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Die
Erfindung betrifft eine Verwendung einer Speicherschaltung zum Bereitstellen
einer Information für
eine vorgegebene Zeitdauer.
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Speicherschaltungen
werden in der Regel so konzipiert, dass sie eine Information eine
möglichst lange
Zeitdauer, möglichst
länger
als die Lebensdauer der Speicherschaltung, speichern. Daneben kann es
sinnvoll sein, Speicherschaltungen vorzusehen, die Informationen
nur für
eine begrenzte Zeitdauer speichern.
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Speicherschaltungen,
die eine bestimmte gespeicherte Information nur für eine vorgegebene Zeitdauer
zur Verfügung
stellen, können
in vielen Bereichen eingesetzt werden. Insbesondere beim Verleihen
von Videofilmen oder Musikstücken
für einen zeitlich
beschränkten
Gebrauch können
solche Speicherschaltungen zum Speichern der Video- oder Musikdaten
vorteilhaft eingesetzt werden, wobei die Leihfrist durch die Speicherschaltung
so eingestellt werden kann, dass die Video- bzw. Musikdaten nur für die der
Leihfrist entsprechenden vorgegebenen Zeitdauer zum Auslesen zur
Verfügung
stehen. Eine Rückgabe
eines Trägermediums
für die
Video- bzw. Musikdaten nach dem Ablauf der Leihfrist ist somit nicht
mehr erforderlich.
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Weiterhin
gibt es eine Vielzahl von Bereichen, bei denen ein zeitlich limitierter
Zugang von Personen zu einem gesicherten Bereich sichergestellt
werden muss. Auch in diesen Fällen
kann ein solcher limitierter Zugang durch ein Zugangsgerät mit einer
Speicherschaltung, die eine Zugangsinformation nur für eine vorgegebene
Zeitdauer speichert, realisiert werden, ohne dass es Umgehungsmöglichkeiten
gibt, die Zeitdauer zu verlängern.
Darüber
hinaus können
solche Speicherschaltungen auch zum Speichern von personenbezogenen
Daten vorgesehen werden, wenn Datenschutzbestimmungen eine zeitliche
Beschränkung
der Speicherung der personenbezogenen Daten vorschreiben.
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Bisher
können
bei dem Verleihen von Videofilmen oder Musikdateien geeignete Datenträger bereit
gestellt werden, die eine Farbschicht aufweist, die sich z. B. nach
einigen Tagen selbst zerstört
und verhindert, dass die gespeicherten Daten weiterhin auslesbar
sind, z. B. von der Firma Flexplay. Dabei handelt es sich jedoch
um Wegwerferzeugnisse, d. h. der Datenträger ist nach dem Ablauf der
Verleihfrist unbrauchbar und muss entsorgt werden.
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Aus
den Druckschriften WO 03/097488 A1, WO 02/058056 A1, WO 02/099470
A2 sind beispielsweise selbstzerstörende Datenträger bekannt.
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In
der Patentschrift
US
6,487,106 B1 ist eine Speicherzelle mit einem PMC-Widerstandselement beschrieben,
wobei das PMC-Widerstandselement durch
eine Spannung oberhalb eines Schwellwertes beschrieben wird, um
ein nicht-flüchtiges
Speichern einer Information in die Speicherzelle zu erreichen, so
dass kein Auffrischmittel notwendig ist.
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Aus
der Druckschrift „M.N.
Kozicki, M. Yun, L. Hilt, A. Singh, „Application of programmable
resistrace changes in metal-doped chalcogenides", Elektrochemical Society Proc., Vol
99-13 (1999) 298" sind die
physikalischen und elektrischen Eigenschaften eines Festkörperelektrolytmaterials
für ein
PMC-Widerstandsbauelement offenbart, das in einer Speicherzelle
verwendet werden kann. Darin ist beschrieben, dass das Festkörperelektrolytmaterial
verschiedene Widerstandszustände
abhängig
von der Dicke des Festkörperelektrolytmaterials
und abhängig
von den angelegten elektrischen Parametern annehmen kann.
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Aus
der Druckschrift US 2003/0035315 A1 ist bekannt, dass die Flüchtigkeit
der Daten in einer PMC-Speicherschaltung durch Änderung der Schreibbedingungen
eingestellt werden kann.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung für eine Speicherschaltung
zur Verfügung
zu stellen, in der Informationen nur für eine vorgegebene Zeitdauer
gespeichert werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Verwendung einer Speicherschaltung nach Anspruch
1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Verwendung einer Speicherschaltung zum Bereitstellen
von Audio- oder Videodaten für
eine vorgegebene Zeitdauer in einem Endgerät vorgesehen. Die Speicherschaltung
weist eine Speicherzelle mit einem PMC-Widerstandsbauelement auf,
das ein Festkörperelektrolytenmaterial
enthält.
Die Speicherschaltung umfasst weiterhin eine Schreibschaltung zum Beschreiben
der Speicherzelle durch Anlegen einer elektrischen Größe an das
Festkörperelektrolytenmaterial.
Die Schreibschaltung ist weiterhin so gestaltet, um abhängig von
der vorgegebenen Zeitdauer in dem PMC-Widerstandsbauelement ein Widerstandswert
einzustellen der einen logischen Zustand der Speicherzelle entspricht
und der während
der Zeit so degradiert, dass der Widerstandswert während der
vorgegebenen Zeitdauer einen vorgegebenen Widerstandsschwellwert
im Wesentlichen erreicht oder überschreitet.
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Ein
PMC-Widerstandsbauelement bildet in seinen Festkörperelektrolyten einen elektrisch
leitfähigen
Pfad, wenn ein elektrisches Feld einer bestimmten Richtung angelegt
wird, und bildet diesen elektrisch leitfähigen Pfad zurück, wenn
ein entgegengesetztes elektrisches Feld angelegt wird. Die Erfindung
beruht auf der Beobachtung, dass je nach Stärke des ausgebildeten leitfähigen Pfades
nach dem Anlegen des elektrischen Feldes der Widerstand des PMC-Widerstandsbauelementes
mehr oder weniger über
der Zeit stabil ist. Ist der elektrisch leitfähige Pfad relativ klein ausgebildet,
so bildet er sich über
eine bestimmte kleine Zeitdauer zurück, wobei die Zeitdauer zwischen
Minuten und Jahren betragen kann, je nachdem, wie lange und/oder
in welcher Höhe
das elektrische Feld zum Beschreiben des PMC-Widerstandsbauelement
angelegt worden ist. Ist der elektrisch leitfähige Pfad ausreichend groß ausgebildet,
so ist er stabil und degradiert nicht oder im Wesentlichen nicht
während
der Lebensdauer des PMC-Widerstandsbauelementes.
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Es
kann vorgesehen sein, das elektrische Feld abhängig von einer gewünschten
Zeitdauer an das PMC-Widerstandsbauelement anzulegen, wobei die
gewünschte
Zeitdauer vorgegeben wird, die der Zeitdauer entspricht, während der
die Speicherschaltung die Information speichern soll. Ein Benutzer
einer solchen Speicherschaltung kann innerhalb der vorgegebene Zeitdauer
nach dem Programmieren der Speicherschaltung die darin enthaltenen
Information beliebig bzw. in der durch den Einsatz der Speicherschaltung
vorgegebenen Weise nutzen. Nach Ablauf der Zeitdauer verschwinden
die Informationen aus der Speicherschaltung und der Benutzer kann darauf
nicht mehr zurückgreifen,
denn nach Ablauf der Zeit sind die Daten automatisch gelöscht.
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Gemäß einem
weiteren Beispiel wird der Widerstandsschwellwert so gewählt, dass
eine durch den Widerstand bestimmte in der Speicherzelle gespeicherte
Information bei Erreichen oder Überschreiten
des Widerstandsschwellwertes nicht mehr auslesbar ist. Auf diese
Weise wird sicher gestellt, dass die Information nach der vorgegebenen
Zeitdauer in zuverlässiger
Weise nicht mehr verfügbar ist.
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Die
Schreibschaltung kann so gestaltet sein, dass zum Beschreiben der
Speicherzelle die elektrische Größe für eine Programmierzeitdauer
an die Speicherzelle angelegt wird, so dass in dem PMC-Widerstandsbauelement
der entsprechende Widerstandswert eingestellt wird. Dies ist sinnvoll,
da die Stärke
des elektrisch leitfähigen
Pfades in erster Linie durch die folgenden drei Parameter bestimmt wird:
Zeitdauer, während
der das elektrische Feld angelegt ist, Stromfluss durch das Element
und Spannung über
dem Element während
des Schreibvorgangs.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Schreibschaltung einen Look-Up-Tabellenspeicher
enthält, der
die vorgegebene Zeitdauer den Parametern des Schreibvorgangs zuordnet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
die Speicherschaltung eine Ausleseschaltung aufweisen, um einen
ersten Zustand der Speicherzelle zu detektieren, wenn der Widerstandswert
unter dem Widerstandsschwellwert liegt und um einen zweiten Zustand
zu detektieren, wenn der Widerstandswert über dem Widerstandsschwellwert
liegt.
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Zum
Beispiel ist weiterhin ein Verfahren zum Bereitstellen einer Information
in einer Speicherzelle für
eine vorgegebene Zeitdauer vorgesehen. Die Speicherzelle weist ein
PMC-Widerstandsbauelement
auf, das ein Festkörperelektrolytmaterial
enthält.
An die Speicherzelle wird eine elektrische Größe angelegt, um einen Widerstandszustand
in dem Festkörperelektrolytmaterial
einzustellen. In dem PMC-Widerstandsbauelement
wird durch Anlegen einer elektrischen Größe ein Widerstandswert eingestellt,
wobei die elektrische Größe abhängig von
der vorgegebenen Zeitdauer gewählt
wird. Der einzustellende Widerstanswert ist so gewählt, dass
der Widerstandswert durch Degradation während einer Zeit abnimmt und
in der vorgegebenen Zeitdauer einen vorgegebenen Widerstandsschwellwert
erreicht oder überschreitet.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm, das schematisch die Degradation des Widerstands eines
PMC-Elements abhängig
von den Parametern beim Schreibvorgang zeigt;
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1a ein
Diagramm, das die Degradation des Widerstands des PMC-Bauelement
abhängig von
dem Schreibstrom anhand von Messwerten zeigt;
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2 ein
Diagramm eines Ausschnitts einer Speicherschaltung; und
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2a und 2b zwei
Diagramme, die mögliche
Realisierungen eines Arrays aus Elementen zeigen.
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Die
Speicherschaltung weist ein PMC-Widerstandsbauelement auf, das ein
Festkörperelektrolytmaterial
umfasst. Ein Festkörperelektrolytmaterial weist
ein Chalcogenidmaterial auf, z. B. GeSe an dem eine erste Elektrode,
z. B. eine Silberelektrode (Anode) und eine zweite, inerte Elektrode
(Kathode) angeordnet sind. Bei Anlegen eines hohen elektrischen
Feldes einer Richtung an den Elektroden bewegen sich Silberionen
von der Silberanode in das Chalcogenidmaterial hinein bzw. bei entgegengesetzter
Richtung des elektrischen Feldes zurück zur Silberanode. Wenn die
Silberionen von der Silberanode in das Elektrolytmaterial hinein
wandern, bilden sich elektrisch leitfähige Bereiche zwischen der
Silberanode und der inerten Kathode aus, so dass sich die Leitfähigkeit
zwischen Anode und Kathode erhöht und
der elektrische Widerstand durch das Festkörperelektrolytmaterial absinkt.
Die Größe des elektrischen
Feldes bzw. der Stromfluss durch das Element und die Zeitdauer,
die das elektrische Feld an dem Festkörperelektrolytmaterial anliegt,
bestimmen die Konzentration des in dem Festkörperelektrolytmaterial abgelagerten
Bereichs mit Silberionen, die den leitfähigen Pfad bilden.
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Je
höher die
Konzentration der eingelagerten Silberionen in einem vorgegebenen
Bereich des Festkörperelektrolytmaterials
ist, desto stabiler ist der ausgebildete elektrisch leitfähige Pfad
in dem Festkörperelektrolytmaterial
während
einer Zeitdauer.
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Das
Festkörperelektrolytmaterial
ist nicht auf GeSe beschränkt,
sondern es kann auch aus anderen Chalcogenidmaterialien gebildet
sein. Anstelle einer Silberelektrode kann auch eine Elektrode aus
einem anderen leitfähigen
Material vorgesehen sein, das in Form von Ionen durch das gewählte Chalcogenidmaterial
wandern kann, wenn ein elektrisches Feld angelegt ist.
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In 1 ist
schematisch für
verschiedene Schreibparameter bei einem PMC-Element der Verlauf
des Widerstandswerts nach Ende des Schreibvorgangs über die
Zeit dargestellt. Die den Schreibvorgang bestimmenden Parameter
können
die Schreibdauer, der Stromfluss durch das PMC-Element oder die
Spannung über
dem Element während des
Schreibens sein. In 1a ist dieses Verhalten anhand
von Messdaten an einem realen PMC-Element dargestellt. In diesem Beispiel
wurde als Parameter der Stromfluss durch das Element gewählt.
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Man
erkennt, dass bei einem Schreibstrom von 30 μA ein Widerstand von etwa 10
kΩ eingenommen
wird, der über
lange Zeit stabil bleibt. Eine Degradation des leitfähigen Pfades
im Festkörperelektrolytmaterial
findet im Wesentlichen nur in sehr geringem Maße oder gar nicht statt, so
dass sich der Widerstand durch das PMC-Widerstandsbauelement nicht ändert.
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Etwas
anderes lässt
sich bei Schreibströmen von
2 μA und
0,6 μA beobachten.
Man erkennt, dass bei diesen Schreibströmen sich der elektrische Widerstand über der
Zeit erhöht,
in dem Maße
wie der elektrisch leitfähige
Pfad durch das Festkörperelektrolytmaterial
abgebaut wird.
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Bei
der Wahl anderer Programmierströme sind
entsprechend geänderte
Zeitdauern realisierbar.
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Eine
mit dem PMC-Widerstandsbauelement aufgebaute Speicherzelle befindet
sich in einen ersten logischen Zustand unterhalb einer Widerstandsschwelle
des PMC-Bauelements und in einem zweiten logischen Zustand oberhalb
einer solchen Widerstandsschwelle. In dem Diagramm der 1 ist
eine solche Widerstandsschwelle in Form einer gestrichelten Linie
bei 1 MΩ dargestellt.
Dieser Widerstandsschwellwert wird bei einer Speicherzelle, die mit
einem Schreibstrom von 2 μA
beschrieben worden ist, nach ungefähr sechs Tagen erreicht, während sie
bei einer Speicherzelle, die mit einem Programmierstrom von 0,6 μA beschrieben
worden ist, bereits nach wenigen Minuten erreicht wird. Bei Wahl anderer
Programmierströme
sind entsprechend geänderte
Zeitdauern realisierbar.
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Es
kann beispielsweise angenommen werden, dass eine Speicherzelle,
dessen PMC-Widerstandsbauelement einen Widerstand unter 1 MΩ aufweist,
eine „logische
1" speichert, während eine
Speicherzelle, dessen PMC-Widerstandsbauelement einen Widerstandswert
von größer 1 MΩ aufweist
eine „logische
0" Speichert.
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In 2 ist
ein Ausschnitt aus einer Speicherschaltung mit einer Speicherzelle 1 in
einem Speicherzellenfeld 8 und einer Schreibschaltung 2, die
das Speicherzellenfeld 8 über eine Adressdecodierschaltung 9 beschreibt,
dargestellt. Die 2a und 2b zeigen
mögliche
Realisierungen der Speicherzellen des Speicherzellenfelds. Im Falle 2a wird
eine sogenannte Crosspoint-Architektur dargestellt mit einer optionalen
Auswahldiode 10 in Serie zu einem PMC-Widerstandselement 4,
das sich an einem Kreuzungspunkt zwischen einer Bitleitung BL und
einer Wortleitung WL befindet und mit diesen Leitungen elekt risch
verbunden ist. In 2b weist die Speicherzelle ein
Schaltelement 3, vorzugsweise in Form eines Feldeffekttransistors,
auf, dass so mit einem PMC-Widerstandsbauelement 4 gekoppelt
ist, dass es bei Aktivieren (Durchschalten) des Schaltelementes 3 mit
einem durch das Schaltelement 3 fließenden Schreibstrom beschrieben
bzw. mit einem durch das Schaltelement 3 fließenden Lesestrom ausgelesen
werden kann. Die Speicherzelle 1 ist an einer Wortleitung
WL und an einer Bitleitung BL angeschlossen, so dass ein Drain-Anschluss
des als Feldeffekttransistor ausgebildeten Schaltelements 3 mit
der Bitleitung und ein Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors
mit der Wortleitung verbunden ist. Ein Source-Anschluss des Feldeffekttransistors
ist mit einem ersten Anschluss des PMC-Widerstandsbauelement 4 und
ein zweiter Anschluss des PMC-Widerstandsbauelement 4 mit
einem festgelegten Potential, z. B. einem Massepotential, verbunden.
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Das
Programmieren der Speicherzelle erfolgt, indem die Wortleitung mit
der zu programmierenden Speicherzelle aktiviert wird, so dass das Schaltelement 3 durchgeschaltet
wird. Die Schreibschaltung 2 legt an der betreffenden Bitleitung
mit Hilfe einer Stromquelle einen Programmierstrom an, der durch
das PMC-Widerstandsbauelement 4 fließt und dort aufgrund des Durchlasswiderstandes
ein elektrisches Feld bewirkt, so dass ein elektrisch leitfähiger Pfad
ausgebildet oder zurückgebildet
wird.
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Beim
Auslesen einer Information aus der Speicherzelle wird durch die
betreffende Wortleitung die Schalteinrichtung 3 ebenfalls
aktiviert und durch Anlegen einer Spannung und Messen des resultierenden
Stroms der elektrische Widerstand des PMC-Widerstandsbauelement
bestimmt und entsprechend einer „logischen 0" oder „logischen
1" zugeordnet. Diese
wird vorzugsweise durch eine ebenfalls mit der Bitleitung BL verbundene
Ausleseschaltung 5 vorgenommen.
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Die
Schreibschaltung 2 ist mit einer Datenschnittstelle 6 verbunden,
die die Kommunikation zwischen einem Endgerät und der Speicherschaltung
steuert. Ein solches Endgerät
kann beispielsweise ein Film- oder Musikabspielgerät sein,
wobei die Video- bzw. Audiodaten aus den Speicherzellen 1 entnommen
werden können.
Die Datenschnittstelle 6 kann weiterhin geeignet sein,
mit einem Sicherheitssystem zu kommunizieren, wobei in den Speicherzellen
Sicherheitsdaten, wie z. B. Zugangsdaten, Verschlüsselungsdaten
o. ä. gespeichert
sind.
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Die
Schreibschaltung 2 weist weiterhin einen Eingang auf, um
ein Zeitdauer-Datum Z zu empfangen, das angibt, nach welcher Zeit
die in die Speicherzelle 1 hineingeschriebenen Information
nicht mehr auslesbar ist. Sollen in das Speicherzellenfeld 8 Informationen
geschrieben werden, die dauerhaft verfügbar sind, so kann dies ebenfalls
durch das Zeitdauer-Datum Z angegeben werden. Durch einen Wechsel
des Zeitdauer-Datums Z während
des Beschreibens von Speicherzelle können sowohl dauerhaft gespeicherte
Daten als auch zeitlich verfallende Daten gespeichert werden.
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Das
Verfallen der Information gilt selbstverständlich nur für den Teil
der Information, bei dem die Speicherzelle so beschrieben ist, dass
der Widerstandswert des PMC-Widerstandsbauelement
unterhalb der Widerstandsschwelle liegt. Nur in diesem Fall ist
ein elektrisch leitfähiger
Pfad in dem Festkörperelektrolyten
ausgebildet, der degradieren kann. Da Videodaten und Musikdaten
in der Regel eine sehr große
Anzahl von „logischen
0"- und „logischen 1"-Daten aufweist,
existieren immer Speicherzellen, deren PMC-Widerstandsbauelemente einen Widerstand
aufweisen, der unterhalb des Widerstandsschwellwertes liegt, so
dass die enthaltene Information degradieren kann.
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Das
Zeitdauer-Datum Z gibt an, in welcher Zeit die in der Speicherzelle
gespeicherte Information nicht mehr auslesbar sein soll. Das Zeitdauer-Datum Z
wird in der Schreibschaltung 2 Programmierparametern zugeordnet,
die angegeben, mit welchem Schreibstrom und für welche Programmier-Zeitdauer des
Anliegens des Schreibstroms das PMC-Widerstandsbauelement beschrieben
werden soll. Schreibstrom und Zeitdauer des Beschreibens der Speicherzelle
bestimmen, nach welcher Zeitdauer die Information in der Speicherzelle
gelöscht
sein soll. Dazu kann die Schreibschaltung 2 einen Speicher
mit einer Zuordnungstabelle (Look-Up-Tabelle) 7 aufweisen,
durch den dem Zeitdauerdatum Z, das die vorgegebene Zeitdauer angibt,
die Programmierparameter zugeordnet wird, so dass das Beschreiben
der Speicherzelle entsprechend den Programmierparametern in der
Schreibschaltung 2 erfolgt.
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Die
Speicherschaltung kann integriert implementiert werden durch Kombination
von CMOS-Logikschaltungen mit der entsprechenden Ansteuerung (FEOL)
sowie einem resistiv schaltenden PMC-Zellenfeld, dass als Crosspoint-Struktur
oder 1R1T-Zellenfeld
(BEOL) ausgebildet ist.