TW544685B - Discontinuity-based memory cell sensing - Google Patents

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544685 A7 _ B7____ 五、發明説明（1 ) 本發明係關於用以感測記億體晶胞陣列中之記億體晶 胞的系統及方法。 發明之背景 一般而言，一組記億體系統包含多數個以分別地可存 取之記憶體晶胞陣列被配置之記億體元件。許多不同的記 億體系統可用於不同的應用中。例如，依電性記憶體（例如， 動態隨機存取記憶體），其需要一種連續的電源以保留他們 的內容，提供微處理機爲主的應用之高儲存容量以及多功 能的程式規劃選擇。非依電性記億體（例如，唯讀記億體及 可程式規劃的邏輯陣列），其不需要連續的電源以保留他們 的內容，提供相對地較低的儲存容量及有限之程式規劃選 擇。 非依電性記億體一般以兩種方法之其中一種而儲存資 訊。特別是，非依電性記億體可以儲存一組電荷或可以儲 存一組獨特的物理結構。一組電荷·儲存非依電性記億體使 用一種相對小的電流以在記億體元件位置中儲存一組電 荷。另一方面，一組結構-變化記憶體，一般使用一種大的 電流以改變一組記億體元件（例如，一組熔絲或一組硫屬薄 膜材料記億體元件）之物理結構/在電荷-儲存及結構·變化 非依電性記憶體兩者中，一存取元件（例如，存取電晶體或 一組存取二極體）一般提供分別的存取至一組相關的記億體 元件。在讀取操作時，除了與將被讀取之特定記億體晶胞’ 相關的存取元件之外，所有的記億體陣列中的存取元件被 關掉。在二極體爲主的記億體系統實例中，對應至非感應 __________4- 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公廣） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財4^7員工消費合作社印製 544685 A7 B7 經 濟· 部 智 慧 財 局 B X 消 費 合 作 社 印 製 五、發明説明（2 式記億體元件之二極體之累積反向偏壓電流可以顯著地減 低被施加到將被讀取的記億體晶胞信號之被感測反應的信 號-至·雜訊比率，而使得不易精確地決定記億體晶胞之記億 體狀態。 ^ 發明之槪要 本發明是以新穎的記億體晶胞讀取機構（系統及方法） 爲主要特點，其使得記億體晶胞的狀態以較大之精確度而 被決定。 在一論點中，本發明是以一種記憶體晶胞讀取機構爲 主要特點，其中一組記憶體晶胞被定址’一組輸入信號被 施加至在一數値範圍上之該被定址的記億體晶胞’並且該 記億體晶胞之狀態根據被施加的輸入信號値之感測電氣反 應中的一組中斷而被讀取。 本發明之實施例可以包含一組或多組下面的特點。記 億體晶胞之狀態最好是依據構成一組軌道電壓値的被施加 輸入信號値範圍（例如，在該軌道電壓値之一組或多組二極 體電位降之內）之感測電氣反應中之一組中斷而被讀取。 記憶體晶胞之狀態可以依據感測電氣反應方向中之一 組中斷而被讀取。記億體晶胞g狀態同時也可以依據感測 電氣反應之斜率中的一組中斷而被讀取。記憶體晶胞之狀 態可以依據被施加的輸入信號之電氣反應中的一組中斷之 存在或不存在而被讀取。 記億體晶胞之狀態可以在一讀取週期之內被多次讀 取。一組雜訊消除處理程序可以被應用至多重記憶體晶胞 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^----^-I1T------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 544685 A7 B7 五、發明説明（3 ) 讀取。在一實施例中，雜訊消除處理程序包含一種積分及 轉儲處理程序。在一些實施例中，一組被施加的列信號之 電氣反應被感測並且一組被施加的行信號之電氣反應被感 測。一種共模排斥雜訊消除處s程序可以被應用至被施加 的列及行信號之感測電氣反應。 下面是本發明之一些優點。 本發明提供一種記憶體晶胞讀取方法，其可以容易地被應 用至二極體爲主的記憶體系統。一般而言，本發明對於雜 訊是相對地不敏感。例如，本發明對於利用二極體-爲主的 記憶體系統特性之反向偏壓漏電流所導致的雜訊是相對地 不敏感。本發明同時也可以被組態以提供一組數位感測信 號，其可以利用數位處理設備而容易地被處理。 本月之其他的特點和優點，將從下面包含圖形和申 請專利範圍的說明而成爲更明顯。 圖形之說明 第1圖是一組記億體晶胞陣列之部份的一組電路圖。 第2圖是被耦合在第1圖記億體晶胞陣列中一組列線 及一組行線之間的記億體晶胞之一組電路圖。 第3 A圖是當記憶體晶胞不被燒斷時對於被施加至第2 圖記億體晶胞之一組列線信號的感測電氣反應之槪略圖。 第3B圖是當記億體晶胞被燒斷時對於被施加至第2圖 記億體晶胞之一組列線信號的感測電氣反應之槪略圖。 第4A圖是當記憶體晶胞不被燒斷時對於被施加至第2 圖記憶體晶胞之一組行線信號的感測電氣反應之槪略圖。 ___ fs_ 本紙張尺度適用中國國家標準（〔>^)八4規格（210'乂297公董) -----!1#— — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 舞. 經濟部智慧財/i^s工消費合作社印製 544685 經濟部智慧財£局Μ工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 第4B圖是當記憶體晶胞被燒斷時對於被施加至第2圖 記憶體晶胞之一組行線信號的感測電氣反應之槪略圖。 第5圖是一種讀取第2圖記憶體晶胞方法的圖形。 第6圖是被耦合在另一種E億體晶胞陣列之一組列線 及一組行線之間的記億體晶胞之一組電路圖。 詳細之說明 I 在下面的說明中，相同的參考數目被使用以確認相同 的元件。更進一步地，圖形是有意地以一種槪略的方式展 示範例實施例之主要特點。圖形並不是有意示出實際的實 施例之每一特點也不是有意示出被展示之元件的相對尺 度，並且不是按比例排列而繪製。 參看至第1圖，在一組實施例中，記億體晶胞陣列1 0 包含以多重列和多重行被配置之多數個記億體晶胞1 2。各 記億體晶胞1 2包含被串列耦合在一組分別的列線1 8、20、 22、24以及一組分別的行線26、28、30、32之間中之一組 記憶體元件1 4以及一組存取二極體1 6。在一些實施例中， > 記億體元件1 4及存取二極體1 6可具有相似材料結構。在 這實施例中，記憶體元件丨4是一種結構·變化元件（例如， 一組熔絲元件）。一般而言，記憶體元件1 4可以包含任何結 構·變化元件，其當元件是在一組記億體狀態時，在一組列 線或一組行線、或兩者之被感測的電氣反應中產生一組中 斷，並且當元件是在另一記憶體狀態時，沒有相似電氣反 應之中斷。如第1圖所展示，各存取二極體之陰極被耦合 至一組行線26-32並且各存取二極體之陽極被耦合至一組 衣纸乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------扣衣------、玎------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 544685 A7 _B7 _ 五、發明説明（5 ) 分別的記億體元件。各記憶體元件，輪流地，被耦合在一 組分別的存取二極體以及一組列線1 8-24之間。因此，跨越 一組記憶體晶胞之電壓是由被施加至在記億體晶胞被耦合 之間的列線和行線的電壓所決定。在其他的實施例中，存 取二極體和記憶體元件的位置可以被倒反。控制電路34被 組態以定址（或選擇）、程式規劃資訊進入、並且從在記憶體 晶胞陣列1 〇之內的一組或多組記億體晶胞1 2讀取資訊。 在操作時，控制電路34可以利用經由一組或多組被選 擇的記憶體晶胞1 2施加一組電流而程式規劃記億體晶胞陣 列1 〇，其足以燒斷在被選擇的記億體晶胞之內的熔絲元 件，因而中斷經由被選擇的記憶體晶胞之電流通道。因此， 在本實施例中，一組記億體晶胞可以是兩種狀態中之其中 的一種：燒斷或不燒斷。如下面之詳細說明，爲讀取記憶 體晶胞1 2之內容（或狀態），控制電路34施加一組感測電壓 至對應的列線或對應的行線、或兩者，並且感測被施加的 感測電壓之電氣反應。如果在感測電氣反應中一組中斷被 檢測’則記億體元件被決定爲燒斷；否則，記億體元件被 決定爲原封不動。 參看至第2、3A和3B圖，在一實施例中，控制電路 34經由感測電阻器36和感測二極體38而施加一組感測電 壓（V 至列線1 8。感測電壓以高於及低於正軌道電壓 ( + VRaH)之數値（±Δ )之範圍被施加。在一實施例中，感測電 壓最好是在正軌道電壓的一組或多組二極體之電位降的一 組數値範圍。在一實施例中，被施加的感測電壓在正軌道 ____8_ 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -----II--搛 II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 544685

經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 五'發明説明（6) 電壓之1伏特內（亦即，△= 1伏特）的一組數値範圍。控制 電路34檢測記億體晶胞1 2之反應，例如，利用監視流動 經由感測電阻器3 6之電流。如果記憶體元件1 4不被燒斷， 當被施加的感測電壓具有一組接近正軌道電壓之數値時， 則感測二極體3 8是反向偏壓（觀看第3 A圖）。結果，流經 過感測電阻器36之電流（I s )對應至反向偏壓感測二極 體38電流，其是負値並且對於接近正軌道電壓之被施加的 感測電壓在斜率（△ 1/ △ V)上面具有一組相對小的變化。但 是，如果記億體元件1 4被燒斷，當被施加的感測電壓之振 幅是較小於在正軌道電壓（ + VTH)之下的一組二極體之電位 降時，感測二極體3 8是順向偏壓（看第3B圖）。在這記億體 狀態中，當被施加的感測電壓之振幅是大於在正軌道電壓 ( + VTH)振幅之下的一組二極體電位降時，感測二極體38是 反向偏壓。結果，當被施加的感測電壓從在+VTH之下的一 組振幅改變至在+VTH之上的振幅時，流動經由感測電阻器 36之電流（J 是具特徵於方向（從正的至負的）以及斜 率（從一組相對地大數値至一組相對地小數値之Δ 1/ △ V改 變）之中斷。在一些情況中，方向之中斷可以被在其他的非 被選擇的記憶體元件中之反向偏壓電流的累積所遮罩。在 這樣的情況中，記億體元件之狀態可以利用感知全體的感 測電流中之中斷存在或者不存在而被決定。 如第2、4Α和4Β圖之展示，控制電路34可以經由一 組感測電阻器40及一組感測電阻器42而施加一組感測電 壓（V ns )至行線30。感測電壓以負軌道電壓（-V )之上 9 $纸浪尺度適用不國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公廣) ---------批衣------1T------線、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 8 6 44 5 A7 B7 五 發明説明（7) .經濟部智慧时工消費合作社印製 下一組數値範圍（± △)被施加。在一組實施例中，感測電壓 最好是涵蓋在負軌道電壓之一組或多組二極體電位降的一 組數値範圍。在一組實施例中，被施加的感測電壓涵蓋在 負軌道電壓1伏特之內（亦即，△_= 1伏特）的一組數値範圍。 控制電路34利用監視流經由感測電阻器40之電流而檢測 記億體晶胞1 2的反應。如果記億體元件丨4不被燒斷，當 被施加的感測電壓具有接近正軌道電壓的一組數値時，則 感測二極體42是反向偏壓（觀看第4A圖）。結果，流經由 感測電阻器40之電流（I * ^ )對應至反向偏壓感測二極體 42電流，其是負値並且對於被施加接近負軌道電壓的感測 電壓在斜率（Δ Ι/Δ V)上面具有一種相對小的變化。但是， 如果記億體元件14被燒斷，當被施加的感測電壓之振幅是 較小於在負軌道電壓（·νΤΗ)之下之一組二極體電位降時，則 感測二極體42是順向偏壓（觀看第4Β圖）。在這記憶體狀態 中，當被施加感測電壓的振幅是大於在負軌道電壓（-VTH) 振幅之下的一組二極體電位降時，感測二極體42是反向偏 壓。結果，當被施加的感測電壓從在-VTH之下之振幅改變 至在_VTH之上之振幅時，流經由感測電阻器40之電流（I * 明，了）是具特徵於方向（從負値至正値）以及斜率（從一組相對 地大數値至一組相對地小數値之△ 1/ △ V改變）之中斷。如 上面配合感測二極體3 8之說明，在一些情況中，方向中斷 可以被其他非被選擇的記億體元件中反向偏壓電流之累積· 所遮罩。在這樣的情況中，記億體元件狀態可以利用感知 總計的感測電流之斜率中斷的存在或不存在而被決定。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) d 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公复） 經濟部智^財4局員工消費合作社印製 544685 A7 _ 五、發明説明（8) 參看至第5圖，在一實施例中，記億體晶胞1 2可以被 控制電路34所讀取，如下所示。控制電路34施加在一數 値範圍之輸入信號至記憶體晶胞12(步驟50)。輸入信號可 以被施加至列線1 8或行線30或兩者。控制電路34感測在 被施加的輸入信號値範圍之電氣反應（步驟52)。電氣反應 在經由被施加至記憶體晶胞1 2之輸入信號的線路被感測。 如果讀取週期不逾時（步驟54)，則記億體晶胞1 2再次被讀 取（步驟50、52) $在讀取週期逾時之後（步驟54)，雜訊消 除處理被施加至記億體晶胞讀取（步驟56)。雜訊消除處理 可以包含一組或多組習見的信號處理技術，包含數位和類 比（例如，一種積分和轉儲）處理技術。如果來自列線1 8和 行線30兩者之電氣反應被感測，則控制電路34之記憶體 晶胞讀取精確度可以利用一種習見被感測電氣反應之共模 排斥組合而被改進。 參看至第6圖，在一實施例中，上面所說明的記億體 晶胞讀取方法可以配合由多數個記億體晶胞60所形成之寫 入一次的記億體晶胞陣列而被使用。各記億體晶胞60，除 了包含記億體元件1 4和存取二極體1 6之外，還包含一組 或多組列位址線62以及一組或多組行位址線64。在這實施 例中，僅當被施加至列位址線62的電壓是高位（+ V軌^)並 且被施加至行位址線64的電壓是低位（-V a a )(亦即，無一 個列或行位址二極體被導通）時，記億體晶胞60被選擇。被 選擇的記億體晶胞60狀態可以利用施加一組感測電壓至對 嚿的列線或對應的行線、或兩者而被讀取，並且感測被施 — ___11 本纸乐尺度適用中國國家標準（〇\5)八4規格（210、乂297公釐） I I I I I I I I I I I I In n 訂 I I I I --- I I i 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 544685 A7 B7 五、發明説明（9 ) 經濟部智慈財產笱員工消費合作社印製 加的感測電壓之電氣反應，如上所述。尤其是，如果在感 測電氣反應中一組中斷被檢測，則記億體元件被決定爲燒 斷；否則，記億體元件被決定爲原封不動。上面所說明之 雜訊消除處理技術同時也可以被應用至·被感測的電氣反應 以改進控制電路34之記憶體晶胞讀取精確度。 在各上面說明之實施例中，控制電路34可以被組態以 產生一組數位輸出信號，其是依據在被施加至被讀取記億 體晶胞之感測信號的電氣反應中一組被檢測的中斷存在或 不存在之一組記億體晶胞狀態指示。來自控制電路34之數 位輸出信號可以容易地被依序的信號處理設備所處理。 此處說明之系統及方法是不受限制於任何特定的硬體 或軟體組態，而它們可在任何計算或處理環境中被製作。 記憶體晶胞讀取處理和雜訊消除處理最好是以高位準程序 或以物件導向程式語言而被製作；但是，如果需要的話， 程式規劃可以用組合語言或機器語言被製作。在任何情況 中’程式語言可以是一種編譯程式或轉譯語言。 其他的實施例是在申請專利範圍範疇之內。例如，上 面所說明之記億體晶胞讀取實施例可以配合包含一種結構-變化元件而與任何習見的二極體爲主之記憶體被使用，當 結構·變化元件是在一組記億體狀態時，該結構-變化元件在 所感測電氣反應中產生一組中斷，並且當該結構-變化元件 是在另一記億體狀態時’沒有相似中斷產生。 12 中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----：-：---MII (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 544685 A7 B7 五、發明説明（⑴ 元件標號對照表 10……記憶體晶胞陣列 12……記憶體晶胞 14……記億體元件 16……存取二極體

I 18· 20·， 22·· 24" 2 6" 28·· 列線 列線 列線 列線 行線 行線 3〇……行線 32……行線 經濟部智慧財產苟員工消費合泎社印製 34· 36· 38· 40 -42 · 60· 62·. 64 ·· 控制電路 感測電阻器 感測二極體 惑測電阻器 感測電阻器 記憶體晶胞 列位址線 行位址線 13 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 批水 訂 I I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 544685 A B c D 六、申請專利範圍 第90 11 8445號申請案申請專利範圍修正本 92.1,30« 1 . 一種讀取在一組記憶體晶胞陣列（1 〇)中之記憶體 晶胞（1 2 )之方法，其包含： 定址一組記憶體晶胞（1 2 ); 5 施加一組在一數値範圍之輸入信號至該被定址的記憶 體晶胞（12);並且 依據在被施加的輸入信號値之被感測電氣反應的中斷 而讀取該記憶體晶胞（12)之狀態。 2 · —種用以讀取記憶體晶胞陣列（1 0)中之一組記憶 10 體晶胞（12)之系統，其包含·· 一組控制電路（34)，其被組態以定址一組記億體晶胞 (1 2)，施加在一組數値範圍之輸入信號至該記憶體晶胞（丨2) 並且依據被施加輸入信號値的感測電氣反應之中斷而讀取 該記憶體晶胞（12)之狀態。 15 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該記憶體晶胞 (1 2)之狀態依據包含一組軌道電壓値之被施加輸入信號値 的範圍之被感測電氣反應的中斷而被讀取。 4. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該記憶體晶胞 (1 2)之狀態依據包含一組軌道電壓値之被施加輸入信號値 20 的範圍之被感測電氣反應的中斷而被讀取。 5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該記億體晶胞 (1 2)之狀態依據在該軌道電壓値之一組或多組二極體電位 降之被施加輸入信號値範圍之感測電氣反應的中斷而被讀 取。 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 54^58530

   六、申請專利範圍

   6，如申請專利範圍第4項之系統，其中該記億體晶胞 (12)之狀態依據在該軌道電壓値之〜組或多組二極體電位 降之被施加輸入信號値範圍之感測電氣反應的中斷而被讀 取。 5 7.如申請專利範圍第1項之方法’其中該記憶體晶胞 (1 2)之狀態依據該感測電氣反應方向之中斷而被讀取。 8 .如申請專利範圍第2項之系統，其中該記憶體晶胞 (12)之狀態依據該感測電氣反應方向之中斷而被輝取。 9 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該記憶體晶胞 10 (1 2)之狀態依據該感測電氣反應斜率之中斷而被讀取。 1 0 ·如申請專利範圍第2項之系統，其中該記憶體晶胞 (1 2)之狀態依據該感測電氣反應斜率之中斷而被讀取。 1 1 .如申請專利範圍第1之方法，其中該記憶體晶胞 (1 2)之狀態依據被施加的輸入信號之電氣反應中斷之存在 15 或不存在而被讀取。 1 2.如申請專利範圍第2項之系統，其中該記憶體晶胞 (1 2)之狀態依據被施加的輸入信號之電氣反應中斷之存在 或不存在而被讀取。 13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該記憶體晶 20 胞（1 2)之狀態在一讀取週期之內被多次讀取。 14·如申請專利範圍第2項之系統，其中該記憶體晶胞 (12)之狀態在一讀取週期之內被多次讀取。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之方法，其中一雜訊消除 處理程序被應用至該寺多重δδ 1思體晶胞讀取。 15 $^長尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格(21 0X297公釐）

   裝 訂 t

   8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 1 6.如申請專利範圍第1 4項之系統，其中一雜訊消除 處理程序被應用至該等多重記憶體晶胞讀取。 17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一組被施加 列信號的電氣反應被感測並且一組被施加行信號的電氣反 5 應被感測。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）