DE102019113401A1

DE102019113401A1 - Rram-schaltung und verfahren

Info

Publication number: DE102019113401A1
Application number: DE102019113401.3A
Authority: DE
Inventors: Chung-Chen Chou; Pei-Ling Tseng; Zheng-Jun Lin
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2019-12-05
Also published as: US11942150B2; CN110556142B; CN110556142A; TWI744645B; TW202004758A; US20230072287A1

Abstract

Eine Schaltung weist einen Vorspannungserzeuger und einen Strombegrenzer auf. Der Vorspannungserzeuger ist eingerichtet, eine erste Referenzspannung aufzunehmen und in Reaktion auf einen ersten Strom und die erste Referenzspannung eine Vorspannung auszugeben. Der Strombegrenzer ist eingerichtet, einen zweiten Strom an einem Eingangsanschluss, eine zweite Referenzspannung und die Vorspannung aufzunehmen und in Reaktion auf die zweite Referenzspannung und einen Spannungspegel des Eingangsanschlusses den zweiten Strom auf einen Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, wobei der Spannungspegel des Eingangsanschlusses auf der Vorspannung basiert.

Description

HINTERGRUND
In einigen Anwendungen speichern Speicherschaltungen Daten in Anordnungen, die Resistive-Random-Access-Speicher(RRAM)-Zellen aufweisen. Eine einzelne RRAM-Zelle ist in einen hochohmigen Zustand (HRS) oder einen niederohmigen Zustand (LRS) programmierbar, wobei jeder Zustand einen Logikzustand darstellt, der von der RRAM-Zelle gespeichert wird.
Figurenliste
Ausbildungen der vorliegenden Offenbarung sind am besten anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zu verstehen, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird angemerkt, dass im Einklang mit der üblichen Vorgehensweise in der Industrie die verschiedenen Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Dimensionen der verschiedenen Merkmale aus Gründen der Verständlichkeit der Darlegung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1 ist ein Diagramm einer Speicherschaltung gemäß einigen Ausführungsformen.
Die 2A und 2B sind Diagramme von Auswahlschaltungen gemäß einigen Ausführungsformen.
3A ist ein Diagramm einer RRAM-Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
3B ist ein Diagramm einer Anordnung mit einem variablen Widerstand gemäß einigen Ausführungsformen.
4 ist ein Diagramm eines Vorspannungserzeugers gemäß einigen Ausführungsformen.
5A ist ein Diagramm eines Strombegrenzers gemäß einigen Ausführungsformen.
Die 5B und 5C sind grafische Darstellungen von Strombegrenzer-Betriebsparametern gemäß einigen Ausführungsformen.
6 ist eine grafische Darstellung von Speicherschaltungs-Betriebsparametern gemäß einigen Ausführungsformen.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Begrenzung eines Stroms gemäß einigen Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Offenbarung liefert viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele für die Realisierung unterschiedlicher Merkmale des bereitgestellten Gegenstandes. Um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen, werden nachstehend spezielle Beispiele für Bestandteile, Werte, Betriebsabläufe, Materialien, Einrichtungen oder dergleichen beschrieben. Selbstverständlich sind das lediglich Beispiele, und sie sind nicht zur Einschränkung vorgesehen. Andere Bestandteile, Werte, Betriebsabläufe, Materialien, Einrichtungen oder dergleichen sind denkbar. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und zweite Merkmal in einem direkten Kontakt ausgebildet sind, und es kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zwischen dem ersten und zweiten Merkmal zusätzliche Merkmale derart ausgebildet sein können, dass das erste und zweite Merkmal nicht unmittelbar kontaktieren können. Außerdem können sich in der vorliegenden Offenbarung in den verschiedenen Beispielen Bezugsziffern und/oder Zeichen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Vereinfachung und Übersichtlichkeit, und sie ergibt von sich aus keine Beziehung zwischen den verschiedenen dargelegten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Ferner können hier räumliche Relationsbegriffe, wie z.B. „darunter liegend“, „unter“, „unterer“, „darüber liegend“, „oberer“ und dergleichen, der Einfachheit der Beschreibung wegen verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (anderen Elementen oder Merkmalen) zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt ist. Die räumlichen Relationsbegriffe sind dazu gedacht, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Einsatz oder beim Betrieb zusätzlich zu der Ausrichtung zu umfassen, die in den Figuren dargestellt ist. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet (90 Grad oder in andere Richtungen gedreht) werden, und die hier verwendeten räumlichen Kennzeichnungen können ebenso dementsprechend interpretiert werden.
In den verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltung zum Begrenzen eines Stroms eingerichtet, z.B. eine den Strom programmierende RRAM, indem ein Vorspannungserzeuger und ein Strombegrenzer einbezogen werden. Der Vorspannungserzeuger ist eingerichtet, eine erste Referenzspannung und einen ersten Strom aufzunehmen und eine Vorspannung auszugeben. Der Strombegrenzer ist eingerichtet, die Vorspannung, eine zweite Referenzspannung und einen Strom an einem Eingangsanschluss aufzunehmen und in Reaktion auf die zweite Referenzspannung und einen Spannungspegel am Eingangsanschluss den zweiten Strom auf Stromgrenzwertpegel zu begrenzen. Durch die Reaktion auf den Spannungspegel am Eingangsanschluss ist die Schaltung in der Lage, den zweiten Strom während eines Programmiervorgangs dynamisch zu begrenzen, indem z.B. ein Filament in einer RRAM-Vorrichtung ausgebildet wird. Der Spannungspegel des Eingangsanschlusses basiert derart auf der Vorspannung, dass das dynamische Strombegrenzungsvermögen zum Teil von der ersten Referenzspannung und dem ersten Strom abhängt.
Dadurch dass während des Programmiervorgangs die Spannung und der Strom verringert werden, nachdem ein vorgegebener RRAM-Strom erreicht ist, arbeitet die Schaltung so, dass Überlastungszustände vermieden werden, wodurch im Vergleich mit Vorgehensweisen, bei denen die Spannung und der Strom nicht verringert werden, nachdem ein vorgegebener RRAM-Strom erreicht ist, die Programmierungszuverlässigkeit verbessert wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Schaltung eingerichtet, den Strom nach einem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt nach dem Erreichen des vorgegebenen RRAM-Stroms weiter zu begrenzen oder abzuschalten, wodurch ermöglicht wird, das Filamentwachstum zu steuern, um im Vergleich mit Vorgehensweisen, bei denen der RRAM-Strom nach einem vorgegebenen Verzögerungsabschnitt nach dem Erreichen eines vorgegebenen Stroms nicht weiter begrenzt oder ausgeschaltet wird, die Datenhaltung zu verbessern.
1 ist ein Diagramm einer Speicherschaltung 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Speicherschaltung 100 weist eine Auswahlschaltung 110, eine Speicherzelle 120, eine Stromquelle 130, einen Vorspannungserzeuger 140 und einen Strombegrenzer 150 auf. Wie nachfolgend dargelegt wird, ist ein Vorspannungserzeuger 140 eingerichtet, eine Vorspannung VB auf Basis eines Stroms I1, der von einer Stromquelle 130 aus empfangen wird, abzugeben, und der Strombegrenzer 150 ist eingerichtet, einen Strom Ic auf Basis der Vorspannung VB und einer Spannung VD an einem Eingangsanschluss 151 zu begrenzen, wobei die Speicherschaltung 100 dadurch eingerichtet ist, den Strom Ic durch die Speicherzelle 120 zu begrenzen.
Die Auswahlschaltung 110 und die Speicherzelle 120 sind zwischen einer Bitleitung BL und dem Strombegrenzer 150 in Reihe geschaltet. Die Stromquelle 130 und der Vorspannungserzeuger 140 sind in Reihe zwischen einem Stromversorgungsknoten VDDN und dem Strombegrenzer 150 geschaltet. Zwei oder mehr Schaltungselemente werden als gekoppelt angesehen auf der Grundlage einer direkten elektrischen Verbindung oder einer elektrischen Verbindung, die ein oder mehrere zusätzliche Schaltungselemente aufweist und dadurch in der Lage ist, gesteuert zu werden, so z.B. durch einen Transistor oder eine andere Schaltvorrichtung, in einen widerstandsbehafteten oder offenen Zustand gebracht zu werden.
In einigen Ausführungsformen ist die Speicherschaltung 100 ein Teilbereich eines (nicht dargestellten) Speicher-Makros, das eine oder mehrere zusätzliche Komponenten, z.B. mindestens eine (nicht dargestellte) Speicherzelle, zusätzlich zu der Speicherzelle 120 aufweist oder eines (nicht dargestellten) Speicherfeldes, das die Speicherzelle 120 und mehrere zusätzliche Speicherzellen aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen sind in der Speicherschaltung 100 eine oder mehrere von der Auswahlschaltung 110, der Speicherzelle 120 oder der Stromquelle 130 nicht enthalten.
Die Bitleitung BL ist eine Datenleitung, die eingerichtet ist, eine Bitleitungsspannung VBL zu übertragen. Die Bitleitungsspannung VBL weist verschiedene Bitleitungsspannungspegel auf, welche Pegel umfassen, die einem oder mehreren Lese- und/oder Schreibvorgängen entsprechen, die nachfolgend mit Bezug auf die Speicherzelle 120 erörtert werden.
Die Auswahlschaltung 110 ist an elektronische Schaltung, die eingerichtet ist, die Speicherzelle 120 in Reaktion auf ein Auswahlsignal (nicht dargestellt) an die Bitleitung BL zu koppeln, die einen Logikzustand aufweist, der einer Auswahl von einer oder mehreren Speicherzellen einschließlich der Speicherzelle 120 entspricht. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Auswahlschaltung 110 eine von einer Auswahlschaltung 200A oder 200B, die nachfolgend mit Bezug auf die 2A und 2B erörtert werden.
In einigen Ausführungsformen weist ein Signal entweder einen Logik-High-Zustand oder einen Logik-Low-Zustand auf. Der Logik-High-Zustand entspricht dem Signal, das einen Spannungspegel aufweist, der kleiner als ein erster vorgegebener Schwellenwert unter einem Betriebsspannungspegel der Speicherschaltung 100 ist, und der Logik-Low-Zustand entspricht dem Signal, das einen Spannungspegel aufweist, der kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert über einem Stromversorgungs-Referenzspannungspegel der Speicherschaltung 100 ist.
Die Speicherzelle 120 ist eine Speicherzelle, die eine RRAM-Vorrichtung, z.B. eine RRAM-Vorrichtung 300, aufweist, die nachfolgend mit Bezug auf die 3A und 3B erörtert wird, und sie weist einen mit der Auswahlschaltung 110 verbundenen Eingangsanschluss 121 und einen mit dem Strombegrenzer 150 verbundenen Ausgangsanschluss 122 auf. Die RRAM-Vorrichtung weist ein Dielektrikum auf, das basierend auf dem jeweiligen Fehlen oder Vorhandensein von einem oder mehreren Filamenten, die auch als Leitungspfade bezeichnet werden, entweder Isolationseigenschaften, die dem HRSentsprechen, oder Leitungseigenschaften, die dem LRSentsprechen, haben kann. Im Betrieb werden auf Basis eines oder mehrerer verschiedenartiger Mechanismen, z.B. Fehlstellen- oder Defektwanderung oder eines anderen geeigneten Mechanismus, Filamente ausgebildet, wodurch die RRAM-Vorrichtungen in den LRSgebracht werden, und sie werden auf Basis einer Erhitzung oder eines oder mehrerer anderer geeigneter Mechanismen unterbrochen, wodurch die RRAM-Vorrichtungen zurück in den HRSgebracht werden.
Die Speicherzelle 120 wird dadurch konfiguriert, den HRS, der einen ersten Logikzustand darstellt, und den LRSaufzuweisen, der einen zweiten Logikzustand darstellt, der sich vom ersten Logikzustand unterscheidet. In einigen Ausführungsformen umfasst die Speicherzelle 120 eine Schaltvorrichtung, z.B. ein Durchgangsgatter, und ist dadurch eingerichtet wählbar auf ein Signal, z.B. ein Wortleitungssignal, zu reagieren, das an einem (nicht dargestellten) zusätzlichen Eingangsanschluss empfangen wird. In einigen Ausführungsformen ist die Speicherzelle 120 eine Speicherzelle aus einer Zeile oder Spalte von Speicherzellen (nicht dargestellt), die über die Auswahlschaltung 110 oder über eine (nicht dargestellte) Auswahlvorrichtung zwischen Speicherzelle 120 und Strombegrenzer 150 ausgewählt werden kann.
Die Speicherzelle 120 ist programmierbar und kann auf Basis einer Zellspannung, die gleich einer Differenz zwischen einem Spannungspegel (nicht gekennzeichnet) am Eingangsanschluss 121 und dem Spannungspegel VD am Ausgangsanschluss 122 ist, gelesen werden. Ist der Eingangsanschluss 121 über die Auswahlschaltung 110 mit der Bitleitung BL verbunden, dann ist der Spannungspegel am Eingangsanschluss 121 gleich dem Spannungspegel der Bitleitungsspannung VBL. In einigen Ausführungsformen ist der Spannungspegel am Eingangsanschluss 121 gleich dem Spannungspegel der Bitleitungsspannung VBL vermindert um einen Spannungsabfall auf Basis eines Widerstandes des Pfades zwischen der Bitleitung BL und dem Eingangsanschluss 121.
Die Speicherschaltung 100 oder ein Speicher-Makro, das die Speicherschaltung 100 umfasst, ist so eingerichtet, dass die Zellspannung einen ersten Programmierspannungspegel, welcher der Einstellung der Speicherzelle 120 auf den LRSin einem ersten Schreibvorgang entspricht, einen zweiten Programmierspannungspegel, welcher der Rückstellung der Speicherzelle 120 auf den HRSin einem zweiten Schreibvorgang entspricht, und einen Lesespannungspegel aufweist, welcher der Erfassung des LRSoder des HRSin einem Lesevorgang entspricht. In jedem von dem ersten und zweiten Schreibvorgang und dem Lesevorgang bewirkt die Zellspannung, die an die Speicherzelle 120 angelegt ist, dass ein Strom Ic in den Eingangsanschluss 121 und aus dem Ausgangsanschluss 122 fließt.
Die Stromquelle 130 ist an elektronische Schaltung, die eingerichtet ist, eine Stromversorgungsspannung VDD vom Stromversorgungsknoten VDDN aus aufzunehmen, und den Strom I1 zu erzeugen. In der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ist die Stromversorgungsspannung VDD eine Betriebsspannung, die den Betriebsspannungspegel der Speicherschaltung 100 aufweist. In einigen Ausführungsformen ist die Stromquelle 130 ist zwischen den Vorspannungserzeuger 140 und einen (nicht dargestellten) Stromversorgungs-Referenzknoten geschaltet, der eingerichtet ist, eine Stromversorgungs-Referenzspannung zu übertragen, die den Stromversorgungs-Referenzspannungspegel, z.B. einen Erdspannungspegel, der Speicherschaltung 100 aufweist. In einigen Ausführungsformen ist die Stromquelle 130 im Vorspannungserzeuger 140 enthalten.
Die Stromquelle 130 ist eingerichtet, den Strom I1 zu erzeugen, der einen oder mehrere vorgegebene Strompegel aufweist. In einigen Ausführungsformen basiert mindestens ein vorgegebener Strompegel auf einem Komplianz-Pegel der Speicherzelle 120 in einem Schreibvorgang, wobei der Komplianz-Pegel ein maximaler Strompegel ist, der dafür ausgelegt ist, einen unerwünschten Zustand, z.B. eine Überhitzung und/oder einen schädigenden Beanspruchungspegel, oder das Ausführen eines unsicheren Programmiervorgangs zu vermeiden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Stromquelle 130 eingerichtet, einen Strom I1 zu erzeugen, der einen vorgegebenen Strompegel aufweist, der gleich einem Komplianz-Pegel oder einem anderen Pegel ist, der aus dem Komplianz-Pegel abgeleitet ist, z.B. ein Mehrfaches oder ein Bruchteil des Komplianz-Pegels.
Der Vorspannungserzeuger 140 ist eine elektronische Schaltung, die einen Eingangsanschluss 141, der zur Aufnahme des Stroms I1 eingerichtet ist, einen Eingangsanschluss 143, der zur Aufnahme einer Referenzspannung VR1 eingerichtet ist, einen Eingangsanschluss 145, der für den Empfang eines Signals EN eingerichtet ist, und einen Ausgangsanschluss 142 aufweist, der zum Übertragen der Vorspannung VB geeignet ist. Der Vorspannungserzeuger 140 weist einen (nicht dargestellten) Stromversorgungs-Referenzknoten auf, der eingerichtet ist, die Stromversorgungs-Referenzspannung zu übertragen, und dadurch eingerichtet ist, den Strom I1 vom Eingangsanschluss 141 zum Stromversorgungs-Referenzknoten zu leiten. In einigen Ausführungsformen ist der Vorspannungserzeuger 140 der Vorspannungserzeuger 400, der nachfolgend mit Bezug auf 4 erörtert wird.
Der Vorspannungserzeuger 140 ist eingerichtet, die Vorspannung VB zu erzeugen, die vom Strom I1, der Referenzspannung VR1 und dem Signal EN abhängig ist, und die Vorspannung VB an den Ausgangsanschluss 142 auszugeben. Die Vorspannung VB weist einen Vorspannungspegel auf Basis eines Referenzspannungspegels der Referenzspannung VR1 und des Strompegels des Stroms I1 auf. Der Vorspannungspegel der Vorspannung VB und der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR1 werden mit Bezug auf den Stromversorgungs-Referenzspannungspegel der Stromversorgungs-Referenzspannung festgelegt.
In einigen Ausführungsformen ist der Vorspannungserzeuger 140 eingerichtet, die Vorspannung VB, die den Vorspannungspegel aufweist, darauf aufbauend zu erzeugen, dass ein Spannungspegel am Eingangsanschluss 141 beim Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR1 gehalten wird, während ein Strom I1 aufgenommen wird, der den Strompegel aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der Vorspannungserzeuger 140 einen Transistor auf, z.B. einen Transistor N1, der nachfolgend mit Bezug auf 4 erörtert wird, der eingerichtet ist, den Strom I1 zu leiten, und der dadurch eingerichtet ist, die Vorspannung VB zu erzeugen, die den Vorspannungspegel aufweist, der einer Gate-Spannung des Transistors entspricht. In einigen Ausführungsformen ist der Vorspannungserzeuger 140 eingerichtet, den Vorspannungspegel als die Gate-Spannung des Transistors zu erzeugen, die erforderlich ist, um den Spannungspegel am Eingangsanschluss 141 beim Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR1 zu halten.
In einigen Ausführungsformen ist der Vorspannungserzeuger 140 eingerichtet, die Referenzspannung VR1 aufzunehmen, die den Referenzspannungspegel aufweist, der in einem Bereich von 0,08 Volt (V) bis 0,3 V liegt. In einigen Ausführungsformen ist der Vorspannungserzeuger 140 eingerichtet, die Referenzspannung VR1 mit einem Referenzspannungspegel aufzunehmen, der ungefähr gleich 0,1 V ist.
In einigen Ausführungsformen ist der Vorspannungserzeuger 140 eingerichtet, den Strom I1 aufzunehmen, der den Strompegel in einem Bereich von 50 Mikroampere (µA) bis 500 µA aufweist. In einigen Ausführungsformen ist der Vorspannungserzeuger 140 eingerichtet, den Strom I1 aufzunehmen, der den Strompegel in einem Bereich von 150 µA bis 250 µA aufweist.
Der Vorspannungserzeuger 140 ist eingerichtet, die Vorspannung VB mit dem Vorspannungspegel zu erzeugen, der auf dem Signal EN basiert, das einen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, und wenn das Signal EN den anderen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, die Vorspannung VB mit einem anderem Spannungspegel als dem Vorspannungspegel, z.B. dem Betriebs- oder Erdspannungspegel, zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen weist der Vorspannungserzeuger 140 keinen Eingangsanschluss 145 auf und ist eingerichtet, die Vorspannung VB, die den Vorspannungspegel aufweist, allein auf Basis des Referenzspannungspegels der Referenzspannung VR1 bedingt zu erzeugen, z.B. basierend darauf, dass der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR1 kleiner als, größer als oder gleich ein vorgegebener Wert ist oder innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt.
Dadurch dass der Vorspannungspegel der Vorspannung VB auf dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR₁ und dem Strompegel des Stroms I₁ basiert, wie oben besprochen worden ist, weist er Informationen auf, die verwendet werden können, um einen anderen Strom als den Strom I1 auf Basis des Referenzspannungspegels der Referenzspannung VR₁ und des Strompegels des Stroms I1 zu steuern.
In einigen Ausführungsformen sind in der Speicherschaltung 100 die Stromquelle 130 und der Vorspannungserzeuger 140 nicht enthalten, und sie ist auf eine andere Weise eingerichtet, die Vorspannung VB mit einem Vorspannungspegel zu erzeugen oder aufzunehmen, die verwendet werden kann, um einen anderen Strom als den Strom I1 auf Basis des Referenzspannungspegels der Referenzspannung VR₁ und des Strompegels des Stroms I1 zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist die Speicherschaltung 100 eine Speicherschaltung von mehreren Speicherschaltungen (nicht dargestellt), die z.B. einem Wort in einem Speicherfeld entspricht, und jede Speicherschaltung von den mehreren Speicherschaltungen ist eingerichtet, die Vorspannung VB aufzunehmen, die durch einen einzigen Vorspannungserzeuger 140 erzeugt wird.
Der Strombegrenzer 150 ist eine elektronische Schaltung, die einen Eingangsanschluss 151, der zum Aufnehmen des Stroms Ic eingerichtet ist, einen Eingangsanschluss 153, der zum Aufnahmen der Vorspannung VB eingerichtet ist, und einen Eingangsanschluss 155 aufweist, der zum Aufnehmen einer Referenzspannung VR2 eingerichtet ist. Der Strombegrenzer 150 weist einen (nicht dargestellten) Stromversorgungs-Referenzknoten auf, der eingerichtet ist, die Stromversorgungs-Referenzspannung zu übertragen, und dadurch eingerichtet ist, den Strom Ic vom Eingangsanschluss 151 zum Stromversorgungs-Referenzknoten zu leiten. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 der Strombegrenzer 500, der nachfolgend mit Bezug auf die 5A-5C erörtert wird.
Der Strombegrenzer 150 ist eingerichtet, den Strom Ic auf die Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, die von den Spannungspegeln der Spannung VD am Eingangsanschluss 151, dem Vorspannungspegel der Vorspannung VB und einem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 abhängig sind. Die Spannungspegel der Spannung VD und der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 sind mit Bezug auf den Stromversorgungs-Referenzspannungspegel der Stromversorgungs-Referenzspannung festgelegt.
Die Stromgrenzwertpegel des Stroms Ic weisen erste Stromgrenzwertpegel, zweite Stromgrenzwertpegel und in einigen Ausführungsformen einen dritten Stromgrenzwertpegel auf. Die ersten Stromgrenzwertpegel entsprechen Spannungspegeln der Spannung VD bei dem oder unter dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2; die zweiten Stromgrenzwertpegel entsprechen Spannungspegeln der Spannung VD über dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2; und der dritte Stromgrenzwertpegel entspricht einem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt, der auf das Ansteigen eines Spannungspegels der Spannung VD über den Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 hinaus folgt.
Der Strombegrenzer 150 ist eingerichtet, jeden von dem ersten und zweiten Stromgrenzwertpegel als eine Funktion der Spannungspegel der Spannung VD zu verändern. Jede funktionale Beziehung zwischen den ersten Stromgrenzwertpegeln und den Spannungspegeln sowie zwischen den zweiten Stromgrenzwertpegeln und den Spannungspegeln basiert auf dem Vorspannungspegel der Vorspannung VB und weist einen positiven Anstieg auf. In einigen Ausführungsformen ist jede funktionale Beziehung auf Basis des Vorspannungspegels der Vorspannung VB am Gate des Transistors mindestens zum Teil durch einen Kanalleitwert eines Transistors festgelegt, der zwischen den Eingangsanschluss 151 und den Stromversorgungs-Referenzknoten geschaltet ist, z.B. eines Transistors N₃ , der nachfolgend mit Bezug auf die 5A und 5B erörtert wird.
Im Betrieb wird dadurch, dass der Spannungspegel der Spannung VD beim Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 liegt, bewirkt, dass der Strombegrenzer 150 den Strom Ic auf einen maximalen ersten Stromgrenzwertpegel begrenzt. Wenn der Spannungspegel der Spannung VD über den Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 hinaus ansteigt, dann ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, den Strom Ic auf einen minimalen zweiten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der niedriger als der maximale erste Stromgrenzwertpegel ist. In einigen Ausführungsformen ist der minimale zweite Stromgrenzwertpegel kleiner als die Hälfte des maximalen ersten Stromgrenzwertpegels.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, die Referenzspannung VR2 mit dem Referenzspannungspegel aufzunehmen, der kleiner als, gleich dem oder größer als der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR₁ ist, die vom Vorspannungserzeuger 140 aufgenommen wird. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, die Referenzspannung VR2 mit dem Referenzspannungspegel in einem Bereich von 0,08 Volt (V) bis 0,3 V aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, die Referenzspannung VR2 mit dem Referenzspannungspegel aufzunehmen, der ungefähr gleich 0,1 V ist.
In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, den Strom Ic auf den ersten und zweiten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, die in einem Bereich von weniger als 50 Mikroampere (µA) bis 500 µA liegen. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, den Strom Ic auf den ersten und zweiten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, die in einem Bereich von weniger als 50 µA bis 250 µA liegen.
In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, den Strom Ic auf Basis des vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitts, der in einem Bereich von 100 Nanosekunden (ns) bis 1000 ns liegt, auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, den Strom Ic auf Basis des vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitts, der in einem Bereich von 300 ns bis 700 ns liegt, auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen.
In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer 150 mehrere Strompfade auf, von denen jeder eine Schaltvorrichtung enthält, z.B. den Strompfad P1 mit dem Transistor N5 und den Strompfad P2 mit dem Transistor N6, die nachfolgend mit Bezug auf die 5A-5C erörtert werden, und ist er ist dadurch eingerichtet, den Strom Ic auf die ersten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, indem bewirkt wird, dass jeder Strompfad von den mehreren Strompfaden einen entsprechenden Anteil des Stroms Ic leitet, und den Strom Ic auf die zweiten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, indem bewirkt wird, dass eine erste Teilmenge von den mehreren Strompfaden die entsprechenden Anteile des Stroms Ic leitet. Da die zweiten Stromgrenzwertpegel durch weniger Strompfade festgelegt sind, als die zur Festlegung der ersten Stromgrenzwertpegel verwendet wurden, beruhen die zweiten Stromgrenzwertpegel auf höheren Widerstandpegeln als die, welche den ersten Stromgrenzwertpegeln entsprechen.
In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer 150 eine oder mehrere leitfähige Vorrichtungen (nicht dargestellt), z.B. einen oder mehrere Widerstände und/oder Transistoren, in einem einzigen Strompfad zwischen dem Eingangsanschluss 151 und dem Stromversorgungs-Referenzknoten auf und ist eingerichtet, den Strom Ic auf den ersten und zweiten Stromgrenzwertpegel und den zweiten Stromgrenzwert zu begrenzen, indem die eine oder mehreren leitfähigen Vorrichtungen gesteuert werden, um so die Widerstandspegel des einzelnen Strompfades zu verändern.
In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 150 eingerichtet, den Strom Ic im Anschluss an den vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der niedriger als der zweite Stromgrenzwertpegel ist, der einem gegebenen Spannungspegel der Spannung VD entspricht. In einigen Ausführungsformen entspricht der dritte Stromgrenzwertpegel einer Konfiguration mit einem offenen Stromkreis und ist ungefähr null Ampere.
In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer 150 mehrere Transistoren auf und ist dadurch eingerichtet, den Strom Ic auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, indem bewirkt wird, dass eine zweite Teilmenge von den mehreren Transistoren die entsprechenden Anteile des Stroms Ic leitet, wobei die zweite Teilmenge kleiner als die erste Teilmenge ist. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Teilmenge null Transistoren von den mehreren Transistoren, und der Strombegrenzer 150 ist dadurch eingerichtet, den Strom Ic auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, indem verhindert wird, dass eine Gesamtheit von den mehreren Transistor den Strom Ic leitet.
In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer 150 einen (nicht dargestellten) Ausgangsanschluss auf und ist eingerichtet, am Ausgangsanschluss ein Signal, z.B. ein Signal SW1 oder SW2 zu erzeugen, das nachfolgend mit Bezug auf 5 erörtert wird, wobei das Signal entweder einen ersten Logikzustand (einer von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand) oder einen zweiten Logikzustand (der andere von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand) aufweist. Der erste Logikzustand entspricht Spannungspegeln der Spannung VD unter dem oder beim Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2, und der zweite Logikzustand entspricht Spannungspegeln der Spannung VD über dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2. In einigen Ausführungsformen entspricht der erste Logikzustand ferner den Spannungspegeln der Spannung VD über dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 bis zum Ablauf des vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitts, und der zweite Logikzustand entspricht den Spannungspegeln der Spannung VD über dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 und folgt auf den vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt.
In derartigen Ausführungsformen ist mindestens eines von der Auswahlschaltung 110, der Speicherzelle 120, der Stromquelle 130, dem Vorspannungserzeuger 140 oder einer weiteren Schaltungskomponente (nicht dargestellt) eingerichtet, das Signal zu empfangen und in Reaktion darauf, dass das Signal den zweiten Logikzustand aufweist, den Strom Ic auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, indem z.B. der Vorspannungspegel der Vorspannung VB verändert oder ein Strompfad des Stroms Ic durch Öffnen eines Schalters unterbrochen wird. In einigen Ausführungsformen ist das mindestens eine von der Auswahlschaltung 110, der Speicherzelle 120, der Stromquelle 130, dem Vorspannungserzeuger 140 oder der anderen Schaltungskomponente eingerichtet, den Strom Ic in Reaktion darauf, dass das Signal den zweiten Logikzustand aufweist und auf den vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt folgt, auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen.
In den Ausführungsformen, in denen der Strombegrenzer 150 eingerichtet ist, das Signal am Ausgangsanschluss zu erzeugen, sind die Speicherschaltung 100 und der Strombegrenzer 150 damit eingerichtet, den Strom Ic im Anschluss an den vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der niedriger als der zweite Stromgrenzwertpegel ist.
Durch die oben dargelegte Konfiguration ist die Speicherschaltung 100 in der Lage, den Strom Ic durch die Speicherzelle 120 auf Basis der Spannung VD, VR2 und VB zu begrenzen. Durch das Reagieren auf den Spannungspegel der Spannung VD ist die Speicherschaltung 100 in der Lage, den Strom Ic während eines RRAM Programmiervorgangs, z.B. Ausbilden eines Filaments, in der Speicherzelle 120 dynamisch zu begrenzen. Die Speicherschaltung 100 führt damit eine Verringerung der Spannung und des Stroms in der Speicherzelle 120 aus, sobald der Strom Ic einen vorgegebenen Pegel erreicht, wie es durch die Referenzspannung VR2 und die Vorspannung VB festgelegt ist.
Die Speicherschaltung 100 ist damit eingerichtet, Überlastungszustände während der Programmiervorgänge an der Speicherzelle 120 zu vermeiden, sodass die Programmierungszuverlässigkeit im Vergleich zu den Vorgehensweisen verbessert wird, bei denen die Speicherzellspannung und der Strom nicht verringert werden, sobald ein vorgegebener RRAM- Strom erreicht wird.
In Ausführungsformen, in denen die Speicherschaltung 100 eingerichtet ist, den Strom Ic nach dem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt weiter zu verringern, ist die Speicherschaltung 100 damit in der Lage, das Filamentwachstum zu steuern, um die Datenhaltung im Vergleich zu den Vorgehensweisen zu verbessern, bei denen der RRAM-Strom nach einem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt nicht weiter begrenzt oder ausgeschaltet wird, sobald ein vorgegebener Strom erreicht ist.
Die 2A und 2B sind Diagramme der jeweiligen Auswahlschaltungen 200A und 200B gemäß einigen Ausführungsformen. Jeder der Auswahlschaltungen 200A und 200B kann für einige oder alle Auswahlschaltungen 110, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden sind, eingesetzt werden. Über die jeweiligen Auswahlschaltungen 200A und 200B hinaus stellen 2A und 2B die Bitleitung BL und die Speicherzelle 120 dar, die alle oben mit Bezug auf 1 besprochen worden sind.
Die Auswahlschaltung 200A weist einen Transistor P1 mit einem Gate, das eingerichtet ist, ein Signal SEL zu empfangen, einem Source/Drain-Anschluss, der an die Bitleitung BL angeschlossen ist, und einem Source/Drain-Anschluss auf, der an den Eingangsanschluss 121 der Speicherzelle 120 angeschlossen ist. Die Auswahlschaltung 200A ist damit eingerichtet, in Reaktion auf ein Signal SEL, das einen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, die Bitleitung BL an den Eingangsanschluss 121 zu koppeln, und in Reaktion auf ein Signal SEL, das den anderen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, die Bitleitung BL vom Eingangsanschluss 121 abzukoppeln.
In der Ausführungsform, die in 2A dargestellt ist, ist der Transistor P1 ein Transistor vom p-Typ, der eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Signal SEL, das den Logik-Low-Zustand aufweist, die Bitleitung BL an den Eingangsanschluss 121 zu koppeln. In einigen Ausführungsformen ist der Transistor P1 ist ein Transistor vom n-Typ, der eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Signal SEL, das den Logik-High-Zustand aufweist, die Bitleitung BL an den Eingangsanschluss 121 zu koppeln.
Die Auswahlschaltung 200B weist einen Multiplexer M1 mit einem Eingangsanschluss (nicht gekennzeichnet), der eingerichtet ist, ein oder mehrere Signale MSEL zu empfangen, einen Eingangsanschluss (nicht gekennzeichnet), der an die Bitleitung BL angeschlossen ist, und mehrere Ausgangsanschlüsse (nicht gekennzeichnet) auf, von denen einer an den Eingangsanschluss 121 der Speicherzelle 120 angeschlossen ist. Die Auswahlschaltung 200B ist dadurch eingerichtet, in Reaktion auf einen ersten Logikzustand des einen oder der mehreren Signale MSEL die Bitleitung BL an den Eingangsanschluss 121 zu koppeln, und in Reaktion auf einen oder mehrere andere Logikzustände des einen oder der mehreren Signale MSEL, der(die) sich von dem ersten Logikzustand des einen oder der mehreren Signale MSEL unterscheidet(unterscheiden), die Bitleitung BL vom Eingangsanschluss 121 abzukoppeln.
Dadurch dass die Auswahlschaltungen 200A und 200B in der Speicherschaltung 100, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, enthalten sind, arbeitet jede von ihnen so, dass die Vorteile, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 besprochen worden sind, erreicht werden.
3A ist ein Diagramm einer RRAM-Vorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Die RRAM-Vorrichtung 300 kann teilweise oder umfassend als die Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, verwendet werden. Die RRAM-Vorrichtung 300 weist den Eingangsanschluss 121, der eingerichtet ist, die Bitleitungsspannung VBL zu übertragen, und den Ausgangsanschluss 122 auf, der eingerichtet ist, die Spannung VD zu übertragen, die oben jeweils mit Bezug auf 1 besprochen worden sind, und weist eine Schaltvorrichtung T1 auf, die in Reihe mit einer Anordnung mit einem variablen Widerstand R1 geschaltet ist. In der Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, ist die Schaltvorrichtung T1 zwischen den Eingangsanschluss 121 und die Anordnung mit einem variablen Widerstand R1 geschaltet. In einigen Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung T₁ zwischen den Ausgangsanschluss 122 und die Anordnung mit einem variablen Widerstand R1 geschaltet.
Die Schaltvorrichtung T1 weist einen Steueranschluss auf, z.B. ein Transistor-Gate, der an eine Wortleitung WL angeschlossen ist, um das Wortleitungssignal VWL zu übertragen. Die RRAM-Vorrichtung 300 ist dadurch eingerichtet, in Reaktion darauf, dass das Signal VWL einen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, einen Strompfad vom Eingangsanschluss 121 zum Ausgangsanschluss 122 herzustellen, der die Anordnung mit einem variablen Widerstand R1 aufweist, und den Strompfad in Reaktion darauf zu unterbrechen, dass das Signal VWL den anderen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist.
In der Ausführungsform, die in 3A dargestellt ist, ist die Schaltvorrichtung T₁ ein Transistor vom n-Typ, der eingerichtet ist, in Reaktion darauf, dass das Signal VWL den Logik-High-Zustand aufweist, den Strompfad vom Eingangsanschluss 121 zum Ausgangsanschluss 122 herzustellen. In einigen Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung T₁ ein Transistor vom p-Typ, der eingerichtet ist, in Reaktion darauf, dass das Signal VWL den Logik-Low-Zustand aufweist, den Strompfad vom Eingangsanschluss 121 zum Ausgangsanschluss 122 herzustellen. In einigen Ausführungsformen weist die RRAM-Vorrichtung 300 keine Schaltvorrichtung T1 auf und wird von außen gesteuert, um so in Reaktion auf das Signal VWL selektiv den Strompfad bereitzustellen.
3B ist ein Diagramm einer Anordnung mit einem variablen Widerstand R1 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Anordnung mit einem variablen Widerstand R1 ist eine mikroelektronische Anordnung, die eine Widerstandsschicht L1 mit einer Dicke LT aufweist. Zusätzlich zu der Widerstandsschicht L1 weist die Anordnung mit einem variablen Widerstand R1 ein oder mehrere Merkmale auf, so z.B. leitfähige Elemente, die in 3B der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt sind. In einem Programmiervorgang verursacht eine Spannungsdifferenz über der Widerstandsschicht L1 basierend auf den Spannungen VBL und VD die Ausbildung eines Filaments F1, wodurch ein Strompfad für den Strom Ic geschaffen wird.
Die Widerstandsschicht L1 ist eine oder mehrere Schichten dielektrischer Materialien, die eingerichtet sind, die Spannungsdifferenz über der Dicke LT aufzunehmen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Widerstandsschicht L1 ein oder mehrere von den Oxiden von Wolfram (W), Tantal (Ta), Titan (Ti), Nickel (Ni), Kobalt (Co), Hafnium (Hf), Ruthenium (Ru), Zirkonium (Zr), Zink (Zn), Eisen (Fe), Zinn (Sn), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Molybdän (Mo), Chrom (Cr) oder eines anderen geeigneten Elements, ein Verbundmaterial einschließlich z.B. Silizium oder ein anderes Material, das fähig ist, entweder den HRSoder den LRSanzunehmen. In einigen Ausführungsformen weist die Widerstandsschicht L1 eine Dicke LT in einem Bereich von 20 Nanometern (nm) bis 100 nm auf.
Davon ausgehend, ob ein Filament F1 vorhanden ist oder nicht, weist die Widerstandsschicht L1 jeweils entweder den LRSoder den HRSauf, wie oben Bezugnahme auf die Speicherzelle 120 und 1 besprochen worden ist. In der Ausführungsform, die 3B dargestellt ist, weist die Widerstandsschicht L1 ein einzelnes Filament F1 und damit einen einzelnen Strompfad auf, durch den im Betriebszustand der Strom Ic fließt. In verschiedenen Ausführungsformen weist die Widerstandsschicht L1 ein oder mehrere Filamente (nicht dargestellt) zusätzlich zu dem Filament F1 und damit mehrere Strompfade auf, durch die im Betriebszustand der Strom Ic fließt.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Widerstandsschicht L1 einen Widerstandswert in einem Bereich von 1 Kiloohm (kΩ) bis 4 kΩ im LRSund/oder einen Widerstandswert in einem Bereich von 15 kΩ bis 30 kΩ im HRSauf. In verschiedenen Ausführungsformen weist die Widerstandsschicht L1 einen ersten Bereich von Widerstandswerten im LRSund einen zweiten Bereich von Widerstandswerten im HRSauf, und eine Differenz zwischen einem Maximalwert des ersten Bereichs und einem Minimalwert des zweiten Bereichs ist größer als der Maximalwert des ersten Bereichs multipliziert mit 0,05 (mindestens 5% größer als der Maximalwert des ersten Bereichs).
Die RRAM-Vorrichtung 330 ist somit eingerichtet, im Betrieb auf Basis einer Differenz zwischen den Spannungspegeln der Bitleitungsspannung VBL am Eingangsanschluss 121 und der Spannung VD am Ausgangsanschluss 122 und des Widerstandswertes der Widerstandsschicht L1 einen Strom Ic zu erzeugen, wenn das Signal VWL den entsprechenden Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist.
Dadurch dass in der oben mit Bezug auf 1 erörterten Speicherschaltung 100 die RRAM-Vorrichtung 330 enthalten ist, arbeitet sie so, dass die Vorteile, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 besprochen worden sind, erreicht werden.
4 ist ein Diagramm eines Vorspannungserzeugers 400 gemäß einigen Ausführungsformen. Der Vorspannungserzeuger 400 kann teilweise oder umfassend als der Vorspannungserzeuger 140, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, verwendet werden.
Der Vorspannungserzeuger 400 weist die Eingangsanschlüsse 141, 143 und 145 und einen Ausgangsanschluss 142 auf, die jeweils oben mit Bezug auf 1 besprochen worden sind, und ist dadurch eingerichtet, den Strom I1 aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen weist der Vorspannungserzeuger 400 keinen Eingangsanschluss 141 auf und weist stattdessen die Stromquelle 130 und wahlweise den Stromversorgungs-Spannungsknoten VDDN auf, die jeweils oben mit Bezug auf 1 besprochen worden sind, und ist dadurch eingerichtet, den Strom I1 zu erzeugen.
Zusätzlich zu den Eingangsanschlüssen 141, 143 und 145 und zum Ausgangsanschluss 142 weist der Vorspannungserzeuger 400 einen Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN, die Transistoren N1 und N2, die in Reihe zwischen den Eingangsanschluss 141 und den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN geschaltet sind, und einen Verstärker OP1 auf, der zwischen den Eingangsanschluss 143 und den Transistor N1 geschaltet ist. Der Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN ist eingerichtet, eine Stromversorgungs-Referenzspannung VSS zu übertragen, die den Stromversorgungs-Referenzspannungspegel des Vorspannungserzeugers 400 aufweist. In einigen Ausführungsformen ist der Stromversorgungs-Referenzspannungspegel des Vorspannungserzeugers 400 der Stromversorgungs-Referenzspannungspegel der Speicherschaltung 100.
Der Transistor N2 weist ein Gate auf, das an den Eingangsanschluss 145 angeschlossen und damit eingerichtet ist, das Signal EN zu empfangen, das oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist. Der Transistor N2 weist einen Source/Drain-Anschluss, der an den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN angeschlossen ist, und einen Source/Drain-Anschluss auf, der an einen Source/Drain-Anschluss des Transistors N1 angeschlossen ist. Der Transistor N2 ist damit eingerichtet, einen Strompfad vom Eingangsanschluss 141 zum Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN herzustellen, der den Transistor N1 umfasst, welcher auf das Signal EN reagiert, das einen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, und den Strompfad in Reaktion auf das Signal EN zu unterbrechen, das den anderen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist.
In der Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, ist der Transistor N2 ein Transistor vom n-Typ, der eingerichtet ist, den Strompfad in Reaktion auf das Signal EN, das den Logik-High-Zustand aufweist, herzustellen. In einigen Ausführungsformen ist der Transistor N2 ein Transistor vom p-Typ, der eingerichtet ist, den Strompfad in Reaktion auf das Signal EN, das den Logik-Low-Zustand aufweist, herzustellen. In der Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, ist der Transistor N2 zwischen den Transistor N1 und den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN geschaltet. In einigen Ausführungsformen ist der Transistor N2 zwischen den Transistor N1 und den Eingangsanschluss 141 geschaltet.
Zusätzlich zu dem Source/Drain-Anschluss, der mit dem Source/Drain-Anschluss des Transistors N2 verbunden ist, weist der Transistor N1 einen Source/Drain-Anschluss, der mit dem Eingangsanschluss 141 verbunden ist, und ein Gate auf, das an einen Ausgangsanschluss des Verstärkers OP1 angeschlossen ist. In der Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, ist der Transistor N1 ein Transistor vom n-Typ. In einigen Ausführungsformen ist der Transistor N1 ein Transistor vom p-Typ.
Der Verstärker OP1 ist ein Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Eingangsanschluss 143 verbunden ist, und ist dadurch eingerichtet ist, die Referenzspannung VR1 aufzunehmen, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Eingangsanschluss 141 und dem Source/Drain-Anschluss des Transistors N1 verbunden ist. Zusätzlich dazu, dass der Ausgangsanschluss des Verstärkers OP1 an das Gate des Transistors N1 angeschlossen wird, ist er mit dem Ausgangsanschluss 142 verbunden, und der Vorspannungserzeuger 140 ist dadurch eingerichtet, die Vorspannung VB an den Ausgangsanschluss 142 auszugeben.
Durch die oben dargestellte Konfiguration bilden der Verstärker OP1 und der Transistor N1 eine geschlossene Schleife, die im Betrieb bewirkt, dass der Verstärker OP1 das Gate von N₁ und dadurch die Vorspannung VB moduliert, um so den Strompegel des Stroms I₁ aufrechtzuerhalten und den Source/Drain-Knoten von N₁ , der an den Eingangsanschluss 141 angeschlossen ist, beim Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR1 zu halten. Da die Spannung, die erforderlich ist, um einen gegebenen Strompegel des Stroms I1 aufrechtzuerhalten, zum Teil durch die Dimensionen des Transistors N1 festgelegt ist, basiert der Vorspannungspegel der Vorspannung VB auf den Dimensionen des Transistors N1.
Der Vorspannungserzeuger 400 ist damit eingerichtet, die Vorspannung VB auf Basis des Referenzspannungspegels der Referenzspannung VR1, des Strompegels des Stroms I1 und der Dimensionen des Transistors N1 derart zu erzeugen, dass der Vorspannungspegel der Vorspannung VB Informationen aufweist, die verwendet werden können, um einen anderen Strom als den Strom I1 auf Basis des Referenzspannungspegels der Referenzspannung VR1 und des Strompegels des Stroms I1 zu steuern.
Dadurch dass der Vorspannungserzeuger 400 in der Speicherschaltung 100 enthalten ist, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, arbeitet er so, dass die Vorteile, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 besprochen worden sind, erreicht werden.
5A ist ein Diagramm des Strombegrenzers 500 gemäß einigen Ausführungsformen. Der Strombegrenzer 500 kann teilweise oder insgesamt als der Strombegrenzer 150, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, verwendet werden. Der Strombegrenzer 500 umfasst die Eingangsanschlüsse 151, 153 und 155, die jeweils mit Bezug auf 1 besprochen worden sind, den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN, der oben mit Bezug auf 4 besprochen worden ist, die Transistoren N3 und N4, die Schaltvorrichtungen N5 und N6, einen Verstärker OP2 und ein Verzögerungselement DE. Ein Programmiervorgang unter Verwendung des Strombegrenzers 500 wird nachfolgend mit Bezug auf 5B und 5C dargelegt.
Der Strombegrenzer 500 weist die Strompfade P1 und P2 auf. Der Strompfad P1 enthält den Transistor N3 und die Schaltvorrichtung N5, die in Reihe zwischen den Eingangsanschluss 151 und den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN geschaltet sind, und der Strompfad P2 enthält den Transistor N4 und die Schaltvorrichtung N6, die in Reihe zwischen den Eingangsanschluss 151 und den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN geschaltet sind. Jeder von den Transistoren N3 und N4 weist ein Gate auf, das an den Eingangsanschluss 153 angeschlossen und dadurch eingerichtet ist, die Vorspannung VB aufzunehmen. In der Ausführungsform, die in 5A dargestellt ist, ist jeder von den Transistoren N3 und N4 ein Transistor vom n-Typ. In verschiedenen Ausführungsformen ist einer von den Transistoren N3 oder N4 oder sind beide Transistoren vom p-Typ.
Der Verstärker OP2 ist ein Komparator mit einem invertierenden Eingangsanschluss, der an den Eingangsanschluss 151 und einen Source/Drain-Anschluss eines jeden von den Transistoren N3 und N4 angeschlossen ist, und mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss, der an den Eingangsanschluss 151 angeschlossen ist, und er ist dadurch eingerichtet, die Referenzspannung VR2 aufzunehmen. Der Verstärker OP2 weist einen Ausgangsanschluss auf, der an einen Steueranschluss, z.B. ein Transistor-Gate, der Schaltvorrichtung N6 und an einen Eingangsanschluss DE1 des Verzögerungselements DE angeschlossen ist. Das Verzögerungselement DE weist einen Ausgangsanschluss DE2 auf, der an einen Steueranschluss, z.B. ein Transistor-Gate, der Schaltvorrichtung N5 angeschlossen ist. Der Verstärker OP2 ist dadurch eingerichtet, das Signal SW2 in Reaktion auf den Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 und den Spannungspegel der Spannung VD am Eingangsanschluss 151 an die Schaltvorrichtung N6 und das Verzögerungselement DE auszugeben.
In der Ausführungsform, die in 5A dargestellt ist, ist der Verstärker OP2 eingerichtet, das Signal SW2, das den Logik-High-Zustand aufweist, in Reaktion darauf auszugeben, dass der Spannungspegel der Spannung VD aufgenommen wird, der kleiner als oder gleich dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist, und das Signal SW2, das den Logik-Low-Zustand aufweist, in Reaktion darauf auszugeben, dass der Spannungspegel der Spannung VD aufgenommen wird, der größer als der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist. In einigen Ausführungsformen ist der Verstärker OP2 eingerichtet, das Signal SW2, das den Logik-Low-Zustand aufweist, in Reaktion darauf auszugeben, dass der Spannungspegel der Spannung VD aufgenommen wird, der kleiner als oder gleich dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist, und das Signal SW2, das den Logik-High-Zustand aufweist, in Reaktion darauf auszugeben, dass der Spannungspegel der Spannung VD aufgenommen wird, der größer als der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist.
Das Verzögerungselement DE ist eine elektronische Schaltung oder Vorrichtung, die eingerichtet ist, am Eingangsanschluss DE1 das Signal SW2 zu empfangen und am Ausgangsanschluss DE2 das Signal SW1 derart zu erzeugen, dass ein Übergang im Signal SW2 von einem ersten Logikzustand (einer von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand) in einen zweiten Logikzustand (der andere von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand) bewirkt, dass das Verzögerungselement DE nach einem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt einen Übergang im Signal SW1 erzeugt. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Verzögerungselement DE eingerichtet, den Übergang im Signal SW1 entweder von dem ersten Logikzustand zum zweiten Logikzustand oder von dem zweiten Logikzustand zum ersten Logikzustand nach dem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt zu erzeugen.
In der Ausführungsform, die in 5A dargestellt ist, weist das Verzögerungselement DE die Inverter INV1 und INV2 und ein OR-Gatter OR1 auf, die in Reihe zwischen den Eingangsanschluss DE1 und den Ausgangsanschluss DE2 geschaltet sind. Die Eingangsanschlüsse des Inverters INV2 und des OR-Gatters OR1 sind an den Eingangsanschluss DE1 angeschlossen, ein Ausgangsanschluss des OR-Gatters OR1 ist an den Ausgangsanschluss DE2 angeschlossen, und ein Eingangsanschluss des OR-Gatters OR1 ist an einen Ausgangsanschluss des Inverters INV1 angeschlossen.
In der Ausführungsform, die in 5A dargestellt ist, ist das Verzögerungselement DE eingerichtet, auf einen Übergang im Signal SW2 von dem Logik-High-Zustand zum Logik-Low-Zustand zu reagieren, indem ein Signal SW1 erzeugt wird, das den Übergang von dem Logik-High-Zustand zum Logik-Low-Zustand nach dem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt auf Basis von Schaltgeschwindigkeiten der Inverter INV1 und INV2 aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen weist das Verzögerungselement DE den einen oder die mehreren Inverter INV1 und/oder INV2 und/oder das OR-Gatter OR1 nicht auf und/oder weist ein oder mehrere andere Schaltkreiselemente (nicht dargestellt), z.B. Inverter, nicht invertierende Pufferspeicher oder Logikgatter, auf, die für das Anwenden eines vorgegebenen Verzögerungszeitabschnittes geeignet sind.
Die Schaltvorrichtungen N5 und N6 weisen Leitungsanschlüsse, z.B. Transistor-Source/Drain-Anschlüsse, die an die entsprechenden Source/Drain-Anschlüsse der Transistoren N3 und N4 angeschlossen sind, und Leitungsanschlüsse auf, die an den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN angeschlossen sind. Die Schaltvorrichtung N5 ist dadurch eingerichtet, in Reaktion darauf, dass das Signal SW1 einen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, einen Leitungspfad innerhalb des Strompfades P1 bereitzustellen, und in Reaktion darauf, dass das Signal SW1 den anderen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, den Strompfad P1 zu unterbrechen. In der Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, ist die Schaltvorrichtung N5 zwischen den Transistor N3 und den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN geschaltet. In einigen Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung N5 zwischen den Transistor N3 und den Eingangsanschluss 151 geschaltet.
In der Ausführungsform, die in 5A dargestellt ist, ist die Schaltvorrichtung N5 ein Transistor vom n-Typ, der eingerichtet ist, den Leitungspfad innerhalb des Strompfades P1 in Reaktion darauf bereitzustellen, dass das Signal SW1 den Logik-High-Zustand aufweist. In einigen Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung N5 ein Transistor vom p-Typ, der eingerichtet ist, den Leitungspfad innerhalb des Strompfades P1 in Reaktion darauf bereitzustellen, dass das Signal SW1 den Logik-Low-Zustand aufweist.
Die Schaltvorrichtung N6 ist dadurch eingerichtet, einen Leitungspfad innerhalb des Strompfades P2 in Reaktion darauf bereitzustellen, dass das Signal SW2 einen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist, und den Strompfad P2 in Reaktion darauf zu unterbrechen, dass das Signal SW2 den anderen von dem Logik-High- oder Logik-Low-Zustand aufweist. In der Ausführungsform, die in 5A dargestellt ist, ist die Schaltvorrichtung N6 zwischen den Transistor N4 und den Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN geschaltet. In einigen Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung N6 zwischen den Transistor N4 und den Eingangsanschluss 151 geschaltet.
In der Ausführungsform, die in 5A dargestellt ist, ist die Schaltvorrichtung N6 ein Transistor vom n-Typ, der eingerichtet ist, den Leitungspfad innerhalb des Strompfades P2 in Reaktion darauf bereitzustellen, dass das Signal SW1 den Logik-High-Zustand aufweist. In einigen Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung N6 ein Transistor vom p-Typ, der eingerichtet ist, den Leitungspfad innerhalb des Strompfades P2 in Reaktion darauf bereitzustellen, dass das Signal SW1 den Logik-Low-Zustand aufweist.
Im Betrieb ist der Strombegrenzer 500 dadurch eingerichtet, auf Basis von Kombinationen eines Stroms Ic1, der in Reaktion darauf, dass die Schaltvorrichtung N5 durch das Signal SW1 eingeschaltet wird, durch den Strompfad P1 zum Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN fließt, und eines Stroms Ic2, der in Reaktion darauf, dass die Schaltvorrichtung N6 durch das Signal SW2 eingeschaltet wird, durch den Strompfad P2 zum Stromversorgungs-Referenzknoten VSSN fließt, den Strom Ic, der am Eingangsanschluss 151 aufgenommen wird, zu begrenzen.
Sind die Spannungspegel der Spannung VD im Betrieb für eine Zeitdauer, die in einigen Ausführungsformen mindestens so lang wie der vorgegebene Verzögerungszeitabschnitt ist, kleiner als der oder gleich dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2, dann erzeugt der Verstärker OP2 das Signal SW2, das den Logik-High-Zustand aufweist, wodurch der Transistor N6 eingeschaltet wird, und das Verzögerungselement DE erzeugt das Signal SW1, das den Logik-High-Zustand aufweist, wodurch die Schaltvorrichtung N5 eingeschaltet wird. Der Strombegrenzer 500 ist dadurch eingerichtet, auf Basis einer Summe des Stroms Ic1, der durch den Transistor N3 gesteuert wird, und des Stroms Ic2, durch den Transistor N4 gesteuert wird, wie nachfolgend dargelegt wird, den Strom Ic auf die ersten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, die oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 150 und die 1 besprochen worden sind.
Sind im Betrieb die Spannungspegel der Spannung VD für eine Zeitdauer, die in einigen Ausführungsformen kürzer als der vorgegebene Verzögerungszeitabschnitt ist, größer als der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2, dann erzeugt der Verstärker OP2 das Signal SW2, das den Logik-Low-Zustand aufweist, wodurch die Schaltvorrichtung N6 ausgeschaltet wird, und das Verzögerungselement DE erzeugt das Signal SW1, das den Logik-High-Zustand aufweist, wodurch die Schaltvorrichtung N5 eingeschaltet wird. Der Strombegrenzer 500 ist dadurch eingerichtet, allein auf Basis des Stroms Ic1, der durch den Transistor N3 gesteuert wird, wie nachfolgend dargelegt wird, den Strom Ic auf die zweiten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, die oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 150 und die 1 besprochen worden sind,
Sind im Betrieb die Spannungspegel der Spannung VD für eine Zeitdauer, die in einigen Ausführungsformen mindestens so lang wie der vorgegebene Verzögerungszeitabschnitt ist, größer als der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2, dann erzeugt der Verstärker OP2 das Signal SW2, das den Logik-Low-Zustand aufweist, wodurch die Schaltvorrichtung N6 ausgeschaltet wird, und das Verzögerungselement DE erzeugt das Signal SW1, das den Logik-Low-Zustand aufweist, wodurch die Schaltvorrichtung N5 ausgeschaltet wird. Der Strombegrenzer 500 ist dadurch eingerichtet, den Strom Ic auf den dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 150 und 1 besprochen worden ist, welcher einer Konfiguration mit einem offenen Stromkreis entspricht und einen Wert von ungefähr null Ampere hat.
Die Strompegel des Stroms Ic1 und Ic2 verändern sich als eine Funktion der Spannung VD auf Basis des Vorspannungspegels der Vorspannung VB, die an den Gates der jeweiligen Transistoren N3 und N4 aufgenommen wird. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 500 eingerichtet, die Vorspannung VB aufzunehmen, die den Vorspannungspegel aufweist, der jedem von den Transistoren N3 und N4 entspricht, die im linearen Bereich betrieben werden. Jeder der Transistoren N3 und N4, der in dem linearen Bereich betrieben wird, bewirkt, dass die Strompegel der Ströme Ic1 und Ic2 als eine Funktion der Spannung VD zunehmen, bis die Sättigungsstrompegel der jeweiligen Transistoren N3 und N4 erreicht sind.
Die 5B und 5C sind grafische Darstellungen der Betriebsparameter des Strombegrenzers 500 während eines Programmiervorgangs gemäß einigen Ausführungsformen. 5B ist eine grafische Darstellung der Signale SW1 und SW2 als eine Funktion der Zeit und 5C eine grafische Darstellung des Stroms Ic als eine Funktion der Spannung VD gemäß einigen Ausführungsformen.
5B stellt die Signale SW1 und SW2 in Bezug auf die Zeiten t1, t2 und t3 dar und weist einen vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt td auf, der einem Zeitabschnitt von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 entspricht. 5C zeigt eine gestrichelte Kurve, die zu dem Strom Ic1 gehört, eine gestrichelte Kurve, die zu den Strömen Ic1 + Ic2 gehört, und eine durchgezogene Kurve, die zu dem Strom Ic gehört. Die Spannungspegel der Spannung VD, die kleiner als der oder gleich dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 sind, entsprechen den ersten Stromgrenzwertpegeln, und die Spannungspegel der Spannung VD, die größer als der Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 sind, entsprechen den zweiten Stromgrenzwertpegeln.
Die Zeit I1 entspricht einem Anfangszustand des Programmiervorgangs, bevor die Bitleitungsspannung VBL einen Programmierspannungspegel aufweist, welcher dem Einstellen einer Speicherzelle, z.B. der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, in den LRSentspricht. Somit weist die Spannung VD zu der Zeit I1 einen Spannungspegel unter dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 auf, jedes von den Signalen SW1 und SW2 weist den Logik-High-Zustand auf, jede von den Schaltvorrichtungen N5 und N6 ist eingeschaltet, und der Strom Ic ist auf die ersten Stromgrenzwertpegel begrenzt, die durch die Ströme Ic1 + Ic2 durch die entsprechenden Transistoren N3 und N4 festgelegt sind.
Zwischen den Zeiten I1 und t2 wird ein Spannungspegel der Bitleitungsspannung VBL auf den Programmierspannungspegel angehoben, wodurch bewirkt wird, dass der Spannungspegel der Spannung VD derart zunimmt, dass die ersten Stromgrenzwertpegel entlang der durchgezogenen Kurve in 5C, die den Strömen Ic1 + Ic2 entspricht, zunehmen.
Die Zeit t2 entspricht dem Punkt, an dem der Spannungspegel der Spannung VD den Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 überschreitet. Zu der Zeit t2 geht das Signal SW2 von dem Logik-High-Zustand in den Logik-Low-Zustand über, die Schaltvorrichtung N6 wird ausgeschaltet, und der Strom Ic geht von einem Zustand, in dem er auf Basis der Ströme Stroms Ic1 + Ic2 begrenzt wird, in einen Zustand über, in dem er allein auf Basis des Stroms Ic1 begrenzt wird, was durch den vertikalen Teil der durchgezogenen Kurve an der Referenzspannung VR2 in 5C angezeigt wird. Somit wird zu der Zeit t2 der Strompegel des Stroms Ic von der Summe der Ströme Ic1 + Ic2 aus auf den Strompegel von Ic1 allein reduziert.
Zwischen den Zeiten t2 und t3 bleibt der Strom Ic auf die zweiten Stromgrenzwertpegel begrenzt, die durch den Strom Ic1 durch den Transistor N3 hindurch festgelegt sind, wie durch die durchgezogene Kurve in 5C, die dem Strom Ic1 entspricht, angezeigt wird.
In einigen Ausführungsformen bewirkt der Strom Ic, der auf den Strom Ic1 begrenzt ist, dass der Transistor N3 im Sättigungsbereich arbeitet, was angezeigt wird durch den nahezu horizontalen Teil der durchgezogenen Kurve, die dem Strom Ic1 entspricht, wodurch ein weiterer Anstieg der Spannung VD verursacht wird. Da die Spannung VD zunimmt, nimmt die Spannungsdifferenz über der Speicherzelle, z.B. der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, ab, wodurch ein Stresspegel an der RRAM-Vorrichtung, z.B. der RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf die 3A-3C besprochen worden ist, verringert wird.
Die Zeit t3 folgt nach der Zeitspanne, die dem vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitt td entspricht, auf die Zeit t2, bei der das Signal SW1 von dem Logik-High-Zustand auf den Logik-Low-Zustand übergeht, wodurch die Schaltvorrichtung N5 ausgeschaltet wird.
Von der Zeit t3 bis zu einem Ende des Programmiervorgangs (nicht dargestellt), ist jeder von den Transistoren N5 und N6 ausgeschaltet, der Strombegrenzer 500 ist als ein offener Schaltkreis am Eingangsanschluss 151 konfiguriert, und der Strom ist auf einen Strompegel von ungefähr null Ampere begrenzt.
Über die Ströme Ic1 und Ic2 ist der Strombegrenzer 500 somit eingerichtet, den Strom Ic im Programmiervorgang auf Basis des Spannungspegels der Spannung VD, des Vorspannungspegels der Vorspannung VB und des Referenzspannungspegels der Referenzspannung VR2 auf jeden von dem ersten, zweiten und dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen.
Für einen gegebenen Vorspannungspegel der Vorspannung VB und einen gegebenen Spannungspegel der Spannung VD, werden die Strompegel der Ströme Ic1 und Ic2 jeweils durch die Dimensionen der Transistoren N3 und N4 festgelegt. In einigen Ausführungsformen weisen die Transistoren N3 und N4 Dimensionen auf, die so eingerichtet sind, dass der Strompegel des Strom Ic1 für den gegebenen Vorspannungspegel der Vorspannung VB und den Spannungspegel der Spannung VD, der gleich dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist, derart kleiner als der Strompegel des Strom Ic2 ist, dass der Strom Ic zur Zeit t2 um mehr als eine Hälfte reduziert ist.
In verschiedenen Ausführungsformen weisen die Transistoren N3 und N4 Dimensionen auf, die so eingerichtet sind, dass der Strompegel des Stroms Ic1 für den gegebenen Vorspannungspegel der Vorspannung VB und den Spannungspegel der Spannung VD, der gleich dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist, derart gleich dem oder größer als der Strompegel des Stroms Ic2 ist, dass der Strom Ic zur Zeit t2 um eine Hälfte oder weniger reduziert ist.
Für den gegebenen Vorspannungspegel der Vorspannung VB und die Spannungspegel der Spannung VD, die kleiner als der oder gleich dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist, werden die ersten Stromgrenzwertpegel durch die Dimensionen der Transistoren N3 und N4 im Verbund festgelegt.
In einigen Ausführungsformen weisen die Transistoren N3 und N4 Dimensionen auf, die so eingerichtet sind, dass der erste Stromgrenzwertpegel für den gegebenen Vorspannungspegel der Vorspannung VB und den Spannungspegel der Spannung VD, der gleich Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2 ist, ungefähr gleich dem Strom I1 ist, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist. In derartigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 500 dadurch eingerichtet, den Strom Ic auf Basis des Vorspannungspegels der Vorspannung VB, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, auf den maximalen ersten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der ungefähr gleich dem Strom I1 ist. In einigen derartigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 500 dadurch eingerichtet, den Strom Ic auf Basis der Dimensionen der Transistoren N3 und N4 zusammen mit den Dimensionen des Transistors N1, der oben mit Bezug auf den Vorspannungserzeuger 400 und 4 besprochen worden ist, auf den maximalen ersten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der ungefähr gleich dem Strom I1 ist. In einigen derartigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 500 dadurch eingerichtet, den Strom Ic auf den maximalen ersten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der ungefähr gleich dem Strom I1 ist, der einem Komplianz-Pegel einer Speicherzelle, z.B. der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, entspricht, die eine RRAM-Vorrichtung aufweist, so z.B. die RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf die 3A und 3B besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen weisen die Transistoren N1, N3 und N4 eine Kombination von Dimensionen derart auf, dass der Vorspannungserzeuger 400 und der Strombegrenzer 500 eingerichtet sind, den Strom Ic auf Basis des Vorspannungspegels der Vorspannung VB auf den maximalen ersten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der eine andere Beziehung zum Strom I1 als gleich zu sein aufweist, z.B. ein Vielfaches oder ein Bruchteil des Stroms I1 ist. In einigen derartigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer 500 dadurch eingerichtet, auf Basis des maximalen ersten Stromgrenzwertpegels, der eine vorgegebene Beziehung zum Strom I1 aufweist, z.B. ein Vielfaches oder ein Bruchteil des Stroms I1 ist, den Strom Ic auf den maximalen ersten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der ungefähr gleich einem Komplianz-Pegel einer Speicherzelle ist, z.B. der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, die eine RRAM-Vorrichtung aufweist, so z.B. die RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf die 3A und 3B besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer 500 keine Schaltvorrichtung N5 im Strompfad P1 auf und weist stattdessen einen Ausgangsanschluss auf (nicht dargestellt), und ist eingerichtet, das Signal SW1 an den Ausgangsanschluss auszugeben, wie oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist. In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer 500 keine Schaltvorrichtung N5 im Strompfad P1 oder kein Verzögerungselement DE1 auf und weist stattdessen den Ausgangsanschluss auf und ist eingerichtet, das Signal SW2 zum Ausgangsanschluss auszugeben, wie oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist.
Dadurch dass der Strombegrenzer 500 in der Speicherschaltung 100, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, enthalten ist, arbeitet er so, dass die Vorteile, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 besprochen worden sind, erreicht werden. Auf Basis der oben erörterten Konfiguration ist der Strombegrenzer 500 ferner in der Lage, den Strom Ic zu begrenzen basierend auf den Spannungspegeln der Spannung VD, die unter denen liegen, die bei anderen Vorgehensweisen zur Strombegrenzung, z.B. diodenbasierten Schaltungen, verwendet werden, und er bewirkt dadurch eine Strombegrenzung, z.B. während des RRAM Programmiervorgangs, mit einem niedrigeren Spannungsaufwand als in anderen derartigen Herangehensweisen.
6 ist eine grafische Darstellung von Speicherschaltungs-Betriebsparametern gemäß einigen Ausführungsformen. 6 stellt eine Bit-Zahl als eine Funktion eines Stroms Iread dar, der in einer Speicherzelle während eines Lesevorgangs, z.B. eines externen Scanning-Lesevorgangs (ESR-Vorgangs), erzeugt wird. Die Bit-Zahl entspricht einer Zahl von RRAM-Speicherzellen in einem Speicherfeld entsprechend einem gegebenen Strom Iread.
Die durchgezogene Kurve stellt eine Bit-Zahlverteilung eines Speicher-Makros, das die Speicherschaltung 100 enthält, und den Strom Iread dar, der dem Strom Ic in den Speicherzellen 120 entspricht, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden sind. Die gestrichelte Kurve stellt eine Bit-Zahlverteilung und den Strom Iread eines Speicher-Makros dar, welches keine Speicherschaltung 100 aufweist, die eingerichtet ist, den Programmierstrom zu begrenzen, wie oben besprochen worden ist.
Wie durch die durchgezogene Kurve im Verhältnis zur gestrichelten Kurve angezeigt wird, weist die Bit-Zahlverteilung, die der Speicherschaltung 100 entspricht, einen höheren Minimalwert des Stroms Iread, einen niedrigeren Maximalwert des Stroms Iread und eine höhere maximale Bit-Zahl (nicht gekennzeichnet) als die andere Bit-Zahlverteilung auf. 6 stellt somit die schmalere Verteilung von Leseströmen dar, die mit der Speicherschaltung 100 im Vergleich zu den Vorgehensweisen erreicht werden kann, bei denen keine Speicherschaltung 100 einbezogen wird, um den Programmierstrom zu begrenzen, wie oben besprochen wurde.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Begrenzung eines Stroms gemäß einigen Ausführungsformen. Das Verfahren 700 kann mit der Speicherschaltung, z.B. der Speicherschaltung 100, eingesetzt werden, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und/oder mit einem Strombegrenzer, z.B. dem Strombegrenzer 150, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, oder dem Strombegrenzer 500, der oben mit Bezug auf die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Begrenzen des Stroms unter Verwendung des Verfahrens 700 das Ausbilden eines Filament, z.B. des Filaments F1, das oben mit Bezug auf die RRAM-Vorrichtung 300 und 3B erörtert wurde, in einer RRAM-Vorrichtung, z.B. einer RRAM-Vorrichtung der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist.
Die Abfolge, in der die Arbeitsgänge des Verfahrens 700 in 7 dargestellt sind, dient allein der Veranschaulichung; die Arbeitsgänge des Verfahrens 700 können in Abfolgen ausgeführt werden, die sich von den in 7 dargestellten unterscheiden. In einigen Ausführungsformen werden vor, zwischen, während und/oder nach den Arbeitsgängen, die in 7 dargestellt sind, Arbeitsgänge zusätzlich zu den in 7 dargestellten ausgeführt. In einigen Ausführungsformen sind die Arbeitsgänge des Verfahrens 700 eine Teilmenge der Arbeitsgänge eines Verfahrens für den Betrieb eines Speicher-Makros.
Im Arbeitsgang 710 wird in einigen Ausführungsformen eine Vorspannung an einem Strombegrenzer aufgenommen. Das Aufnehmen der Vorspannung umfasst ein Aufnehmen der Vorspannung, die einen Vorspannungspegel aufweist, der vom Strombegrenzer verwendet werden kann, um eine oder mehrere Stromgrenzwertpegel zu steuern. In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Aufnehmen der Vorspannung an einem Gate von mindestens einem Transistor. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung an einem Gate von mindestens einem Transistor ein Betreiben des mindestens einen Transistors im linearen Bereich oder im Sättigungsbereich.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung am Strombegrenzer ein Aufnehmen der Vorspannung VB am Eingangsanschluss 153 des Strombegrenzers 150, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und des Strombegrenzers 500, der oben mit Bezug auf die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Aufnehmen der Vorspannung, die den Vorspannungspegel aufweist, der einem Komplianz-Strom der RRAM-Vorrichtung entspricht. In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Aufnehmen der Vorspannung, die den Vorspannungspegel aufweist, der dem Strom I1 entspricht, der oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Aufnehmen der Vorspannung, die den Vorspannungspegel auf Basis einer ersten Referenzspannung aufweist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Aufnehmen der Vorspannung, die den Vorspannungspegel auf Basis einer Referenzspannung VR1 aufweist, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Aufnehmen einer zweiten Referenzspannung am Strombegrenzer. In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der zweiten Referenzspannung ein Aufnehmen der Referenzspannung VR2 am Eingangsanschluss 155 des Strombegrenzers 150, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und des Strombegrenzers 500, der oben mit Bezug auf die 5A-5C besprochen worden ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Aufnehmen der zweiten Referenzspannung, die einen gleichen Referenzspannungspegel wie die erste Referenzspannung aufweist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung ein Erzeugen der Vorspannung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen der Vorspannung ein Erzeugen der Vorspannung, die den Vorspannungspegel aufweist, der dem Komplianz-Strom der RRAM-Vorrichtung entspricht und/oder auf der ersten Referenzspannung basiert. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des Vorspannungspegels ein Ausgeben der Vorspannung VB an den Ausgangsanschluss 142 des Vorspannungserzeugers 140, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und des Vorspannungserzeugers 400, der oben mit Bezug auf die 4 besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Vorspannung am Strombegrenzer, dass der Strombegrenzer der einzige Strombegrenzer ist, der die Vorspannung aufnimmt. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer ein Strombegrenzer von mehreren Strombegrenzern, und das Aufnehmen der Vorspannung umfasst ein Aufnehmen der Vorspannung an jedem Strombegrenzer von den mehreren Strombegrenzern.
Im Arbeitsgang 720 wird ein Spannungspegel an einem Eingangsanschluss des Strombegrenzers erzeugt. Das Erzeugen des Spannungspegels umfasst das Aufnehmen eines Stroms am Eingangsanschluss des Strombegrenzers und das Begrenzen des Stroms auf die ersten Stromgrenzwertpegel. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen der Spannung das Aufnehmen des Stroms Ic und das Erzeugen der Spannung VD am Eingangsanschluss 151 des Strombegrenzers 150, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist und des Strombegrenzers 500, der oben mit Bezug auf die 5A-5C besprochen worden ist.
Die ersten Stromgrenzwertpegel basieren auf dem Strom, der eine erste funktionale Beziehung zu dem Spannungspegel aufweist, die einen ersten positiven Anstieg aufweist. In einigen Ausführungsformen entspricht die erste funktionale Beziehung einem oder mehreren Transistoren des Strombegrenzers, die auf Basis des Vorspannungspegels der Vorspannung im linearen Bereich arbeiten. In einigen Ausführungsformen basieren die ersten Stromgrenzwertpegel auf dem Strom, der durch die Transistoren N3 und N4 hindurch geleitet wird, die oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 500 und die 5A-5C besprochen worden sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des Spannungspegels das Anlegen einer Zellspannung über einer Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung, wodurch der Strom in Reaktion auf das Anlegen der Zellspannung erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen ist das Anlegen der Zellspannung Teil eines Programmiervorgangs des Speicher-Makros.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Anlegen der Zellspannung ein Anlegen der Bitleitungsspannung VBL, die einen Programmierspannungspegel aufweist, am Eingangsanschluss 121 der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Anlegen der Zellspannung ein Anlegen der Zellspannung über der Widerstandsschicht L1, die oben mit Bezug auf die RRAM-Vorrichtung 300 und die 3A und 3B besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des Spannungspegels am Eingangsanschluss ein Erzeugen des Spannungspegels an einem Anschluss der RRAM-Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des Spannungspegels am Anschluss der RRAM-Vorrichtung ein Erzeugen der Spannung VD am Ausgangsanschluss 122 der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist.
Im Arbeitsgang 730 wird eine Zunahme im Spannungspegel erfasst. Das Erfassen der Zunahme im Spannungspegel basiert auf einer Zunahme im Strompegel des aufgenommenen Stroms und dem ersten positiven Anstieg der ersten funktionalen Beziehung zwischen dem aufgenommenen Strom und dem Spannungspegel. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Zunahme im Spannungspegel ein Erfassen der Zunahme im Spannungspegel der Spannung VD am Eingangsanschluss 151 des Strombegrenzers 150, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und des Strombegrenzers 500, der oben mit Bezug auf die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Zunahme im Spannungspegel das Vergleichen des Spannungspegels mit dem Referenzspannungspegel der zweiten Referenzspannung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Vergleichen des Spannungspegels mit dem Referenzspannungspegel der zweiten Referenzspannung ein Vergleichen des Spannungspegels der Spannung VD mit dem Referenzspannungspegel der Referenzspannung VR2, die an den jeweiligen Eingangsanschlüssen 151 und 155 des Strombegrenzers 150 aufgenommen wurde, der oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und des Strombegrenzers 500, der oben mit Bezug auf die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen einer Zunahme im Spannungspegel der Spannung VD am Eingangsanschluss 151 ein Erfassen der Zunahme im Spannungspegel der Spannung VD am Ausgangsanschluss 122 der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und der RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf die 3A und 3B besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Zunahme im Spannungspegel ein Erfassen einer Zunahme im Strom durch die Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Zunahme im Strom ein Erfassen der Zunahme im Strom Ic durch eine Widerstandsschicht, z.B. die Widerstandsschicht L1 der RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf die 3A und 3B besprochen worden ist, einer Speicherzelle, z.B. der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Zunahme im Strom ein Erfassen der Ausbildung und/oder verstärkten Leitung von einem oder mehreren Filamenten in der Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Ausbildung und/oder verstärkten Leitung von einem oder mehreren Filamenten ein Erfassen der Ausbildung und/oder verstärkten Leitung des Filaments F1, das oben mit Bezug auf die RRAM-Vorrichtung 300 und die 3A und 3B besprochen worden ist.
Im Arbeitsgang 740 wird in Reaktion auf die Erfassung der Zunahme im Spannungspegel und dadurch der Zunahme im Strom eine erste Schaltvorrichtung verwendet, um den Strom in den Eingangsanschluss des Strombegrenzers zu verringern. Die Verwendung der ersten Schaltvorrichtung umfasst das Ausschalten der ersten Schaltvorrichtung, um einen Strompfad im Strombegrenzer zu unterbrechen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms eine Verringerung einer Zahl von Strompfaden, durch die der Strom geleitet wird. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung der Zahl von Strompfaden ein Unterbrechen eines von zwei Strompfaden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verwendung der ersten Schaltvorrichtung, um den Strom zu verringern, ein Ausschalten der Schaltvorrichtung N6, um den Strompfad P2 von den Strompfaden P1 und P2 zu unterbrechen, durch den der Strom Ic geleitet wird, der oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 500 und 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms in Reaktion darauf, dass die erste Schaltvorrichtung den Strompfad unterbricht, das Anwenden zweiter Stromgrenzwertpegel, die sich von den ersten Stromgrenzwertpegeln unterscheiden. Die zweiten Stromgrenzwertpegel basieren darauf, dass der Strom eine zweite funktionale Beziehung zum Spannungspegel aufweist, die einen zweiten positiven Anstieg aufweist, der sich vom ersten positiven Anstieg unterscheidet. In einigen Ausführungsformen unterscheidet sich der zweite positive Anstieg von dem ersten positiven Anstieg, der auf der Verringerung einer Zahl von Transistoren basiert, die zum Leiten des Stroms eingesetzt werden, indem die Zahl der Strompfade verringert wird.
In einigen Ausführungsformen entspricht die zweite funktionale Beziehung einem oder mehreren Transistoren des Strombegrenzers, die auf Basis des Vorspannungspegels der Vorspannung im linearen Bereich und/oder dem Sättigungsbereich arbeiten. In einigen Ausführungsformen basieren die zweite funktionale Beziehung und die zweiten Stromgrenzwertpegel auf dem Strom, der durch den Transistor N3 geleitet wird, der oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 500 und die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms, dass bei dem einen oder den mehreren Transistoren ein Wechsel vom Betrieb im linearen Bereich zum Betrieb im Sättigungsbereich bewirkt wird. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Wechsel vom Betrieb im linearen Bereich zum Betrieb im Sättigungsbereich eine Spannungspegelzunahme zusätzlich zu der Zunahme, die im Arbeitsgang 730 erfasst wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Verwendung der ersten Schaltvorrichtung ein Erzeugen eines Logikzustands eines Signals, das dem entspricht, dass der Spannungspegel größer als der Referenzspannungspegel der zweiten Referenzspannung ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die Erzeugung des Logikzustands des Signals ein Erzeugen eines Signals SW2, das oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 150 und 1 sowie den Strombegrenzer 500 und 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms eine Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung hindurch. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung hindurch eine Verringerung eines Stresspegels, z.B. einer Temperatur, der Widerstandsschicht. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms eine Verringerung des Stroms Ic durch die Widerstandsschicht hindurch, z.B. die Widerstandsschicht L1 der RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf 3A und 3B besprochen worden ist, von einer Speicherzelle, z.B. der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung hindurch eine Verringerung der Zellspannung über der Widerstandsschicht, indem bei dem einen oder den mehreren Transistoren ein Wechsel vom Betrieb im linearen Bereich zum Betrieb im Sättigungsbereich bewirkt wird, wodurch der Spannungspegel an einem Anschluss der RRAM-Vorrichtung vergrößert wird. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung hindurch eine Verringerung des Stroms Ic, indem bei dem Transistor N3, der oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 500 und 5A-5C besprochen worden ist, ein Wechsel vom Betrieb im linearen Bereich zum Betrieb im Sättigungsbereich bewirkt wird, wodurch die Spannung VD am Ausgangsanschluss 122 der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf 1 besprochen worden ist, und der RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf die 3A und 3B besprochen worden ist, vergrößert wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms eine Verringerung des Stroms durch ein oder mehrere Filamente in der Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verringerung des Stroms durch das eine oder die mehreren Filamente eine Verringerung des Stroms Ic durch das Filament F1, das oben mit Bezug auf die RRAM-Vorrichtung 300 und die 3A und 3B besprochen worden ist.
Im Arbeitsgang 750 wird in einigen Ausführungsformen der Strom in den Eingangsanschluss des Strombegrenzers weiter verringert. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms die Verwendung einer zweiten Schaltvorrichtung, um einen Strompfad zusätzlich zu dem Strompfad, der im Arbeitsgang 740 unterbrochen wurde, und durch den der Strom geleitet wird, zu unterbrechen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms das Anwenden des dritten Stromgrenzwertpegels auf den Strom Ic, der oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms eine weitere Verringerung des Stroms auf einen Strompegel von ungefähr null Ampere.
In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms die weitere Verringerung der Zahl der Strompfade, durch die der Strom geleitet wird. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung der Zahl der Strompfade die Unterbrechung des zweiten von zwei Strompfaden. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms das Ausschalten der Schaltvorrichtung N5, um den Strompfad P1 von den Strompfaden P1 und P2 zu unterbrechen, durch die der Strom Ic geleitet wird, der oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 500 und die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms die weitere Verringerung des Stroms im Anschluss an eine vorgegebene Zeitverzögerung nach der Erfassung der Zunahme in dem Spannungspegel im Arbeitsgang 730. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms eine weitere Verringerung des Stroms im Anschluss an eine Zeitverzögerung td, die oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 500 und die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms das Erzeugen eines Logikzustands eines Signals nach der vorgegebenen Zeitverzögerung in Übereinstimmung damit, dass der Spannungspegel größer als der Referenzspannungspegel der zweiten Referenzspannung ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des Logikzustands des Signals ein Erzeugen des Signals SW1, das oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 150 und 1 sowie den Strombegrenzer 500 und die 5A-5C besprochen worden ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des Signals SW1 ein Erzeugen des Signals SW1 unter Verwendung des Verzögerungselements DE, das oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 500 und die 5A-5C besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms eine weitere Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung hindurch. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung hindurch eine weitere Verringerung des Stresspegels, z.B. der Temperatur, der Widerstandsschicht. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms eine weitere Verringerung des Stroms Ic durch die Widerstandsschicht hindurch, z.B. die Widerstandsschicht L1 der RRAM-Vorrichtung 300, die oben mit Bezug auf die 3A und 3B besprochen worden ist, einer Speicherzelle, z.B. der Speicherzelle 120, die oben mit Bezug auf die Speicherschaltung 100 und 1 besprochen worden ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms eine weitere Verringerung des Stroms durch ein oder mehrere Filamente in der Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst die weitere Verringerung des Stroms durch das eine oder die mehreren Filamente eine weitere Verringerung Strom Ic durch das Filament F1, das oben mit Bezug auf die RRAM-Vorrichtung 300 und die 3A und 3B besprochen worden ist.
Durch Ausführen einiger oder aller von den Arbeitsgängen des Verfahrens 700, wird ein Strom, z.B. ein RRAM-Vorrichtungsstrom, der als Teil der Ausbildung eines Filaments in einem Programmiervorgang erzeugt worden ist, unter Verwendung eines Strombegrenzers begrenzt, wodurch die Vorteile erreicht werden, die oben mit Bezug auf den Strombegrenzer 150 der Speicherschaltung 100 und den Strombegrenzer 500 besprochen worden sind.
In einigen Ausführungsformen weist eine Schaltung einen Vorspannungserzeuger und einen Strombegrenzer auf. Der Vorspannungserzeuger ist eingerichtet, eine erste Referenzspannung aufzunehmen und eine Vorspannung auszugeben, die auf einen ersten Strom und die erste Referenzspannung reagiert. Der Strombegrenzer ist eingerichtet, einen zweiten Strom an einem Eingangsanschluss, eine zweite Referenzspannung und die Vorspannung aufzunehmen und in Reaktion auf die zweite Referenzspannung sowie einen Spannungspegel des Eingangsanschlusses den zweiten Strom auf einen Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, wobei der Spannungspegel des Eingangsanschlusses auf der Vorspannung basiert. In einigen Ausführungsformen weist der Vorspannungserzeuger einen Stromeingangsanschluss, der eingerichtet ist, den ersten Strom aufzunehmen, und einen Verstärker auf, der einen ersten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, einen Spannungspegel des Stromeingangsanschlusses aufzunehmen, einen zweiten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, die erste Referenzspannung aufzunehmen, und einen Ausgangsanschluss aufweist, der eingerichtet ist, die Vorspannung auszugeben. In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer einen Komparator auf, wobei der Komparator einen ersten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, den Eingangsanschluss-Spannungspegel aufzunehmen, einen zweiten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, die zweite Referenzspannung aufzunehmen, und einen Ausgangsanschluss aufweist, der eingerichtet ist, ein Steuersignal auszugeben. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer eingerichtet, in Reaktion auf das Steuersignal, das einen ersten Logikzustand aufweist, der dem entspricht, dass der Eingangsanschluss-Spannungspegel kleiner als ein oder gleich einem Spannungspegel der zweiten Referenzspannung ist, den zweiten Strom auf den Stromgrenzwertpegel auf einen Maximalwert zu begrenzen, der im Wesentlichen gleich einem Komplianz-Strompegel auf Basis des ersten Stromes ist. In einigen Ausführungsformen ist der Stromgrenzwertpegel ein erster Stromgrenzwertpegel, und der Strombegrenzer ist eingerichtet, in Reaktion auf das Steuersignal, das einen zweiten Logikzustand aufweist, der dem entspricht, dass der Spannungspegel des Eingangsanschlusses größer als der Spannungspegel der zweiten Referenzspannung ist, den zweiten Strom auf einen zweiten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der niedriger als der erste Stromgrenzwertpegel ist. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer eingerichtet, abhängig von dem zweiten Logikzustand des Steuersignals und einer Zeitverzögerung den zweiten Strom auf einen dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der niedriger als der zweite Stromgrenzwertpegel ist. In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer eine erste Schaltvorrichtung auf, die eingerichtet ist, in Reaktion darauf, dass das Steuersignal den zweiten Logikzustand aufweist, einen offenen Stromkreis in einem ersten Strompfad zu erzeugen, und er weist eine zweite Schaltvorrichtung auf, die eingerichtet ist, in Reaktion auf die Zeitverzögerung einen offenen Stromkreis in einem zweiten Strompfad zu erzeugen, wobei der zweite Strompfad parallel zum ersten Strompfad ist. In einigen Ausführungsformen ist der Komplianz-Strompegel im Wesentlichen gleich einem Strompegel des ersten Stroms. In einigen Ausführungsformen weisen die erste Referenzspannung und die zweite Referenzspannung einen gleichen Referenzspannungspegel auf. In einigen Ausführungsformen weist die Schaltung eine RRAM-Vorrichtung auf, die eingerichtet ist, den zweiten Strom an den Eingangsanschluss des Strombegrenzers auszugeben.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine RRAM-Schaltung eine RRAM-Vorrichtung, die eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Bitleitungsspannung einen Zellenstrom auszugeben, einen Vorspannungserzeuger, der eingerichtet ist, einen ersten Strom und eine Referenzspannung aufzunehmen und in Reaktion auf den ersten Strom und die Referenzspannung eine Vorspannung auszugeben, und einen Strombegrenzer, der eingerichtet ist, den Zellenstrom, die Referenzspannung und die Vorspannung aufzunehmen und in Reaktion auf den Zellenstrom, die Referenzspannung und die Vorspannung den Zellenstrom auf einen Stromgrenzwertpegel zu begrenzen. In einigen Ausführungsformen weist der Strombegrenzer einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor auf, wobei der erste und der zweite Transistor jeweils ein Gate aufweisen, das eingerichtet ist, die Vorspannung aufzunehmen, und wobei der Vorspannungserzeuger eingerichtet ist, die Vorspannung mit einem Vorspannungspegel zu erzeugen, der einem Source/Drain-Anschluss eines jeden von dem ersten und zweiten Transistor entspricht, der einen Spannungspegel der Referenzspannung aufweist. In einigen Ausführungsformen ist der Strombegrenzer eingerichtet, den Zellenstrom auf den Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der ein erster Stromgrenzwertpegel oder ein zweiter Stromgrenzwertpegel ist, wobei der erste Stromgrenzwertpegel darauf basiert, dass sowohl der erste als auch der zweite Transistor in einem linearen Bereich arbeiten, und der zweite Stromgrenzwertpegel darauf basiert, dass der erste oder der zweite Transistor in einem Sättigungsbereich arbeitet. In einigen Ausführungsformen weist der Vorspannungserzeuger einen dritten Transistor auf, der eingerichtet ist, den ersten Strom aufzunehmen, und der erste, zweite, und dritte Transistor weisen relative Größen auf, die so eingerichtet sind, dass der erste Stromgrenzwertpegel einen Maximalwert aufweist, der äquivalent zu einem Komplianz-Strompegel der RRAM-Vorrichtung ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Ausbilden eines Filaments in einer RRAM-Vorrichtung das Anlegen einer Zellspannung über einer Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung, das Erfassen einer Zunahme in einem Strom durch die Widerstandsschicht hindurch, der in Reaktion auf die angelegte Zellspannung erzeugt wurde, und in Reaktion auf die Erfassung der Zunahme im Strom das Verwenden einer ersten Schaltvorrichtung, um den Strom durch die Widerstandsschicht hindurch zu verringern. In einigen Ausführungsformen umfasst das Anlegen der Zellspannung über der Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung ein Anwenden eines Programmierspannungspegels auf einen ersten Anschluss der RRAM-Vorrichtung, und das Erfassen der Zunahme im Strom umfasst ein Erfassen einer Zunahme in einem Spannungspegel an einem zweiten Anschluss der RRAM-Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen des Spannungspegels am zweiten Anschluss der RRAM-Vorrichtung ein Vergleichen des Spannungspegels am zweiten Anschluss der RRAM-Vorrichtung mit einem Referenzspannungspegel. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verwenden der ersten Schaltvorrichtung zur Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht hindurch das Betreiben eines Transistors in einem Sättigungsbereich. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Verwendung einer zweiten Schaltvorrichtung in Reaktion auf die Erfassung der Zunahme im Strom, um den Strom durch die Widerstandsschicht hindurch weiter zu verringern. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verwendung der zweiten Schaltvorrichtung zum weiteren Verringern des Stroms durch die Widerstandsschicht hindurch das Anwenden eines vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitts.
Vorangehend werden Merkmale verschiedener Ausführungsformen kurz dargestellt, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten anerkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als eine Grundlage dafür einsetzen können, andere Prozesse und Strukturen zu konzipieren oder abzuwandeln, um die gleichen Zielstellungen zu realisieren und/oder die gleichen Vorteile der hier dargelegten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute sollten auch erkennen, dass derartige gleichwertige Konstruktionen nicht vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hierin verschiedenartige Veränderungen, Ersetzungen und Abwandlungen erzeugen können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Schaltung mit: einem Vorspannungserzeuger, der eingerichtet ist, eine erste Referenzspannung aufzunehmen und in Reaktion auf einen ersten Strom und die erste Referenzspannung eine Vorspannung auszugeben, und einem Strombegrenzer, der eingerichtet ist, einen zweiten Strom an einem Eingangsanschluss, eine zweite Referenzspannung und die Vorspannung aufzunehmen und in Reaktion auf die zweite Referenzspannung und einen Spannungspegel des Eingangsanschlusses den zweiten Strom auf einen Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, wobei der Spannungspegel des Eingangsanschlusses auf der Vorspannung basiert.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Vorspannungserzeuger aufweist: einen Stromeingangsanschluss, der eingerichtet ist, den ersten Strom aufzunehmen, und einen Verstärker mit: einem ersten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, einen Spannungspegel des Stromeingangsanschlusses aufzunehmen, einem zweiten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, die erste Referenzspannung aufzunehmen, und einem Ausgangsanschluss, der eingerichtet ist, die Vorspannung auszugeben.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strombegrenzer einen Komparator umfasst, wobei der Komparator aufweist: einen ersten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, den Eingangsanschluss-Spannungspegel aufzunehmen, einen zweiten Eingangsanschluss, der eingerichtet ist, die zweite Referenzspannung aufzunehmen, und einen Ausgangsanschluss auf, der eingerichtet ist, ein Steuersignal auszugeben.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strombegrenzer eingerichtet ist, in Reaktion auf das Steuersignal, das einen ersten Logikzustand aufweist, der dem entspricht, dass der Eingangsanschluss-Spannungspegel kleiner als ein oder gleich einem Spannungspegel der zweiten Referenzspannung ist, den zweiten Strom auf den Stromgrenzwertpegel auf einen Maximalwert zu begrenzen, der im Wesentlichen gleich einem Komplianz-Strompegel auf Basis des ersten Stromes ist.
Schaltung nach Anspruch 4, wobei der Stromgrenzwertpegel ein erster Stromgrenzwertpegel ist und der Strombegrenzer eingerichtet ist, in Reaktion auf das Steuersignal, das einen zweiten Logikzustand aufweist, der dem entspricht, dass der Spannungspegel des Eingangsanschlusses größer als der Spannungspegel der zweiten Referenzspannung ist, den zweiten Strom auf einen zweiten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der niedriger als der erste Stromgrenzwertpegel ist.
Schaltung nach Anspruch 5, wobei der Strombegrenzer eingerichtet ist, in Reaktion auf den zweiten Logikzustand des Steuersignals und eine Zeitverzögerung den zweiten Strom auf einen dritten Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der niedriger als der zweite Stromgrenzwertpegel ist.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei der Strombegrenzer aufweist: eine erste Schaltvorrichtung, die eingerichtet ist, in Reaktion darauf, dass das Steuersignal den zweiten Logikzustand aufweist, einen offenen Stromkreis in einem ersten Strompfad zu erzeugen, und eine zweite Schaltvorrichtung, die eingerichtet ist, in Reaktion auf die Zeitverzögerung einen offenen Stromkreis in einem zweiten Strompfad zu erzeugen, wobei der zweite Strompfad parallel zum ersten Strompfad ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 4-7, wobei ist der Komplianz-Strompegel im Wesentlichen gleich einem Strompegel des ersten Stroms ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Referenzspannung und die zweite Referenzspannung einen gleichen Referenzspannungspegel aufweisen.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner eine Resistive-Random-Access-Speicher(RRAM)-Vorrichtung umfassend, die eingerichtet ist, den zweiten Strom an den Eingangsanschluss des Strombegrenzers auszugeben.
Resistive-Random-Access-Speicher(RRAM)-Schaltung mit: einer RRAM-Vorrichtung, die eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Bitleitungsspannung einen Zellenstrom auszugeben, einem Vorspannungserzeuger, der eingerichtet ist, einen ersten Strom und eine Referenzspannung aufzunehmen und in Reaktion auf den ersten Strom und die Referenzspannung eine Vorspannung auszugeben, und einem Strombegrenzer, der eingerichtet ist, den Zellenstrom, die Referenzspannung und die Vorspannung aufzunehmen und in Reaktion auf den Zellenstrom bleibt die Referenzspannung und die Vorspannung den Zellenstrom auf einen Stromgrenzwertpegel zu begrenzen.
RRAM-Schaltung nach Anspruch 11, wobei der Strombegrenzer einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist, der erste und zweite Transistor jeweils ein Gate aufweisen, das eingerichtet ist, die Vorspannung aufzunehmen, und der Vorspannungserzeuger eingerichtet ist, die Vorspannung mit einem Vorspannungspegel zu erzeugen, der einem Source/Drain-Anschluss eines jeden von dem ersten und zweiten Transistor entspricht, der einen Spannungspegel der Referenzspannung aufweist.
RRAM-Schaltung nach Anspruch 12, wobei der Strombegrenzer eingerichtet ist, den Zellenstrom auf den Stromgrenzwertpegel zu begrenzen, der ein erster Stromgrenzwertpegel oder ein zweiter Stromgrenzwertpegel ist, der erste Stromgrenzwertpegel darauf basiert, dass sowohl der erste als auch der zweite Transistor in einem linearen Bereich arbeiten, und der zweite Stromgrenzwertpegel darauf basiert, dass der erste oder der zweite Transistor in einem Sättigungsbereich arbeitet.
RRAM-Schaltung nach Anspruch 13, wobei der Vorspannungserzeuger einen dritten Transistor aufweist, der eingerichtet ist, den ersten Strom aufzunehmen, und der erste, zweite, und dritte Transistor relative Größen aufweisen, die so eingerichtet sind, dass der erste Stromgrenzwertpegel einen Maximalwert aufweist, der äquivalent zu einem Komplianz-Strompegel der RRAM-Vorrichtung ist.
Verfahren zum Ausbilden eines Filaments in einer Resistiven Random-Access-Memory (RRAM)-Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen einer Zellspannung über einer Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung, Erfassen einer Zunahme in einem Strom durch die Widerstandsschicht hindurch, der in Reaktion auf die angelegte Zellspannung erzeugt wurde, und Verwenden einer ersten Schaltvorrichtung in Reaktion auf das Erfassen der Zunahme im Strom, um den Strom durch die Widerstandsschicht hindurch zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anlegen der Zellspannung über der Widerstandsschicht der RRAM-Vorrichtung ein Anwenden eines Programmierspannungspegels auf einen ersten Anschluss der RRAM-Vorrichtung umfasst, und das Erfassen der Zunahme im Strom ein Erfassen einer Zunahme in einem Spannungspegel an einem zweiten Anschluss der RRAM-Vorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Erfassen des Spannungspegels am zweiten Anschluss der RRAM-Vorrichtung ein Vergleichen des Spannungspegels an dem zweiten Anschluss der RRAM-Vorrichtung mit einem Referenzspannungspegel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Verwenden der ersten Schaltvorrichtung zur Verringerung des Stroms durch die Widerstandsschicht hindurch das Betreiben eines Transistors in einem Sättigungsbereich umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner umfassend: Verwenden einer zweiten Schaltvorrichtung in Reaktion darauf, dass die Zunahme im Strom erfasst wurde, um den Strom durch die Widerstandsschicht hindurch weiter zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Verwenden der zweiten Schaltvorrichtung zum weiteren Verringern des Stroms durch die Widerstandsschicht hindurch das Anwenden eines vorgegebenen Verzögerungszeitabschnitts umfasst.