基于负差分电阻(NDR)的存储器的强化读写方法技术

揭示了一种对存储器诸如使用负差分电阻（ＮＤＲ）元件的ＳＴＡＭ作强化读写的方法，这是通过选择性控制存储单元中有源元件的偏置实现的。例如在写操作中，将存储单元置于一中间态而增大写速。在一基于ＮＤＲ的实施例中，实现方法是减低对ＮＤＲ　　ＦＥＴ的偏置信号，以在写操作中弱化该ＮＤＲ元件（因而禁止ＮＤＲ作用）。反之，在读操作中，增高偏置信号以强化峰值电流（和ＮＤＲ作用），从而对位线提供附加电流驱动。使用这类方法的诸实施例均实现了优异的峰谷电流比（ＰＶＲ）、读／写速度等。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及半导体存储器的操作方法与技术，尤其涉及应用负差分电阻(NDR)元件的静态随机存取存储器(SRAM)的读/写操作。
技术介绍
在TJ King于2001年12月21日提交并已转让给本受让人而且于2002年5月9日作为公报No.2002/0054502出版的专利申请序号10/029,077中，已详述了一种新的应用负差分电阻场效应晶体管(NDR FET)的SRAM器件。King等人于2000年6月22日提交而且也已转让给本受让人的专利申请序号09/603,101，已详述了该NDR FET的结构、操作及制作方法。2001年12月27日作为公报No.WO 01/99153出版的相应的PCT申请PCT/US01/19825，也揭示过这些详情。以上材料通过引用都包括在这里。如本领域所知，存储器决定特定应用场合适用性的某些重要标准包括静态功率额定值、读取速度与写速。再者，单元的工作电流与静态电流的峰谷比(PVR)也是限制某些实施例可行性的重要因素。对许多应用而言，认为PVR在商用期望密度下必须能超过10,000(即在MB范围内和以上)。因此显而易见，为满足上述的标准，上述基于NDR的SRAM(和其它基于NDR的存储器)也将得益于NDR元件操作性能的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改善存储器特性的操作方法，包括配用应用NDRFET元件的静态随机存取存储器(SRAM)单元。因此，本专利技术第一个方面涉及一包括负差分电阻(NDR)功能元件的存储单元的操作方法。该方法一般包括下列步骤在存储单元存贮数据值的第一操作周期内，对NDR功能元件加一偏置信号，使NDR功能元件以某一NDR特征工作。调整该NDR特征，以利于在第一存贮操作期间将该数据值存入存储单元。在第二操作(即诸如写操作)期间，调整该偏置信号，以在第二操作之前和/或期间降低峰值电流(因而也禁止该NDR特征)。在一较佳方法中，NDR功能元件是一NDR场效应晶体管(FET)，在NDR FET的沟道区内呈现出NDR特征。这样，偏置信号被加到NDR FET的栅极并作调整，使峰值电流明显减小。另在该方法中，在第二操作周期内直接调整该偏置信号，再呈现NDR特征，以利于存贮写到存储单元的新的数据值。本专利技术另一个方面涉及在写操作期间呈现可变NDR特征的存储单元操作方法，该方法在存储单元存贮数据值的第一周期内对NDR元件加一偏置信号。在该操作状态中，该偏置信号在第一周期内具有第一信号特征(如高压电平)，以控制NDR元件具有第一操作特征(如呈现NDR特性)。在第二周期内，将偏置信号调整成具有第二信号特征，以在与存储单元关联的写操作之前和/或期间将NDR元件控制成具有第二操作特征(如降低峰值电流，禁止NDR特性)。相应地，在一较佳方法中，第一信号特征是与偏置信号关联的第一信号电压幅值电平，第二信号特征是与偏置信号关联的第二信号电压幅值电平。第一信号电压幅值电平大于第二信号电压幅值电平，因而第一操作特征包括一NDR操作区，第二NDR特征呈现较低的峰值电流而且可以或可以不包括NDR操作区。另在一较佳实施例中，在写操作把后续数据值写到存储单元之前，先抹去数据值。最后，本专利技术一较佳的存储单元应用了第一NDR元件(作为上拉元件)和第二NDR元件(下拉元件)，其中第二NDR元件串联连接着存储节点和第一NDR元件。此时，在第一和第二周期内，几乎同时向第二与第一NDR元件加偏置信号。本专利技术另一方面涉及操作一存储单元(包括NDR变型)以在写操作期间应用一不确定态，其方法是向一NDR FET(存储单元内)加偏置信号，使它以一NDR特征操作，而该单元正在存贮特定的第一数据值。之后在写操作之前，通过把偏置信号调成禁止NDR特征，有效地“抹除”存在存储单元里的第一数据值。换言之，第一数据值较佳地由存储单元一存贮节点出现的第一或第二电压电位代表，而在抹除步骤中，该存贮节点置成第三电压电位。显然，第三电压电位的设置同与准备写到存储单元的第二数据值关联的电压电位无关，通过禁止FET的NDR特征而形成。这样就对该存贮节点形成一种介于第一与第二电压电位之间的不确定态。对本专利技术这一方面而言，最终值并不重要。在实际的写操作期间，第二数据值被写到存储单元，使存贮节点从第三电压电位(上或下)调到至少第一或第二电压电位之一。在一较佳实施例中，设计的单元工作使得第三电压电位对应于在第一与第二电压电位之间近半程的电压电位，这样可保证减少耗用的总电流(至少对随机数据)。另在本专利技术该方面的一较佳方法中，NDR FET在存储单元中是一上拉元件，而且还将偏置信号加给第二NDR FET，后者作为该存储单元的下拉元件。在本专利技术又一个方面中，通过对下拉和上拉元件调节偏置信号，对包括SRAM的存储单元执行“先抹后写”操作。这样就通过将存贮节点置于不确定态而有效地抹除了该单元。为此，在抹除步骤期间，先把偏置信号置成第一幅值，然后置成小于第一幅值的第二幅值。把新数据写到单元后，偏置信号从第二幅值恢复回第一幅值。为了按该方式控制该单元，要响应于写操作启动而产生一偏置控制信号，以控制偏置信号的信号特征，包括信号幅值。本专利技术其它方面涉及增强了存储单元诸有源元件的特征的操作，包括对基于NDR的存储单元执行的读操作的特征。在第一个方面中，在存储单元存贮数据值的第一操作周期内，NDR基存储单元通过向NDR功能元件加偏置信号而工作，使NDR功能元件以NDR特征工作。该NDR特征经调节，有利于在第一存贮操作期间把数据值存入存储单元。在第二操作周期内，调节该偏置信号，以在与存储单元关联的第二操作之前和/或期间增强NDR功能元件的NDR特征与电流驱动特征。这样，可对存储单元提供附加电流而提高读取速度。在一较佳方法中，NDR功能元件包括NDR场效应晶体管(NDR FET)。在读操作期间，偏置信号被调节成具有大于在静态存贮模式期间使用的幅值的幅值，使NDR存储单元在多兆位存储器阵列中有活力，因为该存储单元产生的静态电流与其产生的读操作电流(PVR)之比可超过10,000。还可应用其它技术来提高读取速度，诸如对耦接存储单元的BIT线作预充电。本专利技术另一个方面涉及在读操作期间调节存储单元的NDR特征，这类似于上述对写操作说明的情况，但对读操作而言，NDR特性增强了而不是被消弱。下面参照附图详述本专利技术的诸方面。附图简介附图说明图1是静态随机存取存储器(SRAM)单元的线路图，包括两个组合的构成双稳态锁存器的NDR FET元件和一个n沟增强模式IGFET存取元件；图2是由图1所示两个组合NDR-FET构成的双稳态锁存器的电流与电压特性曲线；图3A是表示诸存储器实施例使用的信号的一般序列与相互关系的时序图，诸实施例都结合了本专利技术一较佳的写方法；和图3B是表示诸存储器实施例使用的信号的一般序列与相互关系的时序图，诸实施例都结合了本专利技术一较佳的读方法。专利技术的详细描述现在描述本专利技术诸实施例。如前所述，图1是静态存储器(SRAM)单元100一较佳实施例的线路图，包括两个构成双稳态锁存器140的NDR元件120、130和一个增强模式IGFET存取元件110。虽然图1示出了三(3)元件实施法，但本专利技术并不限于这类实施例，因为其它应用NDR元件的设计也得益于本说明书内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元的操作方法，所述存储单元包括一负差分电阻（ＮＤＲ）功能元件，其特征在于，包括以下步骤：（ａ）在存储单元存贮数据值的第一操作周期内，向ＮＤＲ功能元件加一偏置信号，使ＮＤＲ功能元件以ＮＤＲ特性操作；其中调节所述ＮＤＲ 特性，以利于在第一存贮操作中将所述数据值存入存储单元；（ｂ）在第二操作周期内调节所述偏置信号，以在与存储单元关联的第二操作之前和／或期间禁止所述ＮＤＲ特性。

【技术特征摘要】
US 2002-6-28 10/185,2471.一种存储单元的操作方法，所述存储单元包括一负差分电阻(NDR)功能元件，其特征在于，包括以下步骤(a)在存储单元存贮数据值的第一操作周期内，向NDR功能元件加一偏置信号，使NDR功能元件以NDR特性操作；其中调节所述NDR特性，以利于在第一存贮操作中将所述数据值存入存储单元；(b)在第二操作周期内调节所述偏置信号，以在与存储单元关联的第二操作之前和/或期间禁止所述NDR特性。2.根据权利要求1的方法，其中所述第二操作是写操作。3.根据权利要求的方法，其中NDR功能元件是NDR场效应晶体管(FET)，所述NDR特性呈现在所述NDR FET的沟道区域中。4.根据权利要求3的方法，其中调节所述偏置信号，使其减到低于在所述NDR FET中激活所述NDR特性所需的阈值电压。5.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括步骤在所述第二操作周期内调节所述偏置信号，以便再启动所述NDR特性，并利于在所述第二操作期间存贮写到存储单元的新数据值。6.一种存储单元的操作方法，所述存储单元包括一负差分电阻(NDR)元件，其特征在于包括以下步骤(a)在存储单元存贮数据值的第一周期内向NDR元件加一偏置信号，所述偏置信号在所述第一周期内具有第一信号特性，以控制NDR元件具有第一NDR特性；和(b)在第二周期内把所述偏置信号调成具有第二信号特性，以在与存储单元关联的写操作之前和/或期间把NDR元件控制成具有第二NDR特性。7.根据权利要求6的方法，其中所述第一信号特性是与所述偏置信号关联的第一信号电压幅值电平，所述第二信号特性是与所述偏置信号关联的第二信号电压幅值电平。8.根据权利要求7的方法，其中所述第一信号电压幅值电平大于所述第二信号电压幅值电平，因而第一NDR特性包括NDR工作区，而第二NDR特性不包括NDR工作区。9.根据权利要求7的方法，其中所述第一信号电压幅值电平大于所述第二信号电压幅值电平，使第一NDR特性包括较高的峰值电流，第二NDR特性包括较低的峰值电流。10.根据权利要求6的方法，其中在所述写操作将后续数据值写到存储单元之前，先抹除所述数据值。11.根据权利要求6的方法，其中NDR元件是第一NDR元件，在所述第一和第二周期内，几乎同时向存储单元的第二NDR元件施加所述偏置信号。12.一种存储单元的操作方法，所述存储单元包括一负差分电阻(NDR)场效应晶体管(FETF)，其特征在于包括以下步骤(a)向NDR FET加一偏置信号，使它以NDR特性操作；和(b)在写操作之前，通过把所述偏置信号调成衰减和/或禁止所述NDR特性，抹除存贮在存储单元里的第一数据值，包括至少第一电压电位或第二电压电位的所述第一数据值出现在存储单元的存贮节点中；其中所述抹除步骤还把所述存贮节点设定为第三电压电位，所述第三电压电位的设置同与写到存储单元的第二数据值关联的电压电位无关；(c)在写信号控制下，在写操作期间将所述第二数据值写到存储单元，把存贮节点从所述第三电压电位调到至少所述第一电压电位或第二电压电位之一。13.根据权利要求12的方法，其中所述第三电压电位对应于在所述第一与第二电压电位之间近半程的电压电位。14.根据权利要求12的方法，其中所述第三电压电位对应于所述第一或第二电压电位。15.根据权利要求12的方法，其中NDR FET是存储单元里的上拉元件，而且还对当作存储单元下拉元件的第二NDR FET加所述偏置信号。16.一种存储单元的操作方法，其特征在于包括以下步骤(a)向上拉元件加一偏置信号而使它在存贮节点存贮第一数据值，所述第一数据值包括至少第一逻辑电平或第二逻辑电平；(b)在写操作之前，通过控制所述偏置信号，抹除存贮在存储单元里的所述第一数据值；其中所述抹除步骤还将存储单元设定为第三逻辑电平，所述第三逻辑电平是所述第一与第二逻辑电平之间的不确定电平；(c)在写信号控制下，在写操作期间把第二数据值写到存储单元，以将存储单元设定为所述第一逻辑电平或第二逻辑电平。17.根据权利要求16的方法，其特征在于还包括步骤至少在步骤(a)和(b)期间向存储单元的下拉元件施加所述偏置信号。18.根据权利要求16的方法，其中在步骤(a)将所述偏置信号置于第一幅值，在步骤(b)将所述(b)置于小于所述第一幅值的第二幅值，而在步骤(c)将所述偏置信号从所述第二幅值调回所述第一幅值。19.根据权利要求16的方法，其特征在于还包括步骤响应于写操作开始，生成一偏置控制信号，以控制所述偏置信号的信号特性，包括这种信号的幅值。20.根据权利要求16的方法，其中存储单元包括一个或多个接收所述偏置信号的负差分电阻(NDR)元件，其中包含至少一只NDR场效应晶体管。21.一种存储单元的操作方法，所述存储单元包括一负差分电阻(NDR)功能元件，其特征在于包括以下步骤(a)在存储单元存贮数据值的第一操作周期内向NDR功能元件加一偏置信号，使NDR功能元件以NDR特性工作；其中调节所述NDR特性，以利于在第一存贮操作期间将所述数据值存入存储单元；(b)在第二操作周期内调节所述偏置信号，以在与存储单元关联的第二操作之前和/或期间强化所述NDR特性和NDR功能元件的电流驱动特性。...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ金，
申请(专利权)人：前进应用科学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]