KR20030045639A

KR20030045639A - 메모리 장치 및 메모리 장치 내 기록 전류 발생 방법

Info

Publication number: KR20030045639A
Application number: KR1020020076163A
Authority: KR
Inventors: 트란룽티; 바타차리야마노즈케이
Original assignee: 휴렛-팩커드 컴퍼니(델라웨어주법인)
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2003-06-11
Also published as: US6577549B1; US20030103402A1; US6608790B2; CN100490004C; EP1316962A3; TW200300944A; CN1423280A; JP2003173672A; EP1316962A2; US20030103401A1

Abstract

본 발명은 메모리 장치(50)에 관한 것으로, 메모리 장치는 기판, 기판 위에 배치되는 메모리 셀의 어레이, 메모리 셀(130)에 결합되는 행 도전체(row conductor)(110) 및 메모리 셀(130)에 결합되는 열 도전체(column conductor)(120)를 구비하는 메모리 어레이(110)를 구비한다. 또한, 메모리 장치(50)는 메모리 어레이(100) 내 온도 변화에 따라 가변 기록 전류(variable write currents)를 발생시키는 전류 전원(700. 800)을 구비하고 있다. 가변 기록 전류는 어레이의 온도가 변화함에 따라 메모리 셀(130)의 포화 보자력(coercivities)의 변화를 수용하도록 발생된다. 전류 전원(700, 800)은 전류 센서에 곧바로 연속적인 출력을 제공하여 기록 전류의 정밀한 수용을 보장하는 온도 센서(750, 850)를 구비할 수 있다. 전류 전원을 캘리브레이션(calibration)하기 위하여 메모리 장치(50)의 작동을 정지시킬 필요가 없다. 또한 출력을 발생시키기 위해 온도 센서에 의해 사용되는 온도가 기록 전류의 발생과 동시에 측정되므로 전류 전원(700, 800)은 기록 전류를 정밀하게 조절할 수 있다.

Description

메모리 장치 및 메모리 장치 내 기록 전류 발생 방법{WRITE CURRENT COMPENSATION FOR TEMPERATURE VARIATIONS IN MEMORY ARRAYS}

본 발명은 교차점 메모리 장치(cross point memory device)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 메모리 어레이 내 온도 변화의 결과로서 일어나는 포화 보자력(coercivity)의 변화를 보상하기 위해 기록 전류(write currents)를 변화시키는 기록 회로(write circuitries)를 갖는 메모리 장치에 관한 것이다.

비휘발성 메모리 중 제안된 한 가지 유형으로는 자기 램(MRAM:Magnetic Random Acess Memory)이 있다. MRAM 장치로부터 데이타를 액세스하는 것이 하드 드라이브(hard drives)와 같은 종래의 장기 저장 장치(long term storage devices)에서 데이타를 액세스하는 것보다 훨씬 빠르다. 도 1은 행 도전체(row conductors)(14)와 열 도전체(column conductors)(16)의 교차점에 위치한 저항성 메모리 셀(resistive memory cell)(12)을 가진 종래의 MRAM 메모리 어레이(10)를 도시하고 있다. 각 메모리 셀(12)은 "1"과 "0"의 이진 상태를 저장할 수 있다.

도 2는 종래의 MRAM 메모리 셀(12)을 도시하고 있다. 위 메모리 셀(12)은 핀 층(pinned layer)(24)과 자유층(free layer)(18)을 구비하고 있다. 화살표(26)로 나타낸 바와 같이, 핀 층(24)은 설정된 자화(magnetization) 방향을 가지고 있다. 양방향 화살표(28)로 나타낸 바와 같이, 자유층(18)의 자화는 자유층(18)의 "용이한 축(easy axis)"을 따라 두 방향 중 어느 쪽으로도 향할 수 있다. 자유층(18)과 핀층(24)의 자화가 같은 방향이면 메모리 셀(12)의 방향(orientation)은 "평행(parallel)"이다. 자화가 반대 방향이면 메모리 셀(12)의 방향은 "반평행(anti-parallel)"이다. 이 두 방향은 "1"과 "0"의 이진 상태에 각각 대응한다. 자유층(18)과 핀층(24)은 절연 터널 장벽층(insulating tunnel barrier layer)(20)에 의해 분리되어 있다. 절연 터널 장벽층(20)은 자유층(18)과 핀층(24) 사이에 양자역학적 터널링(quantum mechanical tunneling)이 일어나도록 하게 한다. 터널링은 전자의 스핀에 의존적(electron spin dependent)이어서, 메모리 셀(12)의 저항을 자유층(18)과 핀층(24)의 자화의 상대적인 방향에 대한 함수로 만든다.

메모리 어레이(10) 내 각 메모리 셀(12)은 기록 동작에 의해 변화되는 각자의 이진 상태를 가질 수 있다. 선택된 메모리 셀(12)에서 교차하는 행 도전체(14) 및 열 도전체(16)에 공급되는 기록 전류(I_x, I_y)는 자유층(18)의 자화를 핀층(24)과의 평행 및 반평행 사이에서 스위칭(switching)한다. 열 도전체(16)를 통과하는 전류(I_y)는 자계(H_x)의 근원이 되며, 행 도전체(14)를 통과하는 전류(I_x)는 자계(H_y)의 근원이 된다. 자계(H_x,H_y)는 결합하여 메모리 셀(12)의 자계 방향을 평행으로부터 반평행으로 스위칭한다. 전류(-I_y)가 전류(I_x)와 함께 인가되어 메모리 셀(12)을 다시 평행으로 스위칭할 수 있다.

메모리 셀(12)의 상태를 평행에서 반평행 또는 그 역으로 스위칭하기 위하여, +/-H_x,H_y에 의해 발생되는 결합 자계는 메모리 셀(12)의 임계 스위칭 자계(critical switching field)(H_c)보다 크다. H_x와H_y가 너무 작으면 이들은 선택된 메모리 셀(12)의 방향을 스위칭하지 못할 것이므로, 전류(I_x, I_y)의 크기는 신중하게 선택되어야 한다. H_x와H_y가 너무 크면 선택된 메모리 셀(12)의 행 도전체(14)나 열 도전체(16) 상의 메모리 셀(12)은 홀로 작용하는 H_x나H_y중 하나만의 작용에 의해 스위칭이 가능하다.선택되지 않은 이들 메모리 셀(12)은 "반선택된(half-selected)" 메모리 셀이라 칭한다.

종래의 MRAM 어레이의 경우, 어레이의 작동 및 주위 온도의 변화가 어레이의 온도 변화를 일으켜, 이는 메모리 셀의 포화 보자력을 변하게 하는 문제점을 발생시켰다. 메모리 셀의 포화 보자력의 변화는 셀의 상태를 스위칭하는 데 필요한 H_x와H_y를 변화시키는 임계 스위칭 자계(H_C)를 변화시킨다. 이러한 상황으로 인해, 반선택된 메모리 셀의 모든 행 또는 열이 기록 전류(I_x또는 I_y) 중 하나만의 작용에기해 프로그래밍될 가능성, 또는 기록 전류(I_x및 I_y)가 선택된 메모리 셀을 스위칭하기에 부족할 가능성이 증가한다.

따라서, 메모리 어레이 내 포화 보자력의 변화를 정밀하게 보상할 수 있는 메모리 장치의 필요성이 존재한다. 또한, 포화 보자력의 변화를 그리 복잡하지 않게 보상할 수 있는 필요성도 존재한다.

본 발명의 첫 번째 측면에 따르면, 메모리 장치는 기판, 기판 위에 배치되는 메모리 셀의 어레이, 메모리 셀에 결합되는 다수의 행 도전체(row conductor) 및 메모리 셀에 결합되는 다수의 열 도전체(column conductor)를 갖는 메모리 어레이를 구비하고 있다. 또한, 메모리 장치는 메모리 어레이 내 온도 변화에 따라 가변 기록 전류(variable write currents)를 발생시키는 전류 전원을 구비하고 있다. 가변 기록 전류는 어레이의 온도가 변화함에 따라 메모리 셀의 포화 보자력의 변화를 수용하도록 발생된다. 전류 전원은 전류 센서에 즉각적인 연속 출력을 제공하여 전류 전원에 의해 발생되는 기록 전류의 정밀한 수용을 보장하는 온도 센서를 구비하고 있다.

본 발명의 첫 번째 측면에 따라, 전류 전원은 온도 센서의 출력에 따라 어레이 내 온도 변화를 자동적으로 보상할 수 있다. 전류 전원을 캘리브레이션하기 위하여 메모리 장치의 작동을 정지시킬 필요가 없다. 또한 본 발명의 첫 번째 측면에 따르면, 출력을 발생시키기 위해 온도 센서에 의해 사용되는 온도를 기록 전류의 발생과 동시에 측정하는 것이 가능하므로 전류 전원은 기록 전류에 대한 정밀한 조절을 제공한다.

또한 본 발명의 첫 번째 측면에 따라, 기록 전류의 수용이 온도 센서로부터의 아날로그 입력에 의해 수행될 수 있다. 기록 전류를 조절하기 위한 디지탈 처리가 필요없으므로 메모리 장치의 복잡성을 줄여준다.

본 발명의 두 번째 측면에 따르면, 메모리 장치 내 기록 전류를 발생시키는 방법은 제 1 전압을 온도 센서에 인가하는 단계, 다수의 도전체 중 어느 하나로 기록 전류를 흐르게 하는 단계, 전류 전원에서 온도 센서로부터의 출력을 수신하는 단계 및 온도 센서로부터의 출력에 따라 기록 전류를 수용하는 단계를 구비하고 있다.

본 발명의 두 번째 측면에 따르면, 장치의 작동을 정지시키지 않고 발생된 기록 전류를 조절할 수 있다. 출력을 발생시키기 위해 온도 센서에 의해 사용되는 온도가 기록 전류의 발생과 동시에 측정하는 것이 가능하므로 기록 전류는 메모리 어레이 내 메모리 셀을 스위칭하는 데에 적합하다. 또한, 기록 전류는 아날로그 동작을 이용하여 발생될 수 있는데, 이는 기록 프로세스의 복잡성을 줄여준다.

그 밖의 다른 특징과 장점은 첨부한 도면과 관련한 이하의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1은 종래의 메모리 어레이를 도시한 도면,

도 2는 종래의 메모리 셀의 이진 상태를 도시한 도면,

도 3은 메모리 장치의 일 실시예에 대한 개략도,

도 4는 포화 보자력 또는 임계 스위칭 전류 대 메모리 셀의 온도 간 관계를 나타낸 그래프,

도 5는 메모리 셀의 스위칭 커브를 나타낸 도면,

도 6은 온도 변화에 대한 기록 전류의 보상을 설명하는 공정도,

도 7은 제 1 실시예에 따른 전류 전원의 개략도,

도 8은 제 2 실시예에 따른 전류 전원의 개략도,

도 9는 도 3에 도시된 메모리 어레이에 대한 기록 동작을 설명하는 단순화시킨 개략도,

도 10은 도 3에 도시된 메모리 어레이에 대한 또 다른 기록 동작을 설명하는 단순화시킨 개략도,

도 11은 기록 전류를 발생시키는 방법을 설명하는 흐름도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

50 : 메모리 장치100 : 메모리 어레이

110 : 행 도전체120 : 열 도전체

130 : 메모리 셀750,850 : 온도 센서

764, 864 : 트랜지스터774, 874 : 전류 미러

가변 기록 전류를 제공하여 메모리 장치 내의 온도 변화를 발생할 수 있는 메모리 장치에 대해 바람직한 실시예 및 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 메모리 장치(50)의 개략도이다. 메모리 장치(50)는 제어 장치(52), 열 디코더(column decoder)(54), 행 디코더(row decoder)(56), 메모리 어레이(100), 기록 선택 스위치의 뱅크(bank)(200), 판독/기록 선택 스위치의 뱅크(300), 기록/판독 선택 스위치의 뱅크(400), 기록 종료 선택 스위치의 뱅크(500), 센스 증폭기(600) 및 전류 전원(700)을 구비하고 있다. 메모리 장치(50)는 세 개의 동일한 전류 전원(700)을 가지고 있는 것으로 도시되어 있으나, 전류 전원에 대한 다른 실시예가 메모리 장치(50) 내 하나 이상의 위치에서 이용될 수 있다. 전류 전원의 실시예에 대해서는 도 7 내지 도 10과 관련하여 상세히 설명되어 있다.

제어 장치(52)는 메모리 장치(50)의 판독 및 기록 동작을 제어한다. 제어 장치(52)는 행 디코더(56)에 결합되어, 판독/기록(R/W) 데이타 및 어드레스 데이타를 포함하여 커맨드를 행 디코더(56)에 전송한다. 행 디코더(56)는 스위치 뱅크(400, 500) 내 스위치의 게이트에 결합되며, 제어 장치(52)의 지시에 따라 스위치를 개방하여 닫는다. 이와 마찬가지로, 제어 장치(52)는 열 디코더(54)에 결합되며, 위 열 디코더는 스위치 뱅크(200, 300) 내 스위치 게이트에 결합된다. 메모리 장치(50)의 스위치는 트랜지스터로 도시되어 있다. 그러나, 예를 들어 FET 또는 MOSFET 스위치와 같은 스위치 및 기타 다른 스위치도 사용될 수 있다.

메모리 어레이(100)는 메모리 장치(50)를 위해 데이타를 저장한다. 메모리 어레이(100)에는, 행 도전체(110)가 수평방향으로 연장되어 있으며 열 도전체(120)가 수직 방향으로 연장되어 있다. 행 도전체(110)는 메모리 셀(130)에서 열 도전체(120)와 교차한다. 각 메모리 셀(130)은 1 또는 0의 이진 상태를 저장할 수 있다. 도 3에는, 설명을 위해 24개의 메모리 셀에서 교차하는 행 도전체(110) 3행과 열 도전체(120) 8열이 도시되어 있다. 실제로, 예컨대 (1024×1024) 메모리 셀의 어레이 및 이보다 더 큰 메모리 셀이 사용될 수 있다.

기록 선택 스위치의 뱅크(200)는 스위치(214)를 통해 열 도전체(120)를 전류 전원(700)으로부터의 열 기록 전류(I_y) 또는 그라운드(ground)에 선택적으로 결합시킨다. 뱅크(200)에 결합되는 전류 전원(700)은 열 기록 전류 전원으로 기능한다. 스위치(212)는 열 기록 전류 전원(700)을 기록 선택 스위치의 뱅크(200)에 선택적으로 결합한다. 판독/기록 선택 스위치의 뱅크(300)는 스위치(314)를 통해 열 도전체(120)를 전류 전원(700)으로부터의 열 기록 전류(I_y) 또는 그라운드에 선택적으로 결합시킨다. 또한, 뱅크(300)는 열 도전체(120)를 센스 증폭기(600)에 선택적으로 결합한다. 뱅크(300)에 결합되는 전류 전원(700)은 열 기록 전류 전원으로 기능한다. 판독/기록 선택 스위치의 뱅크(400)는 행 도전체(110)를 스위치(414)를 통해 판독 전압(V_r)에, 그리고 스위치(412)를 통해 행 기록 전류(I_x)에 선택적으로 결합시킨다. 기록 종료 선택 스위치의 뱅크(500)는 행 도전체(110)를 그라운드에 선택적으로 결합시킨다. 뱅크(400)에 결합되는 전류 전원(700)은 행 기록 전류 전원으로서 기능한다.

1 상태 또는 반평행 상태를 메모리 어레이(100) 내 메모리 셀(130)에 기록하기 위하여, 선택된 메모리 셀(130)이 위치하는 열의 열 도전체(120)에 열 기록 전류(I_y)가 뱅크(200)에 결합되는 전류 전원(700)으로부터 공급된다. 열 기록 전류(I_x)가 선택된 메모리 셀(130)이 위치하는 행의 행 도전체(110)에 동시에 공급된다. 기록 전류(I_x, I_y)에 의해 발생되는 자계(H_x,H_y)가 결합하여 메모리 셀(130)의 이진 상태를 0에서 1로 변화시킨다. 메모리 셀(130)에 0 상태를 기록하기 위해서, 행 기록 전류(I_x)가 전술한 바와 같이 인가되며, 열 기록 전류(I_y)가 뱅크(300)에 결합되는 전류 전원(700)으로부터 인가된다. 뱅크(300)에 결합되는 전류 전원(700)으로부터의 기록 전류(I_y)는 "-I_y"로 간주될 수 있으며, 뱅크(200)에 결합되는 전류 전원(700)으로부터의 기록 전류(I_y)는 "+I_y"로 간주될 수 있다.

메모리 장치(50)가 작동하는 동안, 기록 전류(I_x, I_y)는 메모리 어레이(100) 내에서 열을 발생시킨다. 또한, 메모리 장치(50) 내 지원 회로(support circuitries)가 열을 발생시킨다. 변화하는 주위 온도와 함께 이러한 요인들이 메모리 장치(50)의 온도를 변화시킨다. 변화하는 온도는 포화 보자력을 일으키며, 따라서 장치(50)가 작동하는 동안 메모리 셀(130)의 임계 스위칭 자계(H_C)가 변하도록 만든다. 도 3에 도시된 메모리 장치(50)에서, 전류 전원(700)은 포화 보자력의변화를 보상하도록 변하는 가변 기록 전류(I_x, I_y)를 발생시킨다. 전류 전원(700)은 온도 센서를 구비할 수도 있으며, 온도 센서에 연결될 수도 있다. 온도 센서는 메모리 어레이(100)의 온도를 감지하고 전류 전원(700)으로 출력을 제공할 수 있다. 온도 센서의 출력은 I_x와 I_y를 수용하여 메모리 셀(130) 내 포화 보자력을 보상한다. 포화 보자력 및 온도 간 관계는 도 4와 관련하여 이하에서 설명하기로 한다.

도 4는 포화 보자력 또는 임계 스위칭 자계(H_C) 대 메모리 셀(130)의 온도 간 관계를 도시하고 있다. 반평행에서 평행으로 메모리 셀(130)을 스위칭하는 임계 스위칭 자계(H_C)는 온도 증가에 따라 감소한다. 메모리 셀(130)을 평행에서 반평행으로 스위칭하는 임계 스위칭 자계(H_C)는 온도 증가에 따라 증가한다. 위 두 가지 경우에 있어, H_C의 크기는 온도 증가에 따라 감소한다. 도 4에 도시된 데이타는 이진 상태 간 스위칭 대칭성에 대하여 설명하는 시뮬레이션 데이타이다. 기록 전류(I_x, I_y)가 메모리 어레이(100) 내 선택된 메모리 셀(130)에 인가될 때와 같이, 메모리 장치(50)가 작동하는 동안, 메모리 어레이(100)의 온도는 변할 것이다. 따라서, 메모리 어레이(100) 내 온도 변화는 요구되는 기록 전류(I_x, I_y)를 변화시킨다.

도 5는 메모리 셀의 저항과 메모리 셀을 프로그래밍하는 데에 사용되는 기록 전류 간 관계를 보여주는 메모리 셀 스위칭 커브를 도시한 것이다. 실선은 1과 0상태가 메모리 셀에 기록될 때 실온에서의 메모리 셀의 상대적인 저항 값을 나타내고 있다. 점선은 상승된 온도에서의 메모리 셀의 상대적인 저항 값을 나타내고 있다.

도 6은 온도 변화에 대한 기록 전류(I)의 보상에 대해 설명하는 프로세스 다이어그램이다. 기록 전류(I)는 I_x또는 I_y를 나타낼 수 있다. 구성 요소 (10)으로 나타낸 온도 센서는 입력을 제공하여 보상된 전류(12)를 발생시키는데, 이 전류는 덧셈 장치(16)에서 명목상의 기록 전류(nominal write current)(14)와 합산된 값이다.

도 7은 온도 센서(750)를 구비하고 있는 전류 전원(700)의 일 실시예에 대한 개략도이다. 전류 전원(700)은 도 3에 도시된 전류 전원(700) 중 임의의 것에 대응될 수 있다. 전류 전원(700)은 온도 센서(750)로부터의 출력을 이용하며, 온도 센서(750)의 출력에 대한 응답으로 가변 전류(I)를 제공한다. 도 7에서, 온도 센서(750)로부터의 출력은 온도 센서(750) 양단 간 전압(V)이다. 가변 전류(I)는 온도 센서(750)에 의해 검출되는 어레이(100) 내 온도 변화에 기인하여 발생하는 메모리 셀(130) 내 포화 보자력의 변화를 보상하도록 변한다. 가변 전류(I)는 전류 전원(700)이 행 도전체에 결합되는지 아니면 열 도전체에 결합되는지에 따라 행 기록 전류(I_x)나 열 기록 전류(I_y)일 수 있다. 전류 전원(700)은 행 도전체(110)나 열 도전체(120)에 대응될 수 있는 도전체에 결합되어 있는 것으로서 도시되어 있다. 저항(R₁)은 선택된 행 또는 열 도전체(110, 120)의 저항을 나타낸다.

전류 전원(700)은 또한 설정된 명목상의 전류 회로(760) 및 출력 전류 회로(770)를 구비하고 있다. 설정된 명목상의 전류 회로(760)는 바이어스 전압(V_BIAS)을 제공하는 프로그램 가능 DAC(Digital-to-Analog Converter)(762)를 구비하고 있다. 바이어스 전압(V_BIAS)은 저항(R₂)을 통해 트랜지스터(764)의 에미터(emitter)에 결합되어 있다. 온도 센서(750)는 온도가 변함에 따라 저항이 변화하는 n개의 능동 소자(752)를 구비하고 있다. 온도 센서(750)의 양단 간 전압(V)이 트랜지스터(764)의 베이스(base)에 결합되어 있다. 능동 소자(752)의 수(n)는 트랜지스터(764)에서의 전압이 작동하여 메모리 셀(130)의 포화 보자력의 변화를 보상하도록 선택된다. 출력 전류 회로(770)는 트랜지스터(764)의 컬렉터로 흐르는 전류(I_REF)를 반영하여 기록 전류(I)를 발생시키는 전류 미러(current mirror)(774)를 구비하고 있다.

전류 전원(700)은 다음과 같은 방식으로 작동한다. 전압(V_DD)이 온도 센서(750) 및 출력 전류 회로(770)에 인가된다. DAC(762)로부터의 바이어스 전압(V_BIAS)은 명목상의 작동 온도에서 명목 상의 작동 전류(I_REF)를 설정한다. 예를 들어, 선택된 메모리 셀(130)에 기록하기 위하여 기록 전류(I)가 발생되어야 하면 낮은 바이어스 전압(V_BIAS)이 DAC에 의해 발생된다. 전류 전원(700)이 기록 전류(I)를 발생하는 데 사용되고 있지 않으면 V_BIAS는 이네이블 제어 라인(enable control line)(740)에 의해 높은 값으로 설정될 수 있다. DAC(762)는 제어 장치(52)(도 3참조)에 결합될 수 있고, 선택된 메모리 셀(130)에 기록될 때 제어 장치(52)로부터 커맨드를 수신할 수 있다. DAC(762)는 V_BIAS를 변화시켜 메모리 어레이(100) 내 온도 변화를 보상하도록 프로그래밍할 필요가 없다. 대신에, V_BIAS는 메모리 어레이가 사전 결정된 명목상의 온도에 있을 때 선택된 메모리 셀(130)을 프로그래밍하기 위해 적절한 값으로 선택된 I_REF에 대한 명목값을 발생시키도록 설정될 수 있다. 트랜지스터(764)의 베이스에서 감지된 온도 센서(750) 양단 간 출력 전압(V)이 메모리 어레이(100)의 현재의 온도에 따라 명목상의 I_REF을 수용한다. 그리고 나서 전류(I_REF)가 전류 미러(774)에서 반영되고, 기록 전류(I)로서 도전체 (110 또는 120)에 인가된다. 전류(I_REF)를 적절히 수용하기 위하여, 메모리 어레이(100)의 온도가 변함에 따라 온도 센서(750) 양단 간 전압(V)이 메모리 셀(130)의 포화 보자력의 변화에 따라서 변화한다.

위 실시예에서, 트랜지스터(764)는 전류(I_REF)를 수용하는 제어 요소(control element)로서 작동한다. 트랜지스터(764)는 I_REF를 수용하는 데에 사용되는 베이스-에미터 전압(즉, V_BE"ON")을 갖는 3단자 장치로 도시되어 있다. 그러나, 다른 제어 요소가 사용될 수도 있다.

위 실시예에 따라, 기록 전류(I)는 전압(V)의 영향에 의해 메모리 어레이(100) 내 온도 변화를 자동적으로 보상된다. 따라서, 기록 전류 전원(I)의캘리브레이션을 위해 메모리 장치(50)의 작동을 정지시킬 필요가 없다. 또한, 기록 전류(I)를 조절하는 데에 이용되는 어레이(100)의 현재의 온도는 메모리 셀(130)의 현재의 온도이다.

온도 센서(750)를 위한 능동 소자(active devices)(752)-위 능동 소자(752)는 일정의 알려진 특성을 가지고 있음-의 수(n)를 적절히 선택함으로써 온도 센서(750) 양단 간 전압(V)이 메모리 셀(130)의 포화 보자력의 변화에 따라 변하도록 구성될 수 있다. 능동 소자(752)의 수(n)의 선택에 대해서는 이하에서 설명된다.

도 7에서, 능동 소자(752)는 다이오드로 도시되어 있다. 다이오드 양단 간 전압(V_BE)은 식(1)에 따라 변하는 것으로 알려져 있다.

(1)

여기서, V_BE는 다이오드 양단 간 전압이며(V_BE"ON"), k₁은 다이오드의 특성에 의존하는 상수이다.

일 실시예에서, 실리콘 V_BE다이오드의 경우에 k₁=-2이다. 예컨대, 저항 R₂는 박막 저항일 수 있다. 박막 저항은 식(2)에 따라 변하는 것으로 알려져 있다.

(2)

여기서, k₂는 박막 저항을 제조하는 데에 사용되는 재료 및 프로세스에 의존하는 상수이다.

일 실시예에서, 박막 저항 R₂에 대해서, k₂=1500이다. 도 7로부터, n개의 다이오드에서의 전압 강하(V)는,

(3)

이다.

전류(I_REF)는 전류 미러에 의해 발생되는 전류(I)와 실질적으로 동일하다.

(4)

따라서, 전류(I_REF)는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(5)

여기서, V_BIAS는 DAC(762)에 의해 공급되는 바이어스 전압이다.

따라서, 온도(T)에 따른 전류(I)의 변화는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(6)

어레이(100)의 온도(T)에 따른 전류(I)의 변화율은 온도(T)에 따른 메모리 셀(130)의 포화 보자력, 즉 H_C의 변화율에 대한 실험적인 측정에 의해 결정될 수 있다. 도 4는 어레이(100)에 대한값을 계산하는 데에 사용될 수 있는 포화 보자력 대 온도 간 데이타에 관한 일 예이다.

포화 보자력의 변화율이 결정되면 원하는 기록 전류의 변화율값이 계산될 수 있다. 원하는 기록 전류(I)의 변화 및 메모리 셀(130)의 포화 보자력의 변화 간 캘리브레이션 인자(calibration factor)도 실험적인 데이타에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 능동 소자의 수(n)는 식(6)을 이용하여 해결될 수 있다.

적절한 수(n)의 온도 센서(750) 내 능동 소자(752)를 이용함으로써, 온도 센서(750)는 설정된 명목상의 전류 회로(760)에 적절한 출력 전압(V)를 제공한다. 따라서, 설정된 명목상의 전류 회로(760)는 기록 전류(I)가 메모리 어레이(100) 내 온도 변화에 의한 포화 보자력의 변화를 즉시 보상하도록 수용되는 것을 보장할 수 있다.

온도 센서(750)는 메모리 셀(130)의 온도가 검출될 수 있는 메모리 장치(50) 내 어느 곳이라도 위치할 수 있다. 온도 센서(750)는 메모리 어레이(100) 아래에 위치하는 것이 유리할 수도 있다. 예를 들어, 메모리 장치(50)는 반도전체 기판(도시 안 함)을 포함할 수 있으며, 그 기판 양단의 온도가 비교적 균일하다면 온도 센서(750)는 메모리 셀(130) 근처에 있는 기판 위나, 또는 다른 위치에 배치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 각 전류 전원(700)은 별도의 온도 센서(750)를 구비할 수 있으며, 또는 공통의 온도 센서(750)가 두 개 또는 그 이상의 전류 전원(700)에 결합될 수도 있다. 어레이(100)의 온도는 어레이(100) 전체에 걸쳐 비교적 균일할 수 있으며, 온도 센서(750)는 전류 전원(700)의 필수 부분이다. 따라서, 온도 센서를 메모리 셀(130) 가까이에 둘 필요가 없다.

위에서의 설명은 도 4에 도시한 바와 같이, 메모리 셀(130)에 대한 포화 보자력 대 온도 함수가 수평선에 대하여 대칭적임을 가정하고 있다. 평행에서 반평행으로 및 반평행에서 평행으로의 스위칭 함수가 온도 변화에 대하여 비대칭이라면전류 전원(700)은 선택된 메모리 셀(130)에 기록될 상태에 의존하며 변하는 바이어스 전압(V_BIAS)을 이용할 수 있다.

도 7에서, 능동 소자(752)는 V_BE다이오드로서 도시되어 있다. 다이오드는 트랜스듀서로 기능하여 어레이(100)의 온도를 전류 전원(700)에 의한 이용을 위한 출력으로 스위칭한다. 다이오드 외에도, 변화하는 온도에 따라 저항값이 변하는 다른 능동 소자도 트랜스듀서로서 사용될 수 있다. 이와는 다른 트랜스듀서의 예로는 서미스터(thermistors), 제너 다이오드(zener diodes) 및 박막 저항이 있다. 이들 장치는 혼자 또는 다른 온도 감지 트랜스듀서와 함께 사용되어 전류 전원(700)에 출력을 제공할 수 있다.

도 8은 온도 센서(850)를 갖는 또 다른 전류 전원(800)을 도시하고 있다. 전류 전원(800)은 도 3에 도시된 임의의 전류 전원(700)대신 사용될 수 있다. 전류 전원(800)은 온도 센서(850)로부터의 출력을 이용하여 온도 센서(850)로부터의 출력에 대한 응답으로 가변 전류(I)를 제공한다. 도 8에서, 온도 센서로부터의 출력은 온도 센서(850) 양단 간의 전압(V)이다. 가변 전류(I)는 행 기록 전류(I_x) 또는 열 기록 전류(I_y)일 수 있다.

전류 전원(800)에는 설정된 명목상의 전류 회로(860) 및 출력 전류 회로(870)가 포함된다. 설정된 명목상의 전류 회로(860)에는 바이어스 전압(V_BIAS)을 제공하는 프로그램 가능 DAC(862)가 포함된다. 바이어스 전압(V_BIAS)은 저항(R₂)을 통해 트랜지스터(864)의 컬렉터에 결합된다. 온도 센서(850)는 어레이 온도가 변함에 따라 저항값이 변하는 n개의 능동 소자(852)를 구비하고 있다. 갯수(n)의 선택은 이하에서 상세하게 설명된다. 온도 센서(850) 양단 간 전압(V)은 트랜지스터 제어 요소(764)의 베이스에 결합되어 있고, 변화하는 온도에 따라 I_REF를 수용하도록 작동한다. 출력 전류 회로(870)는 트랜지스터(864)의 에미터로부터 흐르는 전류(I)를 반영하는 전류 미러(874)를 구비하고 있다.

전류 전원(800)는 다음과 같은 방법으로 작동한다. 전압(V_DD)이 온도 센서(850)에 인가된다. 전압(V_A)이 도전체(110, 120)에 인가되는데, V_A는 전류 전원(800)이 메모리 장치(50)에서 어떻게 사용되는지에 따라, V_DD또는 V_DD/2일 수 있다.

DAC(862)로부터의 바이어스 전압(V_BIAS)은 전압(V_DD)이 기록 전류(I)를 발생시키는 데에 사용될 것인지를 판정한다. 만일 전류 전원(800)이 기록 전류(I)를 발생시키는 데에 사용되고 있지 않다면 바이어스 전압(V_BIAS)은 이네이블 제어 라인(840)에 의해 높은 값으로 설정될 수 있다. DAC(862)는 제어 장치(52)(도 3 참조)에 결합될 수 있으며, 선택된 메모리 셀(130)에 기록될 때 제어 장치(52)로부터 커맨드를 수신할 수 있다. DAC(862)는 V_BIAS를 변하게 하도록 메모리 어레이(100) 내 온도 변화를 보상하기 위해 프로그래밍될 필요가 없다. 대신에, V_BIAS는 전류(I_REF)에 대한 명목값을 발생시키도록 설정될 수 있다. 트랜지스터(864)의 베이스에서 감지된 온도 센서(850) 양단 간 출력 전압(V)은 메모리 어레이(100)의 현재의 온도에 따라 I_REF를 수용한다. 그리고 나서, 전류(I_REF)는 전류 미러(874)에서 반영된다.

위 실시예에서, 트랜지스터(864)는 전류(I_REF)를 수용하여 온도 변화를 보상하는 제어 요소로서 기능한다. 트랜지스터(864)는 I_REF를 수용하는 데에 사용되는 베이스-에미터의 전압 V_BE(즉, V_BE"ON")을 가진 3 단자 장치로서 도시되어 있다. 그러나, 다른 제어 요소도 사용될 수 있다.

능동 소자(852)의 수(n)는 다음과 같은 방식으로 선택될 수 있다.

도 8로부터:

(7)

I는 다음 식에 의해 계산될 수 있다.

(8)

따라서:

(9)

온도에 따른 전류의 변화는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(10)

∂I/∂T는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다.

(11)

위 식들로부터, 능동 소자(852)의 수(n)는 실험적인 데이타 및 능동 소자(852)와 저항(R₂)에 대해 알려진 특성을 이용하여 계산될 수 있다.

도 9는 도 3에 도시된 메모리 장치(50) 내 메모리 어레이(100)에 대한 기록 동작을 설명하는 단순화시킨 개략도이다. 전류 전원(700, 800) 중 어느 쪽이라도 도 9에 도시된 기록 장치에 이용될 수 있다. 도 9에서, 어레이 내 왼쪽 메모리 셀(130)은 이진 상태 "1"로 프로그래밍되고 있으며, 오른쪽 메모리 셀(130)은 이진 상태 "0"으로 프로그래밍되고 있다. 스위치 뱅크(200, 300, 400, 500) 및 도 3의 다른 구성요소는 도 9에 도시되어 있지 않다.

기록 전류 전원(700)이 어레이(100)를 프로그래밍하는 데에 사용되면, 그라운드 전위(ground potential)에 있는 전압(V_A)이 이용될 수 있다. 기록 전류 전원(800)이 어레이(100)를 프로그래밍하는 데에 사용되면, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 전압(V_DD)이 도전체(110, 120)에 인가될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전압(V_DD)이 전류 전원(800)의 위치와 반대편인 어레이(100)의 쪽에 있는 행 또는 열 도전체(110, 120)에 인가될 수 있다.

도 10은 메모리 어레이(100)를 위한 또 다른 기록 동작을 설명하는 단순화시킨 개략도이다. 도 10에서, 전류 전원(700, 800) 중 어느 쪽이라도 행 기록 전류(I_x)를 발생시키는 데에 이용될 수 있다. 전류 전원(700)은 열기록 전류(I_y)를발생시켜 이진 상태 1을 기록하는 데에 이용될 수 있으며, 전류 전원(800)은 이진 상태 0을 기록하는 데에 이용될 수 있다. 전류 전원(700, 800)의 열 도전체(120)로의 선택적인 연결은 스위치(140)에 의해 이루어질 수 있다.

도 10에 도시된 개략적인 도면에서, 스위치(140)에 연결되는 전류 전원(700, 800)은 공통의 온도 센서와의 연결을 유리하게 공유할 수 있다. 이러한 특성이 전원(700, 800)을 어레이(100) 내 도전체에 결합시키는 스위치의 수를 감소시킨다.

도 11은 메모리 장치(50)의 선택된 메모리 셀(130)을 프로그래밍하기 위한 기록 전류(I)를 발생시키는 방법을 도시한 흐름도이다. 본 방법은 도 7에 도시된 전류 전원(700)과 관련하여 설명된다. 그러나, 위 방법은 도 8에 도시된 전류 전원(800)을 사용하여 기록 전류(I)를 발생시키는 데에도 적절하다. 기록 전류(I)는 기록 전류(I_x, I_y)로서 이용될 수 있다.

단계(S10)에서 전압이 온도 센서(750)에 인가되며, 단계(S12)에서 전압이 전류 전원(700)에 인가된다. 온도 센서(750) 및 전류 전원(700)이 도 7에 도시된 공통의 전압(V_D)에 연결되면 전압의 인가가 동시에 이루어질 수 있다. 도 7에 도시된 일 실시예에서는, 전압(V_DD)이 온도 센서(750) 및 출력 전류 회로(770)에 인가된다. 온도 센서(750) 및 출력 전류 회로(700)에 인가되는 전압 또는 전압들은 메모리 장치(50)가 작동하는 동안 연속적으로 인가될 수 있다. 전류 전원(700)의 출력이 선택된 행 또는 열 도전체 중 한 쪽에 연결되며, 그라운드 전위가 선택된 도전체의 다른 한 쪽에 인가된다.

단계(S14)에서, 기록 동작은 DAC(762)에 의해 이네이블된다. 제어 장치(52)(도 3 참조)는 기록 전류(I)가 전류 전원(700)에 의해 발생될 것임을 나타내는 신호를 DAC(762)에 전송함으로써 기록 동작을 이네이블할 수 있다. 그리고 나서, 전류(I_REF)가 트랜지스터의 제어 요소(764)의 컬렉터로 흐르도록 DAC(762)가 V_BIAS를 설정할 수 있다. 기록 작동을 이네이블링한 결과로서 전류(I, I_REF)가 흐른다. 기준 전류(I_REF)를 반영함으로써 기록 전류(I)가 발생된다.

단계(S16)에서, 온도 센서(750)는 제어 요소(764)로 출력 전압(V)을 제공한다. 메모리 장치(50)가 작동하는 동안 전압(V_DD)이 온도 센서(750)에 연속적으로 인가되면 전압(V)이 트랜지스터(764)의 베이스에 유지될 것이다. 출력 전압(V)도 메모리 어레이(100)의 온도가 변함에 따라 연속적으로 변할 것이다.

단계(S18)에서, 기록 전류(I)가 트랜지스터(764)에서 수신되는 전압(V)에 따라 조절된다. 기록 전류(I)는 출력 전압(V)이 트랜지스터 제어 요소(764)를 통해 I_REF에 미치는 영향에 의해 수용된다. 이러한 프로세스가 불연속적인 단계로 도시되어 있지만, 능동 소자(752)의 저항값이 어레이 온도에 따라 연속적으로 변할 것이므로 온도 센서(750)에서의 출력 전압(V)은 본질적으로 연속해서 기록 전류(I)를 수용할 것이다.

선택된 메모리 셀(130)을 프로그래밍하기 위해서, I_x및 I_y일 수 있는두 개의 기록 전류(I)가 행 및 열 도전체(110, 120)에 각각 인가될 수 있다. 위 방법이I_x및 I_y을 발생시키는 데에 이용될 수 있다.

기록 전류(I)를 발생시키는 위 방법에 따르면, 온도 센서(750)는 기록 전류(I)의 연속적인 수용을 제공하여 메모리 어레이(100) 내 온도 변화를 보상한다. 따라서, 본 방법은 기록 회로를 캘리브레이션하기 위하여 메모리 장치(50)의 작동을 정지시킬 필요가 없다. 기록 작동이 이네이블되면, 기록 전류(I)는 메모리 어레이(100) 내 온도 변화를 보상하도록 자동적으로 수용된다.

부가적인 장점으로서, 어레이 온도의 변화에 대해 전류 전원(700)을 캘리브레이션하기 위하여 기록 회로를 재프로그래밍할 필요가 없다. 메모리 셀(130)의 포화 보자력의 변화를 보상하도록 온도 센서(750)가 구축되어 메모리 장치(50)는 캘리브레이션없이 작동할 수 있다. 또한, 본 방법은 현재의 온도값이 기록 전류(I)를 수용하는 데에 이용되도록 보장하고 있다.

도 3에 도시된 센스 증폭기(600)는 메모리 장치(50) 내 메모리 셀(130)의 이진 상태를 검출하는 검출 장치의 한 예이다. 실제로, 예를 들어 트랜스 임피던스 센스 증폭기(trans-impedance sense amplifier), 전하 주입 센스 증폭기(charge injection sense amplifier), 차동 센스 증폭기(a differential sense amplifier), 디지탈 차동 증폭기(digital differential sense amplifier)와 같은 다른 검출 장치가 사용될 수 있다. 메모리 셀(130)의 이진 상태를 감지하는 센스 증폭기(600)가 도 3에 도시되어 있다. 실제로, 매우 많은 센싱 장치가 메모리 어레이에 결합될 수 있다. 예를 들어, 센스 증폭기가 메모리 어레이 내 각 열 도전체에 대하여포함될 수 있다.

메모리 어레이 내 0과 1의 상태를 기록하기 위한 전류의 흐름에 대한 규약은 임의적이며, 원하는 메모리 장치(50)의 임의의 애플리케이션에 적합하도록 다시 정해질 수 있다.

메모리 어레이(100)에서 사용되는 메모리 셀(130)은 기록 전류에 응답하는 임의의 유형의 메모리 셀일 수 있다. 예컨대, GMR(Giant Magnetoresistance), 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction) 및 기타 다른 유형의 메모리 셀과 같은 메모리 셀이 본 메모리 어레이(50)에 이용될 수 있다.

메모리 어레이(50)는 여러 애플리케이션에서 이용될 수 있다. 한 가지 애플리케이션은 MRAM 저장 모듈을 갖는 계산 장치일 수 있다. MRAM 저장 모듈은 장기 저장(long term storage)를 위한 하나 이상의 MRAM 메모리 어레이를 구비할 수 있다.

MRAM 저장 모듈은 랩탑 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터 및 서버와 같은 장치에 이용될 수 있다.

위 실시예에 따른 온도 보상 전압 전원도 메모리 어레이와 함께 이용될 수 있다.

메모리 장치(50)가 예시적인 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 당업자에게는 다양한 수정이 명백할 것이며, 본 발명의 범위는 그러한 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전류 전원을 캘리브레이션하기 위하여 메모리 장치의 작동을 정지시킬 필요가 없다. 또한 출력을 발생시키기 위해 온도 센서에 의해 사용되는 온도가 기록 전류의 발생과 함께 동시에 측정하는 것이 가능하므로 전류 전원은 기록 전류에 대한 정밀한 수용이 가능하다. 아울러, 디지탈 프로세싱은 기록 전류를 수용하도록 요구받지 않아 메모리 장치의 복잡성을 줄여주는 효과가 있다.

Claims

메모리 장치(50)로서,

기판, 상기 기판 위에 배치되는 메모리 셀(130)의 어레이(100), 상기 메모리 셀(130)에 결합되는 다수의 제 1 도전체(110), 상기 메모리 셀(130)에 결합되는 다수의 제 2 도전체(120)-상기 제 1 도전체(110)는 상기 메모리 셀(130)에서 상기 제 2 도전체(120)와 교차함-를 포함하는 메모리 어레이(100)와,

상기 제 1 도전체(110)와 선택적으로 결합되고 선택된 제 1 도전체(110)에 제 1 기록 전류를 제공할 수 있는 제 1 전류 전원(700,800)-상기 제 1 전류 전원(700,800)은 상기 메모리 어레이(100)의 온도를 감지하기 위하여 배치되는 제 1 온도 센서(750,850)를 구비하되, 상기 제 1 온도 센서(750,850)는 상기 제 1 기록 전류를 조절하기 위한 출력을 제공하여 상기 메모리 어레이(100) 내 온도 변화를 보상함-및

상기 제 2 도전체(120)에 선택적으로 결합되는 제 2 전류 전원(700, 800)

을 포함하는 메모리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 온도 센서(750,850)는 온도에 따라 변화하는 저항값(resistances)을 갖는 다수의 능동 소자(active devices)(752,852)를 포함하는 메모리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 온도 센서(750,850)가 상기 제 1 전류 전원(700, 800)의 제어 요소(control element)(764, 864)에 결합되는 메모리 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제어 요소(764, 864)는 기준 전류의 흐름(a flow of a reference current)을 제어하는 메모리 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 전류 전원(700, 800)은 상기 기준 전류로부터 상기 제 1 기록 전류를 발생시키는 메모리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 온도 센서(750, 850)는 제 1 기록 전류가 생성되고 있는 동안 상기 출력을 제공하는 메모리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 전류 전원(700, 800)은 상기 메모리 어레이(100)의 온도를 감지하도록 배치되는 제 2 온도 센서(750, 850)를 포함하되, 상기 제 2 온도 센서(750, 850)는 상기 제 2 전류 전원(700, 800)에 의해 생성되는 제 2 기록 전류를 조절하기 위한 출력을 제공하여 상기 메모리 어레이(100) 내 온도 변화를 보상하는 메모리 장치.
메모리 셀(130)의 어레이(100), 상기 메모리 셀(130)에 결합되는 다수의 제 1 도전체, 상기 메모리 셀(130)에 결합되는 다수의 제 2 도전체(120) 및 적어도 하나의 온도 센서(750, 850)를 갖는 적어도 하나의 전류 전원(700, 800)을 포함하는 메모리 장치(50) 내 기록 전류를 발생시키는 방법으로서,

상기 제 1 도전체(110) 중 하나로 기록 전류를 흐르도록하는 단계와,

상기 전류 전원(700, 800) 내 온도 센서(750, 850)로부터 출력을 수신하는 단계와,

상기 온도 센서(750, 850)로부터의 출력을 이용하여 상기 기록 전류를 발생시키는 단계

를 포함하는 메모리 장치 내 기록 전류 발생 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 온도 센서(750, 850)로부터 출력을 수신하는 상기 단계는 상기 전류 전원(700, 800)의 제어 요소(764, 864)에서 상기 온도 센서(750, 850)의 전압을 수신하는 단계를 포함하는 메모리 장치 내 기록 전류 발생 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 기록 전류를 발생시키는 상기 단계는 상기 기록 전류가 발생되고 있는 동안 상기 기록 전류를 조절하는 메모리 장치 내 기록 전류 발생 방법.