KR101784340B1

KR101784340B1 - 양방향 저항 메모리 장치

Info

Publication number: KR101784340B1
Application number: KR1020110003617A
Authority: KR
Inventors: 백인규; 오형록; 황홍선
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2017-10-12
Also published as: KR20120082237A; US20120182786A1; US8619458B2

Abstract

양방향 저항 메모리 장치가 제공된다. 양방향 저항 메모리 장치는 변 저항 소자 및 양방향 억세스 소자를 가지는 복수의 메모리 셀을 포함하는 메모리 셀 어레이, 및 복수의 메모리 셀 중 선택된 메모리 셀에 인가되는 리드 전압의 극성을 결정하는 극성 결정부와, 극성 결정부에 결정된 극성을 가지는 리드 전압을 선택된 메모리 셀의 양단에 인가하는 비트 라인 및 소스 라인 드라이버를 포함하는 입출력 회로를 포함한다.

Description

양방향 저항 메모리 장치 {Bipolar resistive memory device}

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 가변 저항 메모리 셀 어레이를 포함하는 양방향 저항 메모리 장치에 관한 것이다.

반도체 메모리 장치는 데이터를 저장하는 데 사용되며, 크게 휘발성 반도체 메모리 장치와 비휘발성 반도체 메모리 장치로 나누어진다. 휘발성 반도체 메모리 장치는 커패시터의 충전 또는 방전에 의해 데이터가 저장된다.

RAM(Random Access Memory) 등의 휘발성 반도체 메모리 장치는 전원이 인가되는 동안 데이터가 저장되고 읽혀지며, 전원이 차단되면 데이터는 손실된다. 휘발성 메모리 장치로서 주로 컴퓨터의 메인 메모리 장치로 사용된다.

비휘발성 반도체 메모리 장치는 전원이 차단되어도 데이터를 저장할 수 있다. 비휘발성 반도체 메모리 장치는 컴퓨터, 휴대용 통신기기 등 넓은 범위의 응용에서 프로그램 및 데이터를 저장하는 데 사용될 수 있다.

반도체 메모리 장치의 고용량화 및 저전력화의 요구에 따라 비휘발성(non-volatile)이며 리프레쉬(refresh)가 필요 없는 차세대 메모리 장치들이 연구되고 있다. 현재 각광을 받고 있는 차세대 메모리 장치로서는 상변화 물질을 이용하는 PRAM(Phase Change Random Access Memory), 전이금속 산화물 등의 가변 저항 특성을 갖는 물질을 이용한 RRAM(Resistive Random Access Memory)과 강자성 물질을 이용한 MRAM(Magnetic Random Access Memory)등이 있다. 차세대 메모리 장치를 구성하는 물질들의 공통점은 전류 또는 전압에 따라 그 저항 값이 가변되며, 전류 또는 전압이 사라져도 그 저항 값을 그대로 유지하는 비휘발성 특성으로 리프레쉬가 필요 없다는 것이다.

이러한 저항 메모리 장치에서, 단위 메모리 셀은 하나의 가변 저항 소자와 하나의 스위칭 소자로 이루어지고, 가변 저항 소자는 비트 라인과 스위칭 소자 사이에 연결되며, 스위칭 소자는 일반적으로 가변 저항 소자와 워드 라인 사이에 연결된다. 저항 메모리 장치는 이러한 단위 메모리 셀들로 구성된 가변 저항 메모리 셀 어레이를 포함한다.

저항 메모리 장치는 메모리 셀을 구성하는 가변 저항 소자의 종류에 따라 PRAM, RRAM, MRAM 등으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 가변 저항 소자가 상변화(phase change) 물질(GST, Ge-Sb-Te)로서 온도에 따라 저항이 변화하는 경우에는 저항 메모리 장치는 PRAM이 될 수 있다. 가변 저항 소자가 상부 전극, 하부 전극, 및 그 사이에 있는 전이금속 산화물(complex metal oxide)로 형성된 경우에는 저항 메모리 장치는 RRAM이 될 수 있다. 가변 저항 소자가 자성체의 상부 전극, 자성체의 하부 전극, 및 그 사이에 있는 유전체(dielectric material)로 형성된 경우에는 저항 메모리 장치는 MRAM이 될 수 있다.

저항 메모리 장치는 인가되는 전압 또는 전류의 크기에 따라 저항값이 변하는 단방향(unidirectional) 저항 메모리 장치와 인가되는 전압 또는 전류의 크기 및 방향에 따라 저항값이 변하는 양방향(bidirectional) 저항 메모리 장치로 구분된다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 메모리 장치 내에 저장된 데이터를 보다 신속하게 리드할 수 있는 있는 양방향 저항 메모리 장치에 관한 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 메모리 장치는, 가변 저항 소자 및 양방향 억세스 소자를 가지는 복수의 메모리 셀을 포함하는 메모리 셀 어레이, 및 상기 복수의 메모리 셀 중 선택된 메모리 셀에 인가되는 리드 전압의 극성을 결정하는 극성 결정부와, 상기 극성 결정부에 결정된 극성을 가지는 상기 리드 전압을 상기 선택된 메모리 셀의 양단에 인가하는 비트 라인 및 소스 라인 드라이버를 포함하는 입출력 회로를 포함한다

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 저항 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 양방향 저항 메모리 장치에 포함된 단위 메모리 셀 구조의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 저항 메모리 장치의 가변 저항 소자에 대한 바이폴라 스위칭 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양방향 저항 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 저항 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 저항 메모리 장치의 이용예를 설명하는 도면들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예들은 저항 메모리 장치(RRAM: Resistive RAM)를 이용하여 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 상변화 메모리 장치(PRAM: Phase change Random Access Memory), , 및 자기 메모리 장치(MRAM: Magnetic RAM)와 같이 저항체를 이용한 비휘발성 메모리 장치에 모두 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술의 당업자에게 자명하다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 저항 메모리 장치에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 저항 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 도 1의 양방향 저항 메모리 장치에 포함된 단위 메모리 셀 구조의 일 예를 나타내는 회로도이다. 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 저항 메모리 장치의 가변 저항 소자에 대한 바이폴라 스위칭 특성을 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하면, 양방향 저항성 메모리 장치(100)는 입출력 회로(110) 및 메모리 셀 어레이(Cell Array; 170)를 포함한다.

입출력 회로(110)는 입력되는 각각의 데이터에 대응하는 전압, 더욱 구체적으로 정극성 전압 및 부극성 전압을 발생시키고, 입력 데이터의 로직 상태에 응답하여 정극성 전압 또는 부극성 전압을 가변 저항 메모리 셀 어레이(170)에 제공할 수 있다.

또한, 입출력 회로(110)는 메모리 셀 어레이(170)에 저장된 데이터를 출력한다. 단방향(unidirectional) 저항 메모리 장치의 메모리 셀 어레이와 달리, 양방향(bidirectional) 저항 메모리 장치(100)의 메모리 셀 어레이(170)를 구성하는 메모리 셀들의 양단에 인가되는 전압은, 입력되는 데이터 값에 따라 극성이 바뀔 수 있다.

이 때, 극성 결정부(118)는 극성 결정 모드 신호(TM_SEL)에 의해 인에이블되어 극성 선택 신호(pSEL_OUT)를 출력하며, 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)가 극성 선택 신호(pSEL_OUT)를 인가받아 비트 라인 및 소스 라인에 리드 전압을 인가한다.

다시 말하면, 입출력 회로(110)는 극성 결정부(118) 및 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)를 포함하며, 극성 결정부(118)는 복수의 메모리 셀 중 선택된 메모리 셀에 인가되는 리드 전압의 극성을 결정한다. 또한, 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)는 극성 결정부(118)에 의해 결정된 극성을 가지는 리드 전압을 선택된 메모리 셀의 양단에 인가한다.

더욱 구체적으로, 극성 결정부(118)는 결정 모드 신호(TM_SEL)에 의해 인에이블 되어 리드 전압의 극성을 결정하여 극성 선택 신호(pSEL_OUT)를 출력할 수 있다. 이러한 극성 선택 신호(pSEL_OUT)는 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)로 전송되고, 극성 선택 신호(pSEL_OUT)를 인가받은 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)는 선택된 극성을 가지는 리드 전압을 선택된 메모리 셀의 양단에 인가할 수 있다.

몇몇 실시예예서, 극성 결정부(118)는 가변 저항 소자의 스위칭 특성에 대응하는 리드 전압의 극성에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 이러한 정보에 따라 리드 전압의 극성을 결정할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.

또한, 입출력 회로(110)는 데이터 입력과 관련된 입력 버퍼(DIN BUF; 112)과, 데이터 출력과 관련된 센스 앰프(Sense AMP.; 115) 및 출력 드라이버(DOUT DRV; 117) 등을 포함할 수 있다.

입력 버퍼(112)는 입력 데이터(Write Data)에 대응하는 전압을 메모리 셀 어레이(170)에 연결된 선택된 비트 라인에 제공할 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 입력 버퍼(112)는 정극성 전압을 발생시키는 정극성 전압 발생 회로 및 부극성 전압을 발생시키는 부극성 전압 발생 회로를 포함할 수 있다. 나아가, 제공된 입력 데이터에 따라, 각 전압 발생 회로에서 생성된 정극성 및 부극성 전압 중 어느 하나를 선택하여 비트 라인을 통해 선택된 메모리 셀에 제공할 수 있다.

센스 앰프(115)는 비트 라인(BL)의 전압을 센싱 기준 전압과 비교하여 센싱 출력 전압을 발생 시키고, 출력 드라이버(117)는 센싱 출력 전압에 기초하여 출력 데이터(Read Data)를 출력할 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 센스 앰프(115)는 비트 라인 프리차지 회로 및 비트 라인 방전 회로와 연결될 수 있다.

입출력 회로(110) 외에도, 양방향 저항 메모리 장치는 어드레스 버퍼(ADDR-BUF; 150), 프리 디코더(Pre-DEC; 155), 로우 디코더(ROW DEC; 160) 및 칼럼 디코더(COL Decoder; 165)를 포함할 수 있다.

어드레스 버퍼(150)는 어드레스(ADD)를 출력할 수 있다. 프리 디코더(145)는 어드레스(ADD)에 기초하여 로우 어드레스(X-Addr)와 칼럼 어드레스(Y-Addr)를 발생시킨다. 로우 디코더(150)는 로우 어드레스(X-Addr)에 기초하여 워드 라인 구동 신호(WL0~WLn)를 발생시켜 메모리 셀 어레이(170)에 제공할 수 있다. 칼럼 디코더(160)는 칼럼 어드레스(Y-Addr)를 디코딩하여 칼럼 선택 신호를 발생시켜 메모리 셀 어레이(170)에 제공할 수 있다.

도 2를 참조하면, 단위 메모리 셀은 비트라인(BL)에 연결된 한 단자를 갖는 가변 저항 소자(RC) 및 가변 저항 소자(RC)와 소스 라인(SL) 사이에 결합되고 워드 라인(WL)에 의해 제어되는 양방향 억세스 소자(AC)를 포함한다.

여기서, 가변 저항 소자(RC)는 예를 들어, 비-오믹 물질(non-ohmic material)로 이루어진 소자와, 저항성 물질(resistive material)로 이루어진 소자를 직렬 연결하여 구현할 수 있다. 비-오믹 물질은 소정의 전압 범위 내에서는 고저항 상태를 가지고 소정의 전압 범위 밖에서는 저저항 상태를 가질 수 있다. 또한, 저항성 물질은 상 변화 물질, 전이금속 산화물, 또는 강자성 물질을 포함할 수 있다.

따라서, 가변 저항 소자는 양단에 인가되는 전압의 극성이 양성을 가질 때와 음성을 가질 때, 소정의 저항 값을 가지며 가변 저항 소자를 통해 전류가 흐르는 양극성 소자일 수 있다. 따라서, 가변 저항 소자가 연결된 비트 라인의 전압이 정의 전압을 가질 때를 데이터 1로, 가변 저항 소자가 연결된 비트 라인의 전압이 부의 전압을 가질 때를 데이터 0으로 설정할 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시예이고 이와 다른 방식으로 양극성 소자를 구현할 수 있음은 물론이다.

양방향 억세스 소자(AC)는 가변 저항 소자(RC)를 관통하는 전류가 양방향으로(즉, 위쪽에서 아래쪽으로, 또는 아래쪽에서 위쪽으로) 흐를 수 있도록 하는 소자이다. 양방향 억세스 소자(AC)는, 예를 들어 서로 반대방향으로 커플링된 2개의 다이오드일 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니며 다양한 종류의 소자가 적용될 수 있다.

이하, 도 3에 도시된 그래프와 같은 바이폴라 스위칭 특성을 가지는 가변 저항 소자를 포함하는 양방향 저항 메모리 장치를 예로 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 초기 상태에서 메모리 셀의 양단에 인가된 전압을 0V에서 부(negative) 전압 상태로 점차적으로 감소시키면 가변 저항 소자에 흐르는 전류 값이 점차적으로 증가한다. 인가 전압을 마이너스로 지속적으로 감소시키면 도 3의 1번 라인을 따라 전류 값이 증가하게 된다. 다시, 인가 전압을 0V까지 인가 전압을 증가시키는 경우 1번 라인과 다른 2번 라인을 따라 가변 저항 소자(RC)의 전류 값이 변화한다. 결과적으로 동일한 인가 전압에 대해 두 가지의 저항 상태, 즉 고저항 상태 및 저저항 상태를 지닌 것을 알 수 있다.

그리고, 전압을 0V에서 정(positive) 전압 상태로 점차적으로 증가시키면 가변 저항 소자에 흐르는 전류 값이 점차적으로 증가한다. 인가 전압을 플러스로 지속적으로 증가시키면 도 3의 3번 라인을 따라 전류 값이 증가한다. 다시, 인가 전압을 감소시키면 3번 라인과 다른 전류 값의 변화를 나타내는 4번 라인을 따라 전류 값이 감소한다. 결과적으로 인가 전압이 정극성 전압인 경우에도 두 가지의 저항 상태, 즉 고저항 상태 및 저저항 상태를 지닌 것을 알 수 있다.

따라서, 양방향 저항 메모리 장치는 인가되는 전압 또는 전류의 크기 및 방향에 따라 저항값이 변하는 특성을 가진다. 나아가, 도 3에 도시된 바와 같이, 양방향 저항 메모리 장치의 경우, 동일한 크기의 전압이 인가되더라도 인가 전압의 극성에 따라 가변 저항 소자에 흐르는 전류의 크기는 다를 수 있다.

예를 들어, 가변 저항 소자가 저저항 상태인 경우, 저항 메모리 장치에 부극성 전압인 -1V가 인가될 때 가변 저항 소자에 흐르는 전류의 크기는, 정 전압인 1V가 인가될 때 가변 저항 소자에 흐르는 전류보다 크다. 따라서, 가변 저항 소자가 상기와 같은 스위칭 특성을 가질 경우, 극성 결정부(118)는 부극성을 가지는 전압을 리드 전압으로 결정할 수 있다. 다시 말하면, 극성 결정부(118)에 가변 저항 소자의 스위칭 특성에 관한 정보를 저장하고, 상기 정보에 따라 리드 전압의 극성을 결정할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 극성 결정부(118)는 서로 다른 극성을 가지는 제1 후보 리드 전압과 제2 후보 리드 전압 중 가변 저항 소자에 더 큰 전류가 흐르게 하는 것을 리드 전압으로 결정할 수 있다. 이 때, 제1 후보 리드 전압의 절대값과 제2 후보 리드 전압의 절대값은 서로 동일할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 극성 결정부(118)는 선택된 메모리 셀에 대하여 제1 후보 리드 전압을 인가하여 가변 저항 소자에 흐르는 제1 전류의 크기를 조사하고, 제2 후보 리드 전압을 인가하여 가변 저항 소자에 흐르는 제2 전류의 크기를 조사하여 제1 전류와 제2 전류 중 더 큰 값을 가지는 쪽을 리드 전압으로 결정할 수 있다.

이 때, 극성 결정부(118)는 메모리 셀 어레이(170)에 포함된 복수의 메모리 셀 각각에 대하여, 제1 및 제2 후보 리드 전압을 인가하여 리드 전압을 결정할 수 있다.

몇몇 다른 실시예예서, 도 4에 도시된 바와 같이, 메모리 셀 어레이(170)가 적어도 하나의 기준 메모리 셀을 포함하는 기준 어레이(172)를 포함할 수 있다. 이 때, 극성 결정부(118)는 기준 메모리 셀에 제1 후보 리드 전압과 제2 후보 리드 전압을 테스트하여 가변 저항 소자에 흐르는 전류의 크기가 더 큰 것을 리드 전압으로 결정할 수 있다. 즉, 이렇게 적어도 하나의 기준 메모리 셀을 이용하여 결정된 리드 전압의 극성을 근거로 메모리 셀 어레이(170)에 포함된 복수의 메모리 셀에 상기 리드 전압의 극성을 적용할 수 있다.

다만, 리드 전압의 절대값은 가변 저항 소자에 저장된 저항 상태, 예를 들어 고저항 상태 및 저저항 상태를 변경시키지 않는 범위 내에서 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 양방향 저항 메모리 장치에 의하면, 리드 전압의 극성을 결정함에 있어서, 가변 저항 소자 내에 흐르는 전류가 상대적으로 큰 쪽의 리드 전압을 인가하여 센싱 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

나아가, 다른 몇몇 실시예에서, 가변 저항 소자는 서로 다른 3개 이상의 저항 레벨을 가지는 멀티 레벨 메모리 셀을 포함할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에 따른 양방향 저항 메모리 장치(102)는 메모리 셀 어레이(174)가 둘 이상의 메모리 층(Layer #1, #2, ..., #N)으로 적층될 수 있다. 이 때, 각각의 메모리 층(Layer #1, #2, ..., #N)에 대해 서로 다른 리드 극성과 리드 전압을 결정할 수 있다. 이 때, 리드 극성과 리드 전압을 결정하는 방식은 앞서 설명한 실시예들을 적용할 수 있다.

더욱 구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 저항 메모리 장치(102)는 둘 이상의 메모리 층(Layer #1, #2, ..., #N)이 적층된 메모리 셀 어레이(174)를 포함할 수 있으며, 극성 결정부(118)는 극성 결정 모드(TM_SEL)에 의해 인에이블되어 극성 선택 신호(pSEL_OUT)를 출력하며, 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)가 극성 선택 신호(pSEL_OUT)를 인가받아 각 메모리 층(Layer #1, #2, ..., #N)에 비트 라인 및 소스 라인에 리드 전압을 인가할 수 있다. 이 때, 적어도 두 개의 층에 인가되는 리드 전압은 서로 다른 극성으로 인가될 수 있다.

다시 말하면, 상술한 실시예와 유사하게, 입출력 회로(110)는 극성 결정부(118) 및 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)를 포함하며, 극성 결정부(118)는 메모리 셀 어레이(174)의 복수의 메모리 층 중 선택된 메모리 층에 인가되는 리드 전압의 극성을 결정한다. 또한, 비트 라인 및 소스 라인 드라이버(113a, 113b)는 극성 결정부(118)에 의해 결정된 극성을 가지는 리드 전압을 선택된 메모리 층에 인가할 수 있다.

나아가, 몇몇 다른 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 저항 메모리 장치(102)에, 메모리 셀 어레이(174) 중 적어도 하나의 메모리 층이 기준 메모리 층으로 적용될 수 있다. 또는 적어도 하나의 메모리 층의 적어도 일부가 기준 메모리 셀을 포함하는 기준 메모리 층으로 정의될 수도 있다. 이 때, 극성 결정부(118)는 기준 메모리 층에 제1 후보 리드 전압과 제2 후보 리드 전압을 테스트하여 가변 저항 소자에 흐르는 전류의 크기가 더 큰 것을 리드 전압으로 결정할 수 있다.

즉, 이렇게 적어도 하나의 기준 메모리 층을 이용하여 결정된 리드 전압의 극성을 근거로 메모리 셀 어레이(174)에 포함된 복수의 메모리 셀에 상기 리드 전압의 극성을 적용할 수 있다. 다만, 리드 전압의 절대값은 가변 저항 소자에 저장된 저항 상태, 예를 들어 고저항 상태 및 저저항 상태를 변경시키지 않는 범위 내에서 결정될 수 있다. 상술한 방식 외에도 리드 전압을 제공하는 방법은 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 저항 메모리 장치의 이용예를 설명하는 도면들이다.

도 6를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 메모리(510)와 메모리(510)에 연결된 메모리 제어부(520)를 포함한다. 여기서, 메모리(510)는 앞에서 설명한 실시예들에 따라 형성된 저항체를 이용한 비휘발성 메모리 장치로서, 멀티 비트의 데이터를 안정적으로 라이트하여 저장할 수 있다. 반면, 메모리 제어부(520)는 메모리(510)의 동작을 제어하는 것에 대응하는 입력 신호, 예컨대, 리드 동작 및 라이트 동작을 제어하는 커맨드(command) 신호와 어드레스 신호를 메모리(510)에 제공할 수 있다.

이러한 메모리(510) 및 메모리 제어부(520)를 포함하는 시스템은 예컨대, 메모리 카드와 같은 카드에 임바디(embody)될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 휴대 전화기, 양방향 라디오 커뮤니케이션 시스템(two-way communication system), 일방향 페이저(one way pager), 양방향 페이저(two-way pager), 개인용 커뮤니케이션 시스템(personal communication system), 휴대용 컴퓨터(portable computer), 개인 정보 관리기(PDA; Personal Data Assistance), 오디오 및/또는 비디오 플레이어, 디지털 및/또는 비디오 카메라, 네비게이션 시스템(navigation system), GPS(Global Positioning System) 등의 전자 장치에 사용되는 소정의 산업 표준(industry standard)을 충족하는 카드에 임바디되어 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정하는 것은 아니며 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 예컨대, 메모리 스틱(stick)과 같은 다양항 형태로 임바디될 수도 있다.

도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템은 메모리(510), 메모리 제어부(520) 및 호스트 시스템(530)을 포함할 수 있다. 여기서, 호스트 시스템(530)은 버스 등을 통하여 메모리 제어부(520)에 연결되며, 메모리 제어부(520)에 제어 신호를 제공하여 메모리 제어부(520)가 메모리(510)의 동작을 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 호스트 시스템(530)은 예컨대, 휴대 전화기, 양방향 라디오 커뮤니케이션 시스템, 일방향 페이저, 양방향 페이저, 개인용 커뮤니케이션 시스템, 휴대용 컴퓨터, 개인 정보 관리기, 오디오 및/또는 비디오 플레이어, 디지털 및/또는 비디오 카메라, 네비게이션 시스템, GPS 등에서 사용되는 프로세싱 시스템일 수 있다.

한편, 도 7에서는 메모리(510)와 호스트 시스템(530) 사이에 메모리 제어부(520)가 개재되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시스템에서 메모리 제어부(520)는 선택적으로 생략될 수도 있다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시스템은 CPU(Central Processing Unit)(540)와 메모리(510)를 포함하는 컴퓨터 시스템(560)일 수도 있다. 컴퓨터 시스템(560)에서 메모리(510)는 CPU(540)와 직접 연결되거나 통상적인 컴퓨터 버스 아키텍쳐(architecture)를 이용하여 연결되며, OS(Operation System) 인스트럭션(instruction) 세트, BIOS(Basic Input/Output Start up) 인스트럭션 세트, ACPI(Advanced Configuration and Power Interface) 인스트럭션 세트 등을 저장하거나, SSD(Solid State Disk)와 같은 대용량 저장 장치로 사용될 수 있다.

한편, 도 8에서는 설명의 편의를 위하여, 컴퓨터 시스템(560)에 포함되는 모든 구성 요소를 도시하지 않았으나 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 8에서는 설명의 편의를 위하여 메모리(510)와 CPU(540) 사이에 메모리 제어부(520)가 생략되어 있으나, 본 발명의 또 다른 실시예에서 메모리(510)와 CPU(540) 사이에 메모리 제어부(520)가 개재될 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110: 입출력 회로 112: 입력 버퍼
113a, 113b: 비트 라인 및 소스 라인 드라이버
115: 센스 앰프 117: 출력 드라이버
118: 극성 결정부 150: 어드레스 버퍼
155: 프리 디코더 160: 로우 디코더
165: 칼럼 디코더 170, 174: 메모리 셀 어레이
172: 기준 어레이

Claims

가변 저항 소자 및 양방향 억세스 소자를 가지는 복수의 메모리 셀을 포함하는 메모리 셀 어레이; 및
상기 복수의 메모리 셀 중 선택된 메모리 셀에 인가되는 리드 전압의 극성을 결정하는 극성 결정부와, 상기 극성 결정부에 결정된 극성을 가지는 상기 리드 전압을 상기 선택된 메모리 셀의 양단에 인가하는 비트 라인 및 소스 라인 드라이버를 포함하는 입출력 회로를 포함하되,
상기 극성 결정부는 서로 다른 극성을 가지는 제1 후보 리드 전압과 제2 후보 리드 전압 중 상기 가변 저항 소자에 더 큰 전류가 흐르게 하는 것을 상기 리드 전압으로 결정하는 양방향 저항 메모리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 극성 결정부는 결정 모드 신호에 의해 인에이블되어 상기 리드 전압의 극성을 결정하여 극성 선택 신호를 출력하고,
상기 비트 라인 및 소스 라인 드라이버는 상기 극성 선택 신호를 인가받아 상기 선택된 극성을 가지는 상기 리드 전압을 인가하는 양방향 저항 메모리 장치.
제2 항에 있어서, 상기 극성 결정부는,
상기 가변 저항 소자의 스위칭 특성에 대응하는 상기 리드 전압의 극성에 대한 정보를 가지며, 상기 정보에 따라 상기 리드 전압의 극성을 결정하는 양방향 저항 메모리 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 메모리 셀 어레이는 적어도 하나의 기준 메모리 셀을 포함하며,
상기 극성 결정부는 상기 기준 메모리 셀에 상기 제1 후보 리드 전압과 상기 제2 후보 리드 전압을 테스트하여 상기 리드 전압의 극성을 결정하는 양방향 저항 메모리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 가변 저항 소자는 양단에 인가되는 상기 리드 전압의 극성이 정극성을 가질 때와 부극성을 가질 때 모두 소정의 저항 값을 가지며 상기 가변 저항 소자를 통해 전류가 흐르는 양극성 소자인 양방향 저항 메모리 장치.
제6 항에 있어서,
상기 가변 저항 소자는 비-오믹 물질로 이루어진 소자와 저항성 물질로 이루어진 소자가 직렬 연결된 소자인 양방향 저항 메모리 장치.
제7 항에 있어서,
상기 저항성 물질은 상변화 물질, 전이금속 산화물, 또는 강자성 물질을 포함하는 양방향 저항 메모리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 가변 저항 소자는 서로 다른 3개 이상의 저항 레벨을 가지고,
상기 메모리 셀은 멀티 레벨 메모리 셀인 양방향 저항 메모리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 리드 전압의 절대값은 상기 선택된 메모리 셀에 저장된 저항의 상태를 변경시키지 않는 범위 내인 양방향 저항 메모리 장치.