KR101875835B1 - Crossbar RRAM with Sneak Current Cancellation Based on a Two-Port Current-Mode Sensing and Readout Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 크로스바 저항메모리와 그 읽기 방법에 있어서, 저장된 데이터를 읽기 위하여 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류('주 감지 전류'; IMAIN,2P)에 포함된 스닉 전류의 영향을 상쇄시킨 후 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 과정을 포함하되, 상기 상쇄는, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류('보상 감지 전류'; ICOMP)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a crossbar resistance memory and a method of reading the crossbar resistance memory and a method of reading the stored crossbar resistance memory , And determining the data stored in the selected cell, wherein the offset is determined based on a current sensed in a word line different from a word line of the selected cell among the array of word lines crossing the bit line of the selected cell Detection current 'I COMP ).
Description
본 발명은 크로스바(Crossbar) 저항 메모리(RRAM; Resistive RAM)에 관한 것이고 크로스바 저항 메모리의 읽기 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crossbar resistance memory (RRAM) and relates to a method of reading a crossbar resistance memory.
DRAM은 빠른 처리 속도를 가지지만 데이터를 항구적으로 저장하지 못하는 휘발성 메모리이며, NAND 플래시 메모리는 비휘발성을 가지지만 처리 속도가 느린 단점이 있다. 저항 메모리(또는 '저항변화 메모리'라고도 한다)는 DRAM의 빠른 처리 속도와 NAND 플래시의 비휘발성을 함께 가지는 동시에, DRAM과 NAND 플래시의 모두를 넘어서는 높은 용량을 가질 수 있을 것이라 기대되는 새로운 구조의 메모리이다.DRAM is a volatile memory that has fast processing speed but can not store data permanently. NAND flash memory has nonvolatility but has a disadvantage of slow processing speed. Resistor memory (also known as 'resistance change memory') is a new structure memory that is expected to have high capacity beyond both DRAM and NAND flash while having both DRAM's fast processing speed and NAND flash non-volatility to be.
RRAM의 동작 원리는 소자가 고저항 상태 (high-resistance state) 또는 저저항 상태 (low-resistance state)의 상태를 가질 수 있게 함으로써, 저항값을 통해 데이터를 저장하는 방식이다.The operating principle of the RRAM is to store data through a resistance value by allowing the device to have a state of a high-resistance state or a low-resistance state.
RRAM은 기존 DRAM의 구조를 모방하여 1-트랜지스터 및 1-저항 (1T1R) 구조의 단위 메모리 셀(unit cell)을 가지는 RRAM에 비하여, 1-셀렉터 및 1-저항 (1S1R) 구조의 단위 메모리 셀을 가지는 크로스바 RRAM (Crossbar RRAM)이 그 용량을 획기적으로 증가시킬 수 있을 것이라 기대된다.The RRAM has a 1-selector and a 1-resistor (1S1R) structure unit memory cell in comparison with an RRAM having a 1-transistor and 1-resistance (1T1R) Crossbar RRAM (crossbar RRAM) is expected to dramatically increase its capacity.
하지만, 크로스바 RRAM의 경우 불완전한 스위치 특성으로 인하여 선택되지 않은 셀을 통해서 흐르는 전류를 완벽하게 제어할 수 없으며, 이에 따라 선택되지 않는 셀을 통해 흐르는 스닉 전류 (Sneak Current)의 문제를 가진다. 특히 이 스닉 전류는 메모리에 저장된 데이터 읽기(Read Operation)를 수행할 때 심각한 문제를 발생시킨다.However, in the case of crossbar RRAM, the current flowing through the unselected cells can not be completely controlled due to incomplete switching characteristics, thereby causing a problem of a sneak current flowing through unselected cells. Especially, this snick current causes a serious problem when performing read operation stored in the memory.
RRAM에 저장된 데이터를 읽기 위해서는 선택된 셀에 일정 전압을 인가한 뒤 선택된 셀을 통해 흐르는 전류를 감지하여 해당 셀의 저항값을 판별해내야 하는데, 선택된 셀에 흐르는 전류뿐만 아니라 선택되지 않는 셀을 통해 흐르는 전류(스닉 전류)가 합해져서 감지되기 때문에 정확한 데이터를 읽어낼 수 없게 된다.In order to read data stored in the RRAM, a predetermined voltage is applied to a selected cell, and a current flowing through the selected cell is sensed to determine a resistance value of the selected cell. In addition to the current flowing in the selected cell, Current (snick current) is summed and detected, so accurate data can not be read.
스닉 전류의 크기는 크로스바 RRAM의 용량에 비례하게 되는데, 데이터 읽기 오류를 막기 위해서는 용량을 줄여 스닉 전류를 줄여야 하기 때문에, 결국 스닉 전류는 큰 용량의 RRAM을 만드는 것을 어렵게 한다.The size of the snick current is proportional to the capacity of the crossbar RRAM. In order to prevent data read errors, the snick current must be reduced by reducing the capacity, so that the snick current makes it difficult to create a large capacity RRAM.
크로스바 RRAM에 대한 통상의 읽기 방법은 하나의 비트 라인(bit line)과 하나의 워드 라인(word line)에만 전압(각각 '감지 전압'(VSS)과 '읽기 전압'(VR)이라 한다)을 인가하여 오직 하나의 셀을 선택하는 플로팅 읽기 방법(floating read scheme)을 사용한다.A typical reading method for the crossbar RRAM is to apply voltages (referred to as 'sense voltage' (V SS ) and 'read voltage' (V R ) respectively) to only one bit line and one word line A floating read scheme is used to select only one cell.
그런데, 상기한 스닉 전류에 의한 데이터 읽기 오류를 줄이기 위해, RRAM에 특화된 새로운 읽기 방법(read scheme)이 제안된 바 있다. 그 중 대표적인 것으로서, 상기한 플로팅 읽기 방법(floating read scheme)과는 다르게, 모든 선택되지 않은 비트 라인들과 워드 라인들에도 절반의 전압((VR-VSS)/2)을 인가하는 V/2 읽기 방법이 있다. 플로팅 읽기 방법에서 선택되지 않은 모든 셀들에서 흐르는 스닉 전류가 선택된 셀의 전류와 합해져 감지되는 것과 달리, V/2 읽기 방법에서는 오직 0(Zero)V가 인가된 비트 라인에 연결된 셀들에서 흐르는 전류만이 선택된 셀의 전류와 합해져 감지되게 된다. 따라서 원하지 않게 감지되는 스닉 전류의 양을 줄일 수 있는 장점을 가지나, 소모하는 전력이 플로팅 읽기 방법에 비해서 수십 배에서 수천 배까지 커지게 된다는 단점을 가진다.However, in order to reduce the data read error due to the snitch current, a new read scheme specific to RRAM has been proposed. Unlike the floating read scheme described above, the V / V conversion circuit applies half the voltage (V R -V SS ) / 2 to all unselected bit lines and word lines. There are two ways to read. In the V / 2 reading method, only the current flowing in the cells connected to the bit line to which 0 (zero) V is applied is different from that in the floating reading method, unlike the case in which the snick current flowing in all cells not selected in the floating reading method is detected by adding to the current of the selected cell And is combined with the current of the selected cell to be detected. Therefore, it has the advantage of reducing the amount of the snake current which is undesirably detected, but has a disadvantage that the consumed power is increased from several tens to several thousands times as compared with the floating reading method.
도 1(a)는 가장 대표적인 크로스바 RRAM의 읽기 방법으로서, V/2 읽기 방법(좌측)과 플로팅 읽기 방법(우측)을 설명하기 위한 모식도이다.1 (a) is a schematic diagram for explaining the V / 2 reading method (left) and the floating reading method (right) as the most typical crossbar RRAM reading method.
두 방법 모두에서, 선택된 비트 라인 및 워드 라인에 각각 감지 전압(VSS)과 읽기 전압(VR)을 인가하여, 감지 전압을 인가한 지점(읽기 지점)으로 흘러들어오는 전류를 감지하여 선택된 셀에 저장된 데이터를 읽게 된다.In both methods, a sense voltage (V SS ) and a read voltage (V R ) are applied to the selected bit line and word line, respectively, and the current flowing to the point (read point) The stored data is read.
V/2 읽기 방법의 경우, 감지 지점으로 흘러들어가는 스닉 전류를 줄이기 위하여 모든 선택되지 않은 비트 라인과 워드 라인에 VR/2을 인가하여, 오직 선택된 비트 라인에 연결된 셀들을 통해 흐르는 스닉 전류만 읽기 지점으로 흘러들어오게 한다. 비록 선택된 워드 라인에 연결된 나머지 셀들은 읽기 동작에 영향을 미치지 않지만, 정방향 바이어스가 인가되므로 많은 전류를 흘리게 되고, 결국 V/2 읽기 방법은 큰 전력을 소모하게 된다.For the V / 2 read method, V R / 2 is applied to all unselected bit lines and word lines to reduce the snick current flowing to the sense point, thereby reading only the snick current flowing through the cells connected to the selected bit line only Let it flow into the branch. Although the remaining cells connected to the selected word line do not affect the read operation, a forward bias is applied, so that a large amount of current flows. As a result, the V / 2 reading method consumes a large amount of power.
반면에 플로팅 읽기 방법은 모든 선택되지 않은 비트 라인과 워드 라인에 전압을 인가하지 않고 플로팅 상태로 두어 선택되지 않은 모든 셀에 정방향 전류에 비해 크게 작은 역방향 전류만이 흐르게 하여 전력 소모를 크게 줄이는 방법이다. 그러나 선택되지 않은 모든 셀에서 흐르는 모든 역방향 전류가 읽기 지점에서 감지되게 되므로, 데이터 읽기 오류를 발생시킬 가능성이 커지게 된다.On the other hand, in the floating read method, all the unselected bit lines and word lines are kept in a floating state without applying a voltage so that only a small amount of reverse current flows to all unselected cells in comparison with the forward current, thereby greatly reducing power consumption . However, all the reverse currents flowing in all unselected cells are detected at the reading point, which increases the likelihood of causing a data read error.
도 1(b)는 1S1R RRAM의 간략화된 전류-전압 특성 곡선을 나타낸다. RL은 저저항 상태 저항값, RH는 고저항 상태 저항값, RR은 역방향 바이어스가 걸렸을 때의 저항값을 나타낸다. 1S1R RRAM은 셀을 선택하고, 또한 스닉 전류를 줄이기 위해 역방향 저항값을 크게 가져가는 특징을 가진다.1 (b) shows a simplified current-voltage characteristic curve of 1S1R RRAM. R L is the low resistance state resistance value, R H is the high resistance state resistance value, and R R is the resistance value when the reverse bias is applied. The 1S1R RRAM has a feature of selecting a cell and increasing a reverse resistance value to reduce a snick current.
도 1(c)는 플로팅 읽기 방법을 설명하기 위한 다른 형태의 모식도이다.1 (c) is a schematic view of another form for explaining a floating reading method.
감지 지점에서 감지되는 전류(IMAIN,1P)는 선택된 셀에 흐르는 전류(ICELL)와 전체 스닉 전류의 총합(ISNEAK)이 더해져서 나타난다.The current (I MAIN, 1P ) sensed at the sensing point appears as the sum of the current (I CELL ) flowing in the selected cell and the sum of the total snick current (I SNEAK ).
이상 종래 기술의 문제점 및 과제에 대하여 설명하였으나, 이러한 문제점 및 과제에 대한 인식은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것은 아니다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
본 발명은 스닉 전류의 영향을 줄일 수 있는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법과 이를 적용한 크로스바 저항 메모리를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a crossbar resistance memory read method capable of reducing the influence of a snick current and a crossbar resistor memory using the same.
또한, 본 발명은 V/2 읽기 방법에 비하여 전력 소모를 작게 하면서도 스닉 전류의 문제를 해결할 수 있는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법과 이를 적용한 크로스바 저항 메모리를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention provides a crossbar resistance memory read method and a crossbar resistor memory that can solve the problem of a snick current while reducing power consumption compared to the V / 2 read method.
본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항메모리에 있어서, 선택된 셀의 비트 라인에 제 1 감지 전압을 인가하여 흐르는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)와, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중에서 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에 제 2 감지 전압을 인가하여 흐르는 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 입력받으며, 상기 주 감지 전류 및 상기 보상 감지 전류를 이용하여 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 읽기 블록;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In a crossbar resistor memory according to one aspect of the present invention, a crossbar resistance memory is provided in which a current flowing by applying a first sense voltage to a bit line of a selected cell (hereinafter referred to as a 'main sense current'), (Hereinafter referred to as 'compensation sense current') by applying a second sense voltage to a word line different from the word line of the selected cell among the arrays of the word lines and receiving the main sense current and the compensation sense current And a read block for determining data stored in the selected cell by using the read block.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동일한 것을 특징으로 한다.In the above-described crossbar resistor memory, the first sensing voltage and the second sensing voltage may be the same.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서, 상기 선택된 셀의 워드 라인과 상기 제 2 감지 전압이 인가되는 워드 라인을 제외한 나머지 워드 라인은 플로팅되며, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서, 상기 선택된 셀의 비트 라인을 제외한 나머지 비트라인은 플로팅되는 것을 특징으로 한다.In the crossbar resistor memory described above, in the crossbar array to which the selected cell belongs, the remaining word lines except the word line of the selected cell and the word line to which the second sense voltage is applied are floated, and the crossbar array The remaining bit lines excluding the bit line of the selected cell are floating.
본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항메모리에 있어서, 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)에 포함된 스닉 전류의 영향을 상쇄시킨 후 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 읽기 블록;을 포함하되, 상기 상쇄는, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중에서 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.In the crossbar resistor memory according to one aspect of the present invention, after the influence of the sneak current contained in the current sensed in the bit line of the selected cell (hereinafter, referred to as 'main sensing current') is canceled, Wherein the offset is a current sensed in a word line different from a word line of the selected cell among the array of word lines intersecting the bit line of the selected cell (Hereinafter referred to as " a ").
본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항메모리에 있어서, 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)와, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중에서 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여, 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 읽기 블록;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In a crossbar resistance memory according to an aspect of the present invention, among a current sensed in a bit line of a selected cell (hereinafter referred to as a 'main sensing current') and an array of word lines crossing the bit line of the selected cell, And a read block for determining data stored in the selected cell by using a current sensed by a word line different from a word line of the selected cell (hereinafter, referred to as 'compensation sensing current').
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 읽기 블록은, 상기 보상 감지 전류를 상수의 배율만큼 증폭한 증폭 전류를 출력하는 전류 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the above crossbar resistor memory, the read block may include a current amplification unit for outputting an amplification current obtained by amplifying the compensation sense current by a constant magnification.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 전류 증폭부는, 상기 보상 감지 전류가 드레인-소스 경로를 통하여 흐르도록 연결되는 제 1 MOS 트랜지스터; 상기 제 1 MOS 트랜지스터의 게이트에 그 게이트가 연결되고 드레인-소스 경로를 통하여 상기 증폭 전류가 흐르는 제 2 MOS 트랜지스터; 출력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터 및 상기 제 2 MOS 트랜지스터의 게이트가 연결되고 + 입력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터의 드레인이 연결되며 - 입력 단자에 정전압이 인가되는 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the above-described crossbar resistance memory, the current amplification section may include: a first MOS transistor connected to the compensation sense current to flow through a drain-source path; A second MOS transistor whose gate is connected to the gate of the first MOS transistor and the amplified current flows through a drain-source path; And an amplifier having an output terminal connected to the gates of the first MOS transistor and the second MOS transistor, a + input terminal connected to a drain of the first MOS transistor, and an input terminal to which a constant voltage is applied .
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 정전압은, 상기 제 1 MOS 트랜지스터 및 상기 제 2 MOS 트랜지스터의 문턱 전압보다 클 수 있다.In the crossbar resistor memory described above, the constant voltage may be larger than a threshold voltage of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 상수는, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)에 의해서 설정되거나, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)와 비트 라인의 갯수(N)에 의해서 설정될 수 있다.In the crossbar resistor memory described above, the constant may be set by the number (M) of word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs, or the number of word lines (M) in the crossbar array to which the selected cells belong, (N).
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 읽기 블록은, 기준 전류를 생성하는 기준 전류 생성부; 및 상기 주 감지 전류를 복사한 미러 전류를 출력하는 전류 미러부;를 더 포함할 수 있다.In the above crossbar resistor memory, the read block may include: a reference current generator for generating a reference current; And a current mirror unit for outputting a mirror current to which the main sensing current is copied.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 전류 미러부는, 상기 주 감지 전류가 드레인-소스 경로를 통하여 흐르도록 연결되는 제 1 MOS 트랜지스터; 상기 제 1 MOS 트랜지스터의 게이트에 그 게이트가 연결되고 드레인-소스 경로를 통하여 상기 미러 전류가 흐르는 제 2 MOS 트랜지스터; 출력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터 및 상기 제 2 MOS 트랜지스터의 게이트가 연결되고 + 입력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터의 드레인이 연결되며 - 입력 단자에 정전압이 인가되는 증폭기;를 포함할 수 있다.In the above crossbar resistor memory, the current mirror section may include: a first MOS transistor connected to the main sense current to flow through a drain-source path; A second MOS transistor whose gate is connected to the gate of the first MOS transistor and the mirror current flows through a drain-source path; And an amplifier to which a gate of the first MOS transistor and a gate of the second MOS transistor are connected to an output terminal, a drain of the first MOS transistor is connected to a + input terminal, and a constant voltage is applied to the input terminal.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 증폭 전류와 상기 기준 전류를 더한 합산 전류와 상기 미러 전류를 비교한 결과를 출력하는 센스 앰프;를 더 포함할 수 있다.The crossbar resistance memory may further include a sense amplifier for outputting a result of comparing the sum current obtained by adding the amplified current and the reference current to the mirror current.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 센스 앰프는, 상보형 출력 노드에 전하를 프리차지하는 프리차지용 MOS 트랜지스터; 상기 상보형 출력 노드에 축적된 전하를 상기 미러 전류 및 상기 합산 전류로써 각각 디스차지하는 경로를 개폐하는 게이팅용 MOS 트랜지스터; 상기 상보형 출력 노드 사이의 전위차에 정궤환을 부여하는 정궤환용 MOS 트랜지스터;를 포함할 수 있다.In the above-described crossbar resistor memory, the sense amplifier includes: a pre-charge MOS transistor for precharging a charge to a complementary output node; A gating MOS transistor for opening / closing a path for discharging charge accumulated in the complementary output node by the mirror current and the sum current, respectively; And a MOS switching transistor for imparting a positive feedback to the potential difference between the complementary output nodes.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 센스 앰프는, 상기 미러 전류 및 상기 합산 전류가 각각 드레인-소스 경로를 통해 흐르고 게이트에 읽기 인에이블 신호를 입력받는 제 1 NMOS 트랜지스터 및 제 2 NMOS 트랜지스터; 및 상기 제 1 NMOS 트랜지스터 및 상기 제 2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 그 소스가 각각 접속되는 제 3 NMOS 트랜지스터 및 제 4 NMOS 트랜지스터 ;를 포함하되. 상기 제 3 NMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 제 4 NMOS 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 상기 제 4 NMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 제 3 NMOS 트랜지스터의 드레인에 연결될 수 있다.In the above crossbar resistance memory, the sense amplifier may include: a first NMOS transistor and a second NMOS transistor, the mirror current and the sum current flowing through a drain-source path and receiving a read enable signal at a gate; And a third NMOS transistor and a fourth NMOS transistor having their sources connected to the drains of the first NMOS transistor and the second NMOS transistor, respectively. The gate of the third NMOS transistor may be coupled to the drain of the fourth NMOS transistor and the gate of the fourth NMOS transistor may be coupled to the drain of the third NMOS transistor.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 크로스바 저항메모리의 각 셀은 1-셀렉터와 1-저항의 구조인 것을 특징으로 한다.In the above-described crossbar resistor memory, each cell of the crossbar resistor memory has a structure of a 1-selector and a 1-resistor.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 선택된 셀의 워드 라인에는 읽기 전압이 인가되며, 상기 선택된 셀의 비트 라인에는 제 1 감지 전압이 인가되고, 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에는 제 2 감지 전압이 인가되며, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 나머지 비트 라인과 나머지 워드 라인은 플로팅되는 것을 특징으로 한다.In the above-described crossbar resistor memory, a read voltage is applied to a word line of the selected cell, a first sense voltage is applied to a bit line of the selected cell, and a word line different from the word line of the selected cell The sensing voltage is applied, and the remaining bit lines and the remaining word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs are floated.
상기한 크로스바 저항메모리에 있어서, 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동일하고 상기 읽기 전압은 상기 제 1 감지 전압 및 상기 제 2 감지 전압과는 다른 전압이어서 전위차를 가지는 것을 특징으로 한다.In the above-described crossbar resistor memory, the first sense voltage and the second sense voltage are the same, and the read voltage is different from the first sense voltage and the second sense voltage, and thus has a potential difference.
본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 저장된 데이터를 읽기 위하여 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)에 포함된 스닉 전류의 영향을 상쇄시킨 후 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 과정을 포함하되, 상기 상쇄는, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.In a method of reading a crossbar resistance memory according to an aspect of the present invention, the influence of a snick current included in a current sensed in a bit line of a selected cell (hereinafter, referred to as a 'main sensing current' And determining the data stored in the selected cell, wherein the cancellation is performed using a current sensed in a word line different from a word line of the selected cell among the array of word lines crossing the bit line of the selected cell Hereinafter, this is referred to as 'compensation current').
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 스닉전류는 상기 보상 감지 전류의 상수배로 간주하여 상기 스닉 전류의 영향을 상쇄하는 것을 특징으로 한다.In the crossbar resistor memory read method, the snitch current is regarded as a constant multiple of the compensation sense current, thereby canceling the influence of the snick current.
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 스닉전류는 상기 보상 감지 전류에 정비례하는 것으로 간주하여 상기 스닉 전류의 영향을 상쇄하는 것을 특징으로 한다.In the crossbar resistor memory read method, the snitch current is regarded as being directly proportional to the compensation sense current, thereby canceling the influence of the snick current.
본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 저장된 데이터를 읽기 위하여 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)와, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여, 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In another aspect of the present invention, there is provided a method of reading a crossbar resistance memory, comprising: sensing a current (hereinafter, referred to as a 'main sensing current') sensed in a bit line of a selected cell to read stored data; Determining data stored in the selected cell by using a current sensed in a word line different from a word line of the selected cell among the arrays of intersecting word lines (hereinafter referred to as 'compensation sensing current') .
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 결정은, 상기 주 감지 전류와 기준 전류를 비교하되, 상기 주 감지 전류에서, 상기 보상 감지 전류를 설정된 상수의 배율만큼 증폭한 증폭 전류만큼 상쇄하고 나서 비교하는 것으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.In the above crossbar resistance memory read method, the determination is made by comparing the main sensing current with a reference current, offsetting the compensation sensing current by an amplification current amplified by a predetermined constant multiplication factor in the main sensing current And the comparison is performed.
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 상쇄는, 상기 증폭 전류를 상기 기준 전류에 더하는 것이거나, 상기 증폭 전류를 상기 주 감지 전류에 빼는 것인 것을 특징으로 한다.In the crossbar resistor memory read method, the offset may be added to the reference current, or subtract the amplified current to the main sensing current.
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 보상 감지 전류를 이용함에 있어서, 상기 보상 감지 전류를 설정된 상수의 배율 만큼 증폭시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of reading the crossbar resistor memory may further include amplifying the compensation sensing current by a predetermined constant multiplication factor using the compensation sensing current.
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 상수는, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)에 의해서 설정되거나, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)와 비트 라인의 갯수(N)에 의해서 설정되는 것을 특징으로 한다.(M) in the crossbar array to which the selected cell belongs, or the number of word lines (M) in the crossbar array to which the selected cell belongs, And the number of bit lines (N).
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 선택된 셀의 워드 라인에는 읽기 전압이 인가되며, 상기 선택된 셀의 비트 라인에는 제 1 감지 전압이 인가되고, 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에는 제 2 감지 전압이 인가되며, 상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 나머지 비트 라인과 나머지 워드 라인은 플로팅되는 것을 특징으로 한다.In the method of reading the crossbar resistance memory, a read voltage is applied to a word line of the selected cell, a first sense voltage is applied to a bit line of the selected cell, and a word line The second sensing voltage is applied and the remaining bit lines and the remaining word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs are floated.
상기한 크로스바 저항메모리의 읽기 방법에 있어서, 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동일한 것을 특징으로 한다.In the above method of reading a crossbar resistor memory, the first sensing voltage and the second sensing voltage may be the same.
본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항 메모리의 읽기 방법과 이를 적용한 크로스바 저항 메모리는 스닉 전류의 영향을 줄여서(상쇄하여) 읽기를 수행할 수 있는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, a crossbar resistance memory read method and a crossbar resistor memory using the crossbar resistor memory have an effect of reducing reading (canceling) the influence of a snick current.
또한, 본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항 메모리의 읽기 방법과 이를 적용한 크로스바 저항 메모리는 종래 V/2 읽기 방법에 비하여 전력 소모를 작게 하면서도 스닉 전류의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, the crossbar resistance memory read method and the crossbar resistor memory using the crossbar resistor memory according to an embodiment of the present invention have the effect of solving the problem of the snick current while reducing power consumption compared to the conventional V / 2 read method.
또한, 본 발명의 일 양상에 따른 크로스바 저항 메모리의 읽기 방법과 이를 적용한 크로스바 저항 메모리는 종래 플로팅 읽기 방법과 거의 동일한 전력 소모를 유지하면서도 크로스바 저항 메모리(크로스바 어레이)의 용량을 대폭 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The method of reading a crossbar resistor memory according to an aspect of the present invention and the crossbar resistor memory using the method can substantially increase the capacity of a crossbar resistor memory (crossbar array) while maintaining power consumption substantially equal to that of a conventional floating read method. .
도 1(a)는 가장 대표적인 크로스바 RRAM의 읽기 방법으로서, V/2 읽기 방법(좌측)과 플로팅 읽기 방법(우측)을 설명하기 위한 모식도이며, 도 1(b)는 1S1R RRAM의 간략화된 전류-전압 특성 곡선을 나타낸 것이고, 도 1(c)는 플로팅 읽기 방법을 설명하기 위한 다른 형태의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스바 저항메모리의 읽기 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스바 저항 메모리에서 주 감지 지점으로 흐르는 스닉 전류의 경로중 한 예를 도시한 것이며, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스바 저항 메모리에서 보상 감지 지점으로 흐르는 스닉 전류의 경로중 한 예를 도시한 것이다.
도 4(a)는 수학식 8의 방법(두 지점 감지)을 통하여 얻어낸 감지 전류와 종래의 플로팅 읽기 방법(단일 지점 읽기)을 통해 얻어진 감지 전류를 시뮬레이션을 통해 비교한 것이다. 도 4(b)는 수학식 8의 방법(두 지점 감지)을 통하여 얻어낸 감지 전류와 종래의 플로팅 읽기 방법(단일 지점 읽기)을 통해 얻어진 감지 전류를 비교한 것이다.
도 5는 과대평가된 스닉 전류에 의한 읽기 오류 발생을 해결하기 위한 방법을 사용하여 얻은 결과를 나타낸다.
도 6은 메모리 용량에 따른 감지 전류의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 방식을 적용한 읽기 블록의 회로도로서, 도 7(b)는 도 7(a)에서 센스 앰프(140)를 구체적으로 도시한 것을 포함하며, 도 7(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 블록의 단계별 동작과 파형을 예시한 것이다.
도 8(a)는 도 7(a)에서의 전류 증폭부(110) 및 전류 미러부(120)를 다시 도시한 회로도이며, 도 8(b)는 다른 실시형태의 전류 증폭부(210) 및 전류 미러부(220)를 도시한 회로도이다.
도 9는 3차원(3D) 구조의 크로스바 RRAM의 두 가지 실시 형태를 나타낸 도면으로서, 도 9(a)는 stacked 구조이고 도 9(b)는 vertical 구조를 나타낸다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 stacked 3D RRAM에서 스닉 전류의 경로들을 예시한 것이며, 도 10(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 방법에서 보상 감지 지점으로 흐르는 스닉 전류의 경로를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 감지 읽기 방법을 vertical 구조의 3D RRAM에 적용한 것을 도시한 것이다.FIG. 1 (a) is a schematic diagram for explaining a V / 2 reading method (left side) and a floating reading method (right side) as a typical crossbar RRAM reading method. FIG. 1 (b) is a simplified schematic diagram of a 1S1R RRAM, 1 (c) is a schematic diagram of another form for explaining the floating reading method.
2 is a conceptual diagram for explaining a method of reading a crossbar resistance memory according to an embodiment of the present invention.
3 (a) illustrates an example of a path of a snick current flowing from a crossbar resistance memory to a main sensing point according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 (b) And an example of the path of the snick current flowing from the resistance memory to the compensation detection point.
FIG. 4 (a) is a comparison of the sense current obtained through the method of FIG. 8 (two-point sensing) and the sensing current obtained through the conventional floating reading method (single-point reading) through simulation. 4 (b) compares the sense current obtained through the method of equation (8) (two-point sensing) with the sensing current obtained through the conventional floating reading method (single-point reading).
5 shows the result obtained by using a method for solving a reading error caused by an overestimated snitch current.
6 is a diagram showing a change in sensing current according to a memory capacity.
FIG. 7 is a circuit diagram of a read block to which a read method according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 7B shows a specific example of the
FIG. 8A is a circuit diagram again showing the
Fig. 9 shows two embodiments of a three-dimensional (3D) crossbar RRAM. Fig. 9 (a) shows a stacked structure and Fig. 9 (b) shows a vertical structure.
10 (a) and 10 (b) illustrate the paths of the snick current in the stacked 3D RRAM. FIG. 10 (c) shows the paths of the snick current flowing from the reading method according to the embodiment of the present invention to the compensation sensing point FIG.
FIG. 11 illustrates a sensing read method according to an embodiment of the present invention applied to a 3D RRAM of a vertical structure.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings in which: FIG. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and similar names and reference numerals are used for similar parts throughout the specification.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스바 저항메모리의 읽기 방법을 설명하기 위한 개념도이다.2 is a conceptual diagram for explaining a method of reading a crossbar resistance memory according to an embodiment of the present invention.
종래의 플로팅 읽기 방법과 같이 모든 선택되지 않는 비트 라인과 워드 라인을 플로팅시키는 대신, 본 발명에서는 추가의 워드 라인에 감지 전압을 인가하여 하나의 보상 감지 지점을 추가적으로 가져간다.Instead of floating all the unselected bit lines and word lines as in the conventional floating reading method, in the present invention, a sensing voltage is applied to an additional word line to additionally take one compensation sensing point.
선택된 셀에 저장된 데이터를 읽기 위하여 종래의 플로팅 읽기 방법처럼 선택된 셀의 비트 라인에서 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)(IMAIN,2P)를 감지한다. 그러나, 종래의 플로팅 읽기 방법과는 달리, 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인(이하, '보상 감지용 워드 라인'이라고도 한다)에서 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)(ICOMP)를 감지하며, 주 감지 전류 및 보상 감지 전류를 이용하여, 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정한다. 보상 감지용 워드 라인은 선택된 셀의 워드 라인과 동일층에 있다.(Hereinafter, referred to as 'main sensing current') I MAIN, 2P in the bit line of the selected cell as in the conventional floating reading method in order to read the data stored in the selected cell. However, unlike the conventional floating reading method, in a word line different from a word line of a selected one of the arrays of word lines crossing a bit line of a selected cell (hereinafter, also referred to as 'compensation sensing word line' (Hereinafter, referred to as 'compensation current') I COMP , and determines the data stored in the selected cell using the main sensing current and the compensation sensing current. The word line for compensation sensing is on the same layer as the word line of the selected cell.
선택된 셀의 워드 라인에는 읽기 전압(VR)이 인가되며, 선택된 셀의 비트 라인에는 제 1 감지 전압(VSS)이 인가되고, 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에는 제 2 감지 전압(VSS)이 인가되며, 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 나머지 비트 라인과 나머지 워드 라인은 플로팅된다('F'로 표시됨). 제 1 감지 전압(VSS)과 제 2 감지 전압(VSS)은 동일 전압이다.A read voltage V R is applied to a word line of a selected cell, a first sense voltage V SS is applied to a bit line of the selected cell, and a second sense voltage V SS is applied to a word line different from the word line of the selected cell V SS ) are applied and the remaining bit lines and the remaining word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs are floated (indicated by 'F'). The first sensing voltage V SS and the second sensing voltage V SS are the same voltage.
보상 감지 지점에서 감지되는 전류(ICOMP)는 주 감지 지점으로 흘러들어가는 전체 스닉 전류(Sneak Current)를 예측하는 데 이용되며, 스닉전류를 상쇄시켜서 선택된 셀에 흐르는 전류(ICELL)을 예측할 수 있다.The current I COMP sensed at the compensation sensing point is used to predict the total sneak current flowing into the main sensing point and can cancel the snick current to predict the current I CELL flowing in the selected cell .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주 감지 지점 및 보상 감지 지점의 두 지점에서 감지하므로, '두 지점 감지 방식'이라 할 수 있다. 그러나, 보상 감지 지점을 정함에 있어서 단일의 감지 지점을 정하는 것 이외에도, 복수의 워드 라인을 사용하여 복수의 보상 감지 지점을 정하는 것도 가능하다. 따라서 주 감지 지점과 보상 감지 지점을 합하면, 물리적으로는 3 이상이 될 수도 있으며, 이 경우에도 그 개념상 '두 지점 감지 방식'이라 지칭할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the main sensing point and the compensation sensing point are detected at two points, it can be referred to as a 'two-point sensing method'. However, in addition to defining a single sensing point in defining the compensation sensing point, it is also possible to define a plurality of compensation sensing points using a plurality of word lines. Therefore, the sum of the main detection point and the compensation detection point may be physically three or more, and in this case, the concept can be referred to as a "two-point detection method".
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스바 저항 메모리에서 주 감지 지점으로 흐르는 스닉 전류의 경로중 한 예를 도시한 것이다.3 (a) shows an example of a path of a snick current flowing from a crossbar resistance memory to a main sensing point according to an embodiment of the present invention.
크로스바 저항메모리의 각 셀(소자)은 1-셀렉터와 1-저항 (1S1R)의 구조이다. Each cell (element) of the crossbar resistance memory has a structure of a 1-selector and a 1-resistor (1S1R).
해당 경로는 정방향 바이어스가 인가된 소자 2개와 역방향 바이어스가 인가된 소자 1개로 구성된다. 이 때, 1S1R 소자에서 역방향 바이어스가 인가된 소자의 저항(RR)이 훨씬 크기 때문에 대부분의 인가 전압이 역방향 바이어스가 인가된 소자에 걸리게 되어 해당 경로에서 흐르는 스닉 전류의 크기는 다음과 같이 표현될 수 있다.The path consists of two devices with forward bias and one device with reverse bias. At this time, since the resistance R R of the device to which the reverse bias is applied in the 1S1R device is much larger, most of the applied voltage is caught by the device to which the reverse bias is applied, and the magnitude of the snick current flowing in the corresponding path is expressed as .
그리고 도 1(c)와 같은 기존의 플로팅 읽기 방법의 경우, 선택된 한 개의 비트 라인과 한 개의 워드 라인에 연결된 소자들을 제외한 나머지 모든 소자들에서 흐르는 스닉 전류가 하나의 주 감지 지점으로 흘러들어가기 때문에, 전체 스닉 전류의 총합 (ISNEAK) 은 다음과 같이 표현할 수 있다(크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수 : M, 크로스바 어레이에서 비트라인의 갯수 : N).In the case of the conventional floating reading method as shown in FIG. 1 (c), since the snick current flowing in all the remaining elements excluding the elements connected to the selected one bit line and one word line flows into one main sensing point, The sum of the total snick currents (I SNEAK ) can be expressed as (number of word lines in the crossbar array: M, number of bit lines in the crossbar array: N).
도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스바 저항 메모리에서 보상 감지 지점으로 흐르는 스닉 전류의 경로중 한 예를 도시한 것이다.3 (b) shows an example of a path of a snick current flowing from the crossbar resistor memory to the compensation detection point according to an embodiment of the present invention.
해당 경로는 정방향 바이어스가 인가된 소자 1개와 역방향 바이어스가 인가된 소자 1개로 구성된다. 이 경우에도, 역방향 바이어스가 인가된 소자의 저항(RR)이 훨씬 크기 때문에 해당 경로에서 흐르는 스닉 전류의 크기는 다음과 같다.The path consists of one device with forward bias and one device with reverse bias. Also in this case, since the resistance (R R ) of the element to which the reverse bias is applied is much larger, the magnitude of the snick current flowing in the path is as follows.
이 때, 추가적으로 감지 전압이 인가된 워드 라인에 연결된 소자들에서 흐르는 스닉 전류의 합이 보상 감지 지점에서 보상 감지 전류로서 감지된다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.At this time, the sum of the snick current flowing in the elements connected to the word line to which the sensing voltage is further applied is sensed as the compensation sensing current at the compensation sensing point. This can be expressed as follows.
이 때, 수학식 2로 표현된 전체 스닉 전류 중 보상 감지 전류(ICOMP)에 해당하는 스닉 전류는 보상 감지 지점으로 빠져나가기 때문에, 주 감지 지점에서 감지되는 전류(주 감지 전류)의 크기는 다음과 같다.At this time, since the snick current corresponding to the compensation sensing current I COMP among all the snick currents expressed by Equation (2) passes to the compensation detection point, the magnitude of the current (main sensing current) sensed at the main sensing point is Respectively.
수학식 4를 수학식 5에 대입하면 다음과 같은 결과를 얻는다.Substituting Equation (4) into Equation (5) yields the following results.
수학식 6에서 (M-2)ICOMP 항을 이항하면,If we replace (M-2) I COMP in Equation 6,
수학식 7의 결과로부터, 보상 감지 지점의 전류(보상 감지 전류; ICOMP)의 상수배(더 구체적으로는 정수배; M-2)를 주 감지 지점의 전류(주 감지 전류; IMAIN,2P)에서 빼줌으로써 선택된 셀에 흐르는 전류(ICELL)를 얻어낼 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 다음과 같이 최종 감지 전류(IMEAS)를 설정하면 스닉 전류를 완전히 배제할 수 있다.(Main sensing current: I MAIN, 2P ) of the main sensing point is multiplied by a constant (more specifically, integer multiple) M-2 of the current (compensation sensing current; I COMP ) It is possible to obtain the current (I CELL ) flowing in the selected cell. Therefore, if the final sense current (I MEAS ) is set as follows, the snick current can be completely eliminated.
도 4(a)는 수학식 8의 방법(두 지점 감지)을 통하여 얻어낸 감지 전류와 종래의 플로팅 읽기 방법(단일 지점 감지)을 통해 얻어진 감지 전류를 시뮬레이션을 통해 비교한 것이다.FIG. 4 (a) shows a comparison between the sensing current obtained through the method of FIG. 8 (two-point sensing) and the sensing current obtained through the conventional floating reading method (single-point sensing) through simulation.
이 때, RL=50kOhm, RH/RL=10, N=100, M=100 으로 고정되었으며(RL은 저저항 상태 저항값, RH는 고저항 상태 저항값, M은 워드 라인의 갯수), 인가 전압(VR-VSS)는 1V로 고정되었다. ICELL,HR 및 ICELL,LR은 선택된 셀이 각각 고저항 상태 및 저저항 상태일 때 선택된 셀에 흐르는 전류이며, IMEAS,HR 및 IMEAS,LR은 선택된 셀이 각각 고저항 상태 및 저저항 상태일 때 감지 전류를 나타낸다.At this time, R L was fixed to 50 kOhm, R H / R L = 10, N = 100 and M = 100 (where R L is the low resistance state resistance value, R H is the high resistance state resistance value, And the applied voltage (V R -V SS ) was fixed at 1V. I CELL, HR and I CELL, LR are the currents flowing in the selected cell when the selected cell is in the high resistance state and the low resistance state, respectively, and I MEAS, HR and I MEAS, State of the sensing current.
역방향 바이어스가 걸렸을 때의 저항(RR)과 고저항 상태의 저항(RH)의 비율이 작아짐에 따라, 종래의 방식은 스닉 전류로 인하여 IMEAS,HR이 기준 전류를 초과하게 되어 데이터 읽기 오류가 발생한다.As the ratio of the resistance R R at the time of applying the reverse bias to the resistance R H at the high resistance state becomes smaller, in the conventional method , I MEAS and HR exceed the reference current due to the snick current, Lt; / RTI >
그에 반해, 본 발명에서 제공한 방식은 IMEAS,HR이 거의 선택된 셀에 흐르는 전류와 동일하게 유지된다. 다만 RR/RH이 일정 수준으로 작아지게 되면, 도 3(a)에 도시된 경로로 흐르는 전류와 도 3(b)에 도시된 경로로 흐르는 전류가 같다는 가정이 깨지게 되어 스닉 전류가 과대 평가되어 빼지게 되므로, IMEAS,HR이 감소하게 된다. 그리고 RR/RH이 일정 수준 내에서 작아지는 한, 기준 전류(IREF)에 비해 더 작은 값을 가지는 방향으로 진행되기 때문에, 데이터 읽기 오류를 일으키지는 않는다.On the other hand, the method provided by the present invention keeps the current I MEAS, HR equal to the current flowing in the almost selected cell. However, if R R / R H becomes smaller to a certain level, the assumption that the current flowing in the path shown in FIG. 3A and the current flowing in the path shown in FIG. 3B are broken, And I MEAS and HR are decreased. As long as R R / R H becomes smaller within a certain level, it proceeds in a direction having a smaller value than the reference current (I REF ), so that it does not cause a data read error.
반면에, RR/RH이 더욱 작아지게 되면, IMEAS,LR도 감소하기 시작하며, IMEAS,LR이 기준 전류보다 작아지게 될 경우 데이터 읽기 오류를 일으킬 수 있다. 이를 해결하기 위한 방법이 후술할 도 5와 수학식 9 등에서 제시된다.On the other hand, if R R / R H becomes smaller, I MEAS, LR also starts decreasing, and if I MEAS, LR becomes smaller than the reference current, it may cause a data read error. A method for solving this is shown in FIG. 5 and FIG. 9 which will be described later.
도 4(b)는 수학식 8의 방법(두 지점 감지)을 통하여 얻어낸 감지 전류와 종래의 플로팅 읽기 방법(단일 지점 읽기)을 통해 얻어진 감지 전류를 비교한 것이다.4 (b) compares the sense current obtained through the method of equation (8) (two-point sensing) with the sensing current obtained through the conventional floating reading method (single-point reading).
이 때, RH/RL=100 으로 고정되었다. 다른 변수는 도 4(a)의 조건과 동일하게 고정되었다. 이 경우에는 IMEAS,LR이 스닉 전류보다 충분히 큰 값을 가지기 때문에, 과대평가된 스닉 전류에 의한 감소가 무시할 만한 수준이다.At this time, R H / R L = 100 was fixed. The other parameters were fixed to the same conditions as in Fig. 4 (a). In this case, the reduction due to the overestimated snick current is negligible since I MEAS, LR has a value sufficiently larger than the snick current.
도 5는 과대평가된 스닉 전류에 의한 읽기 오류 발생을 해결하기 위한 방법을 사용하여 얻은 결과를 나타낸다.5 shows the result obtained by using a method for solving a reading error caused by an overestimated snitch current.
스닉 전류의 과대 평가를 막기 위해서는 수학식 8에서 ICOMP의 계수를 (M-2)보다 더 작게 가져갈 수 있다. 도 5의 결과는 다음의 식에 따라 얻은 결과이다.In order to prevent an overestimation of the snick current, the coefficient of I COMP in equation (8) can be taken smaller than (M-2). The results in FIG. 5 are the results obtained according to the following equation.
다른 조건은 모두 도 4(a)와 동일하게 고정하였으며, 도 4(a)에서 발생하였던 과대평가된 스닉 전류에 의한 감소를 해결한 결과를 보인다.All other conditions are fixed as shown in FIG. 4 (a), and the results obtained by solving the overestimated decrease due to the snick current generated in FIG. 4 (a) are shown.
도 4(a), 도 4(b) 및 도 5의 시뮬레이션 결과로부터, ICOMP의 계수를 조절하는 것을 통하여 서로 다른 상황에 대하여 최적화된 결과를 얻어낼 수 있다는 것을 확인할 수 있다. RH/RL이 큰 경우에는 수학식 8에 가까운 값이 사용될 수 있으며, RH/RL이 작은 경우에는 계수를 줄여 최적화가 가능하다.From the simulation results of FIGS. 4 (a), 4 (b) and 5, it can be seen that adjusting the coefficients of I COMP can yield optimized results for different situations. When R H / R L is large, a value close to the equation (8) can be used. In the case where R H / R L is small, optimization can be performed by reducing the coefficient.
본 발명의 일 양상에 따른 읽기 방법은, 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 주 감지 전류(IMAIN,2P)에 포함된 스닉 전류의 영향을 상쇄시킨 후 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 과정을 포함한다. 상쇄는, 전술한 바와 같이, 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인(보상 감지용 워드 라인)에서 감지한 보상 감지 전류(ICOMP)를 이용하여 수행된다.The reading method according to an aspect of the present invention includes a process of determining data stored in a selected cell after canceling an effect of a snick current included in a main sense current I MAIN, 2P sensed in a bit line of a selected cell do. The offset is obtained by using the compensation sense current I COMP sensed in a word line (compensation sense word line) different from the word line of a selected one of the arrays of the word lines crossing the bit line of the selected cell .
이러한 과정에서, 스닉 전류(Sneak Current)는 보상 감지 전류(ICOMP)의 상수배(상수를 곱한 값; 예를 들면, M-2, M-10 등을 곱한 값)로 간주하여 스닉 전류의 영향을 상쇄한다. 스닉 전류는 보상 감지 전류(ICOMP)에 정비례하는 것으로 간주하여 스닉 전류의 영향을 상쇄한다.In this process, the sneak current is regarded as a constant multiple of the compensation sense current I COMP (a value obtained by multiplying by a constant, for example, M-2, M-10, etc.) Lt; / RTI > The snitch current is regarded as being directly proportional to the compensation sense current (I COMP ), thereby canceling the effect of the snick current.
도 6은 메모리 용량에 따른 감지 전류의 변화를 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing a change in sensing current according to a memory capacity.
RH/RL=100, RR/RH=100으로 고정되었다. 단일 지점 읽기의 경우, 메모리 용량이 증가함에 따라 스닉 전류로 인하여 데이터 읽기 오류가 발생하는데 반해, 본 발명의 일 양상에 따른 방식(두 지점 감지 방식)은 메모리 용량의 증가에 상관없이 일정한 결과를 보인다. 즉, 본 발명의 일 양상에 따른 방식은 메모리 용량의 증가를 가능하게 한다.R H / R L = 100, and R R / R H = 100. In the case of a single point reading, a data reading error occurs due to the sneak current as the memory capacity increases, whereas the method according to one aspect of the present invention (two-point sensing method) shows a constant result regardless of the increase in the memory capacity . That is, a scheme according to an aspect of the present invention enables an increase in memory capacity.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 방식을 적용한 읽기 블록의 회로도로서, 도 7(b)는 도 7(a)에서 센스 앰프(140)를 구체적으로 도시한 것을 포함한다.FIG. 7 is a circuit diagram of a read block to which a read method according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 7 (b) specifically shows a
기타 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 블록(Read-out Block)은 도시되지 않은 부분을 더 포함할 수 있으며, 예를 들면 선택된 셀에 읽기 전압(VR)을 인가하는 부분 등을 더 포함할 수 있다.The read-out block according to an embodiment of the present invention may further include a portion not shown, for example, a portion for applying a read voltage V R to a selected cell .
읽기 블록(100)은 수학식 8에 해당하는 전류를 연산하는 회로를 예시하고 있다. 읽기 블록(100)은, 선택된 비트 라인에 감지 전압을 인가하여 흐르는 주 감지 전류(IMAIN,2P)와, 보상 감지용 워드 라인에 감지 전압을 인가하여 흐르는 보상 감지 전류(ICOMP)를 입력받으며, 주 감지 전류 및 보상 감지 전류를 이용하여 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정한다. 읽기 블록(100)은, 주 감지 전류에 포함된 스닉 전류의 영향을 상쇄시킨 후 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하며, 상기한 상쇄는, 보상 감지용 워드 라인에서 감지한 보상 감지 전류(ICOMP)를 이용하여 수행된다.The
전류 증폭부(110)에서는 보상 감지 지점에서 감지된 보상 감지 전류를 증폭하고, 증폭된 전류와 기준 전류(IREF)가 합해져 센스 앰프(140)의 왼쪽 경로로 흐른다. 전류 증폭부(110)는 보상 감지 전류를 상수(Constant vlaue)의 배율만큼 증폭한 증폭 전류를 출력한다. 상기 상수는, 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)에 의해서 설정되거나(예를 들면 수학식 8에서 M-2, 또는 수학식 9에서 M-10), 후술할 수학식 13에서 처럼 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)와 비트 라인의 갯수(N)의 모두에 의해서 설정될 수도 있다.The
전류 미러부(120)는 주 감지 지점에서 감지된 주 감지 전류를 복사하여 센스 앰프(140)의 오른쪽 경로로 흘려준다. 전류 미러부(120)는 주 감지 전류를 복사한 미러 전류를 출력한다. 기준 전류 생성부(130)는 기준 전류를 생성하여 제공하되, 도시된 바와 같이 전류 증폭부(110)의 출력인 증폭 전류에 더해지거나 전류 미러부(120)의 출력인 미러 전류에서 빼지는 방식으로 적용될 수 있다.The
선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 것은 주 감지 전류와 기준 전류를 비교하되, 주 감지 전류에서 보상 감지 전류를 설정된 상수의 배율만큼 증폭한 증폭 전류만큼 상쇄하고 나서 비교하는 것으로써 수행될 수 있다. 그리고 이러한 상쇄는 증폭 전류를 기준 전류에 더하는 것이거나, 증폭 전류를 주 감지 전류에서 빼는 것으로서 수행될 수 있다.The determination of the data stored in the selected cell can be performed by comparing the main sensing current with the reference current, offsetting the compensating sensing current at the main sensing current by the amplified current amplified by a factor of the predetermined constant and then comparing. And this offset can be done by adding the amplified current to the reference current, or subtracting the amplified current from the main sense current.
센스 앰프(140)는 양 경로의 전류의 크기를 비교하며, 전류의 크기를 비교한 결과에 따라 디지털 신호를 출력한다. 센스 앰프(140)는 전류 증폭부(110)가 출력하는 증폭 전류와 기준 전류를 더한 합산 전류와 전류 미러부(120)가 출력하는 미러 전류를 비교한 결과를 출력한다.The
센스 앰프(140)는, 상보형(Complementary) 출력 노드에 전하를 프리차지(Precharge)하는 복수의 프리차지용 PMOS 트랜지스터(P1,P4)와; 상보형 출력 노드에 축적된 전하를 상기한 미러 전류 및 합산 전류로써 각각 디스차지(Discharge)하는 경로를 개폐하는 게이팅용 NMOS 트랜지스터(N3,N4)와; 상보형 출력 노드 사이의 전위차에 정궤환(Positive Feedback)을 부여하는 정궤환용 MOS 트랜지스터(N1,N2,P2,P3)를 포함한다.The
NMOS 트랜지스터(N3) 및 NMOS 트랜지스터(N4)는 미러 전류 및 합산 전류가 각각 드레인(Drain)-소스(Source) 경로를 통해 흐르고 게이트(Gate)에 읽기 인에이블 신호(Read_en)를 입력받으며, NMOS 트랜지스터(N1) 및 NMOS 트랜지스터(N2)는 NMOS 트랜지스터(N3) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 드레인에 그 소스가 각각 접속된다.The NMOS transistor N3 and the NMOS transistor N4 receive the mirror enable signal and the read enable signal Read_en through the drain and source paths of the mirror current and the sum current, The NMOS transistor N1 and the NMOS transistor N2 are connected to the drains of the NMOS transistor N3 and the NMOS transistor N4, respectively.
NMOS 트랜지스터(N1)와 PMOS 트랜지스터(P2)는 인버터를 구성하고 NMOS 트랜지스터(N2)와 PMOS 트랜지스터(P3)는 인버터를 구성하며, 양자는 정궤환을 구성하도록 한쪽의 입력과 다른 쪽의 출력이 서로 연결되어 있다. NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트는 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인에 연결되고, NMOS 트랜지스터(N2)의 게이트는 NMOS 트랜지스터(N1)의 드레인에 연결된다.The NMOS transistor N1 and the PMOS transistor P2 form an inverter and the NMOS transistor N2 and the PMOS transistor P3 constitute an inverter. It is connected. The gate of the NMOS transistor N1 is connected to the drain of the NMOS transistor N2 and the gate of the NMOS transistor N2 is connected to the drain of the NMOS transistor N1.
도 7(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 블록의 단계별 동작과 파형을 예시한 것이다.FIG. 7 (c) illustrates operation and waveforms of a read block according to an embodiment of the present invention.
읽기 블록의 동작은 총 3가지의 단계로 구분될 수 있다. 첫 번째 프리차지(Precharge) 단계(Phase)에서는, Read_en 신호가 0의 값을 가지도록 하여 출력 노드의 전압을 VDD로 올려놓는다. 두 번째 디스차지(Discharge) 단계에서는, Read-en 신호가 1로 바뀌게 되고, 양 경로를 따라 흐르는 전류에 따라 양쪽 상보형 출력 노드의 출력 전압이 감소하게 된다. 이때 더 큰 전류가 흐르는 쪽이 더 빠르게 감소하게 되고, 그 쪽 출력 전압이 일정 수준 이하까지 감소하게 되면 해당 PMOS 트랜지스터(P2 혹은 P3)가 켜지게 되어 정궤환(positive feedback)이 일어나게 되어 출력이 디지털 출력 수준으로 증폭되게 된다.The operation of the read block can be divided into three steps in total. In the first precharge phase, the voltage of the output node is raised to V DD such that the Read_en signal has a value of zero. In the second discharge stage, the Read-en signal is changed to 1, and the output voltage of both complementary output nodes decreases according to the current flowing in both paths. When the output voltage of the PMOS transistor P2 or P3 is reduced to a certain level or less, the PMOS transistor P2 or P3 is turned on to generate a positive feedback, Amplified to the output level.
도 7(b) 및 도 7(c)에서 양쪽 출력 노드 사이를 연결하는 다리 트랜지스터 (P5)는 양쪽 출력 노드가 pre-charge 단계인 동안 VDD까지 충분히 올라가지 못하는 경우에도 양쪽 출력 노드를 같은 전압으로 맞추기 위한 것으로, VDD까지 올라가기 위한 충분한 시간이 확보된다면 제거하여 소자의 개수와 면적을 줄일 수 있다.The bridge transistor P5 connecting between the two output nodes in Figs. 7 (b) and 7 (c) has both output nodes at the same voltage even if both output nodes are not sufficiently raised to V DD during the pre- If you have enough time to get up to V DD , you can remove it to reduce the number and area of devices.
도 8(a)는 도 7(a)에서의 전류 증폭부(110) 및 전류 미러부(120)를 다시 도시한 회로도이며, 도 8(b)는 다른 실시형태의 전류 증폭부(210) 및 전류 미러부(220)를 도시한 회로도이다.FIG. 8A is a circuit diagram again showing the
도 8(a)를 참조하면, 다이오드 연결된 NMOS(diode-connected NMOS) 소자를 이용하여 전류를 감지하기 때문에, 감지 전압 VSS는 문턱 전압(VTH)에 추가적인 게이트-오버드라이브(gate-overdrive) 전압이 더해져서 결정된다. 이에 따라 감지 전압 VSS의 값이 커지기 때문에 RRAM 자체(즉, RRAM의 선택된 셀)에 인가되는 전압 (VR-VSS)이 작아져서, 감지 전류의 크기도 작아지게 된다. 또한, 보상 감지 전류와 주 감지 전류의 크기가 다르기 때문에 서로 다른 게이트-오버드라이브 전압을 가지게되고, 이에 따라 보상 감지 전압 (VSS,C)과 주 감지 전압 (VSS,M)이 서로 달라지게 되는 문제도 발생할 수 있다.Referring to FIG. 8A, since a current is sensed using a diode-connected NMOS (NMOS) device, the sense voltage V SS is a gate-overdrive added to the threshold voltage V TH , The voltage is determined by adding. Accordingly, since the value of the sense voltage V SS increases, the voltage (V R -V SS ) applied to the RRAM itself (that is, the selected cell of the RRAM) becomes small, and the size of the sense current becomes small. In addition, since the compensation sense current and the main sense current are different in size, different gate-overdrive voltages are provided, so that the compensation sense voltages V SS, C and the main sense voltages V SS, May also occur.
도 8(b)의 회로는 이와 같은 도 8(a)의 회로가 가지는 문제를 해결하기 위한 것이다. 증폭기(213,223)를 사용하여 항상 일정한 전압이 보상 감지 전압과 주 감지 전압으로 사용될 수 있게 하며, 이 값을 문턱 전압에 추가적인 게이트-오버드라이브 전압(ΔVGS)이 더해진 값보다 작게 설정하여 감지 회로에서 발생하는 전압 강하를 줄일 수 있다.The circuit of Fig. 8 (b) is intended to solve the problem of the circuit of Fig. 8 (a). By using the
VDS=VGS가 아니어도 되며, ΔVGS < VDS < VGS 의 값을 가지도록 VCS≒VDS를 임의로 인가할 수 있기 때문에 더 낮은 감지 전압을 얻는 것이 가능하다. 또한, 보상 감지 전압 (VSS,C)과 주 감지 전압 (VSS,M)을 동일하게 할 수 있다. V DS = V GS , and it is possible to obtain a lower sensing voltage since V CS ? V DS can be arbitrarily applied so that? V GS <V DS <V GS . Also, the compensation sense voltage V SS, C and the main sense voltage V SS, M can be made equal.
전류 증폭부(210)는 제 1 NMOS 트랜지스터(211), 제 2 MOS 트랜지스터(213) 및 증폭기(213)를 포함하여 구성된다.The
제 1 NMOS 트랜지스터(211)는 보상 감지 전류가 드레인-소스 경로를 통하여 흐르도록 연결되며, 제 2 MOS 트랜지스터(213)는 제 1 NMOS 트랜지스터(211)의 게이트에 그 게이트가 연결되고 드레인-소스 경로를 통하여 증폭 전류가 흐르도록 한다. 그리고 증폭기(213)는 출력 단자에 제 1 MOS 트랜지스터(211) 및 제 2 MOS 트랜지스터(212)의 게이트가 연결되고 + 입력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터(211)의 드레인이 연결되며 - 입력 단자에 정전압이 인가된다.The
그리고, 전류 미러부(120)는 제 1 MOS 트랜지스터(221), 제 2 MOS 트랜지스터(222) 및 증폭기(223)을 포함하여 구성된다.The
제 1 MOS 트랜지스터(211)는 주 감지 전류가 드레인-소스 경로를 통하여 흐르도록 연결되며, 제 2 MOS 트랜지스터(222)는 제 1 MOS 트랜지스터(221)의 게이트에 그 게이트가 연결되고 드레인-소스 경로를 통하여 미러 전류가 흐르도록 한다. 그리고 증폭기(223)는 출력 단자에 제 1 MOS 트랜지스터(221) 및 제 2 MOS 트랜지스터(222)의 게이트가 연결되고 + 입력 단자에 제 1 MOS 트랜지스터(221)의 드레인이 연결되며 - 입력 단자에 정전압이 인가된다.The
도 9는 3차원(3D) 구조의 크로스바 RRAM의 두 가지 실시 형태를 나타낸 도면으로서, 도 9(a)는 stacked 구조이고 도 9(b)는 vertical 구조를 나타낸다.Fig. 9 shows two embodiments of a three-dimensional (3D) crossbar RRAM. Fig. 9 (a) shows a stacked structure and Fig. 9 (b) shows a vertical structure.
본 발명의 개념은 이러한 3차원 구조의 크로스바 RRAM에서도 동일하게 적용될 수 있는 바, 이하에서는 이를 살펴보되 전술한 도 2 내지 도 8에 관한 설명과 중복되는 것에 대해서는 생략될 수 있다. 3차원 크로스바 RRAM에서 선택된 셀의 워드 라인과 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인(즉, 보상 감지용 워드 라인)은 동일 층에 있다.The concept of the present invention can be similarly applied to a crossbar RRAM having such a three-dimensional structure. Hereinafter, the same concept as that of FIGS. 2 to 8 may be omitted. The word line of the selected cell in the three-dimensional crossbar RRAM and the word line different from the word line of the selected cell (i.e., the compensation sense word line) are on the same layer.
도 10(a) 및 도 10(b)는 stacked 3D RRAM에서 스닉 전류의 경로들을 예시한 것이다.10 (a) and 10 (b) illustrate the paths of a snick current in a stacked 3D RRAM.
stacked 3D RRAM에서 두 개 이상의 역방향 전압이 걸린 소자가 포함되는 경로를 통하여 흐르는 전류의 양은 작기 때문에, 이러한 경로는 무시할 수 있다. 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 선택된 비트 라인과 워드 라인은 한 층 (floor)에 해당하는 높이 차이를 가지고 있어, 이 둘을 연결할 수 있는 스닉 전류 경로의 조합은 다음의 세 가지이다.In stacked 3D RRAMs, this path is negligible because the amount of current flowing through the path that contains the device with two or more reverse voltages is small. As shown in Figs. 10 (a) and 10 (b), the selected bit line and the word line have a height difference corresponding to one floor, and a combination of the sneak current paths capable of connecting the two There are three kinds of things.
Case 1. 아래-위-위: 역방향 전압이 걸린 셀이 1층에 있는 경우
Case 2. 위-아래-위: 역방향 전압이 걸린 셀이 2층에 있는 경우
Case 3. 위-위-아래: 역방향 전압이 걸린 셀이 3층에 있는 경우
이 외의 경우(예를 들면, 아래-아래-위-위-위)에는 두 개 이상의 역방향 전압이 걸린 소자가 경로에 포함되므로 무시할 수 있다. 각각의 경우에, 전체 스닉 전류 경로의 수는 다음과 같다.In other cases (for example, below-below-above-above-above), two or more reverse voltage devices are included in the path and can be ignored. In each case, the total number of sneak current paths is:
Case 1. 아래-위-위: N x (M-1) 개
Case 2. 위-아래-위: (N-1) x (M-1) 개
Case 3. 위-위-아래: (N-1) x M 개
각각의 경로에서 흐르는 전류는 수학식 3과 같기 때문에, 총 스닉 전류의 양은 다음과 같다.Since the current flowing in each path is as shown in Equation (3), the total amount of the snick current is as follows.
도 10(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 방법에서 보상 감지 지점으로 흐르는 스닉 전류의 경로를 도시한 것이다.10 (c) shows the path of the snick current flowing from the reading method to the compensation sensing point according to an embodiment of the present invention.
보상 감지용 워드 라인은 선택된 셀의 워드 라인과 동일한 층에 있는 워드 라인으로 선정된다. 데이터를 읽을 셀의 워드 라인과 보상 감지 지점의 워드 라인은 같은 높이를 가지기 때문에, 이 둘을 연결할 수 있는 전체 스닉 전류 경로의 수는 다음과 같다.The word line for compensation sensing is selected as the word line in the same layer as the word line of the selected cell. Since the word line of the cell to read data and the word line of the compensation detection point have the same height, the total number of the sneak current paths that can connect the two is as follows.
Case 1. 아래-위: 역방향 전압이 걸린 셀이 1층에 있는 경우 N-1 개
Case 2. 위-아래: 역방향 전압이 걸린 셀이 2층에 있는 경우 N 개
그렇다면, 보상 감지 지점에서 감지되는 스닉 전류의 크기는 다음 수학식 11과 같다. Then, the magnitude of the snick current sensed at the compensation detection point is expressed by Equation (11).
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 방법에 의한 주 감지 지점에서 감지되는 전류는 다음과 같다.The current sensed at the main sensing point by the reading method according to an embodiment of the present invention is as follows.
그리고, 선택된 셀에 흐르는 전류(ICELL)를 추정하여 다음과 같이 최종 감지 전류(ISENSE)를 설정하면, 최종 감지 전류에서 스닉 전류의 영향을 완전히 배제할 수 있다.Then, if the final sensing current (I SENSE ) is set by estimating the current (I CELL ) flowing in the selected cell as described below, the influence of the snick current on the final sensing current can be completely eliminated.
스닉 전류는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)와 비트 라인의 갯수(N) 모두에 의해서 영향을 받으며, 보상 감지 지점에서 감지된 보상 감지 전류를 증폭함에 있어서, 증폭할 계수인 상수(Constant Value)는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)와 비트 라인의 갯수(N)의 모두에 의해서 설정되도록 할 수 있다.The snitch current is affected by both the number of word lines (M) and the number of bit lines (N) in the crossbar array. In amplifying the sense current sensed at the compensation sensing point, the constant current ) Can be set by both the number (M) of word lines and the number (N) of bit lines in the crossbar array.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 감지 읽기 방법을 vertical 구조의 3D RRAM에 적용한 것을 도시한 것이다.FIG. 11 illustrates a sensing read method according to an embodiment of the present invention applied to a 3D RRAM of a vertical structure.
Vertical 구조의 경우, stacked 구조와 다르게 워드 라인이 모든 층에 걸쳐 공유되기 때문에, 스닉 전류가 3 개의 층으로 제한되지 않는다. 즉, 선택된 워드 라인과 비트 라인에 연결된 셀들을 제외한 모든 셀은 스닉 전류 경로의 역방향 바이어스가 인가된 셀이 될 수 있다. 따라서, 전체 스닉 전류는 다음과 같다(M은 워드 라인의 갯수, N은 longitudinal floor의 갯수, L은 하나의 longitudinal floor에 포함되는 비트 라인의 갯수 ).In the case of a vertical structure, the sneak current is not limited to three layers because the word line is shared across all the layers, unlike the stacked structure. That is, all the cells except the cells connected to the selected word line and the bit line may be cells to which the reverse bias of the snick current path is applied. Thus, the total snitch current is (M is the number of word lines, N is the number of longitudinal floors, and L is the number of bit lines included in one longitudinal floor).
이 때, 선택된 워드 라인(W1)에서 보상 감지용 워드 라인(W2)으로 통하는 스닉 전류 경로의 수는 다음과 같이 구할 수 있다.At this time, the number of the sneak current paths passing from the selected word line W1 to the compensation sense word line W2 can be obtained as follows.
Case 1. 선택된 비트 라인을 포함하는 longitudinal floor: 선택된 워드 라인에서 선택된 비트 라인으로 직접 연결되는 경로 한 개를 제외한 나머지: L-1 개
Case 2. 그 이외의 longitudinal floor들: (N-1) x L 개
그렇다면, 총 경로의 수는 NL-1 개이므로, 보상 감지 지점에서 감지되는 스닉 전류의 크기는 다음과 같다.Then, since the total number of paths is NL-1, the magnitude of the snick current detected at the compensation detection point is as follows.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기 방법의 주 감지 지점에서 감지되는 전류는 다음과 같다.The current sensed at the main sensing point of the reading method according to an embodiment of the present invention is as follows.
따라서, 다음과 같이 최종 감지 전류(ISENSE)를 설정하면 스닉 전류를 완전히 배제할 수 있다.Therefore, if the final sense current (I SENSE ) is set as follows, the snick current can be completely eliminated.
이는 1차원 RRAM에 관한 수학식 8과 일치하는 결과이다. 실제로, vertical 구조는 펼쳐 놓았을 경우 M개의 워드 라인과 (N x L)개의 비트 라인을 가지는 2차원 크로스바 RRAM과 동일한 구조이다.This is consistent with equation (8) for one-dimensional RRAM. Actually, the vertical structure is the same as the two-dimensional crossbar RRAM having M word lines and (N x L) bit lines when expanded.
100 : 읽기 블록 110,210 : 전류 증폭부
120, 220 : 전류 미러부 130 : 기준 전류 생성부
140 : 센스 앰프100: read
120, 220: current mirror part 130: reference current generating part
140: Sense Amplifier
Claims (28)
선택된 셀의 비트 라인에 제 1 감지 전압을 인가하여 상기 제 1 감지 전압이 인가된 지점으로 흐르는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)와, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중에서 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에 제 2 감지 전압을 인가하여 상기 제 2 감지 전압이 인가된 지점으로 흐르는 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 입력받으며, 상기 주 감지 전류 및 상기 보상 감지 전류를 이용하여 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 읽기 블록;을 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.In a crossbar resistance memory,
(Hereinafter, referred to as a 'main sensing current') which applies a first sensing voltage to a bit line of a selected cell and flows to a point where the first sensing voltage is applied and a word line crossing a bit line of the selected cell A second sense voltage is applied to a word line different from a word line of the selected cell in the array to receive a current (hereinafter, referred to as 'compensation sense current') flowing to a point where the second sense voltage is applied, And a read block for determining data stored in the selected cell using the sense current and the compensation sense current.
Lt; / RTI > memory.
상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동일한,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method according to claim 1,
Wherein the first sensing voltage and the second sensing voltage are the same,
Lt; / RTI > memory.
상기 선택된 셀의 워드 라인과 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인은 동일 층에 있는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method according to claim 1,
Wherein a word line of the selected cell and a word line different from the word line of the selected cell are on the same layer,
Lt; / RTI > memory.
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서, 상기 선택된 셀의 워드 라인과 상기 제 2 감지 전압이 인가되는 워드 라인을 제외한 나머지 워드 라인은 플로팅되며,
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서, 상기 선택된 셀의 비트 라인을 제외한 나머지 비트라인은 플로팅되는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method according to claim 1,
In the crossbar array to which the selected cell belongs, the remaining word lines except for the word line of the selected cell and the word line to which the second sense voltage is applied are floated,
In a crossbar array to which the selected cell belongs, the remaining bit lines except the bit line of the selected cell are floated,
Lt; / RTI > memory.
선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)에 포함된 스닉 전류의 영향을 상쇄시킨 후 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 읽기 블록;을 포함하되,
상기 상쇄는, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중에서 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.In a crossbar resistance memory,
And a read block for canceling an influence of a snick current included in a current sensed by a bit line of a selected cell (hereinafter, referred to as a 'main sensing current') and determining data stored in the selected cell,
The offset is performed using a current sensed in a word line different from the word line of the selected cell (hereinafter, referred to as 'compensation sense current') among the array of word lines crossing the bit line of the selected cell Features a crossbar resistor memory.
선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)와, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중에서 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여, 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 읽기 블록;을 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.In a crossbar resistance memory,
(Hereinafter, referred to as a 'main sense current') sensed in a bit line of a selected cell and an array of word lines crossing the bit line of the selected cell are detected in a word line different from the word line of the selected cell And a read block for determining data stored in the selected cell using a current (hereinafter, referred to as 'compensation current').
Lt; / RTI > memory.
상기 읽기 블록은,
상기 보상 감지 전류를 상수의 배율만큼 증폭한 증폭 전류를 출력하는 전류 증폭부;를 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method according to any one of claims 1, 5 and 6,
The read block includes:
And a current amplification unit for outputting an amplification current obtained by amplifying the compensation sense current by a factor of a constant,
Lt; / RTI > memory.
상기 전류 증폭부는,
상기 보상 감지 전류가 드레인-소스 경로를 통하여 흐르도록 연결되는 제 1 MOS 트랜지스터;
상기 제 1 MOS 트랜지스터의 게이트에 그 게이트가 연결되고 드레인-소스 경로를 통하여 상기 증폭 전류가 흐르는 제 2 MOS 트랜지스터;
출력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터 및 상기 제 2 MOS 트랜지스터의 게이트가 연결되고 + 입력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터의 드레인이 연결되며 - 입력 단자에 정전압이 인가되는 증폭기;를 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method of claim 7,
Wherein the current amplifying part comprises:
A first MOS transistor connected such that the compensation sense current flows through a drain-source path;
A second MOS transistor whose gate is connected to the gate of the first MOS transistor and the amplified current flows through a drain-source path;
An output terminal connected to the gates of the first MOS transistor and the second MOS transistor, a + input terminal connected to a drain of the first MOS transistor, and an input terminal to which a constant voltage is applied;
Lt; / RTI > memory.
상기 정전압은,
상기 제 1 MOS 트랜지스터 및 상기 제 2 MOS 트랜지스터의 게이트-오버드라이브 전압보다 큰,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method of claim 8,
The constant-
And a gate-overdrive voltage of the first MOS transistor and the second MOS transistor,
Lt; / RTI > memory.
상기 상수는,
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)에 의해서 설정되거나,
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)와 비트 라인의 갯수(N)에 의해서 설정되는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method of claim 7,
The constant,
(M) of the word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs,
(M) of the word lines and the number (N) of bit lines in the crossbar array to which the selected cell belongs.
Lt; / RTI > memory.
상기 읽기 블록은,
기준 전류를 생성하는 기준 전류 생성부; 및
상기 주 감지 전류를 복사한 미러 전류를 출력하는 전류 미러부;를 더 포함하는
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method of claim 7,
The read block includes:
A reference current generator for generating a reference current; And
And a current mirror unit for outputting a mirror current to which the main sensing current is copied
Lt; / RTI > memory.
상기 전류 미러부는,
상기 주 감지 전류가 드레인-소스 경로를 통하여 흐르도록 연결되는 제 1 MOS 트랜지스터;
상기 제 1 MOS 트랜지스터의 게이트에 그 게이트가 연결되고 드레인-소스 경로를 통하여 상기 미러 전류가 흐르는 제 2 MOS 트랜지스터;
출력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터 및 상기 제 2 MOS 트랜지스터의 게이트가 연결되고 + 입력 단자에 상기 제 1 MOS 트랜지스터의 드레인이 연결되며 - 입력 단자에 정전압이 인가되는 증폭기;를 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method of claim 11,
The current mirror unit includes:
A first MOS transistor connected such that the main sense current flows through a drain-source path;
A second MOS transistor whose gate is connected to the gate of the first MOS transistor and the mirror current flows through a drain-source path;
An output terminal connected to the gates of the first MOS transistor and the second MOS transistor, a + input terminal connected to a drain of the first MOS transistor, and an input terminal to which a constant voltage is applied;
Lt; / RTI > memory.
상기 증폭 전류와 상기 기준 전류를 더한 합산 전류와 상기 미러 전류를 비교한 결과를 출력하는 센스 앰프;를 더 포함하는
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method of claim 11,
And a sense amplifier for outputting a result of comparing the sum current obtained by adding the amplified current and the reference current to the mirror current
Lt; / RTI > memory.
상기 센스 앰프는,
상보형 출력 노드에 전하를 프리차지하는 프리차지용 MOS 트랜지스터;
상기 상보형 출력 노드에 축적된 전하를 상기 미러 전류 및 상기 합산 전류로써 각각 디스차지하는 경로를 개폐하는 게이팅용 MOS 트랜지스터;
상기 상보형 출력 노드 사이의 전위차에 정궤환을 부여하는 정궤환용 MOS 트랜지스터;를 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.14. The method of claim 13,
The sense amplifier includes:
A precharging MOS transistor for precharging a charge to the complementary output node;
A gating MOS transistor for opening / closing a path for discharging charge accumulated in the complementary output node by the mirror current and the sum current, respectively;
And an inverting MOS transistor for giving a positive feedback to the potential difference between the complementary output nodes.
Lt; / RTI > memory.
상기 센스 앰프는,
상기 미러 전류 및 상기 합산 전류가 각각 드레인-소스 경로를 통해 흐르고 게이트에 읽기 인에이블 신호를 입력받는 제 1 NMOS 트랜지스터 및 제 2 NMOS 트랜지스터; 및
상기 제 1 NMOS 트랜지스터 및 상기 제 2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 그 소스가 각각 접속되는 제 3 NMOS 트랜지스터 및 제 4 NMOS 트랜지스터 ;를 포함하며,
상기 제 3 NMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 제 4 NMOS 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 상기 제 4 NMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 제 3 NMOS 트랜지스터의 드레인에 연결되는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.14. The method of claim 13,
The sense amplifier includes:
A first NMOS transistor and a second NMOS transistor having the mirror current and the sum current respectively flowing through a drain-source path and receiving a read enable signal at a gate thereof; And
And a third NMOS transistor and a fourth NMOS transistor, the sources of which are respectively connected to the drains of the first NMOS transistor and the second NMOS transistor,
Wherein a gate of the third NMOS transistor is coupled to a drain of the fourth NMOS transistor and a gate of the fourth NMOS transistor is coupled to a drain of the third NMOS transistor.
Lt; / RTI > memory.
상기 크로스바 저항메모리의 각 셀은 1-셀렉터와 1-저항의 구조인,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method according to any one of claims 1, 5 and 6,
Each cell of the crossbar resistance memory has a 1-selector and a 1-
Lt; / RTI > memory.
상기 선택된 셀의 워드 라인에는 읽기 전압이 인가되며,
상기 선택된 셀의 비트 라인에는 제 1 감지 전압이 인가되고, 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에는 제 2 감지 전압이 인가되며,
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 나머지 비트 라인과 나머지 워드 라인은 플로팅되는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.The method according to claim 5 or 6,
A read voltage is applied to the word line of the selected cell,
A first sense voltage is applied to a bit line of the selected cell and a second sense voltage is applied to a word line different from the word line of the selected cell,
The remaining bit lines and the remaining word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs are floated,
Lt; / RTI > memory.
상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동일하고 상기 읽기 전압은 상기 제 1 감지 전압 및 상기 제 2 감지 전압과는 다른 전압이어서 전위차를 가지는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리.18. The method of claim 17,
Wherein the first sense voltage and the second sense voltage are the same and the read voltage is different from the first sense voltage and the second sense voltage,
Lt; / RTI > memory.
저장된 데이터를 읽기 위하여 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)에 포함된 스닉 전류의 영향을 상쇄시킨 후 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 과정을 포함하되,
상기 상쇄는, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.In a crossbar resistor memory read method,
Determining the data stored in the selected cell after canceling the influence of the snick current included in the current sensed by the bit line of the selected cell (hereinafter, referred to as 'main sensing current') to read the stored data,
The offset is performed using a current sensed in a word line different from the word line of the selected cell (hereinafter, referred to as 'compensation sense current') among the array of word lines crossing the bit line of the selected cell A feature of the crossbar resistor reading method of memory.
상기 스닉전류는 상기 보상 감지 전류의 상수배로 간주하여 상기 스닉 전류의 영향을 상쇄하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법. The method of claim 19,
Wherein the snitch current is regarded as a constant multiple of the compensation sense current to cancel the influence of the snick current,
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
상기 스닉전류는 상기 보상 감지 전류에 정비례하는 것으로 간주하여 상기 스닉 전류의 영향을 상쇄하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.The method of claim 19,
Wherein the snitch current is regarded as being directly proportional to the compensation sense current,
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
저장된 데이터를 읽기 위하여 선택된 셀의 비트 라인에서 감지하는 전류(이하, '주 감지 전류'라 한다)와, 상기 선택된 셀의 비트 라인과 교차하는 워드 라인의 어레이 중 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에서 감지한 전류(이하, '보상 감지 전류'라 한다)를 이용하여, 상기 선택된 셀에 저장된 데이터를 결정하는 과정을 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.In a crossbar resistor memory read method,
(Hereinafter, referred to as a 'main sense current') sensed in a bit line of a selected cell to read stored data and a word line of the selected cell among the array of word lines crossing the bit line of the selected cell Determining data stored in the selected cell using a current sensed in a word line (hereinafter, referred to as 'compensation sensing current').
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
상기 결정은,
상기 주 감지 전류와 기준 전류를 비교하되,
상기 주 감지 전류에서, 상기 보상 감지 전류를 설정된 상수의 배율만큼 증폭한 증폭 전류만큼 상쇄하고 나서 비교하는 것으로써 수행되는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.23. The method of claim 22,
The determination,
Comparing the main sensing current with a reference current,
And compensating the compensated sensing current by the amplified current amplified by the magnification of the predetermined constant,
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
상기 상쇄는,
상기 증폭 전류를 상기 기준 전류에 더하는 것이거나,
상기 증폭 전류를 상기 주 감지 전류에 빼는 것인,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.24. The method of claim 23,
The offset,
Adding the amplified current to the reference current,
And subtracting the amplified current from the main sensing current.
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
상기 보상 감지 전류를 이용함에 있어서,
상기 보상 감지 전류를 설정된 상수의 배율 만큼 증폭시키는 과정을 포함하는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.The method of claim 19 or claim 22,
In using the compensation sense current,
And amplifying the compensation sense current by a predetermined constant multiplication factor.
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
상기 상수는,
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)에 의해서 설정되거나,
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 워드 라인의 갯수(M)와 비트 라인의 갯수(N)에 의해서 설정되는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.26. The method of claim 25,
The constant,
(M) of the word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs,
(M) of the word lines and the number (N) of bit lines in the crossbar array to which the selected cell belongs.
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
상기 선택된 셀의 워드 라인에는 읽기 전압이 인가되며,
상기 선택된 셀의 비트 라인에는 제 1 감지 전압이 인가되고, 상기 선택된 셀의 워드 라인과는 다른 워드 라인에는 제 2 감지 전압이 인가되며,
상기 선택된 셀이 속하는 크로스바 어레이에서 나머지 비트 라인과 나머지 워드 라인은 플로팅되는,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.The method of claim 19 or claim 22,
A read voltage is applied to the word line of the selected cell,
A first sense voltage is applied to a bit line of the selected cell and a second sense voltage is applied to a word line different from the word line of the selected cell,
The remaining bit lines and the remaining word lines in the crossbar array to which the selected cell belongs are floated,
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동일한,
것을 특징으로 하는 크로스바 저항메모리의 읽기 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the first sensing voltage and the second sensing voltage are the same,
Wherein the crossbar resistance memory is read from the memory.
Priority Applications (1)
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