state of the phase change layer 2 is a crystalline phase, the resistance of the phase change layer 2 in the read operation mode is measured to be lower than the reference resistance.
반면에, 리셋 상태를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자(4)에 C유형의 높은 전압을 짧은 시간 동안 인가한다. 리셋 상태는 위상 변화층(2)의 상태가 비결정상이기 때문에 리드 동작 모드시 위상 변화층(2)의 저항이 기준 저항보다 높게 측정된다.On the other hand, in order to write the reset state, a high voltage of type C is applied to the phase change resistance element 4 for a short time. In the reset state, since the state of the phase change layer 2 is amorphous, the resistance of the phase change layer 2 is measured higher than the reference resistance in the read operation mode.
따라서, 종래의 상 변화 메모리 장치에 있어서 리셋 데이터를 라이트 할 때, 위상 변화층(2)의 온도 상승 속도가 크게 된다. 이로 인해, 위상 변화층(2)의 부피가 갑자기 변하면서 스트레스가 크게 나타나는 문제점이 있다. Therefore, when writing reset data in the conventional phase change memory device, the rate of temperature rise of the phase change layer 2 becomes large. For this reason, there is a problem in that the stress is large while the volume of the phase change layer 2 suddenly changes.
본 발명은 라이트 동작 모드시 리셋 데이터를 라이트 하기 위한 동작 조건에서 상 변화 저항 셀의 온도가 급격히 상승하는 현상을 방지하여 위상 변화층의 부피 변화에 의한 스트레스를 감소시킬 수 있는데 그 목적이 있다. The present invention can reduce the stress caused by the volume change of the phase change layer by preventing a phenomenon in which the temperature of the phase change resistance cell rises rapidly in the operating conditions for writing the reset data in the write operation mode.
본 발명의 전류의 크기에 따라 변화되는 결정화 상태를 감지하여 저항의 변화에 대응하는 데이타를 저장하는 상 변화 저항 소자를 포함하는 상 변화 메모리 장치의 동작방법에 있어서, 라이트 동작 모드시 선택된 셀에 제 1 데이터를 라이트 하는 경우 라이트 전압을 제 1 시간 동안 셀에 인가하고, 제 2 데이터를 라이트 하는 경우 라이트 전압을 제 1 시간 보다 긴 제 2 시간 동안 셀에 인가하는 것을 특징으로 한다.A method of operating a phase change memory device including a phase change resistance element that senses a crystallization state that changes according to a magnitude of a current and stores data corresponding to a change in resistance, the method comprising: When writing one data, the write voltage is applied to the cell for a first time, and when writing the second data, the write voltage is applied to the cell for a second time longer than the first time.
본 발명은 라이트 동작 모드시 리셋 데이터를 라이트 하기 위한 동작 조건에서 상 변화 저항 셀의 온도가 급격히 상승하는 현상을 방지하여 위상 변화층의 부피 변화에 의한 스트레스를 감소시키고, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.According to the present invention, the temperature of the phase change resistance cell may be prevented from rising rapidly in the operating conditions for writing the reset data in the write operation mode, thereby reducing the stress caused by the volume change of the phase change layer and improving the reliability of the device. Provide the effect.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
도 1a 및 도 1b는 종래의 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자를 설명하기 위한 도면.1A and 1B are diagrams for explaining a conventional phase change resistor (PCR) element.
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면.2A and 2B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 3은 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a write operation of a conventional phase change resistance cell.
도 4는 종래의 상 변화 저항 셀에 대한 라이트 전압 및 리드 저항 영역을 도시한 도면.4 shows the write voltage and lead resistance area for a conventional phase change resistance cell.
도 5는 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작 특성을 설명하기 위한 도면.5 is a diagram for explaining the write operation characteristics of a conventional phase change resistance cell.
도 6은 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 구성도.6 is a block diagram of a cell array of a phase change memory device according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면.7 is a view for explaining a method of operating a phase change memory device according to the present invention;
도 8은 본 발명의 동작 방법에 따른 라이트 시간과 온도 관계를 설명하기 위한 도면.8 is a view for explaining the relationship between the write time and the temperature according to the operating method of the present invention.
도 9은 본 발명의 상 변화 저항 셀에 대한 라이트 전압 및 리드 저항 영역을 도시한 도면.9 shows the write voltage and lead resistance region for the phase change resistance cell of the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 라이트 동작 특성을 설명하기 위한 도면10 is a view for explaining the light operation characteristics according to the present invention;
도 11은 본 발명의 동작 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도면.11 is a view for explaining the effect of the operation method of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 구성도이다. 6 is a configuration diagram illustrating a cell array of a phase change memory device according to the present invention.
본 발명의 셀 어레이는 복수개의 비트라인 BL0~BL3이 컬럼 방향으로 배치되고, 복수개의 워드라인 WL0~WL3이 로오 방향으로 배치된다. 그리고, 셀 어레이는 복수개의 비트라인 BL0~BL3과 복수개의 워드라인 WL0~WL3이 서로 교차하는 영역에 배치된 단위 상 변화 저항 셀 C을 포함한다. 여기서, 단위 상 변화 저항 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 PN 다이오드 D를 포함한다. In the cell array of the present invention, a plurality of bit lines BL0 to BL3 are arranged in a column direction, and a plurality of word lines WL0 to WL3 are arranged in a row direction. The cell array includes a unit phase change resistance cell C disposed in a region where a plurality of bit lines BL0 to BL3 and a plurality of word lines WL0 to WL3 cross each other. Here, the unit phase change resistance cell C includes a phase change resistance element PCR and a PN diode D.
상 변환 저항 소자 PCR의 일측은 워드라인 WL에 연결되며, 타측은 PN 다이오드의 N형 영역에 연결된다. PN 다이오드 D의 P형 영역은 비트라인 BL에 연결되고, N형 영역은 워드라인 WL에 연결된다. 각각의 비트라인 BL에 흐르는 세트 전류 Iset, 리셋 전류 Ireset에 따라 상 변화 저항 소자 PCR의 상(Phase)이 변화되어 데이터를 라이트 하게 된다.One side of the phase conversion resistance element PCR is connected to the word line WL, and the other side is connected to the N-type region of the PN diode. The P-type region of the PN diode D is connected to the bit line BL, and the N-type region is connected to the word line WL. The phase of the phase change resistance element PCR is changed in accordance with the set current Iset and the reset current Ireset flowing in each bit line BL to write data.
센스앰프 S/A는 비트라인 BL을 통해 인가되는 셀 데이터를 감지하고 기준전압 ref과 비교하여 세트 데이터와 리셋 데이터를 구별한다. 기준전압 ref 인가단에는 레퍼런스 전류 Iref가 흐르게 된다. 그리고, 라이트 구동부 W/D는 단위 상 변화 저항 셀 C에 데이터를 라이트 할 때, 비트라인 BL에 데이터의 상태에 대응하는 라이트 전압을 공급한다.The sense amplifier S / A senses cell data applied through the bit line BL and distinguishes the set data from the reset data by comparing with the reference voltage ref. The reference current Iref flows through the reference voltage ref applying terminal. When the data write unit W / D writes data to the unit phase change resistance cell C, the write driver W / D supplies the write voltage corresponding to the data state to the bit line BL.
도 7은 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a method of operating a phase change memory device according to the present invention.
라이트 동작 모드시 라이트 할 데이터가 세트 데이터인 경우 라이트 구동부 W/D를 통해 선택된 단위 상 변화 저항 셀 C에 특정 레벨을 갖는 라이트 전압(V3)을 제 1 라이트 시간(t1) 동안 인가한다. 이때, 라이트 전압(V3)은 펄스 전압이며, 종래의 세트 상태의 라이트 전압(V1)과 리셋 상태의 라이트 전압(V2) 사이의 전압 레벨(V1<V3<V2)을 가진다. 그리고, 제 1 라이트 시간(t1)은 상 변화 저항 소자 PCR가 결정 상태가 되는데 필요한 시간이다.When the data to be written in the write operation mode is set data, the write voltage V3 having a specific level is applied to the selected unit phase change resistance cell C through the write driver W / D during the first write time t1. At this time, the write voltage V3 is a pulse voltage and has a voltage level V1 < V3 < V2 between the conventional write voltage V1 and the reset voltage V2. The first write time t1 is a time required for the phase change resistance element PCR to be in a crystal state.
즉, 라이트 전압(V3)이 짧은 시간 동안 인가되면서 상 변화 저항 소자 PCR의 온도는 저온에서 최대치가 된 후, 서서히 낮아지게 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR가 결정 상태가 되면서 세트 데이터가 라이트 된다. That is, while the write voltage V3 is applied for a short time, the temperature of the phase change resistance element PCR becomes maximum at low temperature, and then gradually decreases. As a result, the set data is written while the phase change resistance element PCR is in a crystalline state.
반면에, 라이트 할 데이터가 리셋 데이터인 경우 라이트 구동부 W/D를 통해 선택된 단위 상 변화 저항 셀 C에 라이트 전압(V3)을 제 2 라이트 시간(t2) 동안 인가한다. 이때, 제 2 라이트 시간(t2)은 제 1 라이트 시간(t1) 보다 긴 시간이며, 상 변화 저항 소자 PCR가 비결정 상태가 되는데 필요한 시간이다. On the other hand, when the data to be written is reset data, the write voltage V3 is applied to the selected unit phase change resistance cell C through the write driver W / D for the second write time t2. At this time, the second write time t2 is longer than the first write time t1 and is a time required for the phase change resistance element PCR to be in an amorphous state.
즉, 라이트 전압(V3)이 긴 시간 동안 인가되면서 상 변화 저항 소자 PCR의 온도는 계속 상승하여 고온에서 최대치가 된 후, 서서히 낮아지게 된다. 이로 인해, 상 변화 저항 소자 PCR가 비결정 상태가 되면서 리셋 데이터가 라이트 된다. 상술한 실시예에서 상 변화 저항 소자 PCR가 결정 상태가 되는데 필요한 시간(t1) 및 상 변화 저항 소자 PCR가 결정 상태가 되는데 필요한 시간(t2)은 실제 PCR을 제작시 사용된 재료 또는 PCR의 크기 등 물리적인 조건에 따라 달라질 수 있다. 따라서 당업자라면 누구나 이를 용이하게 알 수 있을 것이므로 여기에서는 그 시간을 구체적으로 한정하지 않는다.That is, as the write voltage V3 is applied for a long time, the temperature of the phase change resistance element PCR continues to rise to its maximum at a high temperature, and then gradually decreases. As a result, the reset data is written while the phase change resistance element PCR is in an amorphous state. In the above-described embodiment, the time t1 required for the phase change resistance element PCR to be in the crystalline state and the time t2 required for the phase change resistance element PCR to be in the crystalline state are determined by the material used when the actual PCR is manufactured or the size of the PCR. It may vary depending on physical conditions. Therefore, those skilled in the art will be able to easily know this, so the time is not specifically limited herein.
도 8은 본 발명의 동작 방법에 따른 라이트 시간과 온도 관계를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the write time and the temperature relationship according to the operating method of the present invention.
상 변화 저항 소자 PCR의 저항 특성은 라이트 시간의 길고 짧음에 따라 저항값이 구별된다. 즉, 상 변화 저항 소자 PCR에 동일한 레벨의 라이트 전압(V3)을 인가하는 경우에도 라이트 시간을 조절하면 세트 데이터와 리셋 데이터를 라이트 할 수 있다.The resistance characteristics of the phase change resistance element PCR are distinguished by the long and short write times. That is, even when the write voltage V3 having the same level is applied to the phase change resistance element PCR, the set data and the reset data can be written by adjusting the write time.
다시 말해, 상 변화 저항 소자 PCR의 녹는점을 기준으로 녹는점 이하의 온도에서는 상 변화 저항 소자 PCR가 결정 상태가 되고, 녹는점 이상의 온도에서는 비결정 상태가 된다. 따라서, 라이트 전압(V3)을 상 변화 저항 소자 PCR의 온도가 녹는점 이하의 온도가 될 때까지의 시간 동안만 인가하게 되면, 상 변화 저항 소자 PCR에 세트 상태를 라이트 할 수 있다. 마찬가지로, 라이트 전압(V3)을 상 변환 저항 소자 PCR의 온도가 녹는점 이상의 온도가 될 때까지의 시간 동안 인가하게 되면, 상 변화 저항 소자 PCR에 리셋 상태를 라이트 할 수 있다. In other words, the phase change resistance element PCR is in a crystalline state at a temperature below the melting point based on the melting point of the phase change resistance element PCR, and in an amorphous state at a temperature above the melting point. Therefore, if the write voltage V3 is applied only for a time until the temperature of the phase change resistance element PCR reaches a temperature below the melting point, the set state can be written to the phase change resistance element PCR. Similarly, when the write voltage V3 is applied for a time until the temperature of the phase conversion resistance element PCR reaches a temperature above the melting point, the reset state can be written to the phase change resistance element PCR.
도 9은 본 발명의 상 변화 저항 셀에 대한 라이트 전압 및 리드 저항 영역을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a write voltage and a lead resistance region of the phase change resistance cell of the present invention.
라이트 동작 모드시 세트 데이터를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자 PCR에 중간 레벨의 전압을 짧은 시간 동안 인가하고, 리셋 데이터를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자 PCR에 중간 레벨의 전압을 긴 시간 동안 인가한다.In the write operation mode, a medium level voltage is applied to the phase change resistance element PCR for a short time to write the set data, and a medium level voltage is applied to the phase change resistance element PCR for a long time to write the reset data.
그 다음, 리드 동작 모드시 상 변화 저항 소자 PCR에 전류를 인가하여 위상 변화층의 저항을 측정하고, 측정된 저항과 기준 저항을 비교하여 세트 데이터와 리셋 데이터를 판별한다. 이때, 위상 변화층의 상태가 결정상이면 낮은 저항을 가지며, 비결정상이면 높은 저항을 가진다.Then, in the read operation mode, a current is applied to the phase change resistance element PCR to measure the resistance of the phase change layer, and the set resistance and the reset data are determined by comparing the measured resistance with the reference resistance. At this time, if the state of the phase change layer is a crystalline phase, it has a low resistance, and if it is amorphous, it has a high resistance.
따라서, 상 변화 저항 소자 PCR의 세트(SET) 상태는 중간 레벨의 라이트 전압과 낮은 리드 저항의 (C)영역에 대응되며, 리셋(RESET) 상태는 세트(SET) 상태와 동일한 레벨의 라이트 전압과 높은 리드 저항의 (D)영역에 대응된다.Therefore, the set (SET) state of the phase change resistance element PCR corresponds to the region of the write voltage of the middle level and the (C) region of the low read resistance, and the RESET state corresponds to the write voltage of the same level as the set (SET) state. It corresponds to the area (D) of high lead resistance.
도 10은 본 발명에 따른 라이트 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining the light operation characteristics according to the present invention.
라이트 동작 모드시 세트(SET) 상태를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자 PCR에 B유형의 중간 레벨 전압을 짧은 시간 동안 인가한다. 이러한 세트(SET) 상태는 위상 변화층의 상태가 결정상이기 때문에 리드 동작 모드시 위상 변화층의 저항이 기준 저항보다 낮게 측정된다.In order to write the SET state in the write operation mode, a medium type voltage of type B is applied to the phase change resistance element PCR for a short time. In the SET state, the resistance of the phase change layer is measured to be lower than the reference resistance in the read operation mode because the state of the phase change layer is crystalline.
반면에, 리셋(RESET) 상태를 라이트 하기 위해서는 상 변화 저항 소자 PCR에 세트(SET) 상태와 동일한 B유형의 중간 레벨 전압을 긴 시간 동안 인가한다. 이러한 리셋(RESET) 상태는 위상 변화층의 상태가 비결정상이기 때문에 리드 동작 모드시 위상 변화층의 저항이 기준 저항보다 높게 측정된다.On the other hand, in order to write the RESET state, a medium level voltage of the same type B as the SET state is applied to the phase change resistance element PCR for a long time. In this RESET state, since the state of the phase change layer is amorphous, the resistance of the phase change layer is measured to be higher than the reference resistance in the read operation mode.
도 11은 본 발명의 동작 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining the effect of the operation method of the present invention.
본 발명은 라이트 동작 모드시 리셋 라이트 전압과 세트 라이트 전압의 중간 레벨을 갖는 전압을 이용한다. 그리고, 리셋 데이터를 라이트 하는 경우에는 전압을 긴 시간 동안 인가하고, 세트 데이터를 라이트 하는 경우에는 전압을 짧은 시간 동안 인가한다. The present invention uses a voltage having an intermediate level between the reset write voltage and the set write voltage in the write operation mode. When the reset data is written, the voltage is applied for a long time, and when the set data is written, the voltage is applied for the short time.
따라서, 종래에는 리셋 데이터를 라이트 하는 경우 상 변화 저항 소자 PCR의 온도가 급격히 상승하는데 반하여, 본 발명은 상 변화 저항 소자 PCR의 온도가 천천히 상승하게 된다. 이로 인해, 상 변화 저항 소자 PCR의 위상 변화층의 부피 변화가 작아 종래에 비해 스트레스가 감소할 수 있다. Accordingly, in the conventional case, when the reset data is written, the temperature of the phase change resistance element PCR rapidly rises, whereas the temperature of the phase change resistance element PCR increases slowly. For this reason, the volume change of the phase change layer of the phase change resistance element PCR is small, and stress can be reduced compared with the conventional.
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