-
Bei
den elektrisch beschreib- und löschbaren Speichern
unterscheidet man flüchtige
und nicht-flüchtige
Speicherzellen. Zu den nicht-flüchtigen
Speicherzellen gehört
z.B. auch eine in 1 dargestellte so genannte Charge-Trapping-Speicherzelle 100,
die in einer virtual-ground-NOR-Architektur eingesetzt
werden kann und deren Aufbau auf der Grundlage eines MOS Feldeffekttransistors
(MOS FET) dahingehend modifiziert ist, daß eine Gate-Isolationsschicht
beispielsweise einen Schichtstapel 130 mit drei Schichten 141, 142 und 143 aufweist.
Typischerweise ist eine elektrisch nicht leitende mittlere Schicht 142 der
drei Schichten für
das Einfangen und Speichern von Ladungsträgern vorgesehen und die äußeren Begrenzungsschichten 141 und 143 verhindern
den Abfluß der
Ladungsträger
aus der auch als Speicherschicht 142 bezeichneten mittleren
Schicht 142.
-
Mittels
geeigneter Programmier-Betriebsweisen können bei der Speicherzelle 100 Ladungsträger definiert
in die Speicherschicht 142 eingebracht werden, um das elektrische
Verhalten der Speicherzelle 100 im Lese-Betrieb zu verändern. Mittels
dieses Programmierens der Speicherzelle 100 werden unterschiedliche
Ladungs-Zustände
der Speicherzelle 100 erreicht, die unterschiedlichen logischen
Zuständen äquivalent
zugeordnet werden können
und in geeignetem Lesebetrieb der Speicherzelle 100 auch wieder
ausgelesen werden können.
-
Bei
Anlegen einer Spannung zwischen dem Steuer-Gate 144 und
dem Substrat 101 im Lese-Betrieb der Speicherzelle 100 verändert das
Vorhandensein von Ladungen in der Speicherschicht 142 das
vertikale elektrische Feld im Kanalbereich 150 gegenüber dem
Zustand der Speicherzelle 100, bei dem keine Ladungen in
der Speicherschicht 142 vorhanden sind. Das resultierende
vertikale elektrische Feld im Kanalbereich aus der an gelegten Spannung und
dem elektrischen Feld der Ladungsträger bei elektrisch geladener
Speicherschicht 142 verändert das
Betriebsverhalten der Speicherzelle 100 gegenüber dem
Betriebsverhalten bei ungeladener Speicherschicht 142.
Dies zeigt sich z.B. dadurch, daß die Einsatzspannung VT der Transfer-Kennlinie dieser modifizierten
MOS FET Anordnung beim Einbringen von negativen Ladungsträgern zu
höheren
Werten verschoben wird. Beim Einbringen von positiven Ladungsträgern ergeben
sich entsprechend niedrigere Einsatzspannungen.
-
Eine
in dieser Art aufgebaute Speicherzelle 100 wird auch als
SONGS-Speicherzelle (semiconductor-Oxide-nitride-oxide-semiconductor) bezeichnet.
-
Bei
dieser Speicherzelle 100 werden die Begrenzungsschichten 141, 143 üblicherweise
als Oxid und die Speicherschicht 142 üblicherweise als Nitrid des
Halbleitermaterials, üblicherweise
Silizium, ausgeführt.
-
Charge-Trapping-Speicherzellen
werden neben anderen Verfahren mittels so genannter heißer Elektronen
(Channel-Hot-Electrons,
CHE) programmiert, indem Elektronen in die Speicherschicht 142 beim
Programmieren eingebracht werden, und können z.B. mit so genannten
heißen
Löchern
(Hot-Holes) gelöscht
werden, indem die negativ geladenen Elektronen in der Speicherschicht
mittels positiv geladener Löcher
(Holes) kompensiert werden.
-
Eine
für eine
spezielle Betriebsweise mit einer zum Programmiervorgang gegensinnig
angelegten Lesespannung (reverseread) vorgesehene SONGS-Speicherzelle
und mit einer an diese Betriebsweise angepaßten Dicke der Begrenzungsschichten
wird üblicherweise
als NROM-Speicherzelle 100 bezeichnet. Die NROM-Speicherzelle 100 ist in
Bezug auf einen ersten Source-/Drain-Bereich 110 und
zweiten Source-/Drain-Bereich 120 typischerweise symmetrisch
aufgebaut. Die NROM Speicherzelle 100 läßt sich in mindestens zwei
unterschiedlichen Betriebsweisen betreiben, bei denen sich mindestens
zwei elektrische Größen ableiten
lassen. Diese Betriebsweisen unterscheiden sich typischerweise in
der Richtung der elektrischen Spannungen, die an die Source-/Drain-Bereiche 110 bzw. 120 beim Lesen
und Programmieren der Speicherzelle 100 angelegt werden.
-
Mittels
dieser zwei Betriebsweisen ist es möglich, die Speicherzelle 100 in
vier unterschiedliche Ladungs-Zustände zu programmieren und somit zwei
Bit zu speichern, da beim Programmier-Betrieb in der ersten Betriebs-Richtung,
vom ersten Source-/Drain-Bereich 110 zum zweiten Source-/Drain-Bereich 120,
die Ladungen in der Speicherschicht 142 in einem zweiten
Ladungs-Speicher-Bereich 132 in der Nähe des zweiten Source-/Drain-Bereiches 120 gespeichert
werden und bei symmetrisch umgekehrtem Betrieb in der zweiten Betriebsrichtung,
d.h. vom zweiten Source-/Drain-Bereich 120 zum ersten Source-/Drain-Bereich 110,
Ladungen in der Speicherschicht 142 im ersten Ladungs-Speicher-Bereich 131 in
der Nähe des
ersten Source-/Drain-Bereiches 110 gespeichert werden.
Beim Lesen kann die Speicherzelle 100 so betrieben werden,
daß die
abgeleiteten elektrischen Größen besonders
empfindlich auf vorhandene Ladungen in einem der zwei Ladungs-Speicher-Bereiche 131 bzw. 132 der
Ladungs-Speicher-Schicht 142 reagieren und somit können z.B.
vier unterschiedliche logische Zustände zum Speichern von zwei
Bit definiert werden.
-
Allerdings
bedingt das Einbringen von Ladungen in den ersten Ladungs-Speicher-Bereich 131 z.B.
in der Nähe
des ersten Source-/Drain-Bereiches 110 einer derartigen
Speicherzelle 100 Veränderungen
beim Auslesen der elektrischen Größe im Betrieb der Speicherzelle 100 in
der zweiten Betriebs-Richtung zur Detektierung der Ladungsmenge
im zweiten Ladungs-Speicher-Bereich 132 in
der Nähe
des zweiten Source-/Drain-Bereiches 120 der
Speicherzelle 100 und entsprechend umgekehrt.
-
Dieses
sogenannte Nebensprechen wirkt sich um so stärker aus, je größer der
Unterschied der Ladungsmengen in der Speicherschicht 142 in
der Nähe
der beiden Source-/Drain-Bereiche 110, 120 ist.
Mittels geeigneter Betriebsparameter, wie z.B. einer höheren Spannung
zwischen den Source-/Drain-Bereichen 110, 120,
wird dieses Nebensprechen reduziert. Jedoch wird mit der Weiterentwicklung
der Technologie die effektive Kanallänge kleiner und somit der physikalische
Abstand zwischen den Ladungen der beiden Seiten einer Zelle. Dies
führt zu
stärkerem
Nebensprechen. Es ist damit zu rechnen, daß dieses Nebensprechen in Zukunft
in verstärktem
Maße Probleme
beim Betrieb (insbesondere beim Auslesen) verursachen wird.
-
Wie
in [1] beschrieben, kann dieses Nebensprechen mittels eines veränderten
Betreibens der Speicherzelle verhindert, beziehungsweise stark reduziert
werden.
-
Bei
diesem differentiellen Speicherkonzept werden stark unterschiedliche
Ladungsmengen an den beiden Speicherorten dadurch vermieden, daß die Ladungs-Zustände nicht
mehr direkt den logischen Zuständen
zugeordnet werden, denn bei direkter Zuordnung können sich die erwähnten großen Unterschiede
der Ladungsmengen zwischen den zwei Speicherorten ergeben.
-
Um
dies zu vermeiden, werden beim differentiellen Speicherkonzept z.B.
zwei Ladungs-Mengen-Bereiche definiert, die verglichen mit dem gesamten
Ladungs-Mengen-Bereich, der für
die Programmierung der Speicherzelle zur Verfügung steht, klein ist. Die
Ladungs-Zustände
in den beiden Ladungs-Speicher-Bereichen 131 bzw. 132 befinden sich
dann entweder in einem oberen Ladungs-Mengen-Bereich 220 (vgl. 2a bis 2d),
der sich z.B. mittels der Differenz von zwei oberen Ladungs-Zuständen 214 und 213 ergibt,
oder in einem unteren Ladungs-Mengen-Bereich 210,
der sich z.B. mittels der Differenz von zwei unteren Ladungs-Zuständen 212 und 211 ergibt.
-
Die
beiden weiteren logischen Zustände
ergeben sich dann mittels einer Programmierung in der Weise, daß die Ladungs-Zustände der
beiden Ladungs-Speicher-Bereiche 131 bzw. 132 sich
betragsmäßig mittels
eines Wertes innerhalb eines der zwei definierten Ladungs-Mengen-Bereiche 210, 220 unterscheiden.
Dann ergeben sich die beiden weiteren logischen Zustände mittels
des Vorzeichens der Differenz beim Betreiben der Speicherzelle in
zwei unterschiedlichen Betriebsweisen, z.B. indem der Kanalbereich
in einer ersten Richtung und indem der Kanalbereich in einer zweiten
Richtung betrieben wird.
-
Die
Auswirkung des Nebensprechens wird bei dieser Programmierung minimiert,
indem es nie zu großen
Differenzen der Ladungs-Mengen der beiden Ladungs-Speicher-Bereiche 210, 220 bzw.
resultierenden Einsatzspannungsdifferenzen beim Betrieb in den zwei
Betriebsarten kommt. Die Einsatzspannung der Speicherzelle dient
als ein Beispiel für
eine zu bestimmende elektrische Größe, die sich aus den Ladungs-Zuständen ergibt.
-
Für das Bestimmen
der Ladungs-Zustände der
Speicherzellen werden die mindestens zwei elektrischen Größen, die
sich aus den Ladungs-Zuständen
in den mindestens zwei unterschiedlichen Betriebsarten der Speicherzellen
ergeben, sequentiell ermittelt und bereitgestellt, da sich beim
differentiellen Speicherkonzept mindestens einer der Zustände aus
der Differenz der elektrischen Größen ergibt.
-
Benötigt werden
eine Schaltungsanordnung und eine Methode zum Bestimmen und Bereitstellen der
elektrischen Größen entsprechend
einem Speicher-Betriebskonzept mit unterschiedlichen Betriebsweisen.
-
Es
wird eine elektronische Schaltkreis-Anordnung angegeben, mit mindestens
einer Speicherzelle, in welcher mindestens zwei elektrische Größen speicherbar
sind. Mit der Speicherzelle ist eine Schalteinheit elektrisch verbunden,
welche mindestens einen ersten Schaltkreis-Pfad und einen zweiten Schaltkreis-Pfad
aufweist. Diese Schaltkreis-Pfade weisen mindestens eine Speichereinheit
mit einer ersten Teil-Speichereinheit
und mindestens einer zweiten Teil-Speichereinheit auf, wobei jede Teil-Speichereinheit
zur Speicherung mindestens einer elektrischen Größe eingerichtet ist. Die Schalteinheit
ist derart eingerichtet, daß sie
sequentiell eine erste der mindestens zwei elektrischen Größen entlang
des ersten Schaltkreis-Pfades zu der ersten Teil-Speichereinheit und eine zweite der
mindestens zwei elektrischen Größen entlang
des zweiten Schaltkreis-Pfades zu der zweiten Teil-Speichereinheit
führen
kann.
-
Es
wird ein Verfahren zum Lesen und Speichern von mindestens zwei elektrischen
Größen von mindestens
einem nicht flüchtigen
Speicherelement bereitgestellt.
-
Dabei
wird in einer ersten von mindestens zwei Betriebsweisen des mindestens
einen Speicherelementes die erste der mindestens zwei elektrischen
Größen über ein
Auswahlelement einem ersten von mindestens zwei Teil-Schaltkreis
Pfaden zugeführt
und mit einem ersten von mindestens zwei Teil-Speichereinheiten gespeichert. In einer
zweiten Betriebsweise des mindestens einen Speicherelementes wird
die zweite der mindestens zwei elektrischen Größen über ein Auswahlelement einem
zweiten Teil-Schaltkreis Pfad zugeführt und mit einem zweiten von
mindestens zwei Teil-Speichereinheiten gespeichert.
-
Es
wird eine elektronische Schaltkreis-Anordnung angegeben mit mindestens
einem ersten Mittel zum Speichern von mindestens zwei elektrischen
Größen und
mit einem mit dem Mittel zum Speichern elektrisch verbundenen Mittel
zum Schalten, welches mindestens einen ersten Schaltkreis-Pfad und
einen zweiten Schaltkreis-Pfad und ein zweites Mittel zum Speichern
und mindestens ein drittes Mittel zum Speichern jeweils mindestens
einer elektrischen Größe aufweist.
-
Das
Mittel zum Schalten ist derart eingerichtet, daß es sequentiell eine erste
der mindestens zwei elektrischen Größen entlang des ersten Schaltkreis-Pfades
zu dem zweiten Mittel zum Speichern und eine zweite der mindestens
zwei elektrischen Größen entlang
des zweiten Schaltkreis-Pfades zu dem dritten Mittel zum Speichern
führen
kann.
-
Es
wird ein Computerprogrammprodukt zum Lesen und Speichern von mindestens
zwei elektrischen Größen von
mindestens einem nicht flüchtigen Speicherelement
angegeben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird,
in einer ersten von mindestens zwei Betriebsweisen des mindestens
einen Speicherelementes die erste der mindestens zwei elektrischen
Größen über ein
Auswahlelement einem ersten von mindestens zwei Teil-Schaltkreis Pfaden
zuführt
und mit einem ersten von mindestens zwei Teil-Speichereinheiten
speichert. In einer zweiten Betriebsweise des mindestens einen Speicherelementes
führt das
von einem Prozessor ausgeführte Computerprogrammprodukt
die zweite der mindestens zwei elektrischen Größen über ein Auswahlelement einem
zweiten Teil-Schaltkreis Pfad zu und speichert sie mit einem zweiten
von mindestens zwei Teil-Speichereinheiten.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es
zeigen
-
1 eine
Darstellung eines Beispiels des Aufbaus einer NROM-Speicherzelle;
-
2 eine
Darstellung der Ladungs-Zustände
und Ladungs-Zustands-Bereiche
zum Speichern von vier Zuständen
beim differentiellen Speicherkonzept einer nicht flüchtigen
Speicherzelle;
-
3 ein
Blockschaltbild der Schaltkreis-Anordnung;
-
4 eine
elektrischen Schaltkreis-Anordnung mit drain-side sensing gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
5 eine
Ansteuersequenz einer elektrischen Schaltkreis-Anordnung mit drain-side
sensing entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
-
6 eine
elektrische Schaltkreis-Anordnung mit drain-side sensing entsprechend einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
7 eine
Ansteuersequenz der elektrischen Schaltkreis-Anordnung mit drain-side sensing gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
8 eine
elektrische Schaltkreis-Anordnung mit source-side sensing gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
9 eine
Ansteuersequenz der elektrischen Schaltkreis-Anordnung mit source-side sensing gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
10 eine
elektrische Schaltkreis-Anordnung mit drain-side sensing gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung.
-
11 eine
Ausführungsform
eines Schaltungsblocks einer elektrischen Schaltkreis-Anordnung
mit drain-side sensing.
-
Das
Speicherelement kann eine nicht flüchtige Speicherzelle sein.
Bei einem nicht flüchtigen Speicherelement
bleibt der Inhalt erhalten, auch wenn die Spannung für den Betrieb,
d.h. Lesen und Schreiben des Speicherelementes, abgeschaltet ist. Beispiele
für solche
Speicherelemente sind SONGS Speicherelemente, bei denen die Siliziumnitridschicht
Ladungsträger
speichern kann und damit das Steuerverhalten eines modifizierten
Feldeffekttransistors beeinflußt.
Dabei können
die SONGS Speicherelemente derart eingerichtet sein, daß sie in
zwei Richtungen betrieben werden können. Solche Speicherelemente
werden auch als NROM Speicherelemente bezeichnet. Neben der Ausgestaltung
in planarer Form gibt es weitere Ausgestaltungen von in zwei Richtungen
betreibbaren SONGS Speicherelementen, wie beispielsweise U-förmige und
Finnen-förmige
Speicherelemente.
-
Bei
floating gate Speicherelementen, als weiteres Beispiel für solche
nicht flüchtigen
Speicherelemente, werden die Ladungen in einer isoliert angeordneten
leitenden Schicht (z.B. Poly-Silizium) gespeichert, um das Steuerverhalten
eines modifizierten Feldeffekttransistors zu beeinflussen. Wird
die isoliert angeordnete leitende Schicht zum Speichern der Ladungsträger in zwei
voneinander elektrisch isolierte leitende Bereiche aufgeteilt, so
daß ein
erster Bereich über
dem Kanalbereich in der Nähe
der Source und der zweite Bereich in der Nähe der Drain angeordnet ist,
können,
entsprechend der NROM Zelle, Ladungsträger entweder im ersten Bereich oder
im zweiten Bereich über
zwei unterschiedliche Betriebsweisen einer solch modifizierten floating
gate Zelle (split gate) gespeichert und ausgelesen werden.
-
Auch
Conductive Bridging RAM (CBRAM), bei der die Information durch das
Vorhandensein einer leitenden Brücke
aus Silber-Clustern
gespeichert wird, kann als nicht flüchtige Speicherzelle benutzt werden.
-
Bei
Ferroelectric RAM (FeRAM) wird zur nicht flüchtigen Speicherung der Information
die remanente Polarisation einer ferroelektrischen Schicht, die
die Größe einer
Kapazität
beeinflußt,
benutzt.
-
Weiterhin
kann als Beispiel für
nicht flüchtige Speicher
das Magnetoresistive RAM(MRAM) aufgeführt werden, bei dem die unterschiedliche
Orientierung des Magnetisierungs-Vektors zu einer Veränderung
des Widerstandes führt,
um die Information zu speichern.
-
Gemäß einem
weiteren Beispiel für
nicht flüchtige
Speicher wird bei Organic RAM (ORAN) die Widerstandsänderung
eines geeigneten Materials durch Anlegen von positiven bzw. negativen
Spannungen zur nicht flüchtigen
Speicherung von Informationen verwendet.
-
Beim
Phase Change RAM (PCRAM) wird die nicht flüchtige Speicherung durch thermisch
induzierte Widerstandsänderung
beim reversiblen Phasenübergang
realisiert.
-
Es
wird in unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung davon ausgegangen,
daß die
oben beschriebenen nicht flüchtigen
Speicherelemente derart eingerichtet sind oder derart angesteuert
werden, daß sie
in zwei unterschiedlichen Betriebsweisen zur Speicherung von mehr
als einem Bit je Zelle betrieben werden können, um vorteilhaft mit der
im Folgenden beschriebenen elektronischen Schaltkreis-Anordnung
betrieben werden zu können.
-
Durch
den symmetrischen Aufbau einer SONGS Speicherzelle entsprechend
einer NROM Speicherzelle, kann eine solche SONGS Zelle in zwei unterschiedlichen
Richtungen betrieben werden und somit stehen zwei unterschiedliche
Betriebsweisen zur Verfügung,
die die Speicherung von mindesten 2 Bit pro Speicherzelle zuläßt.
-
Das
mindestens eine Speicherelement ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
so eingerichtet, daß die
elektrischen Größen, die
beim Betreiben von Speicherelementen bereitgestellt werden können, unterschiedliche
Ladungs-Zustände
darstellen können.
-
Die
elektronische Schaltkreis-Anordnung weist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
eine Schalteinheit mit mindestens einem Auswahlelement auf, das
die elektrische Größe, entsprechend
dem Schaltzustand des Auswahlelementes, der mindestens einen Teil-Speichereinheit
zuführen
kann und mindestens einer Steuereinheit, die den Schaltzustand des
Auswahlelementes vorgeben kann.
-
Wenn
die Informationen aus einer solchen nicht flüchtigen Speicherzelle in Form
von elektrischen Größen sequentiell
in zwei unterschiedlichen Betriebsweisen herausgelesen wurden, können sie für die weitere
Verarbeitung dieser Information in einem Speicherelement einer Teilspeichereinheit
gespeichert werden, das z.B. in Form mindestens eines Kondensators
ausgestaltet ist. Weitere Möglichkeiten,
die ausgelesenen elektrischen Größen zu speichern,
können
sowohl mit volatilen Speicherelementen wie z.B. DRAMs erfolgen,
als auch mit Schaltungsanordungen wie beispielsweise FlipFlops,
Registern und Latches.
-
Bei
dem beschriebenen Multibit Speicherschema sollen die Summe und die
Differenz der zwei Speicherzellströme von jeder Seite der Multibit
Zelle ermittelt bzw. detektiert werden. Nach dem Detektieren bei
dem Betrieb des Speicherelementes in der ersten Richtung bzw. zweiten
Richtung wird jeweils die Information gespeichert. Die Strominformation soll
für eine
weitere Prozessierung gespeichert werden. Dies entspricht einem
sample-and-hold Mechanismus. Bei der Implementierung der Schaltungsanordnung
kann die Information durch das Benutzen einer Kapazität als Speicherelement
gehalten werden. Die Spannung an den zwei unterschiedlichen Kapazitäten kann
dann für
die weitere Prozessierung benutzt werden.
-
In
der elektronischen Schaltkreis-Anordnung kann das mindestens eine
Auswahlelement mindestens ein Transmissions-Gatter aufweisen.
-
Die
elektronische Schaltkreis-Anordnung ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
mit einer Steuereinheit so eingerichtet, daß das mindestens eine Auswahlelement
erst eine erste der mindestens zwei elektrischen Größen des
Speicherelementes mit der ersten der mindestens zwei Teil-Speichereinheiten
koppeln kann und dann eine zweite der mindestens zwei elektrischen
Größen mit
einer zweiten der mindestens zwei Teil-Speichereinheiten koppeln kann.
-
Die
ausgelesenen elektrischen Größen aus dem
nicht flüchtigen
Speicherelement können
in unterschiedliche Schaltungspfade geleitet werden, indem der Schaltzustand
mindestens eines Auswahlelementes eine elektrische Größe über den
ausgewählten
Schaltungspfad einer Teil-Speichereinheit zuführt. Dabei wird der Schaltzustand
des Auswahlelementes von einer Steuereinheit kontrolliert, die synchron
mit der Betriebsphase des Speicherelementes das Auswahlelement steuert.
Als Auswahlelement kann eine geeignete Anordnung von Transmissions-Gattern
oder z.B. auch eine entsprechende Multiplexerschaltung verwendet
werden.
-
Die
elektronische Schaltkreis-Anordnung kann derart verschaltet sein,
daß die
mindestens eine elektrische Größe in der
mindestens einen Teilspeichereinheit mittels mindestens eines Kondensators gespeichert
werden kann.
-
Die
Steuereinheit ist gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung so eingerichtet, daß das mindestens
eine Auswahlelement erst eine erste der mindestens zwei elektrischen
Größen des
Speicherelementes mit der ersten der mindestens zwei Teil-Speichereinheiten
koppeln kann und dann eine zweite der mindestens zwei elektrischen
Größen mit einer
zweiten der mindestens zwei Teil-Speichereinheiten koppeln kann.
Bei dieser Kopplung verändert der
elektrische Zustand des Speicherelementes den elektrischen Zustand
der Teil-Speichereinheit, da das Auswahlelement eine Verbindung
jeweils des Speicherelementes mit mindestens einem der Schaltkreis-Pfade
mit mindestens einer Teil-Speichereinheit herstellt.
-
Die
elektronische Schaltkreis-Anordnung kann mit einer Steuereinheit
so eingerichtet sein, daß erst
eine erste elektrische Größe mittels
Betreibens eines Speicherelements in einer ersten Weise bereitgestellt
werden kann und dann mittels Betreiben eines Speicherelementes in
einer zweiten Weise die zweite elektrische Größe bereitgestellt werden kann.
-
Ferner
ist ein Verfahren zum Lesen und Speichern von mindestens zwei elektrischen
Größen von
mindestens einem Speicherelement vorgesehen, wobei in einer ersten
von mindestens zwei Betriebsweisen des mindestens einen Speicherelementes
die erste der mindesten zwei elektrischen Größen über ein Auswahlelement einem
ersten von mindestens zwei Teil-Schaltkreis Pfaden zugeführt und
mit einem ersten von mindestens zwei Teil-Speichereinheiten gespeichert
wird.
-
In
einer zweiten Betriebsweise des mindestens einen Speicherelementes
wird die zweite der mindesten zwei elektrischen Größen über ein
Auswahlelement einem zweiten Teil-Schaltkreis Pfad zugeführt und
mit einem zweiten von mindestens zwei Teil-Speichereinheiten gespeichert.
-
Für dieses
Speicherelement kann mindestens ein nicht flüchtiges Speicherelement verwendet werden.
-
Im
speziellen kann als Speicherelement mindestens ein SONGS Speicherelement
verwendet werden.
-
Die Änderung
des Zustandes der Teil-Speichereinheit kann mittels Aufladens eines
Kondensators erreicht werden. Alternativ kann die Änderung des
Zustandes der Teil-Speichereinheit
mittels Entladens eines Kondensators erreicht werden.
-
Der
Betrieb des SONGS Speicherelementes kann so ausgeführt werden,
daß in
einer ersten Betriebsweise der Strom von einem ersten Anschluß des Speicherelementes
zum zweiten Anschluß des Speicherelementes
fließt
und in einer zweiten Betriebsweise der Strom von einem zweiten Anschluß des Speicherelementes
zum ersten Anschluß des Speicherelementes
fließt.
-
Das
SONGS-Speicherelement kann so betrieben werden, daß in einer
ersten Betriebsweise eine Spannung so hoch angelegt wird, daß vornehmlich
die in Stromrichtung gesehen erste Ladungsansammlung über dem
Kanalbereich des Speicherelementes den Haupteinfluß auf die
definierte elektrische Größe hat und in
einer zweiten Betriebsweise eine zweite Spannung so hoch angelegt
wird, daß beide
Ladungsansammlungen über
dem Kanalbereich des Speicherelementes einen wesentlichen Einfluß auf die
Definition der elektrischen Größe ausüben.
-
Bei
jedem Betriebsmodus des Speicherelementes kann genau ein Schaltkreis
einem Pfad zugeordnet sein.
-
1 zeigt
einen prinzipiellen Aufbau einer NROM-Speicherzelle 100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Auf einem Substrat 101 sind im Abstand voneinander
ein erster Source-/Drain-Bereich 110 und ein zweiter Source-/Drain-Bereich 120 angeordnet,
zwischen denen sich im Substrat 101 der Kanalbereich 150 erstreckt. Oberhalb
des Kanalbereiches 150 ist auf dem Substrat 101,
beispielsweise aus Silizium, eine Gate-Struktur 130 ausgebildet.
Die Source-/Drain-Bereiche 110 und 120 und
die Gate-Struktur 130 sind typischerweise mittels elektrischer
Kontakte mit weiteren Schaltungselementen verbunden.
-
Die
Gate-Struktur 130 weist drei Schichten auf, in der Schichtabfolge
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
einer ersten Siliziumoxidschicht 141, einer Siliziumnitridschicht 142 und
einer zweiten Siliziumoxidschicht 143. Typischerweise wird
der elektrische Wortleitungs-Kontakt zum Anlegen der Gate-Spannung an die Gate-Struktur 130 mittels
eines flächigen
Gate-Kontaktes 144 erreicht. Die Source-Drain Bereiche 110 und 120 sind
typischerweise mit den Bitleitungen des Speicherarrays elektrisch verbunden.
-
Der
Gate-Kontakt 144 ist mittels der Gate-Struktur 130 von
dem Kanalbereich 150 im Substrat 101 elektrisch
isoliert. Innerhalb der Speicherschicht 142 der Gate-Struktur 130 können Ladungen
gespeichert werden. Typischerweise befindet sich der erste Ladungs-Speicher-Bereich 131 in der
Nähe des
ersten Source-/Drain-Bereiches 110 innerhalb der Speicherschicht 142 und
der zweite Ladungs-Speicher-Bereich 132 befindet sich in der Nähe des zweiten
Source-/Drain-Bereiches 120 innerhalb der Speicherschicht 142.
Dabei bestimmt sich der jeweilige Ort der Ladungs-Speicher-Bereiche 131 bzw. 132 in
der Nähe
des ersten Source-/Drain-Bereiches 110 bzw. in der Nähe des zweiten
Source-/Drain-Bereiches 120 entsprechend den Betriebsbedingungen
der Speicherzelle 100.
-
Der
Ort der Ladungs-Speicher-Bereiche 131 bzw. 132 bestimmt
sich vor allem dadurch, daß die Elektronen
im horizontalen Feld im Kanalbereich 150 mittels einer
Spannung zwischen den zwei Source-/Drain-Bereichen 110 bzw. 120 so
viel Energie aufgenommen haben müssen,
daß sie
mittels Streuung mit anderen Elektronen die Potentialbarriere der Isolierschicht
an dieser Stelle überwinden
können und
in die Speicherschicht 142 eindringen können.
-
Die
Speicherschicht 142 einer Charge-Trapping-Speicherzelle 100 befindet
sich zwischen Begrenzungsschichten 141 und 143 aus
einem Material mit einer höheren
Energiebandlücke
als die Energiebandlücke
der Speicherschicht, so daß die
Ladungsträger,
die in der Speicherschicht 142 eingefangen werden, dort
lokalisiert bleiben.
-
Wesentlich
ist der Unterschied in den Energiebandlücken, was mittels Variation
der Materialien der Speicherschicht 142 als auch mittels
Variation der Begrenzungsschichten 141 und 143 erreicht
werden kann, wobei die Differenz der Energiebandlücken für einen
guten elektrischen Einschluß der
Ladungsträger
möglichst
groß sein
soll.
-
Geeignete
Materialien für
die Speicherschicht der Speicherzelle 100 sind typischerweise
Nitride und als Begrenzungsschicht wird typischerweise ein Oxid
verwendet. Die schon beschriebene NROM Speicherzelle ist ein Beispiel
für eine
Oxid-Nitrid-Oxid-(ONO)
Speicherschichtfolge im Materialsystem von Silizium. Dabei hat die
Speicherschicht Siliziumnitrid typischerweise eine Energiebandlücke von
etwa 5 eV und die umge benden Begrenzungsschichten sind Siliziumoxid
mit einer Energiebandlücke
von etwa 9 eV.
-
In
Verbindung mit Siliziumoxid als Begrenzungsschicht kann z.B. alternativ
Tantaloxid, Hafniumsilicat, Titanoxid (im Fall stöchiometrischer
Zusammensetzung TiO2), Zirkonoxid (im Fall
stöchiometrischer
Zusammensetzung ZrO2), Aluminiumoxid (im
Fall stöchiometrischer
Zusammensetzung Al2O3) oder
intrinsisch leitendes (undotiertes) Silizium als Material der Speicherschicht
eingesetzt werden.
-
Die
Programmierung des ersten Bits einer derartigen 2-Bit-NROM-Speicherzelle 100,
erfolgt in der Art, daß mittels
einer Gate-Spannung ein vertikales elektrisches Feld erzeugt wird.
In der ersten Betriebsrichtung wird mittels Anlegens einer Spannung zwischen
dem ersten Source-/Drain-Bereich 110 und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 120 im
Kanalbereich 150 der Speicherzelle 100 zusätzlich ein
laterales elektrisches Feld in einer ersten Betriebs-Richtung erzeugt,
das die Elektronen entlang der Kanallänge beschleunigt.
-
Einige
Elektronen werden dabei mittels Streuung so beschleunigt, daß sie im
Kanalbereich 150 in der Nähe des zweiten Source-/Drain-Bereiches 120,
wo das laterale elektrische Feld am stärksten ist, über die
Potentialbarriere springen und zur Ladungs-Speicher-Schicht 142 gelangen
und den zweiten Ladungs-Speicher-Bereich 132 definieren.
-
Mittels
einer solchen Ladungsansammlung in der Ladungs-Speicher-Schicht 142 ändert sich
die Einsatzspannung der Speicherzelle 100, was typischerweise
mittels Anlegens einer Lesespannung in zur ersten Betriebs-Richtung
umgekehrten Richtung feststellbar ist. Das zweite Bit in dieser
Speicherzelle 100 wird typischerweise dadurch programmiert,
daß eine
zur ersten Betriebsrichtung umgekehrte Spannung zwischen dem zweiten
Source-/Drain-Bereich 120 und ersten Source-/Drain-Bereich 110 angelegt wird.
-
Dabei
werden die Elektronen in der Nähe des
ersten Source-/Drain-Bereiches 110 über die
Potentialbarriere in den ersten Ladungs-Speicher-Bereich 131 der
Ladungsspeicherschicht 142 gelangen. Mittels Anwesenheit
oder Abwesenheit von negativen Ladungen in den Ladungs-Speicher-Bereichen 131 bzw. 132 kann
in einer nicht flüchtigen
Speicherzelle 100, wie beispielsweise einer NROM-Zelle,
eine Information von 2-Bit in geometrisch auseinander liegenden
Ladungs-Speicher-Bereichen abgespeichert werden.
-
Beim
Auslesen der Zustände
wird bei dieser Betriebsweise jeweils mit einer zum Programmiervorgang
gegensinnig angelegten Lesespannung (reverse-read) zwischen den
jeweiligen Source-/Drain-Bereichen 110 bzw. 120 der
Ladungs-Zustand detektiert.
-
Der
vorwiegend symmetrische Aufbau dieser Speicherzelle 100 ermöglicht einen
Betrieb in einer ersten Betriebsrichtung vom ersten Source-/Drain-Bereich 110 zum
zweiten Source-/Drain-Bereich 120,
sowie einen entsprechend umgekehrten Betrieb vom zweiten Source-/Drain-Bereich 120 zum
ersten Source-/Drain-Bereich 110.
-
Diese
Betriebsrichtungen werden sowohl für das Programmieren als auch
für das
Lesen benutzt. Wenn z.B. beim Programmieren der Betrieb in der ersten
Richtung erfolgt, erfolgt das Auslesen dieses Ladungs-Zustandes,
der im zweiten Ladungs-Speicher-Bereich 132 gespeichert
vorliegt, indem die Speicherzelle 100 in der umgekehrten
Richtung betrieben wird, so daß der
zweite Ladungs-Speicher-Bereich 132 vornehmlich für die sich
ergebende elektrische Größe entscheidend
ist. Der erste Ladungs-Zustand in der Nähe des ersten Source-/Drain-Bereiches 110 im
Ladungs-Speicher-Bereich 131 wird bei entsprechend jeweilig
umgekehrter Betriebsweise programmiert und gelesen.
-
Mittels
dieser zwei Betriebsweisen ist es möglich, mindestens vier unterschiedliche
elektrische Zustände
und somit mindestens zwei Bit zu speichern, da in den zwei Ladungs-Speicher-Bereichen 131 und 132 Ladungsträger gespeichert
sein können
oder mittels der entsprechend umgekehrt geladenen Ladungsträger kompensiert
sein können.
-
Das
Detektieren der gespeicherten Information erfolgt z.B. mittels Ermittlung
der Einsatzspannung oder Schwellspannung des Speicherzellen-Transistors
VT als eine mögliche elektrische Größe, die
den Ladungs-Zustand des Speicherelementes definiert.
-
Das
Nebensprechen, bei dem Ladungen z.B. im zweiten Ladungs-Speicher-Bereich 132 die
elektrische Größe beim
Auslesen des ersten Ladungs-Speicher-Bereiches 131 beeinflussen,
kann sich wie folgt auswirken. Zum Lesen der NROM-Speicherzelle 100 wird
eine bestimmte Steuer-Gate-Spannung zwischen Steuer-Gate 144 und erstem
Source-/Drain-Bereich 110 angelegt. Außerdem wird eine positive Spannung
zwischen erstem Source-/Drain-Bereich 110 und
zweitem Source-/Drain-Bereich 120 angelegt.
-
Bei
dieser Spannungsrichtung wird dann die Ladungsmenge der Speicherschicht
in der Nähe
des ersten Source-/Drain-Bereiches 110 detektiert,
da bei dieser Betriebs-Richtung die Inversionsschicht-Ladung im
Kanalbereich 150 in der Nähe des ersten Source-/Drain-Bereiches 110 größer ist
als die Inversionsschicht-Ladung im Kanalbereich in der Nähe des zweiten
Source-/Drain-Bereiches 120.
-
Ist
z.B. eine negative Ladung in der Nitridschicht im ersten Ladungs-Speicher-Bereich 131 in der
Nähe des
ersten Source-/Drain-Bereiches 110 gespeichert,
so behindert diese für
positiv dotiertes Kanalgebiet 150 das Ausbilden eines leitfähigen Kanals
zwischen erstem Source-/Drain-Bereich 110 und zweitem Source-/Drain-Bereich 120 und
es fließt
bei dieser Gate-Spannung ein signifikant geringerer Strom, als wenn
kei ne negative Ladung in der Nitridschicht 142 im ersten
Ladungs-Speicher-Bereich 131 gespeichert wäre.
-
Ist
z.B. keine negative elektrische Ladung im ersten Ladungs-Speicher-Bereich 131 in
der Nähe des
ersten Source-/Drain-Bereiches 110 vorhanden, aber
negative elektrische Ladungen im zweiten Ladungs-Speicher-Bereich 132 in
der Nähe
des zweiten Source-/Drain-Bereiches 120 der NROM-Zelle 100,
kann dies auch dazu führen,
daß sich
die Einsatzspannung der Transferkennlinie beim Betrieb in der ersten
Betriebs-Richtung der NROM-Zelle 100 so verändert, daß beispielsweise
kein Drain-Strom
bei der bestimmten Gate-Spannung fließt.
-
Um
den Effekt des Nebensprechens, der sich um so stärker auswirkt, je größer der
Unterschied der Ladungsmengen in der Speicherschicht 142 in
den beiden Ladungs-Speicher-Bereichen 131 und 132 ist,
zu reduzieren, wurde das differentielle Speicherkonzept [1] eingeführt, welche
Veröffentlichung
hiermit durch Bezugnahme vollständig
in die Beschreibung aufgenommen wird.
-
Beim
Programmieren der Speicherzelle 100 werden unterschiedliche
Ladungs-Zustände
der Speicherzelle 100 erreicht. Bei der beschriebenen NROM-Speicherzelle 100 können für beide
der zwei Ladungs-Speicher-Bereiche 131 und 132 definierte Ladungs-Zustände programmiert
und wieder ausgelesen werden. Diese Ladungs-Zustände können mittels geeigneter Kombination
unterschiedlichen logischen Zuständen äquivalent
gesetzt werden und somit der Speicherung von binären Informationen dienen. Dabei
kann die Menge der Ladungen, die in den Ladungs-Speicher-Bereichen 131 und 132 gespeichert
wird, geeignet gewählt
werden und ist auf einer analogen Skala frei zu wählen.
-
Typischerweise
werden mehrere Bereiche einer gewissen Menge an Ladungen für die Zuordnung
zu einem Ladungs-Zustand der Ladungs-Speicher-Bereiche 131 und 132 definiert,
um dadurch eine gewisse Digitalisierung der Programmierung vorzunehmen und
so eine größere Fehlerresistenz für das Programmieren
und Lesen bei z.B. veränderten
Betriebsbedingungen der Speicherzellen oder Herstellungstoleranzen
der Speicherzellen zu erreichen.
-
Genauigkeiten
beim Programmieren und Lesen sowie bei der Herstellung der Speicherzellen
und der Alterung der Speicherzellen bestimmen die Breite der Ladungs-Speicher-Bereiche 131, 132.
-
In 2a sind die unterschiedlichen logischen
Zustände
zum Speichern von zwei Bit gemäß dem differentiellen
Speicherkonzept, welches auch als Multibit Speicherschema bezeichnet
wird, dargestellt. Mit den ausgefüllten Kreisen 251 bis 258 ist
jeweils der Wert der Einsatzspannung, resultierend aus den Ladungs-Zuständen des
ersten Ladungs-Speicher-Bereiches 131 bzw. des zweiten
Ladungs-Speicher-Bereiches 132, einer Speicherzelle symbolisiert.
Dabei stehen die ungeraden Bezugszeichen 251, 253, 255 und 257 jeweils
für die
Ladungs-Zustände des
ersten Ladungs-Speicher-Bereiches 131 und die geraden Bezugszeichen 252, 254, 256 und 258 für die Ladungs-Zustände des
zweiten Ladungs-Speicher-Bereiches 132.
-
Die
vier Ladungs-Zustände
sind auf zwei Ladungs-Mengen-Bereiche 210 und 220 verteilt.
Dabei ist der Abstand zwischen den zwei Ladungs-Mengen-Bereichen 210 und 220 typischerweise
größer als
der Abstand der Ladungs-Zustände
innerhalb eines Ladungs-Mengen-Bereiches.
-
Der
Abstand der zwei Ladungs-Mengen-Bereiche 210 und 220 ist
so gewählt,
daß unter
praktischen Bedingungen eine sichere Unterscheidung beim Lesen der
Speicherzelle möglich
ist, ob ein Ladungs-Zustand entsprechend einem unteren, ersten Ladungs-Mengen-Bereich 210 oder
ein Ladungs-Zustand entsprechend einem oberen, zweiten Ladungs-Mengen-Bereich 220 programmiert
wurde.
-
Beim
in 2a dargestellten ersten logischen
Zustand liegt der Ladungs-Zustand 251 des ersten Ladungs-Speicher-Bereiches 131 unterhalb des
Ladungs-Zustandes 252 des zweiten Ladungs-Speicher-Bereiches 132,
wobei der logische Zustand sich beim Lesen sowohl mittels des Vorzeichens
der Einsatzspannungsdifferenz beim Vergleich des Lese-Betriebs in
der zweiten Richtung im Vergleich zum Lese-Betrieb in der ersten
Betriebsrichtung ergibt, als auch mittels der Lage der Einsatzspannungen
in beiden Lese-Richtungen entsprechend dem unteren, ersten Ladungs-Mengen-Bereich 210.
-
Der
in 2b dargestellte zweite logische Zustand
ergibt sich nunmehr in analoger Form, wobei sich jetzt das umgekehrte
Vorzeichen der Einsatzspannungsdifferenz beim Vergleich des Lese-Betriebs
in der zweiten Richtung im Vergleich zum Lese-Betrieb in der ersten
Betriebsrichtung ergibt. Die Differenz zwischen den Ladungs-Zuständen entsprechend 2a und den Ladungs-Zuständen entsprechend 2b sind dabei typischerweise betragsmäßig vergleichbar,
allein das mathematische Vorzeichen der Differenz der beiden Einsatzspannungen
ist für
die Auswertung des gespeicherten logischen Zustandes ausschlaggebend.
Da zur Unterscheidung der logischen Zustände entsprechend 2a und 2b nur
das Vorzeichen der Differenz detektiert werden muß, kann
für einen
sicheren Betrieb die Differenz der Ladungszustände innerhalb des Ladungs-Mengen-Bereiches 210 gewählt werden.
-
Der
in 2c dargestellte dritte logische
Zustand und der in 2d dargestellte
vierte logische Zustand ergeben sich in vergleichbarer Weise wie der
erste und der zweite logische Zustand, wobei sich hier die entsprechenden
Einsatzspannungen jeweils auf dem höheren Niveau entsprechend des
oberen, zweiten Ladungs-Mengen-Bereiches 220 ergeben. Auch
hier ist für
den Unterschied zwischen dem dritten logischen Zustand und dem vierten
logischen Zustand das Vorzeichen der jeweiligen Differenz der entsprechenden
Einsatzspannungen maßgeblich.
-
Ein
Vorteil des differentiellen Speicherkonzeptes, gemäß 2a bis 2d ist
darin zu sehen, daß jeweils
die Differenz zwischen dem ersten Ladungs-Speicher-Bereich 131 und
zweiten Ladungs-Speicher-Bereich 132 der Speicherzelle
programmiert und gelesen wird, wobei beide Einsatzspannungen innerhalb
eines kleinen Einsatzspannungsbereichs liegen. Es treten entsprechend
den kleinen Ladungs-Zustands-Unterschieden in den beiden Ladungs-Speicher-Bereichen 131 und 132 nie größere Einsatzspannungsdifferenzen
zwischen den beiden Seiten einer Zelle auf, womit das Nebensprechen
reduziert wird.
-
Als
ein Beispiel für
das differentielle Speicherkonzept kann die Differenz der Einsatzspannungen
zwischen dem niedrigeren Einsatzspannungsbereich, welcher dem unteren,
ersten Ladungs-Mengen-Bereich 210 entspricht,
und dem höheren
Einsatzspannungsbereich, welcher dem oberen, zweiten Ladungs-Mengen-Bereich 220 entspricht,
mit ca. 1,5 V und die Einsatzspannungs-Differenz innerhalb des Ladungs-Mengen-Bereiches 210 bzw. 220,
d.h. zwischen z.B. dem ersten Ladungs-Zustand 251 und dem
zweiten Ladungs-Zustand 252 bzw. z.B. dem dritten Ladungs-Zustand 255 und
dem vierten Ladungs-Zustand 256 mit ca. 300 mV angegeben
werden. Es sind jedoch auch andere Differenzen realisierbar.
-
Im
zuvor beschriebenen Beispiel sind vier Ladungs-Zustände, die
auf zwei Ladungs-Mengen-Bereiche 210 und 220 verteilt
sind, beschrieben worden. Es handelt sich folglich um eine 2-Bit-Speicherzelle.
Werden zusätzlich
zum ersten Ladungs-Mengen-Bereich 210 und
zweiten Ladungs-Mengen-Bereich 220 einer oder mehrere zusätzliche
Ladungs-Mengen-Bereiche definiert, so können in analoger Weise zusätzliche
Bits in einer Speicherzelle programmiert und ausgelesen werden.
-
Aus
dem Grundverständnis
des Betriebskonzeptes entsprechend der NROM-Speicherzelle 100 lassen
sich noch weitere Betriebsweisen einer Speicherzelle definieren,
um programmierte Zustände auszulesen.
-
Sofern
die Genauigkeit der Messung der Einsatzspannung es zuläßt, kann
das Auslesen der Einsatzspannungsniveaus in den beiden Betriebsrichtungen
auch bei Betrieb nur in einer Richtung ermittelt werden. Dabei werden
unterschiedliche Spannungen zwischen erstem Source-/Drain-Bereich
und zweitem Source-/Drain-Bereich
in der Weise angelegt, daß mittels
einer deutlich geringeren Spannung von z.B. 0,4 V das beschriebene
Nebensprechen ausgenutzt wird, um das mittlere Niveau der Einsatzspannung
und damit den Ladungs-Mengen-Bereich 210 bzw. 220 und
evtl. weitere Ladungs-Mengen-Bereiche zu bestimmen.
-
Indem
die gleiche Betriebsrichtung beibehalten wird, aber eine höhere Spannung
angelegt wird, um das Nebensprechen zu verringern, wird der Betrag
des Ladungs-Zustandes eines relevanten Ladungs-Speicher-Bereiches
wie z.B. 210, 220 oder weiterer Ladungs-Mengen-Bereiche
der aktuellen Betriebsrichtung detektiert und kann im Vergleich zum
mittleren Niveau des Ladungs-Mengen-Bereiches herangezogen werden,
um das Vorzeichen der Niveaudifferenz zu bestimmen. Somit hat man
sowohl das Niveau der Einsatzspannung als auch das Vorzeichen der
Einsatzspannungsdifferenz bestimmt. Die Einsatzspannung dient hier
als ein Beispiel für
eine elektrische Größe, die
sich je nach Betriebskonzept aus den Ladungs-Zuständen der
Speicherzelle ergeben kann. Es können
auch andere elektrische Größen, wie
z.B. spezifische Ströme
bei definierten Betriebsbedingungen, aus den Ladungs-Zuständen abgeleitet
werden.
-
Im
Folgenden werden eine elektronische Schaltungsanordnung und ein
Verfahren zum Ermitteln und Bereitstellen von elektrischen Größen eines Speicherelementes
erläutert,
wobei mit Hilfe einer Steuereinheit das Speicherelement in mindestens zwei
unterschiedlichen Betriebsweisen angesteuert und betrieben wird
und die dabei sequentiell ausgelesenen elektrischen Größen synchronisiert
mindestens zwei unterschiedlichen Teil-Schaltkreis Pfaden zugeführt werden.
Die mit diesen Schaltkreis Pfaden verbundenen Teil-Speichereinheiten
speichern die resultierenden elektrischen Größen und stellen sie für die weitere
Prozessierung bereit.
-
3 zeigt
ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltkreis-Anordnung 300 zum
Ermitteln und Bereitstellen von elektrischen Größen der oben beschriebenen
Speicherzellen. Die Grundschaltung der Schaltkreis-Anordnung 300 weist
auf: eine Reihenschaltung von einem ersten Decoder 305,
einem Speicherarray 310, einem zweiten Decoder 320, mehreren
parallel geschalteten Teil-Schaltkreispfaden 330 und 340,
einen Strom/Spannungswandler 380 und eine parallel geschaltete
Steuereinheit 370, die über
ihre Steuerleitungen 371 bis ggf. 376 sowohl mit
dem ersten Decoder 305, dem Speicherarray 310,
dem zweiten Decoder 320 als auch mit den Teil-Schaltkreispfaden 330 und 340 verbunden
ist. Die Teil-Schaltkreispfade 330 und 340 sind
jeweils mit den Teil-Speichereinheiten 335 und 345 verbunden.
-
Eine
optionale Erweiterung der Schaltung mit zusätzlichen Teil-Schaltkreispfaden
ist mittels einem zu den anderen Teil-Schaltkreispfaden 330 und 340 entsprechend
parallel geschalteten optionalen zusätzlichen Teil-Schaltkreispfad 350 mit
dem Anschluß zu
seiner zusätzlichen
Teil-Speichereinheit 355 und dem Anschluß 376 zur
Steuereinheit 370 möglich.
-
Der
erste Decoder 305 hat einen ersten Anschluß 311 und
einen zweiten Anschluß 301.
Der erste Anschluß 311 der
Reihenschaltung am ersten Decoder 305 ist typischerweise
mit einem niedrigeren elektrischen Potential V1 verbunden
als ein zweiter Anschluß 382 der
Reihenschaltung am Strom/Spannungswandler 380, der mit
einem Potential V2 verbunden ist.
-
Das
Speicherarray 310 hat einen ersten Anschluß 302 und
einen zweiten Anschluß 312.
Der zweite Anschluß 301 des
ersten Decoders 305 ist mit dem ersten Anschluß 302 am
Speicherarray 310 verbunden.
-
Der
zweite Anschluß 312 des
Speicherarrays 310 ist mit einem ersten Anschluß 321 der
zweiten Decoderschaltung 320 verbunden, deren zweiter Anschluß 322 mit
einem ersten Anschluß 331 eines ersten
Teil-Schaltkreispfades 330 und mit einem ersten Anschluß 341 eines
zweiten Teil-Schaltkreispfades 340 verbunden ist; weiterhin
kann der zweite Anschluß 322 der
zweiten Decoderschaltung 320 mit einem ersten Anschluß 351 von
optional zusätzlichen Teil-Schaltkreispfaden 350 verbunden
werden.
-
Jeder
Teil-Schaltkreispfad 330, 340 und gegebenenfalls
jeder der zusätzlichen
Teil-Schaltkreispfade 350 ist mit seinem jeweiligen dritten
Anschluß 333 bzw. 343 und
gegebenenfalls 353 mit einem ersten Anschluß 336, 346 und
gegebenenfalls 356 mit je einer Teil-Speichereinheit 335, 345 und
gegebenenfalls 355 mit den Anschlüssen 336, 346 und 356 der Teil-Speichereinheit 335, 345 und
gegebenenfalls 355 verbunden. Ein zweiter Anschluß 337, 347 und optional 357 der
Teil-Speichereinheiten 335, 345 und gegebenenfalls 355 kann
jeweils mit einem niedrigeren oder höheren (beispielsweise bei source-side sensing)
Potential als der zweite Anschluß 382 der Reihenschaltung
am Strom/Spannungswandler 380 verbunden werden. Zweite
Anschlüsse 332, 342,
und gegebenenfalls 352 der Teil-Schaltkreispfade 330, 340 und
optional 350 sind miteinander verbunden und mit einem ersten
Anschluß 381 des
Strom/Spannungswandlers 380 verbunden.
-
Ein
zweiter Anschluß 382 des
Strom/Spannungswandlers 380, welcher dem zweiten Anschluß der Reihenschaltung
entspricht, kann mit einem höheren
elektrischen Potential V2 verbunden werden.
-
Von
der Steuereinheit 370 führt
beispielsweise je mindestens eine Steuerleitung 371 zu
dem ersten Decoder 305, eine Steuerleitung 372 zu
dem Speicherarray 310, eine Steuerleitung 373 zu
dem zweiten Decoder 320, eine Steuerleitung 374 zu
dem ersten Teil-Schaltkreispfad 330, eine Steuerleitung 375 zu
dem zweiten Teil-Schaltkreispfad 340 und gegebenenfalls
Steu erleitungen wie die Steuerleitung 376 zu optionalen
zusätzlichen
Teil-Schaltkreispfaden wie dem zusätzlichen Teil-Schaltkreispfad 350.
-
Der
Betrieb der Schaltungsanordnung 300 wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf 3 näher erläutert:
Wenn mittels der
Ansteuerung der Steuereinheit 370 sowohl der ersten Adress-Decoderschaltung 305,
als auch des Speicherarrays 310, als auch der zweiten Adress-Decoderschaltung 320 ein
Speicherelement im Speicherarray 310 in einer ersten Weise
betrieben wird, wird mittels der Steuereinheit 370 der
erste Teil-Schaltkreispfad 330 so geschaltet, daß die resultierende
elektrische Größe den Zustand
der ersten Teil-Speichereinheit 335 ändert. Die
anderen Teil-Schaltkreispfade 340 und gegebenenfalls 350 werden
mittels der Steuereinheit 370 so geschaltet, daß die zugehörigen Teil-Speichereinheiten 345 und gegebenenfalls 355 unverändert bleiben.
-
Wenn
in einem weiteren Schritt mittels der Ansteuerung der Steuereinheit 370 sowohl
der ersten Decoderschaltung 305, als auch des Speicherarrays 310,
als auch der zweiten Decoderschaltung 320 ein Speicherelement
im Speicherarray 310 in einer zweiten Weise betrieben wird,
wird mittels der Steuereinheit 370 der zweite Teil-Schaltkreispfad 340 so
geschaltet, daß die
resultierende elektrische Größe den Zustand
der zweiten Teil-Speichereinheit 345 ändert. Die anderen Teil-Schaltkreispfade 330 und gegebenenfalls 350 werden
mittels der Steuereinheit 370 so geschaltet, daß die zugehörigen Teil-Speichereinheiten 335 und
gegebenenfalls 355 unverändert bleiben.
-
Danach
stehen mittels der Zustandsänderungen
der Teil-Speichereinheiten 335 und 345 und gegebenenfalls
zusätzlicher
Teil-Speichereinheiten wie 355 die elektrischen Größen bereit,
um weiter prozessiert zu werden.
-
Der
Strom/Spannungswandler 380 kann benutzt werden, um elektrische
Größen vom
Speicherelement aus dem Speicherarray 310 für die Teil-Speichereinheiten 335, 345 und
gegebenenfalls 355 geeignet zu wandeln.
-
4 zeigt
eine Detail-Realisierung mit Einzelelementen der elektronischen
Schaltkreis-Anordnung 300 aus 3 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Dabei wird aus Gründen der
einfachen Beschreibung der Erfindung auf eine nähere Beschreibung der ersten
Adress-Decoderschaltung verzichtet. Die Decoderschaltungen sind hier
aus Gründen
der einfacheren Beschreibung einstufig ausgeführt. Die Decoder können auch
mehrstufig ausgestaltet sein.
-
Wie
in 4 dargestellt ist, weist eine erste Variante 400 der
drain-side sensing Mess-Schaltungs-Anordung 300 in Reihe
nebeneinander angeordnete Speicherelemente wie z.B. 401 im
Speicherelemente-Array 310 auf, aus denen mit Hilfe des
ersten Decoders und von Auswahltransistoren wie z.B. 402 und 403 des
zweiten Decoders 320 und der mit dem Speicherarray 310 und
dem zweiten Decoder 320 verbundenen Steuereinheit 370 ein
Speicherelement 401 ausgewählt werden kann und eine elektrische
Größe des Speicherelementes 401 einem
von der Steuereinheit 370 kontrollierten Teil-Schaltkreispfad
wie z.B. 330 oder 340 zugeführt werden kann.
-
Entsprechend 4,
weist die Mess-Schaltungs-Anordung 300 gemäß einer
ersten Ausführungsform 400 in
Reihe nebeneinander angeordnete Speicherelemente 401 mit
jeweils einem ersten Anschluß (erster
Source-/Drain-Bereich) 404, einem zweiten Anschluß (zweiter
Source-/Drain-Bereich) 405 und einem Steueranschluß (Gate) 406 auf,
die jeweils mit dem zweiten Anschluß 405 des ersten Speicherelementes 401 an
dem ersten Anschluß des daneben
angeordneten Speicherelementes elektrisch verbunden sind.
-
Diese
nebeneinander angeordneten Speicherelemente 401 stellen
einen Ausschnitt des Speicherarrays 310 dar, in dem in
der 'virtual ground'-Architektur des
Speicherelement-Arrays 310 mehrere solcher nebeneinander
angeordneten Speicherelemente 401 parallel geschaltet vorliegen
können.
Das Speicherelement-Array 310 kann aber auch in anderen
Speicherelement-Architekturen
vorliegen, als in diesem ersten Ausführungsbeispiel dargelegt ist.
-
Die
Steueranschlüsse 406 der
in einer Reihe nebeneinander angeordneten Speicherelemente 401 sind
jeweils elektrisch miteinander verbunden und können mit der Steuereinheit 370 verbunden
sein. Die ersten Anschlüsse
wie 404 und die zweiten Anschlüsse 405 der Speicherelemente
wie z.B. 401 können
entsprechend weiterer Beschaltung mit dem Massepotential oder einem
anderen ersten Potential verbunden werden. Dabei kann dieses erste
Potential V1 niedriger sein als ein zweites
Potential V2, welches am zweiten Anschluß 382 des
Strom/Spannungswandlers 380 bereitgestellt wird.
-
Die
Speicherelemente wie z.B. 401 des Speicherelement-Arrays 310 können über die
Auswahltransistoren 402 bzw. 403 des zweiten Decoders 320 mit
den Teil-Schaltkreispfaden wie 330 bzw. 340 verbunden
sein. Die Auswahltransistoren 402 bzw. 403 besitzen
einen ersten Anschluß 407 bzw. 408,
einen zweiten Anschluß 409 bzw. 410 und
einen dritten Anschluß 411 bzw. 412.
Der dritte Anschluß 411 bzw. 412 der
Auswahltransistoren 402 bzw. 403 kann mit der
Steuereinheit 370 verbunden sein.
-
Der
erste Anschluß 404 der
Speicherelemente 401 ist jeweils mit einem ersten Anschluß 407 des
ersten Auswahltransistors 402 verbunden. Der zweite Anschluß 405 der
Speicherelemente 401 ist jeweils mit einem ersten Anschluß 408 des
zweiten Auswahltransistors 403 verbunden.
-
Die
jeweils zweiten Anschlüsse 409 bzw. 410 der
Auswahltransistoren 402 und 403 des zweiten Decoders 320 sind
jeweils miteinander z.B. mittels einer Verbindungsleitung 449 und
an einem Ausgangsknoten 413 des zweiten Decoders 320 verbunden und
außerdem
mit dem ersten Anschluß (Source) 414 eines
Regel-Feldeffekt-Transistors 415 einer Potentiostaten-Schaltung 416 verbunden.
Die Potentiostaten-Schaltung 416 dient dazu, das Potential
der Speicherelemente 401 während des Auslesens der elektrischen
Größe unter
unterschiedlichen Betriebsbedingungen der elektronischen Schaltung 300 möglichst
konstant zu halten.
-
Der
erste Anschluß 414 der
Potentiostaten-Schaltung 416, aufweisend den Regel FET 415 und
einen Operationsverstärker 417,
ist mit dem invertierenden Eingang 418 des Operationsverstärkers 417 verbunden.
Der nicht invertierende Eingang 419 kann an ein Referenzpotential
VR angeschlossen sein. Der Ausgang 420 des
Operationsverstärkers 417 ist
mit dem Steueranschluß 421 (Gate)
des Regel-Feldeffekt-Transistors 415 verbunden.
-
Bei
der Beschreibung der Schaltung wird davon ausgegangen, daß für den Regel-FET
ein N-Typ eingesetzt wird. Wenn ein P-Typ Regel-FET eingesetzt würde, wären die
Anschlüsse
am Operationsverstärker 417 vertauscht.
An Stelle des Operationsverstärkers 417 kann
auch ein hier der Übersichtlichkeit
halber nicht näher
ausgeführter
Differenzverstärker
eingesetzt werden.
-
Der
zweite Anschluß 422 des
Regel-Feldeffekt-Transistors 415, der identisch mit dem
zweiten Anschluß 422 der
Potentiostaten Schaltung 416 ist, ist mit den zwei elektrischen
Pfaden 330 bzw. 340 verbunden. In jedem dieser
elektrischen Pfade 330 bzw. 340 liegen zwei Schalter 423 und 424 bzw. 425 und 426 in
Serie miteinander verbunden. D.h. der jeweils erste Anschluß 427 bzw. 428 eines
ersten Schalters 424 bzw. 426 im jeweiligen Pfad 330 bzw. 340 ist
mit dem zweiten Anschluß 422 des
Regel-Feldeffekt-Transistors 415 verbunden.
-
Der
zweite Anschluß 429 bzw. 430 des
ersten Schalters 424 bzw. 426 im jeweiligen Pfad 330, 340 ist
mit dem ersten Anschluß 431 bzw. 432 eines zweiten
Schalters 423 bzw. 425 verbunden. Die Schalter 423, 424, 425 und 426 in
den beiden Pfaden 330 bzw. 340 können mittels
der Steuereinheit 370 geschaltet werden.
-
Beide
zweiten Anschlüsse 433 bzw. 434 der zweiten
Schalter 423 und 425 in den zwei Pfaden 330, 340 sind
miteinander verbunden. Diese Verbindung ist mit einem ersten Anschluß 435 eines
als Diode geschalteten Feldeffekttransistors 436 verbunden
und ein zweiter Anschluß 382 dieser
Diodenschaltung kann mit der Spannungsversorgung oder einem zweiten
Potential V2, das typischerweise höher als
das erste Potential V1 ist, verbunden werden.
-
Um
als Diode zu wirken, ist der erste Anschluß 435 des Feldeffekttransistors 436 mit
dem Steueranschluß 438 des
Feldeffekttransistors 436 verbunden. Die Strom/Spannungswandlung,
die durch einen solcherart geschalteten Feldeffekttransistor 436 erreicht
wird, kann auch durch einen als aktive Last geschalteten Transistor
erreicht werden. Eine weitere Ausführungsform wäre durch
den Einsatz eines geeigneten Widerstandes zu erreichen. Mit einer
solchen Strom/Spannungswandlung kann erreicht werden, daß eine geringe Änderung
der Stromstärke
eine möglichst
große Änderung
der Spannung zur Folge hat.
-
Der
zweite Anschluß 429 bzw. 430 des
jeweils ersten Schalters 424 und 426 in den beiden Pfaden 330 bzw. 340 ist
mit einem ersten Anschluß 439 bzw. 440 eines
Kondensators 441 bzw. 442 verbunden, dessen zweiter
Anschluß 443 bzw. 444 beispielsweise
mit dem Bezugspotential oder einem anderen ersten Potential V1 verbunden werden kann.
-
Die
Schaltelemente 423, 424, 425 und 426 können von
der Steuereinheit 370 kontrolliert werden und sind z.B.
als Transmis sions-Gatter (Transmission Gate) Bauelement oder z.B.
als Transfer-Gatter (Transfer Gate) Bauelement ausgeführt. Auch
andere Ausführungsformen
dieses Schaltelementes können
in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung eingesetzt werden.
-
Eine
elektronische drain-side sensing Meß-Schaltkreis-Anordnung 600 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 6 dargestellt und entspricht
im Wesentlichen der in 4 dargestellten elektronischen
drain-side sensing Meß-Schaltkreis-Anordnung 300 mit
den folgenden Unterschieden:
Der Strom/Spannungswandler 380 der 4,
mit dem als Diode geschalteten FET 436 und den Anschlüssen 435, 437 und 438 wurde
weggelassen. Das zweite Potential V2 bzw.
die Versorgungsspannung VCC kann in der
drain-side sensing Meß-Schaltkreis-Anordnung 600 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
mit den miteinander verbundenen zweiten Anschlüssen 433 und 434 der
zweiten Schalter 423 und 425 direkt verbunden
werden. Die gegenüber
der in 4 dargestellten Ausführungsform modifizierte Ansteuerung
dieser abgeänderten
Meß-Schaltkreis-Anordnung 600 wird
im Folgenden nach der Beschreibung der Ansteuerung der drain-side
sensing Meß-Schaltkreis-Anordnung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der elektronischen Schaltkreis-Anordnung 300 ausgeführt.
-
Eine
source-side sensing Meß-Schaltkreis-Anordnung 800 in 8 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
entspricht der drain-side sensing Meß-Schaltkreis-Anordnung 600 gemäß dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
mit den folgenden Unterschieden:
Der Ausgangsknoten 413 des
zweiten Decoders 320 ist direkt mit den beiden Teil-Schaltkreispfaden 330 und 340 verbunden.
Der zweite Anschluß 382 der Reihenschaltung
liegt bei diesem Ausführungsbeispiel
auf niedrigem Potential, typischerweise Ground-Potential. Die Potentiostatenschaltung 416 ist
mit dem ersten Anschluß 414 mit
dem ersten Anschluß 301 des
ersten Decoders 305 verbunden, wodurch die Betriebsbedingungen
der Speicherelemente 401 für ein sicheres Detektieren
des Ladungs-Zustandes des Speicherelementes 401 eingestellt
werden können.
Der zweite Anschluß 422 der
Potentiostaten-Schaltung ist mit dem höheren Potential V2 verbunden.
-
Durch
entsprechende später
beschriebene Ansteuerung dieser source-side sensing Meß-Schaltkreis-Anordnung 800 mittels
der Steuereinheit 370 kann auch in diesem Ausführungsbeispiel der
Schaltung der Lade-Zustand z.B. des Speicherelementes 401 ausgelesen,
gespeichert und für
weitere elektrische Prozessierung bereitgestellt werden.
-
Im
Folgenden wird die Ansteuerung der elektronischen drain-side sensing Mess-Schaltkreis-Anordnung 300 entsprechend
dem in 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beim Betrieb
der Speicherelemente 401 in mindestens zwei Betriebsweisen
zum Auslesen und Bereitstellen der elektrischen Größen in einer
als Spannungs-Integration IV (Integration Voltage) bezeichneten
Weise exemplarisch erläutert.
-
In
einer ersten Betriebsweise 501 (vgl. Diagramm 500 in 5)
der Ansteuerung wird das Speicherelement 401 mittels Anlegen
einer geeigneten Spannung mittels der Steuereinheit 370 an
einem Speicherelement-Auswahl-Anschluß 445 über das Steuer-Gate 406 und
eine geeignete Spannung am ersten Source-/Drain Anschluß 404 für die erste
Betriebsweise des Speicherelementes 401 so geschaltet,
daß abhängig vom
Speicherzustand des Speicherelementes 401 ein entsprechender
Strom von einem ersten Anschluß 446,
an welchem ein erstes Potential V1 anliegt,
durch den ersten Source-/Drain Anschluß 404 zum zweiten
Source-/Drain Anschluß 405 fließen kann. Über eine
geeignete Ansteuerung des Steuer-Gates 412 des Auswahltransistors 403 der zweiten
Decoderschaltung 320 mittels der Steuereinheit 370 wird
das zu detektierende Speicherelement 401 über den
Auswahltransistor 403 mit dem Ausgangsknoten 413 der
zweiten Decoderschaltung 320 verbunden.
-
Der
Ausgangsknoten 413 der zweiten Decoderschaltung 320 wird
mittels der Potentiostaten-Schaltung 416 so angesteuert,
daß er
durch Steuerung des Stroms durch den FET 415 den Knoten 413 auf
konstantem Potential VR entsprechend der
Referenzspannung VR hält. Dadurch werden die Betriebsbedingungen
der Speicherelemente 401 für ein sicheres Detektieren
des Ladungs-Zustandes des Speicherelementes 401 eingestellt.
-
Die
Schalter 423 und 424 im ersten Pfad 330 werden
beide leitend „H" geschaltet (siehe
Schaltverlauf 502 des ersten Schalters 424 des
ersten Pfades 330 und Schaltverlauf 503 des zweiten
Schalters 423 des ersten Pfades 330 in 5)
und die Schalter 426 und 425 im zweiten Pfad 340 werden
beide nicht leitend „L" geschaltet (siehe
Schaltverlauf 504 des ersten Schalters 426 des
zweiten Pfades 340 und Schaltverlauf 505 des zweiten
Schalters 425 des zweiten Pfades 340 in 5).
Dadurch stellt sich am Knoten 447 entsprechend dem Strom
im ersten Pfad 330 mittels des Strom-Spannungs Wandlers 380,
der hier als Diode geschalteter FET 436 ausgeführt ist, eine
Spannung VF1 ein, die die Teil-Speichereinheit 441,
die hier als Kondensator 441 ausgeführt ist, innerhalb der ersten
Phase 501 speichert. Vorteilhafterweise wird das RC-Glied
so bemessen, daß das Produkt
aus Widerstand und Kondensator kleiner als die Zeitdauer der Phase 501 ist,
damit der momentane Spannungszustand gespeichert wird.
-
Im
Anschluß an
die erste Betriebsweise des Speicherelementes 401 werden
die Schalter 423 und 424 in einer zweiten Betriebsweise 506 nicht
leitend „L" geschaltet, um den
elektrischen Zustand der Teil-Speichereinheit 441 zu erhalten.
-
In
der zweiten Betriebsweise 506 der Ansteuerung wird das
Speicherelement 401 nach Anlegen einer geeigneten Spannung
mittels der Steuereinheit 370 am Speicherelement-Auswahl- Anschluß 445 über das
Steuer-Gate 406 und eine geeignete Spannung an einem zweiten
Anschluß 448 und
damit an dem zweiten Source-/Drain Anschluß 405 für die zweite
Betriebsweise des Speicherelementes 401 so geschaltet,
daß abhängig vom
Speicherzustand des Speicherelementes 401 ein entsprechender
Strom vom zweiten Anschluß 448,
an welchem ein erstes Potential V1 anliegt,
zu dem zweiten Source-/Drain Anschluß 405 zu dem ersten
Source-/Drain Anschluß 404 fließen kann. Über eine
geeignete Ansteuerung des Steuer-Gates 411 des Auswahltransistors 402 der
zweiten Decoderschaltung 320 mittels der Steuereinheit 370 wird
das zu detektierende Speicherelement 401 über den
Auswahltransistor 402 mit dem Ausgangsknoten 413 der
zweiten Decoderschaltung 320 verbunden.
-
Wieder
wird der Ausgangsknoten 413 der zweiten Decoderschaltung 320 mittels
der Potentiostaten-Schaltung 416 so angesteuert, daß er durch Steuerung
des Stroms durch den FET 415 den Ausgangsknoten 413 auf
konstantem Potential VR entsprechend der
Referenzspannung VR hält. Dadurch werden die Betriebsbedingungen
der Speicherelemente 401 für ein sicheres Detektieren
des Ladungs-Zustandes des Speicherelementes 401 eingestellt.
-
Die
Schaltelemente 423 und 424 im ersten Pfad 330 sind
beide nicht leitend „L" geschaltet und die
Schalter 425 und 426 im zweiten Pfad 340 werden
beide leitend „H" geschaltet. Dadurch
stellt sich am Knoten 449 entsprechend dem Strom im zweiten Pfad 340 mittels
des Strom-SpannungsWandlers 380, der hier als Diode geschalteter
FET 436 ausgeführt
ist, eine Spannung VF2 ein, die von der
Teil-Speichereinheit 442, die hier als Kondensator 442 ausgeführt ist,
gespeichert wird.
-
Im
Anschluß an
diese zweite Betriebsweise 506 des Speicherelementes 401 werden
die Schalter 425 und 426 beide durch die Steuereinheit 370 nicht leitend „L" geschaltet, um den
elektrischen Zustand der Teil-Speichereinheit 442 zu erhalten.
Die beiden Teil-Speichereinheiten 441 und 442 haben
jetzt elekt rische Zustände
angenommen, die mit dem Ladungs-Zustand des Speicherelementes 401 korrelieren
und stellen die elektrischen Zustände für weitere Datenverarbeitung
bereit.
-
Die 10 zeigt
eine Meß-Schaltkreis-Anordung 1200 als
viertes Ausführungsbeispiel
eine Modifizierung der Mess-Schaltkreisanordnung 600.
-
Bei
der Mess-Schaltkreis-Anordnung 1200 ist in Modifikation
der Meß-Schaltkreis-Anordnung 300 der 3 der
zweite Anschluß 301 des
ersten Dekoders 305 der Mess-Schaltkreis-Anordnung 1200 mit
dem zweiten Anschluß 322 des
zweiten Decoders 320 der Mess-Schaltkreis-Anordnung 1200 so
verbunden, daß die
Schaltung gegenüber
der Meß-Schaltkreis-Anordnung 300 mit
weniger Auswahltransistoren aufgebaut werden kann.
-
Der
erste Decoder 305 der Mess-Schaltkreis-Anordung 1200 weist
mindestens zwei Multiplexer-Schaltkreise 450 und 451 auf.
Eine Ausführungsform
der Multiplexer-Schaltkreise 450 und 451 mit zwei
FET Transistoren 1301 und 1302 ist in der 11b gezeigt. Das Blockschaltbild 1305 des
Multiplexer-Schaltkreises 1300 der 11a weist einen Eingang c, einen ersten
Ausgang a1 und einen zweiten Ausgang a2 und einen ersten Steueranschluß b1 und
einen zweiten Steueranschluß b2
auf.
-
Die
Ausführungsform
des Multiplexer-Schaltkreises 1300 entsprechend 11b weist einen ersten FET 1301 und einen
zweiten FET 1302 auf. Der erste Anschluß des ersten FET 1301 und
der erste Anschluß des
zweiten FET 1302 sind mit dem Eingang c des Multiplexer-Schaltkreises
verbunden. Der zweite Anschluß des
ersten FET 1301 ist mit dem ersten Ausgang a1 des Multiplexer-Schaltkreises verbunden.
Der zweite Anschluß des
zweiten FET 1302 ist mit dem zweiten Ausgang a2 verbunden.
Der dritte Anschluß des
ersten FET 1301 ist mit dem ersten Steueranschluß b1 des
Multiplexer-Schaltkreises verbunden und der dritte Anschluß des zweiten
FET 1302 ist mit dem zweiten Steueranschluß b2 des
Multiplexer-Schaltkreises verbunden.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
der Mess-Schaltkreisanordung 1200 weist die Decoderschaltung 320 für jedes
Speicherelement wie z.B. 401 einen ersten Auswahltransistor
wie z.B. 402 und einen zweiten Auswahltransistor wie z.B. 403 auf.
-
In
der der Mess-Schaltkreis-Anordung 1200 ist jeweils der
zweite Anschluß wie
z.B. 409 des jeweils ersten Auswahltransistors wie z.B. 402 des
Decoderschaltkreises 320 z.B. mittels einer Anschlußleitung 464 jeweils
miteinander verbunden. Die jeweils zweiten Anschlüsse wie
z.B. 410 der zweiten Auswahltransistoren wie z.B. 403 sind
jeweils z.B. mittels einer Anschlußleitung 463 miteinander
verbunden.
-
Der
Eingang 457 des ersten Multiplexer-Schaltkreises wie z.B. 450 ist
z.B. mittels der Anschlußleitung 464 jeweils
mit den zweiten Anschlüssen
wie z.B. 409 der ersten Auswahltransistoren wie z.B. 402 verbunden.
Der Eingang 458 des zweiten Multiplexer-Schaltkreises wie
z.B. 451 ist z.B. mittels der Anschlußleitung 463 jeweils
mit den zweiten Anschlüssen
wie z.B. 410 der zweiten Auswahltransistoren wie z.B. 403 verbunden.
-
Die
ersten Ausgänge
der Multiplexer-Schaltkreise wie z.B. 461 des ersten Multiplexer-Schaltkreises 450 sind
jeweils mit den ersten Ausgängen
wie z.B. 460 der Multiplexer-Schaltkreise wie z.B. des zweiten
Multiplexer-Schaltkreises 451 und mit dem Knoten 465 verbunden.
Die zweiten Ausgänge
der Multiplexer-Schaltkreise wie z.B. 462 des ersten Multiplexer-Schaltkreises 450 sind
jeweils mit den zweiten Ausgängen
wie z.B. 459 der Multiplexer-Schaltkreise wie z.B. des
zweiten Multiplexer-Schaltkreises 451 und dem Knoten 466 verbunden.
-
Der
Knoten 465 ist mit dem ersten Anschluß 414 des FET 415 verbunden
und liegt somit auf dem Referenzpotential.
-
Der
Knoten 466 kann mittels des Anschlusses 456 mit
einem niedrigen Potential verbunden werden.
-
Die
ersten und zweiten Steueranschlüsse wie
z.B. 452 und 453 bzw. 454 und 455 der
jeweiligen Multiplexer-Schaltkreise wie z.B. 450 und 451 sind mit
der Steuereinheit 370 verbunden.
-
Im
Folgenden wird der Betrieb der modifizierten Mess-Schaltkreis-Anordnung 1200 entsprechend dem
in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel beim Betrieb
der Speicherelemente 401 in mindestens zwei Betriebsweisen
zum Auslesen und Bereitstellen der elektrischen Größen in einer
als Spannungs-Integration
IV (Integration Voltage) bezeichneten Weise exemplarisch erläutert.
-
In
einer ersten Betriebsweise 501 (vgl. Diagramm 500 in 5)
der Ansteuerung wird das Speicherelement 401 mittels Anlegen
einer geeigneten Spannung mittels der Steuereinheit 370 an
einem Speicherelement-Auswahl-Anschluß 445 über das Steuer-Gate 406 und
eine geeignete Spannung am ersten Source-/Drain Anschluß 404 für die erste
Betriebsweise des Speicherelementes 401 so geschaltet,
daß abhängig vom
Speicherzustand des Speicherelementes 401 ein entsprechender
Strom durch das Speicherelement 401 fließen kann.
-
Dieser
Strom durch das Speicherelement 401 wird durch die Potentialdifferenz
zwischen dem auf niedrigem Potential liegenden Anschluß 456 und auf
höherem
Referenz-Potential liegenden Knotenpunkt 465 getrieben.
Der Strom fließt
in der ersten Betriebsweise 501 vom Anschluß 456,
durch den zweiten Ausgang 462 des ersten Multiplexer-Schaltkreises 450,
durch den Eingang 457 des ersten Multiplexer-Schaltkreises 450,
durch den ersten Auswahltransistor 402 der zweiten Decoderschaltung 320,
durch das Speicherelement 401, durch das zweite Auswahl element 403 der
zweiten Decoderschaltung, durch den zweiten Multiplexer-Schaltkreis 451 zum
Knotenpunkt 465. Die Steuereinheit 370 steuert
dabei sowohl die dritten Anschlüsse 411 und 412 der
Auswahltransistoren 402 und 403 der zweiten Decoderschaltung 320 als
auch die ersten Steueranschlüsse 452 und 454 und
die zweiten Steueranschlüsse 453 und 455 der
ersten und zweiten Multiplexer-Schaltkreise 450 und 451 synchron
zur Ansteuerung der Speicherzelle 401.
-
In
der zweiten Betriebsweise 506 der Speicherzelle 401 erfolgt
der Stromfluß durch
die vorher beschriebenen Elemente wie in der ersten Betriebsweise 501 entsprechend
in umgekehrter Richtung.
-
Die 7 zeigt
in einem Diagramm 700 die modifizierte Ansteuerung einer
drain-side sensing Anordnung 600 gemäß der zweiten Ausführungsform mittels
der Steuereinheit 370 entsprechend 6, die entsprechend
auch auf den Betrieb von der Anordnung 1200 der 10 übertragen
werden kann.
-
Wenn
in der ersten Betriebsweise 701 des Speicherelementes 401 in
der ersten Phase 702 sowohl Schaltelement 424 als
auch 423 leitend „H" geschaltet sind
(siehe Schaltverlauf 703 des ersten Schalters 424 des
ersten Pfades 330 und Schaltverlauf 704 des zweiten
Schalters 423 des ersten Pfades 330 in 7)
und die Schaltelemente 425 und 426 nicht leitend „L" geschaltet sind
(siehe Schaltverlauf 705 des ersten Schalters 426 des
zweiten Pfades 340 und Schaltverlauf 706 des zweiten
Schalters 425 des zweiten Pfades 340 in 7),
kann das Teil-Speicherelement 441 des ersten Teil-Schaltkreispfades 330 bis
auf das zweite Potential V2 geladen werden.
-
Nach
nicht-leitend Schalten „L" des ersten Schaltelementes 424 in
einer zweiten Phase 707 der ersten Betriebsweise 701 des
Speicherelementes 401 wird der Strom des ausgewählten Speicherelementes 401 über die
Teil-Speichereinheit 441 fließen. Dabei fließt in beiden
Betriebszuständen 702 und 707 ein
Strom.
-
In
der zweiten Phase 707 wird der Strom aber aus der Kapazität gespeist
und führt
zu einer Entladung der Kapazität
und somit wird nach Ende der zweiten Phase 707 die Kapazität einen
für den Ladungs-Zustand
des Speicherelementes 401 charakteristischen elektrischen
Zustand annehmen. Dieser elektrische Zustand wird mittels nicht-leitend Schalten
vom Schaltelement 423 am Ende der zweiten Phase 707 der
ersten Betriebsweise 701 gespeichert. Die 7 zeigt
auch die entsprechende symmetrische Ansteuerung der Schaltelemente 425 und 426 in
einer ersten Phase 709 und einer zweiten Phase 710 einer
zweiten Betriebsweise 708 des Speicherelementes 401,
um eine elektrische Größe des Ladungs-Zustandes
des Speicherelementes 401 in den zweiten Teil-Schaltkreispfad 340 zu
führen
und in der Teil-Speichereinheit 442 zu speichern.
-
Die 9 zeigt
in einem Diagramm 900 die Ansteuerung der elektronischen
Meß-Schaltkreis-Anordnung 800 mit
source-side sensing entsprechend 8. In der
ersten Betriebsweise 901 z.B. des Speicherelementes 401 wird
in der ersten Phase 902 der Ansteuerung mittels einer Steuereinheit 370 der
Stromfluß des
Speicherelementes 401 eingestellt und die Schaltelemente 423 und 424 des ersten
Teil-Schaltkreispfades 330 leitend geschaltet (siehe Schaltverlauf 903 des
ersten Schalters 424 des ersten Pfades 330 und
Schaltverlauf 904 des zweiten Schalters 423 des
ersten Pfades 330 in 9) und die
Schaltelemente 425 und 426 des zweiten Teil-Schaltkreispfades 340 nicht
leitend geschaltet (siehe Schaltverlauf 905 des ersten
Schalters 426 des zweiten Pfades 340 und Schaltverlauf 906 des
zweiten Schalters 425 des zweiten Pfades 340 in 9).
-
In
einer zweiten Phase 907 der ersten Betriebsweise 901 des
Speicherelementes 401 wird mittels nicht leitend Schaltens
des Schaltelementes 424 der source-seitige Strom z.B. des Speicherelementes 401 über den
ersten Teil-Schaltkreispfad 330 der Teil-Speichereinheit 441 zugeführt. Mittels
des Stromflusses durch die Teil-Speichereinheit 441 und entsprechend
der Länge
der zweiten Phase 907 wird die für den elektrischen Zustand
z.B. des Speicherelementes 401 charakteristische elektrische
Größe in der
Teil-Speichereinheit 441 eingestellt. Nach nicht leitend
Schalten des Schaltelementes 423 durch die Steuereinheit 370 am
Ende der zweiten Phase 907 der ersten Betriebsweise 901 z.B.
des Speicherelementes 401 bleibt der elektrische Zustand
der Teil-Speichereinheit 441 für weitere elektrische Prozessierung
erhalten.
-
Das
Ansteuer-Schema 900 der 9 zeigt auch,
wie entsprechend symmetrisch die Ansteuerung in der ersten Phase 909 und
in der zweiten Phase 910 der zweiten Betriebsweise 908 z.B.
des Speicherelementes 401 erfolgen kann, um die aus dem Ladungs-Zustand
z.B. des Speicherelementes 401 resultierende elektrische
Größe, zur
weiteren Prozessierung bereitzustellen.
-
Zur
Vereinfachung der Beschreibung sind die Ansteuer-Schemata, d.h. die Verläufe der
Schalterstellungen in den 5, 7 und 9 so
dargestellt, daß Veränderungen
der Schaltstellungen der unterschiedlichen Schalter instantan und
perfekt untereinander synchronisiert verlaufen. Die erfindungsgemäße Schaltung
kann aber genauso mit rampenartigen Verläufen der Veränderung
der Leitfähigkeit
der einzelnen Schalter betrieben werden.
-
Auch
die Synchronisation der Schaltstellungen unterschiedlicher Schalter
muß nicht,
wie exemplarisch dargestellt, in- stantan erfolgen sondern sie kann
innerhalb eines Zeitfensters liegen, das sich aus Anforderungen
an die Schaltung ergeben kann.
-
In
diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
-
References
-