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Die Erfindung bezieht sich auf ein Phasenänderungsspeicherbauelement und auf ein Verfahren zur Programmierung von Daten in ein Phasenänderungsspeicherbauelement.
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Der Bedarf an Halbleiterspeicherbauelementen mit wahlfreiem Zugriff, die eine hohe Integrationsdichte und eine hohe Speicherkapazität aufweisen, wächst ständig. Derzeit werden vor allem Flashspeicher als derartige Halbleiterspeicherbauelemente in tragbaren elektronischen Geräten eingesetzt. Es sind auch bereits weitere Arten von Halbleiterspeicherbauelementen vorgeschlagen worden, die einen Kondensator benutzen, der aus einem nichtflüchtig speichernden Material anstelle des typischerweise flüchtig speichernden Material eines dynamischen Direktzugriffsspeichers (DRAM) hergestellt ist. Derartige Bauelemente umfassen ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (FRAM), die ferroelektrische Kondensatoren verwenden, magnetische Direktzugriffsspeicher (MRAM), die magnetoresistive Tunnelschichten (TMR-Schichten) verwenden, und Phasenänderungsspeicher (PRAM), die typischerweise Chalcogenidverbindungen bzw. Chalcogenidlegierungen einsetzen. Die Phasenänderungsspeicherbauelemente können einfacher als andere nichtflüchtige Speicherbauelemente hergestellt werden und weisen Vorteile hinsichtlich hoher Speicherkapazitäten bei niedrigen Kosten auf.
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1 veranschaulicht im Ersatzschaltbild eine Speicherzelle 10 eines herkömmlichen Phasenänderungsspeicherbauelements, die aus einem variablen Widerstand C und einem Zugriffstransistor M aufgebaut ist. Der variable Widerstand C ist mit einer Bitleitung BL verbunden, während der Zugriffstransistor M zwischen den variablen Widerstand C und eine Massespannung eingeschleift ist. Eine Wortleitung WL ist mit einem Gate des Zugriffstransistors M gekoppelt. Wenn eine vorgegebene Spannung an die Wortleitung WL angelegt wird, wird der Zugriffstransistor M leitend geschaltet und versorgt den variablen Widerstand C mit einem Strom über die Bitleitung BL.
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Der variable Widerstand C beinhaltet in nicht gezeigter Weise ein Phasenänderungs- bzw. Phasenwechselmaterial, das in einem von zwei stabilen Zuständen konditioniert ist, bei denen es sich insbesondere um eine kristallinen Zustand und einen amorphen Zustand handeln kann. Das Phasenänderungsmaterial wechselt abhängig vom Strom Ic, der über die Bitleitung BL zugeführt wird, in den kristallinen oder den amorphen Zustand. In den Phasenänderungsspeicher werden dementsprechend Daten unter Benutzung einer solchen Charakteristik des Phasenänderungsmaterials programmiert.
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2 veranschaulicht diagrammatisch eine Konditionierungskennlinie 1 für den amorphen Zustand und eine Konditionierungskennlinie 2 für den kristallinen Zustand, jeweils abgetragen als Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit. Wie aus 2 ersichtlich, wechselt das Phasenänderungsmaterial in den amorphen Zustand, wenn es rasch abgekühlt bzw. abgeschreckt wird, nachdem es zuvor mittels Stromzufuhr für eine Zeitspanne T1 auf eine hohe Temperatur über seinem Schmelzpunkt Tm aufgeheizt wurde. Der amorphe Zustand wird üblicherweise als Rücksetzzustand bzw. als Speicherung eines Datenwertes ”1” betrachtet. Andererseits geht das Phasenänderungsmaterial in den kristallinen Zustand, wenn es für eine Zeitspanne T2 länger als die Zeitspanne T1 auf eine Temperatur höher als seine Kristallisationstemperatur Tc und niedriger als seine Schmelztemperatur Tm aufgeheizt und dann langsam abgekühlt wird. Der kristalline Zustand wird üblicherweise als Setzzustand bzw. als Speicherung eines Datenwertes ”0” betrachtet. Die Speicherzelle besitzt einen variablen Widerstand, der vom Anteil an amorphem Volumen des Phasenänderungsmaterials abhängig ist. Der Widerstand der Speicherzelle ist im amorphen Zustand am höchsten und im kristallinen Zustand am niedrigsten.
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In jüngerer Zeit wurden verschiedentlich Technologien zum Speichern von mehr als 2 Bit in einer einzigen Speicherzelle vorgeschlagen. Eine derartige Speicherzelle wird als Mehrzustands-Speicherzelle oder Mehrpegelzelle (MLC) bezeichnet. Im Fall eines Phasenänderungsspeicherbauelements bedeutet dies, dass eine Mehrpegelzelle zusätzlich zum Rücksetzzustand und zum Setzzustand in einem oder mehreren Zwischenzuständen betreibbar ist. Ein Programmierverfahren für einen Phasenänderungsspeicher mit Mehrpegelzellen ist z. B. in der Patentschrift
US 6.625.054 offenbart.
3 veranschaulicht diagrammatisch ein entsprechendes herkömmliches Datenprogrammierverfahren. Wie aus
3 ersichtlich, ist die Speicherzelle in vier Zuständen gemäß verschiedenen Abfallzeiten eines Stromimpulses betreibbar. Wenn der Rücksetzzustand der Speicherzelle einem Datenwert <1,1> und der Setzzustand der Speicherzelle einem Datenwert <0,0> entspricht, ist diese Speicherzelle außerdem in Zuständen mit den Datenwerten <1,0> und <0,1> betreibbar, jeweils abhängig vom amorphen Volumenanteil des Phasenänderungsmaterials. Die Speicherzelle wird somit durch Steuerung der Abfallzeit des der Speicherzelle zugeführten Stromimpulses in ihre verschiedenen Zustände gesteuert. Dabei wird die Eigenschaft verwendet, dass das amorphe Volumen des Phasenänderungsmaterials mit längerer Abfallzeit des Stromimpulses kleiner wird.
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Bei diesem herkömmlichen Phasenänderungsspeicherbauelement tritt jedoch das Problem auf, dass das amorphe Volumen des Phasenänderungsmaterials abhängig davon variiert, in welchem Zustand sich die Speicherzelle bzw. das Phasenänderungsmaterial zuvor befunden hat, wenn der Stromimpuls an die ausgewählte Speicherzelle angelegt wird. Wird beispielsweise der Fall der Programmierung einer Speicherzelle von <1,0> in <0,1> mit dem Fall der Programmierung einer Speicherzelle von <0,0> in <0,1> verglichen, kann es sein, dass das amorphe Volumen des Phasenänderungsmaterials aufgrund des vorherigen Zustands variiert, obwohl in beiden Fällen die Speicherung des Datenwertes <0,1> in der Speicherzelle resultiert. Bei wiederholten derartigen Übergängen zwischen den Datenzuständen wird es dadurch eventuell unmöglich, die Datenzustände durch das amorphe Volumen des Phasenänderungsmaterials korrekt voneinander zu unterscheiden, d. h. das herkömmliche Phasenänderungsspeicherbauelement ist möglicherweise nicht mehr in der Lage, zuverlässig einen genauen Programmiervorgang auszuführen, da es Daten programmiert, ohne den vorherigen Datenzustand zu berücksichtigen.
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Die Offenlegungsschrift
US 2003/0218904 A1 offenbart ein Phasenänderungsspeicherbauelement und ein zugehöriges Programmierverfahren, bei dem zur Programmierung einer Speicherzelle sequentiell ein erster und ein zweiter Stromimpuls angelegt werden, wobei für den zweiten Impuls eine vom Herstellungsprozess und Materialschwankungen bezüglich der Phasenübergangsmaterialien und des Speicherzellenaufbaus abhängige Impulsform gewählt wird, insbesondere durch variables Festlegen von Maximal- und Minimalwerten sowie Abfallzeit und Pulsbreite des Impulses abhängig von der Struktur und dem Typ des benutzten Phasenübergangsmaterials und von thermischen Betriebsbedingungen des Speicherbauelements. Die Impulsform für den ersten Impuls wird unabhängig von diesen Einflussparametern gleichbleibend, z. B. in einer Rechteckform, derart gewählt, dass die Speicherzelle in einen bestimmten vorgebbaren Zustand versetzt wird.
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Die Offenlegungsschrift
EP 1 450 373 A1 offenbart ein Phasenänderungsspeicherbauelement mit Mehrzustands-Speicherzellen und ein zugehöriges Programmierverfahren, bei dem in einer Verfahrensvariante zunächst ein Stromimpuls angelegt und dann ein Verifzierungsvorgang durchgeführt wird. Wenn letzterer ergibt, dass der gewünschte Zustand noch nicht erreicht ist, wird ein weiterer Impuls mit erhöhter oder verringerter Stromamplitude angelegt. Diese Vorgehensweise wird mit sukzessiv zunehmender oder abnehmender Stromamplitude wiederholt, bis die Verifizierung das Vorliegen des gewünschten Zustands ergibt. Alternativ wird eine Mehrpegelprogrammierung vorgeschlagen, bei der unterschiedliche Stromamplituden für die verschiedenen möglichen Speicherzellenzustände vorgesehen sind und zum Programmieren der Speicherzelle in den jeweils gewünschten Zustand ein einzelner Stromimpuls mit der entsprechenden Stromamplitude angelegt wird.
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Die Patentschrift
US 3.922.648 offenbart ein Verfahren zum Rücksetzen von Speicherzellen eines Phasenänderungsspeicherbauelements unter Verwendung einer Abfolge von Rücksetzspannungsimpulsen, die um einen Bruchteil einer Recovery-Zeitspanne voneinander beabstandet sind und jeweils einen über einem temporären Schwellenspannungswert liegenden Spannungswert aufweisen.
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Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines neuartigen Phasenänderungsspeicherbauelements und eines neuartigen Datenprogrammierverfahrens hierfür zugrunde, die ein zuverlässiges Programmieren von Daten ermöglichen, das insbesondere unabhängig vom vorherigen Zustand der Phasenänderungsspeicherzelle ist.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Datenprogrammierverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 7 und eines Phasenänderungsspeicherbauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte herkömmliche Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
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1 ein Ersatzschaltbild einer herkömmlichen Speicherzelle eines Phasenänderungsspeicherbauelements,
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2 ein Kennliniendiagramm eines Phasenänderungsmaterials für die Speicherzelle Von 1,
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3 Diagramme zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Programmieren eines Phasenänderungsspeicherbauelements mit Mehrpegelzellen,
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4 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Phasenänderungsspeicherbauelements,
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5 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung mehrerer Zustände eines im Speicherbauelement von 4 verwendeten Phasenänderungsmaterials und
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6 und 7 Diagramme zur Veranschaulichung von Verfahren zur Programmierung eines Phasenänderungsspeicherbauelements gemäß der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Phasenänderungsspeicherbauelement 500 ist in 4 mit einem repräsentativen Teil veranschaulicht, der eine Mehrpegelzelle bzw. Mehrzustands-Speicherzelle 510 und einen Programmierimpulsgenerator 530 umfasst. Die Speicherzelle 510 weist einen variablen Widerstand 520 und einen Zugriffstransistor M1 auf. Der Zugriffstransistor M1 ist zwischen den variablen Widerstand 520 und eine Massespannung eingeschleift. Eine Wortleitung WL ist mit einem Gate des Zugriffstransistors M1 gekoppelt. Wenn der Zugriffstransistor M1 leitend geschaltet wird, wird der variable Widerstand 520 über die Bitleitung BL mit einem Strom Ic versorgt. Der Zugriffstransistor M1 kann z. B. als Diode implementiert sein.
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Der variable Widerstand 520 umfasst eine obere Elektrode 521, ein Phasenänderungsmaterial 522, einen Kontaktstift (CP) 524 und eine untere Elektrode 525. Die obere Elektrode 521 ist mit der Bitleitung BL verbunden. Die untere Elektrode 525 ist einerseits mit dem Kontaktstift 524 und andererseits mit dem Zugriffstransistor M1 verbunden. Der Kontaktstift 524 wird auch als Heizstift bezeichnet und besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. Titannitrid (TiN). Das Phasenänderungsmaterial 522 befindet sich zwischen der oberen Elektrode 521 und dem Kontaktstift 524.
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Der Zustand des Phasenänderungsmaterials 522 ist in Abhängigkeit von der Amplitude, der Dauer und der Abfallzeit eines jeweiligen Stromimpulses variabel. Ein schraffierter Teil 523 bezeichnet in 4 einen amorphen Teil des Phasenänderungsmaterials. Mit häufigem Wechsel zwischen dem amorphen Zustand und dem kristallinen Zustand wird der amorphe Volumenanteil allmählich geringer, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden.
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Die Speicherzelle 510 kann abhängig vom Stromimpuls, der vom Programmierimpulsgenerator 530 geliefert wird, in mehr als zwei Zuständen konditioniert sein, was als Multi- oder Mehrfachzustand bezeichnet wird. Die Speicherzelle 510 wird durch den amorphen Volumenanteil 523 des Phasenänderungsmaterials 522 in einen der Mehrfachzustände gesetzt. Der Widerstandswert des variablen Widerstands 520 hängt vom amorphen Volumenanteil 523 des Phasenänderungsmaterials 522 ab.
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Der Programmierimpulsgenerator
530 empfängt Mehrbitdaten und stellt dann für die Programmierung jedes Datenwertes in der betreffenden Speicherzelle
510 zwei Stromimpulse bereit, wobei er bei Bedarf auch in der Lage ist, mehr als zwei Stromimpulse zu liefern. Ein erster Impuls
531 dient zum Initialisieren des Phasenänderungsmaterials
522 in je nach Bedarf bzw. Wahl einen Rücksetzzustand oder Setzzustand. Ein zweiter Impuls
532 dient zum Programmieren der Speicherzelle
510 in einen der Mehrfachzustände. Der erste Impuls
531 weist unabhängig von Eingabedaten stets die gleiche Impulsform auf, während die Impulsform des zweiten Impulses
532 abhängig von Eingabedaten variabel gewählt wird. Insbesondere ist der zweite Impuls
532 in seiner Abfallzeit, Amplitude und/oder Dauer gemäß den verschiedenen Mehrfachzuständen variabel einstellbar. Es ist für den Programmierimpulsgenerator
530 insbesondere möglich, verschiedene Stromimpulse bereitzustellen, wie sie in den
6 und
7 gezeigt sind, und/oder solche, wie sie in der oben angegebenen Patentschrift
US 6.625.054 offenbart sind.
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5 veranschaulicht die Mehrfachzustände des Phasenanderungsmaterials (GST) von 4. Wie aus 5 ersichtlich, wird eine jeweilige Speicherzelle in einen der vier Zustände gemäß dem Zustand des Phasenänderungsmaterials konditioniert und kann dadurch 2 Bit an Daten speichern. Der Zustand, in welchem das Phasenänderungsmaterial den Datenwert <1,1> speichert, wird dem amorphen Zustand oder Rücksetzzustand als <1,1>-Zustand zugeordnet. Der <1,1>-Zustand hat den größten amorphen Volumenanteil und den höchsten Widerstand. Der Zustand, in welchem das Phasenänderungsmaterial den Datenwert <0,0> speichert, wird dem kristallinen Zustand oder Setzzustand als <0,0>-Zustand zugeordnet. Der (0,0>-Zustand besitzt den geringsten amorphen Volumenanteil von praktisch gleich null und den niedrigsten Widerstand. Der Zustand, in welchem das Phasenänderungsmaterial den Datenwert <1,0> speichert, ist als erster Zwischenzustand zwischen dem amorphen Zustand und dem kristallinen Zustand konditioniert. Der <1,0>-Zustand weist einen geringeren amorphen Volumenanteil und einen niedrigeren Widerstand auf als der <1,1>-Zustand. Der Zustand in welchem das Phasenänderungsmaterial den Datenwert <0,1> speichert, ist als zweiter Zwischenzustand zwischen dem amorphen Zustand und dem kristallinen Zustand konditioniert. Der <0,1>-Zustand besitzt einen geringeren amorphen Volumenanteil und einen niedrigeren Widerstand als der <1,0>-Zustand.
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Die 6 und 7 veranschaulichen in Signalverlaufsdiagrammen vorteilhafte Impulse und Impulsformen, wie sie in Verfahren zum Programmieren eines Phasenänderungsspeicherbauelements gemäß der Erfindung verwendbar sind. Die Teilbilder a bis d von 6 beziehen sich auf den Fall einer Initialisierung der Speicherzelle in den Rücksetzzustand, während sich die Teilbilder a bis d von 7 auf den Fall einer Initialisierung der Speicherzelle in den Setzzustand beziehen.
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In den Teilbildern a bis d von 6 sind jeweils ein erster und zweiter Impuls zum Programmieren von Daten nach dem Initialisieren der Speicherzelle in den Rücksetzzustand dargestellt, wobei der erste Impuls seine Impulsform konstant beibehält, während der zweite Impuls eine von den Mehrfachzuständen abhängig variable Impulsform aufweist. Das Teilbild a veranschaulicht den Fall, bei dem der zweite Impuls in der Abfallzeit variiert, das Teilbild b zeigt den Fall, in welchem der zweite Impuls in der Amplitude variiert, das Teilbild c veranschaulicht den Fall, in welchem der zweite Impuls in seiner Dauer variiert und das Teilbild d zeigt den Fall, in welchem der zweite Impuls in seiner Amplitude und Dauer variiert.
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Detaillierter erläutert, bleibt im Teilbild a von 6 die Form des ersten Impulses 100 unabhängig von den Mehrfachzuständen konstant, während sich die zweiten Impulse 101, 102, 103 und 104 voneinander in ihrer Abfallzeit in Abhängigkeit von den Mehrfachzuständen unterscheiden. Die Abfallzeit ist hierbei als diejenige Zeitdauer definiert, die der Strom Ic braucht, um vom maximalen Pegel auf den minimalen Pegel abzufallen. Wie in 2 veranschaulicht, ist der amorphe Volumenanteil des Phasenänderungsmaterials je nach Abkühlzeit bzw. Abschreckzeit variabel. Daher kann die Speicherzelle durch Steuerung der Abfallzeit des zweiten Impulses in einen gewünschten Zustand programmiert werden.
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Der erste Impuls 100 initialisiert die Speicherzelle in den Rücksetzzustand unabhängig vom vorherigen Zustand. Die zweiten Impulse 101 bis 104, die sich in ihrer Abfallzeit abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden, werden dann zum Programmieren der Speicherzelle in einen jeweils gewünschten Zustand benutzt. Der zweite Impuls 101 hat eine Abfallzeit von fast gleich null. Wenn der zweite Impuls 101 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 102 hat eine Abfallzeit von T1–T0. Wenn der zweite Impuls 102 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 103 hat eine Abfallzeit von T2–T0, die länger als die Abfallzeit T1–T0 ist. Wenn der zweite Impuls 103 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 104 hat eine Abfallzeit von T3–T0, die länger als die Abfallzeit T2–T0 ist. Wenn der zweite Impuls 104 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert. Die zweiten Impulse 101 bis 104 mit den variablen Abfallzeiten sind im allgemeinen praktikabler als die in 3 gezeigten Impulse.
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Im Fall von Teilbild d der 6 bleibt der erste Impuls 200 unabhängig von den Mehrfachzuständen konstant, während sich die zweiten Impulse 201, 202, 203 und 204 voneinander in ihrer Amplitude abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden. Hierbei ist die Impulsamplitude als der maximale Pegel des Stroms Ic definiert. Wie aus 2 ersichtlich, variiert das amorphe Volumen des Phasenänderungsmaterials mit der Temperatur, so dass die Speicherzelle durch Steuern der Amplitude des zweiten Impulses in einen gewünschten Zustand programmiert werden kann.
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Der erste Impuls 200 initialisiert die Speicherzelle in den Rücksetzzustand unabhängig vom vorhergehenden Zustand. Die zweiten Impulse 201 bis 204, die sich in ihrer Amplitude abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden, werden zum Programmieren der Speicherzelle in einen gewünschten Zustand benutzt. Der zweite Impuls 201 hat beispielsweise die Amplitude 10. Wenn der zweite Impuls 201 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 202 hat eine Amplitude I1 kleiner als 10. Wenn der zweite Impuls 202 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 203 hat eine Amplitude 12 kleiner als I1. Wenn der zweite Impuls 203 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 204 hat eine Amplitude 13 kleiner als 12. Wenn der zweite Impuls 204 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert.
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Im Fall des Teilbilds c von 6 bleibt der erste Impuls 300 unabhängig von den Mehrfachzuständen konstant, während sich die zweiten Impulse 301, 302, 303 und 304 voneinander in ihrer Dauer bzw. Pulsbreite abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden. Hierbei ist die Dauer als diejenige Zeit definiert, während der ein maximaler Pegel des Stroms Ic aufrechterhalten wird. Wie in 2 veranschaulicht, variiert der amorphe Volumenanteil des Phasenänderungsmaterials mit der Dauer der Temperatureinwirkung, so dass die Speicherzelle durch Steuern der Dauer des zweiten Impulses in einen gewünschten Zustand programmiert werden kann.
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Der erste Impuls 300 initialisiert die Speicherzelle in den Rücksetzzustand unabhängig von ihrem vorherigen Zustand. Die zweiten Impulse 301 bis 304, die sich in ihrer Dauer bzw. Pulsbreite gemäß den Mehrfachzuständen unterscheiden, werden zum Programmieren der Speicherzelle in einen gewünschten Zustand benutzt. Der zweite Impuls 301 weist eine Dauer von D1–D0 auf. Wenn der zweite Impuls 301 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 302 hat eine Dauer von D2–D0, die länger als D1–D0 ist. Wenn der zweite Impuls an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 303 hat eine Dauer von D3–D0, die länger ist als D2–D0. Wenn der zweite Impuls 203 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 304 hat eine Dauer von D4–D0, die länger ist als D3–D0. Wenn der zweite Impuls 304 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert.
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Im Fall des Teilbilds d von 6 bleibt der erste Impuls 400 unabhängig von den Mehrfachzuständen konstant, während sich die zweiten Impulse 401, 402, 403 und 404 voneinander in ihrer Dauer und Amplitude abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden. Wie aus 2 ersichtlich, variiert der amorphe Volumenanteil des Phasenänderungsmaterials mit der Maximaltemperatur und der Dauer der Temperatureinwirkung. Daher kann die Speicherzelle durch Steuern der Dauer und der Amplitude des zweiten Impulses in einen gewünschten Zustand programmiert werden.
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Der erste Impuls 400 initialisiert die Speicherzelle in den Rücksetzzustand unabhängig von deren vorherigem Zustand. Die zweiten Impulse 401 bis 404 unterscheiden sich in ihrer Dauer und Amplitude gemäß den Mehrfachzuständen und werden zum Programmieren der Speicherzelle in einen gewünschten Zustand benutzt. Der erste Impuls 401 weist eine Amplitude von 10 und eine Dauer von D1–D0 auf. Wenn der zweite Impuls 401 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 402 weist eine Amplitude I1 kleiner als 10 und eine Dauer D2–D0 länger als D1–D0 auf. Wenn der zweite Impuls 402 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 403 weist eine Amplitude 12 kleiner als I1 und eine Dauer D3–D0 länger als D2–D0 auf. Wenn der zweite Impuls 403 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 404 weist eine Amplitude 13 kleiner als 12 und eine Dauer D4–D0 länger als D3–D0 auf. Wenn der zweite Impuls 404 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert.
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Wenn im Fall von 6 die Speicherzelle in den <1,1>-Zustand programmiert werden soll, kann jeweils der erste Impuls 100, 200, 300, 400 allein verwendet werden, d. h. der jeweilige zweite Impuls 101, 201, 301, 401 wird nicht unbedingt benötigt. Bei den Programmierschemata von 6 wird die Speicherzelle stets vom Rücksetzzustand aus programmiert, wobei ermöglicht wird, einen exakten Programmiervorgang auszuführen, ohne dass die Programmierung durch den vorherigen Zustand beeinflusst wird.
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In den Fällen der Teilbilder a bis d von 7 sind erste und zweite Impulse zum Programmieren von Daten nach Initialisieren der Speicherzelle in den Setzzustand gezeigt, wobei der erste Impuls seine Impulsform konstant beibehält, während der zweite Impuls seine Impulsform variabel in Abhängigkeit von den Mehrfachzuständen ändert. Das Teilbild a veranschaulicht den Fall, in welchem der zweite Impuls in seiner Abfallzeit variiert. Das Teilbild b veranschaulicht den Fall, in welchem der zweite Impuls in seiner Amplitude variiert. Das Teilbild c veranschaulicht den Fall, in welchem der zweite Impuls in seiner Dauer variiert, und das Teilbild d veranschaulicht den Fall, in welchem der zweite Impuls in seiner Amplitude und Dauer variiert.
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Im Teilbild a von 7 behält der erste Impuls 600 unabhängig von den Mehrfachzuständen seine Form bei, während sich die zweiten Impulse 601, 602, 603 und 604 voneinander in ihrer Abfallzeit abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden.
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Der erste Impuls 600 initialisiert die Speicherzelle unabhängig von deren vorherigem Zustand in den Setzzustand. Die zweiten Impulse 601 bis 604, die sich in ihrer Abfallzeit abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden, werden zum Programmieren der Speicherzelle in einen gewünschten Zustand benutzt. Der zweite Impuls 601 weist eine Abfallzeit von T1–T0 auf. Wenn der zweite Impuls 601 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 602 besitzt eine Abfallzeit von T2–T0 kürzer als T1–T0. Wenn der zweite Impuls 602 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 603 weist eine Abfallzeit T3–T0 kürzer als T2–T0 auf. Wenn der zweite Impuls 603 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 604 weist eine Abfallzeit von annähernd null auf. Wenn der zweite Impuls 604 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert.
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Im Fall des Teilbilds b von 7 bleibt der erste Impuls unabhängig von den Mehrfachzuständen konstant, während sich die zweiten Impulse 701, 702, 703 und 704 voneinander in ihrer Impulsamplitude abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden.
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Der erste Impuls 700 initialisiert die Speicherzelle unabhängig von deren vorherigem Zustand in den Setzzustand. Die zweiten Impulse 701 bis 704, die sich in ihrer Amplitude abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden, werden zum Programmieren der Speicherzelle in einen gewünschten Zustand benutzt. Der zweite Impuls 701 weist z. B. eine Amplitude 10 auf. Wenn er an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 702 besitzt eine Amplitude I1 größer als 10. Wenn der zweite Impuls 702 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,1>-Zustand programmiert. Die zweite Impuls 703 besitzt eine Amplitude 12 größer als 11. Wenn der zweite Impuls 703 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 704 besitzt eine Amplitude 13 größer als 12. Wenn der zweite Impuls 704 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert.
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Im Fall des Teilbilds c von 7 bleibt der erste Impuls 800 unabhängig von den Mehrfachzuständen konstant, während sich die zweiten Impulse 801, 802, 803 und 804 voneinander in ihrer Dauer bzw. Pulsbreite abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden.
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Der erste Impuls 800 initialisiert die Speicherzelle unabhängig von deren vorherigem Zustand in den Setzzustand. Die zweiten Impulse 801 bis 804, die sich in ihrer Dauer bzw. Pulsbreite gemäß den Mehrfachzuständen unterscheiden, werden zum Programmieren der Speicherzelle in einen gewünschten Zustand benutzt. Der zweite Impuls 801 weist eine Dauer von D1–D0 auf. Wenn der zweite Impuls 801 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 802 besitzt eine Dauer von D2–D0 kürzer als D1–D0. Wenn der zweite Impuls 802 an die Speicherzelle angelegt wird, wird die Speicherzelle in den <0,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 803 besitzt eine Dauer von D3–D0 kürzer als D2–D0. Wenn der zweite Impuls 803 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 804 besitzt eine Dauer D4–D0 kürzer als D3–D0. Wenn der zweite Impuls 804 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert.
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Im Fall des Teilbilds d von 7 bleibt der erste Impuls 900 unabhängig von den Mehrfachzuständen konstant, während sich die zweiten Impulse 901, 902, 903 und 904 voneinander in Dauer und Amplitude abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden.
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Der erste Impuls 900 initialisiert die Speicherzelle unabhängig von deren vorherigem Zustand in den Setzzustand. Die zweiten Impulse 901 bis 904, die sich in ihrer Dauer und Amplitude abhängig von den Mehrfachzuständen unterscheiden, werden zur Programmierung der Speicherzelle in einen gewünschten Zustand benutzt. Der zweite Impuls 901 weist eine Amplitude von 10 und eine Dauer von D1–D0 auf. Wenn der zweite Impuls 901 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 902 besitzt eine Amplitude I1 größer als 10 und eine Dauer D2–D0 kürzer als D1–D0. Wenn der zweite Impuls 902 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <0,1>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 903 besitzt eine Amplitude 12 größer als I1 und eine Dauer D3–D0 kürzer D2–D0. Wenn der zweite Impuls 902 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,0>-Zustand programmiert. Der zweite Impuls 904 besitzt eine Amplitude 13 größer als 12 und eine Dauer D4–D0 kürzer D3–D0. Wenn der zweite Impuls 904 an die Speicherzelle angelegt wird, wird diese in den <1,1>-Zustand programmiert.
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Wenn im Fall von 4 die Speicherzelle in den <0,0>-Zustand programmiert werden soll, genügt hierfür bereits der erste Impuls 600, 700, 800 bzw. 900, d. h. der jeweilige zweite Impuls 601, 701, 801 bzw. 901 ist hierfür nicht zwingend erforderlich.
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Bei den Programmierschemata von 7 wird die Speicherzelle stets vom Rücksetzzustand aus programmiert, was wiederum die Ausführung eines exakten Programmiervorgangs ermöglicht, der nicht vom vorherigen Speicherzellenzustand beeinflusst wird.
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Erfindungsgemäß wird somit die Speicherzelle nach ihrer Initialisierung in den Rücksetzzustand oder in den Setzzustand korrekt programmiert, ohne dass dies vom vorherigen Zustand der Speicherzelle beeinflusst wird.
