專利名稱：存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲器，尤其涉及包含保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器單元的存儲器。
背景技術(shù)：
以往，已知包含保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器單元的強電介質(zhì)存儲器。這種強電介質(zhì)存儲器例如被公開于特開2002-133857號公報中。
在上述特開2002-133857號公報所公開的、包含存儲器單元的強電介質(zhì)存儲器中，連接在存儲器單元上的位線與儲存電荷的電容器，經(jīng)由控制電荷從位線向電容器的傳輸?shù)碾姾蓚鬏斢镁w管而連接。而且，在數(shù)據(jù)的讀出時，通過將存儲器單元保持的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電荷經(jīng)由位線及電荷傳輸用晶體管而向電容器傳輸，從而根據(jù)電容器的一方電極上生成的電位，可將存儲器單元的數(shù)據(jù)判斷為“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)。
然而，在上述特開2002-133857號公報所公開的強電介質(zhì)存儲器中，在由于強電介質(zhì)存儲器的小型化等而引起存儲器單元所保持的電荷量減少的情況下，有在數(shù)據(jù)的讀出時，存儲器單元中保持有“H”數(shù)據(jù)的情況下被輸出到位線的電荷量、與存儲器單元中保持有“L”數(shù)據(jù)的情況下被輸出到位線的電荷量之差變小的不良現(xiàn)象。該情況下，由于從存儲器單元讀出“H”數(shù)據(jù)時在上述電容器的一方電極上生成的電位、與讀出“L”數(shù)據(jù)時在上述電容器的一方電極上生成的電位的電位差也變小，故在根據(jù)該電容器的一方電極上生成的電位來判斷數(shù)據(jù)之際，有數(shù)據(jù)的判斷精度降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，本發(fā)明的一個目的在于，提供一種能夠抑制數(shù)據(jù)的判斷精度之降低的存儲器。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的一個方面的存儲器，其中具備連接在位線上，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器單元；和基極連接在位線上的雙極晶體管(bipolar transistor)。而且，在數(shù)據(jù)的讀出時，由雙極晶體管來放大出現(xiàn)在位線上的與存儲器單元的數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流，以讀出數(shù)據(jù)。
在該一個方面的存儲器中，如上所述，通過在設(shè)置基極連接在位線上的雙極晶體管的同時，在數(shù)據(jù)的讀出時由雙極晶體管來放大出現(xiàn)在位線上的與存儲器單元的數(shù)據(jù)對應(yīng)電流，從而在將本發(fā)明應(yīng)用于包含具有強電介質(zhì)膜的強電介質(zhì)存儲器的情況下，可以使數(shù)據(jù)的讀出時生成的“H”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管的集電極電流、與“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管集電極電流之差，比出現(xiàn)在位線上的與“H”數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流與出現(xiàn)在位線上的與“L”數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流之差還大。由此，在數(shù)據(jù)的讀出時，若根據(jù)雙極晶體管的集電極電流的差所對應(yīng)的集電極電位，來進(jìn)行“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)的判斷，則即使在保持在存儲器單元中的電荷減少的情況下，也可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度的降低。另外，通過將位線連接在雙極晶體管的基極上，從而在將本發(fā)明應(yīng)用于包含具有強電介質(zhì)膜的存儲器單元的強電介質(zhì)存儲器的情況下，由于在數(shù)據(jù)的讀出時從存儲器單元輸出到位線的電荷從位線被吸引到雙極晶體管，故可以抑制位線的電位很大地變動。由此，在由強電介質(zhì)電容器構(gòu)成存儲器單元的情況下，在連接在同一位線上的、讀出了數(shù)據(jù)的存儲器單元以外的其他存儲器單元(非選擇單元)中，可以抑制混亂產(chǎn)生(極化狀態(tài)的劣化所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)消失)。
另外，通過設(shè)置基極連接在位線上的雙極晶體管的同時，在數(shù)據(jù)的讀出時由雙極晶體管來放大出現(xiàn)在位線上的與存儲器單元的數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流，從而在將本發(fā)明應(yīng)用于包含具有相變膜的存儲器單元的相變存儲器(PRAMPhase-change RAM)及包含具有CMR膜的存儲器單元的電阻變化存儲器(RRAMResistance RAM)的情況下，可以使數(shù)據(jù)的讀出時生成的“H”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管的集電極電流、與“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管集電極電流之差，比出現(xiàn)在位線上的與“H”數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流與出現(xiàn)在位線上的與“L”數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流之差還大。由此，在數(shù)據(jù)的讀出時，若根據(jù)雙極晶體管的集電極電流的差所對應(yīng)的集電極電位，來進(jìn)行“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)的判斷，則即使在通過使存儲器單元所存儲的數(shù)據(jù)不同而生成的電流量的差變小的情況下，也可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度的降低。
在上述一個方面的存儲器中，優(yōu)選還具備一端連接在雙極晶體管的集電極上的電阻，在電阻的另一端上施加正電位，并且在雙極晶體管的發(fā)射極上施加負(fù)電位。根據(jù)這種構(gòu)成，則通過雙極晶體管與電阻，可以使“H”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管的集電極電位、與“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管集電極電位之電位差，比與“H”數(shù)據(jù)對應(yīng)的位線的電位和與“L”數(shù)據(jù)對應(yīng)的位線的電位之電位差還大。
在上述一個方面的存儲器中，優(yōu)選還具備源極/漏極的一方連接在雙極晶體管的集電極上的第1場效應(yīng)晶體管，存儲器單元中所保持的數(shù)據(jù)包含第1數(shù)據(jù)及第2數(shù)據(jù)，在讀出第1數(shù)據(jù)的情況和讀出第2數(shù)據(jù)的情況下，響應(yīng)于雙極晶體管的集電極上產(chǎn)生不同的電位，第1場效應(yīng)晶體管的柵極與源極/漏極的一方之間的電位差變化，從而在讀出第1數(shù)據(jù)時與讀出第2數(shù)據(jù)時，不同量的電流經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)，在數(shù)據(jù)的讀出時，根據(jù)第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位來讀出數(shù)據(jù)。若這樣構(gòu)成，則例如在構(gòu)成為第1數(shù)據(jù)及第2數(shù)據(jù)分別為“H”數(shù)據(jù)及“L”數(shù)據(jù)，在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，更多的電流經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)的情況下，在數(shù)據(jù)的讀出之前，若在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加規(guī)定的正電位，則在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，可以使第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位自規(guī)定的正電位下降得更多。由此，可以使第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上生成的“H”數(shù)據(jù)讀出時的電位與“L”數(shù)據(jù)讀出時的電位的電位差，比雙極晶體管的集電極上生成的“H”數(shù)據(jù)讀出時的電位與“L”數(shù)據(jù)讀出時的電位的電位差還大。即，不僅可以由雙極晶體管來放大位線上出現(xiàn)的、存儲器單元所對應(yīng)的電荷，還可以由第1場效應(yīng)晶體管來放大。因此，在數(shù)據(jù)的讀出時，通過根據(jù)第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位來判斷數(shù)據(jù)，從而可以進(jìn)一步抑制數(shù)據(jù)的判斷精度的降低。
在上述包含第1場效應(yīng)晶體管的構(gòu)成中，優(yōu)選在數(shù)據(jù)的讀出之前，在第1場效應(yīng)晶體管的柵極上施加規(guī)定的第1電位，并且在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的一方上施加雙極晶體管的集電極上生成的第2電位，在讀出第1數(shù)據(jù)的情況與讀出第2數(shù)據(jù)的情況下，以不同量的電流分別經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)的方式，使第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的一方的第2電位相對于柵極的第1電位變化。根據(jù)這種構(gòu)成，例如在構(gòu)成為第1數(shù)據(jù)及第2數(shù)據(jù)分別為“H”數(shù)據(jù)及“L”數(shù)據(jù)，在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，雙極晶體管的集電極上生成的第2電位進(jìn)一步變低的情況下，可以容易地使“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，更多的電流經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)。
該情況下，第1場效應(yīng)晶體管柵極的第1電位是在讀出第1數(shù)據(jù)時雙極晶體管的集電極上生成的第2電位與讀出第2數(shù)據(jù)時雙極晶體管的集電極上生成的第2電位相比高的一方的第2電位上，相加了第1場效應(yīng)晶體管的閾值電壓的電位。根據(jù)這種構(gòu)成，例如在第1數(shù)據(jù)及第2數(shù)據(jù)分別為“H”數(shù)據(jù)及“L”數(shù)據(jù)的情況下，無論在“H”數(shù)據(jù)的讀出時及“L”數(shù)據(jù)的讀出時的哪種情況下，都可以使第1場效應(yīng)晶體管的柵極與源極/漏極的一方之間的電壓在第1場效應(yīng)晶體管的閾值電壓以下。由此，因為無論在“H”數(shù)據(jù)的讀出時及“L”數(shù)據(jù)的讀出時的哪種情況下，都可以使第1場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通，故可以容易地使“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電流經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)。另外，在構(gòu)成為在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，雙極晶體管的集電極上生成的第2電位進(jìn)一步變低的情況下，在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，第1場效應(yīng)晶體管的柵極與源極/漏極的一方之間的電壓進(jìn)一步變大。由此，在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，可以容易地使更多的電流經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)。
在將上述雙極晶體管的集電極上生成的第2電位施加在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的一方的情況下，優(yōu)選在第1數(shù)據(jù)讀出時雙極晶體管的集電極上生成的第2電位比第2數(shù)據(jù)讀出時雙極晶體管的集電極上生成的第2電位還低。根據(jù)這種構(gòu)成，在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，可以容易地使更多的電流經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)。
在包含上述第1場效應(yīng)晶體管的構(gòu)成中，優(yōu)選還具備連接在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上的電容器。根據(jù)這種構(gòu)成，由于可以通過電容器來保持?jǐn)?shù)據(jù)的讀出時在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上生成的電位，故可以根據(jù)第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位，更可靠地讀出數(shù)據(jù)。此外，通過將電容器連接在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上，從而在數(shù)據(jù)的讀出之前，在將規(guī)定的正電位施加在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上的情況下，可以由電容器來保持該規(guī)定的正電位。
該情況下，優(yōu)選由電容器來保持?jǐn)?shù)據(jù)的讀出時第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上生成的電位。根據(jù)這種構(gòu)成，則可以容易地根據(jù)由電容器保持的第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位，更可靠地讀出數(shù)據(jù)。
在上述包含第1場效應(yīng)晶體管的構(gòu)成中，優(yōu)選在數(shù)據(jù)的讀出之前，在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加正電位。根據(jù)這種構(gòu)成，則例如在構(gòu)成為第1數(shù)據(jù)及第2數(shù)據(jù)分別為“H”數(shù)據(jù)及“L”數(shù)據(jù)，在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，更多的電流經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)的情況下，在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，可以使第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位自正電位更多地降低。由此，可以容易地使第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上生成的“H”數(shù)據(jù)的讀出時的電位與“L”數(shù)據(jù)的讀出時的電位的電位差，比雙極晶體管的集電極上生成的“H”數(shù)據(jù)的讀出時的電位與“L”數(shù)據(jù)的讀出時的電位的電位差還大。
該情況下，優(yōu)選第1數(shù)據(jù)讀出時的第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位降低率，比第2數(shù)據(jù)讀出時的第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位降低率還大。根據(jù)這種構(gòu)成，可以更容易地使第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上生成的“H”數(shù)據(jù)的讀出時的電位與“L”數(shù)據(jù)的讀出時的電位的電位差，比雙極晶體管的集電極上生成的“H”數(shù)據(jù)的讀出時的電位與“L”數(shù)據(jù)的讀出時的電位的電位差還大。
在上述數(shù)據(jù)的讀出之前在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加正電位的構(gòu)成中，優(yōu)選還具備連接在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上的第2場效應(yīng)晶體管，經(jīng)由第2場效應(yīng)晶體管，在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加正電位。根據(jù)這種構(gòu)成，通過控制第2場效應(yīng)晶體管的動作，從而在數(shù)據(jù)的讀出之前，可以在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加正電位。
該情況下，優(yōu)選第2場效應(yīng)晶體管被控制為在數(shù)據(jù)的讀出之前從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。根據(jù)這種構(gòu)成，則在數(shù)據(jù)的讀出之前，容易地將正電位施加在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上。
在上述包含第1場效應(yīng)晶體管的構(gòu)成中，優(yōu)選在第1數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)的電流的量，比第2數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)的電流的量還多。根據(jù)這種構(gòu)成，如果在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加規(guī)定的正電位，則在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，可以容易地使第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位自規(guī)定的正電位更多地下降。
該情況下，優(yōu)選第1場效應(yīng)晶體管在第2數(shù)據(jù)的讀出時變?yōu)楸鹊?數(shù)據(jù)的讀出時的導(dǎo)通狀態(tài)還弱的導(dǎo)通狀態(tài)。根據(jù)這種構(gòu)成，可以容易地使第1數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)的電流的量，比第2數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由第1場效應(yīng)晶體管而流向雙極晶體管的集電極側(cè)的電流的量還多。
在上述包含第1場效應(yīng)晶體管的構(gòu)成中，優(yōu)選還具備連接在第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上的讀出放大器，由讀出放大器來放大第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位，以進(jìn)行數(shù)據(jù)的判斷。根據(jù)這種構(gòu)成，可以容易地由讀出放大器根據(jù)第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位來讀出數(shù)據(jù)。
在上述一個方面的存儲器中，優(yōu)選還具備連接在雙極晶體管的基極上的第3場效應(yīng)晶體管，經(jīng)由第3場效應(yīng)晶體管，在雙極晶體管的基極上連接著位線。根據(jù)這種構(gòu)成，通過控制第3場效應(yīng)晶體管的動作，從而在數(shù)據(jù)的讀出時，可以將位線上出現(xiàn)的電流提供給雙極晶體管的基極側(cè)。
該情況下，優(yōu)選第3場效應(yīng)晶體管被控制為在數(shù)據(jù)的讀出時從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。根據(jù)這種構(gòu)成，則在數(shù)據(jù)的讀出時，可以容易地將位線上出現(xiàn)的電流提供給雙極晶體管的基極側(cè)。
在上述一個方面的存儲器中，存儲器單元也可以包含強電介質(zhì)電容器。根據(jù)這種構(gòu)成，則在包含強電介質(zhì)電容器的強電介質(zhì)存儲器中，可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度的降低。
在上述一個方面的存儲器中，存儲器單元也可以包含具有相變膜的存儲元件。根據(jù)這種構(gòu)成，在包含具有相變膜的存儲元件的存儲器中，可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度的降低。
在上述一個方面的存儲器中，存儲器單元也可以包含具有CMR膜的存儲元件。根據(jù)這種構(gòu)成，在包含具有CMR膜的存儲元件的存儲器中，可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度的降低。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的構(gòu)成的電路圖。
圖2是用于說明本發(fā)明的第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的數(shù)據(jù)讀出動作的電壓波形圖。
圖3是表示本發(fā)明的第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的數(shù)據(jù)讀出時的、雙極晶體管的基極電流及集電極電流的變化的波形圖。
圖4是表示本發(fā)明的第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的負(fù)載線與雙極晶體管特性的關(guān)系的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的雙極晶體管的基極電流Ib、集電極電流Ic及集電極電位Vc的關(guān)系的圖。
圖6是表示本發(fā)明的第二實施方式的相變存儲器的構(gòu)成的電路圖。
圖7是用于說明本發(fā)明的第二實施方式的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出動作的電壓波形圖。
圖8是表示本發(fā)明的第二實施方式的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出時的、雙極晶體管的基極電流及集電極電流的變化的波形圖。
圖9是表示本發(fā)明的第三實施方式的相變存儲器的構(gòu)成的電路圖。
圖10是表示本發(fā)明的第四實施方式的電阻變化存儲器的構(gòu)成的電路圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。
(第一實施方式)首先，參照圖1，對第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的電路構(gòu)成進(jìn)行說明。
如圖1所示，第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器，包括由多個存儲器單元1組成的存儲器單元陣列2、放大部3和讀出放大器4。存儲器單元1僅由配置在字線WL與位線BL交叉的位置上的一個強電介質(zhì)電容器1a構(gòu)成。該強電介質(zhì)電容器1a通過將強電介質(zhì)膜配置在字線WL與位線BL之間而構(gòu)成。通過將與“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)對應(yīng)的量的電荷保持在該強電介質(zhì)電容器1a中，從而構(gòu)成為將“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)保持在存儲器單元1中。另外，位線BL具有寄生電容5。
放大部3具有將數(shù)據(jù)的讀出時出現(xiàn)在位線BL上的存儲器單元1的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電荷的功能。該放大部3由npn型的雙極晶體管6、電阻7、由MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)構(gòu)成的n溝道晶體管8、9及p溝道晶體管10、電容器11構(gòu)成。而且，n溝道晶體管8及9分別是本發(fā)明的“第3場效應(yīng)晶體管”及“第1場效應(yīng)晶體管”的一例。另外，p溝道晶體管10是本發(fā)明的“第2場效應(yīng)晶體管”的一例。
在此，在第一實施方式中，位線BL連接在n溝道晶體管8的源極上，同時n溝道晶體管8的漏極連接在雙極晶體管6的基極上。即，在第一實施方式中，位線BL經(jīng)由n溝道晶體管8而連接在雙極晶體管6的基極上。由此，構(gòu)成為在數(shù)據(jù)的讀出時出現(xiàn)在位線BL上的電流被雙極晶體管6放大。具體是，構(gòu)成為數(shù)據(jù)的讀出時出現(xiàn)在位線BL上的電流，作為基極電流Ib，經(jīng)由n溝道晶體管8及雙極晶體管6的基極而流向雙極晶體管6的發(fā)射極側(cè)。而且，構(gòu)成為與該基極電流Ib流動響應(yīng)，基極電流Ib被雙極晶體管6放大后的集電極電流Ic從雙極晶體管6的集電極側(cè)流向發(fā)射極側(cè)。
另外，在第一實施方式中，雙極晶體管6的集電極上連接著電阻7的一端。此外，在電阻7的另一端上施加正電位Vdd，同時在雙極晶體管6的發(fā)射極上施加規(guī)定的負(fù)電位Ve。再有，在第一實施方式中，雙極晶體管6的集電極上連接著n溝道晶體管9的源極。另外，n溝道晶體管9的漏極上連接著讀出放大器4。此外，在n溝道晶體管9的漏極與讀出放大器4之間的節(jié)點ND1上，連接著p溝道晶體管10的漏極。還有，在p溝道晶體管10的源極上施加有正電位Vdd。另外，在第一實施方式中，節(jié)點ND1上連接著電容器11的一方電極。此外，電容器11的另一方電極接地。
接著，參照圖1～圖5，對第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的數(shù)據(jù)讀出動作進(jìn)行說明。
如圖2所示，在第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器中，在數(shù)據(jù)的讀出動作的初始狀態(tài)下，全部字線WL及位線BL的電位變?yōu)長電平(GND)。另外，在該初始狀態(tài)下，分別輸入到n溝道晶體管8及9的柵極的電位V1及V2都變?yōu)長電平。由此，n溝道晶體管8及9都變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。另外，被輸入到p溝道晶體管10的柵極的電位V3變?yōu)镠電平。由此，p溝道晶體管10變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。而且，通過使n溝道晶體管9及p溝道晶體管10截止，從而節(jié)點ND1變?yōu)楦訝顟B(tài)。另外，在初始狀態(tài)下，如圖3所示，由于雙極晶體管6的基極電流Ib沒有流動，故集電極電流Ic也沒有流動。由此，在初始狀態(tài)下，如圖2所示，雙極晶體管6的集電極電位Vc變?yōu)閂dd。
接著，在時刻T1，使被輸入到p溝道晶體管10的柵極的電位V3從H電平下降到L電平。由此，由于p溝道晶體管10導(dǎo)通，故經(jīng)由p溝道晶體管10，正電位Vdd被供給到節(jié)點ND1。因此，節(jié)點ND1被充電為正電位Vdd。接著，在時刻T2，使被輸入到p溝道晶體管10的柵極的電位V3從L電平上升到H電平。由此，由于p溝道晶體管10截止，故節(jié)點ND1一邊保持正電位Vdd，一邊變?yōu)楦訝顟B(tài)。
另外，在時刻T2，使被輸入到n溝道晶體管8的柵極的電位V1從L電平變?yōu)镠電平。由此，n溝道晶體管8變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。此外，在時刻T2，使被輸入到n溝道晶體管9的柵極的電位V2從L電平上升到VCL+Vt。而且，VCL是在從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)為“L”數(shù)據(jù)的情況下，在后述的時刻T3～T7的期間內(nèi)雙極晶體管6的集電極上生成的電位Vc的最小值。另外，Vt是n溝道晶體管9的閾值電壓。而且，即使n溝道晶體管9的柵極的電位V2上升到VCL+Vt，由于在時刻T2，變?yōu)閚溝道晶體管9的源極電位的集電極電位Vc也是Vdd，故n溝道晶體管9的柵極—源極間電壓VGS(＝V2-Vc)保持為比n溝道晶體管9的閾值電壓Vt還小的值。由此，n溝道晶體管9保持截止?fàn)顟B(tài)。
接下來，在時刻T3，將從存儲器單元陣列2的多根字線WL中選擇出的規(guī)定字線(選擇字線WL)的電位從L電平上升到H電平。由此，從連接在選擇字線WL上的存儲器單元1(選擇單元)的強電介質(zhì)電容器1a，向位線BL輸出與該存儲器單元1所保持的數(shù)據(jù)對應(yīng)的正電荷。此時，在從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更多的電荷被輸出到位線BL。
而且，通過從存儲器單元1向位線BL輸出正電荷，從而如圖2所示，位線BL的電位上升。此時，在從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，位線BL的電位進(jìn)一步上升。并且，如圖3所示，經(jīng)由n溝道晶體管8及雙極晶體管6的基極，基極電流Ib從位線BL流向雙極晶體管6的發(fā)射極側(cè)。此時，在從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更大的基極電流Ib流動。
而且，在第一實施方式中，此時由于上述的從強電介質(zhì)電容器1a輸出到位線BL的正電荷全部從雙極晶體管6的基極流向發(fā)射極側(cè)，故位線BL的電位一旦稍有上升后，就下降到原來的L電平(GND)。由此，在第一實施方式中，可以抑制數(shù)據(jù)的讀出時位線BL的電位從L電平(GND)開始很大地變動。
另外，在第一實施方式中，如圖3所示，在時刻T3，若雙極晶體管6的基極電流Ib開始流動，則由雙極晶體管6的功能放大的集電極電流Ic過渡性地流動。此時，在從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更大的集電極電流Ic流動。而且，伴隨集電極電流Ic流動，如圖2所示，雙極晶體管6的集電極電位Vc從Vdd開始下降。該集電極電位Vc在從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，下降得更大。
并且，在集電極電位Vc從Vdd開始下降時，在n溝道晶體管9的柵極—源極間電壓VGS(＝V2-Vc)達(dá)到n溝道晶體管9的閾值電壓Vt的時刻(時刻T41讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下；時刻T42讀出“L”數(shù)據(jù)的情況下)，n溝道晶體管9變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，在時刻T41或時刻T42以后，電流I2(參照圖1)從電容器11經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)。伴隨于此，如圖2所示，節(jié)點ND1的電位Vco從Vdd開始緩慢下降。
此時，在第一實施方式中，在讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下，與讀出“L”數(shù)據(jù)的情況相比，集電極電位Vc變得更小，從而n溝道晶體管9的柵極—源極間電壓VGS變得更大。由此，在讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下，與讀出“L”數(shù)據(jù)的情況相比，經(jīng)由n溝道晶體管9流動的電流I2變得更大。即，在讀出“L”數(shù)據(jù)的情況下，n溝道晶體管9變?yōu)榕c截止?fàn)顟B(tài)相近的弱導(dǎo)通狀態(tài)，電流只有少量流動，與此相對，在讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下，n溝道晶體管9變?yōu)楦鼜姷膶?dǎo)通狀態(tài)，電流相對多地流動。由此，在讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下，與讀出“L”數(shù)據(jù)的情況相比，節(jié)點ND1的電位Vco從Vdd開始下降得更大。因此，在第一實施方式中，在讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下節(jié)點ND1上生成的電位、與讀出“L”數(shù)據(jù)的情況下節(jié)點ND1上生成的電位的電位差，比讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下雙極晶體管6的集電極電位Vc、與讀出“L”數(shù)據(jù)的情況下雙極晶體管6的集電極電位Vc的電位差還大。
接著，在時刻T5，如圖3所示，從存儲器單元1的強電介質(zhì)電容器1a輸出到位線BL的正電荷全部流向雙極晶體管6的發(fā)射極側(cè)(基極電流Ib＝0)，并且如圖2所示，位線BL的電位下降到L電平(GND)。而且，之后如圖3所示，集電極電流Ic的電流量減少。伴隨于此，如圖2所示，雙極晶體管6的集電極電位Vc上升。而且，在集電極電位Vc上升之際，在n溝道晶體管9的柵極—源極間電壓VGS(＝V2-Vc)達(dá)到n溝道晶體管9的閾值電壓Vt的時刻(時刻T61讀出“L”數(shù)據(jù)的情況下；時刻T62讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下)以后，n溝道晶體管9變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。由此，經(jīng)由n溝道晶體管9而從電容器11流向雙極晶體管6的集電極側(cè)的電流I2在時刻T61或時刻T62以后不流動。因此，節(jié)點ND1的電位Vco的下降停止。
而且，在第一實施方式中，節(jié)點ND1的電位Vco的下降停止的時刻(時刻T61讀出“L”數(shù)據(jù)的情況下；時刻T62讀出“H”數(shù)據(jù)的情況下)的電位由電容器11保持。之后，到時刻T7為止，在雙極晶體管6中流動的集電極電流Ic的電流量減少，同時集電極電位Vc上升到Vdd。
而且，在上述的時刻T3～T7的期間內(nèi)，使用圖4所示的雙極晶體管特性與負(fù)載線的關(guān)系，從此時流動的基極電流Ib的值決定雙極晶體管6的集電極的電位Vc。即，表示雙極晶體管6的特性的曲線，與雙極晶體管6中流動的基極電流Ib增加相對應(yīng)，如圖4中的箭頭所示，沿集電極電流Ic增加的方向變化。并且，從表示規(guī)定的基極電流Ib所對應(yīng)的雙極晶體管6的特性的曲線、與負(fù)載線的交點(例如x)決定該規(guī)定的基極電流Ib流動時的集電極電流Ic及集電極—發(fā)射極間電壓Vce(Vc-Ve)的值。并且，通過決定集電極—發(fā)射極間電壓Vce，從而決定集電極電位Vc。
而且，在第一實施方式中，雙極晶體管6的基極電流Ib的變化，如圖5所示，示為脈沖波形。由此，從與該基極電流Ib的脈沖波形對應(yīng)的負(fù)載線上的規(guī)定點，決定與該點對應(yīng)的集電極電流Ic和集電極—發(fā)射極間電壓Vce。并且，從該集電極—發(fā)射極間電壓Vce決定集電極電位Vc。具體是，基極電流Ib為0時，與圖5的負(fù)載線上的點α對應(yīng)。此時，集電極電流Ic為0。另外，此時，由于集電極—發(fā)射極間電壓Vce變?yōu)閂dd-Ve，故集電極電位Vc變?yōu)閂dd。并且，隨著基極電流Ib增加，與該基極電流Ib對應(yīng)的負(fù)載線上的點沿圖5中的箭頭方向移動。伴隨于此，集電極電流Ic增加。此外，此時由于集電極—發(fā)射極間電壓Vce減少，故集電極電位Vc從Vdd開始下降。并且，在基極電流Ib最大時，與圖5的負(fù)載線上的點β對應(yīng)。此時，在雙極晶體管6中流動的集電極電流Ic變?yōu)樽畲?Icmax)。另外，此時由于集電極—發(fā)射極間電壓Vce最小，故集電極電位Vc變?yōu)樽畹碗娢籚CL。之后，伴隨基極電流Ib減少到0，集電極電流Ic也減少到0。此時，由于集電極—發(fā)射極間電壓Vce增加到Vdd-Ve，故集電極電位Vc從VCL向Vdd上升。
接著，在時刻T7以后，由讀出放大器4比較節(jié)點ND1的電位Vco與規(guī)定的參考電位。而且，參考電位設(shè)定為讀出“H”數(shù)據(jù)時在節(jié)點ND1上生成的電位Vco與讀出“L”數(shù)據(jù)時在節(jié)點ND1上生成的電位Vco之間的電位。并且，由讀出放大器4放大節(jié)點ND1的電位Vco與參考電位的電位差，同時判斷從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)是“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)。另外，在時刻T7以后，使字線WL的電位從H電平下降到L電平。而且，由于上述時刻T5保持于存儲器單元1的強電介質(zhì)電容器1a中的正電荷全部被輸出到位線BL，故若為時刻T5以后，則使字線WL下降的定時什么時候均可。如上所述，可以進(jìn)行第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的數(shù)據(jù)讀出。
在第一實施方式中，如上所述，通過設(shè)置基極連接在位線BL上的雙極晶體管6，并且由雙極晶體管6放大數(shù)據(jù)讀出時位線BL上出現(xiàn)的與存儲器單元1的數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流，從而可以使數(shù)據(jù)讀出時生成的與“H”數(shù)據(jù)對應(yīng)的雙極晶體管6的集電極電流Ic、和“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管6的集電極電流Ic之差，比出現(xiàn)在位線BL上的與“H”數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流(基極電流Ib)與出現(xiàn)在位線BL上的與“L”數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流(基極電流Ib)之差還大。而且，在第一實施方式中，由于電阻7的一端連接在雙極晶體管6的集電極上，并且在該電阻7的另一端與雙極晶體管6的發(fā)射極上分別施加正電位Vdd與負(fù)電位Ve，故可以使“H”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc與“L”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc的電位差，比“H”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的位線BL的電位與“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的位線BL的電位的電位差還大。
進(jìn)而，在第一實施方式中，通過構(gòu)成為將n溝道晶體管9的源極連接在雙極晶體管6的集電極上，同時響應(yīng)于“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，雙極晶體管6的集電極電位Vc進(jìn)一步地降低，使n溝道晶體管9的柵極—源極間電壓VGS變得更大，更大的電流I2經(jīng)由n溝道晶體管9，流向雙極晶體管6的集電極側(cè)，從而在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，可以使連接在n溝道晶體管9的漏極上的節(jié)點ND1的電位Vco自正電位Vdd開始降低得更多。由此，可以使節(jié)點ND1上生成的“H”數(shù)據(jù)讀出時的電位Vco與“L”數(shù)據(jù)讀出時的電位Vco的電位差，比“H”數(shù)據(jù)讀出時的雙極晶體管6的集電極電位Vc與“L”數(shù)據(jù)讀出時的雙極晶體管6的集電極電位Vc的電位差還大。即，位線BL上出現(xiàn)的、與存儲器單元1的數(shù)據(jù)對應(yīng)的電荷不僅由雙極晶體管6，還可以由n溝道晶體管9放大。因此，通過由讀出放大器4根據(jù)節(jié)點ND1的電位來判斷數(shù)據(jù)，從而即使在存儲器單元1的強電介質(zhì)電容器1a保持的電荷量減少的情況下，也可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度下降。
另外，在第一實施方式中，通過將位線BL連接在雙極晶體管6的基極上，從而數(shù)據(jù)讀出時從存儲器單元1輸出到位線BL的正電荷從位線BL流向雙極晶體管6的發(fā)射極側(cè)，因此可以抑制位線BL的電位較大地變動。由此，在連接在同一位線BL上的、讀出了數(shù)據(jù)的存儲器單元1以外的其他存儲器單元1(非選擇單元)的強電介質(zhì)電容器1a中，可以抑制產(chǎn)生混亂(極化狀態(tài)的劣化所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)消失)。
此外，在第一實施方式中，通過將電容器11連接在n溝道晶體管9的漏極(節(jié)點ND1)上，從而通過電容器11，在數(shù)據(jù)讀出時的時刻T61或T62以后，可以保持節(jié)點ND1的電位Vc。由此，由讀出放大器4根據(jù)節(jié)點ND1的電位Vco，可以可靠地判斷從存儲器單元1讀出的數(shù)據(jù)是“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)的哪一個。再有，通過將電容器11連接在n溝道晶體管9的漏極(節(jié)點ND1)上，從而在數(shù)據(jù)的讀出之前，在時刻T1～T2的期間內(nèi)將正電位Vdd施加在節(jié)點ND1上的情況下，可以由電容器11來保持被施加在節(jié)點ND1上的正電位Vdd。
還有，在第一實施方式中，如上所述，通過構(gòu)成為將p溝道晶體管10連接在節(jié)點ND1上，同時經(jīng)由該p溝道晶體管10將正電位Vdd施加在節(jié)點ND1上，從而可以容易地通過控制p溝道晶體管10的動作，而可以在數(shù)據(jù)的讀出之前將正電位Vdd施加在節(jié)點ND1上。
另外，在第一實施方式中，如上所述，通過控制為在“L”數(shù)據(jù)的讀出時，n溝道晶體管9成為比“H”數(shù)據(jù)的讀出時的導(dǎo)通狀態(tài)還弱的導(dǎo)通狀態(tài)，從而可以容易地使“H”數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)的電流的量比“L”數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)的電流的量還多。
再有，在第一實施方式中，如上所述，通過將讀出放大器4連接在節(jié)點ND1上，從而可以容易地由讀出放大器4根據(jù)節(jié)點ND1的電位來讀出數(shù)據(jù)。
此外，在第一實施方式中，如上所述，通過經(jīng)由n溝道晶體管8將位線BL連接在雙極晶體管6的基極上，從而通過控制n溝道晶體管8的動作，可以容易地在數(shù)據(jù)的讀出時將出現(xiàn)在位線BL上的電流供給到雙極晶體管6的基極側(cè)。
而且，在上述第一實施方式的強電介質(zhì)存儲器的構(gòu)成中，在以下條件下進(jìn)行模擬，即正電位Vdd＝3.0V、電阻7的電阻值R＝0.5MΩ、電容器11的電容＝50fF、施加在雙極晶體管6的發(fā)射極上的負(fù)電位Ve＝-0.75V、n溝道晶體管9的閾值電壓Vt＝0.698V。接著，對該模擬的結(jié)果進(jìn)行說明。
在該模擬的結(jié)果中，在將雙極晶體管6的基極電流Ib設(shè)定為7.79μA的情況下，可知雙極晶體管6的集電極電流Ic為0.681μA(＝681mA)。由此，可知雙極晶體管6的電流的放大率變?yōu)镮c/Ib＝681μA/7.79μA＝87.4倍。
另外，在上述條件下，進(jìn)行了雙極晶體管6的基極電流Ib進(jìn)行脈沖變化的情況下的模擬。從該模擬的結(jié)果可知在“H”數(shù)據(jù)讀出時的基極電位(位線BL的電位)與“L”數(shù)據(jù)讀出時的基極電位的電位差變?yōu)?mV～8mV左右的情況下，“H”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc與“L”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc的電位差變?yōu)?0mV左右。即，可知該情況下，相對于“H”數(shù)據(jù)讀出時的位線BL的電位與“L”數(shù)據(jù)讀出時的位線BL的電位的電位差的，“H”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc與“L”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc的電位差的放大率變?yōu)?倍～10倍左右。
另外，在該基極電流Ib進(jìn)行脈沖變化時的模擬中，可知“H”數(shù)據(jù)讀出時的節(jié)點ND1上生成的電位Vco與“L”數(shù)據(jù)讀出時的節(jié)點ND1上生成的電位Vco的電位差為700mV～800mV左右。即，可知該情況下，相對于“H”數(shù)據(jù)讀出時的位線BL的電位與“L”數(shù)據(jù)讀出時的位線BL的電位的電位差，“H”數(shù)據(jù)讀出時的節(jié)點ND1上生成的電位Vco與“L”數(shù)據(jù)讀出時的節(jié)點ND1上生成的電位Vco的電位差的放大率為100倍左右。
(第二實施方式)參照圖6，對該第二實施方式中與上述第一實施方式不同、將本發(fā)明適用于相變存儲器(PRAM)的情況進(jìn)行說明。
在該第二實施方式中，如圖6所示，在圖1所示的第一實施方式的構(gòu)成中，構(gòu)成存儲器單元陣列22的存儲器單元21由包含相變膜(未圖示)及電阻元件(未圖示)的存儲元件21a；和雙極晶體管21b構(gòu)成。
在此，存儲元件21a所包含的相變膜具有通過加熱，從而其一部分變化為非結(jié)晶(amorphous)狀態(tài)或結(jié)晶狀態(tài)的性質(zhì)。而且，在包含相變膜的存儲元件21a中，利用相變膜的上述兩個狀態(tài)(非結(jié)晶狀態(tài)及結(jié)晶狀態(tài))來定義“H”數(shù)據(jù)與“L”數(shù)據(jù)。而且，在存儲元件21a所包含的相變膜為非結(jié)晶狀態(tài)的情況下，相變膜變?yōu)楦唠娮瑁瑫r在存儲元件21a所包含的相變膜為結(jié)晶狀態(tài)的情況下，相變膜變?yōu)榈碗娮?。在該第二實施方式中，將存儲元?1a所包含的相變膜為非結(jié)晶狀態(tài)時的數(shù)據(jù)設(shè)為“H”，將存儲元件21a所包含的相變膜為結(jié)晶狀態(tài)時的數(shù)據(jù)設(shè)為“L”。另外，存儲元件21a所包含的電阻元件是在寫入數(shù)據(jù)時為了加熱相變膜而設(shè)置的。
此外，存儲元件21a的一個端子連接在位線BL上，并且另一端子連接在雙極晶體管21b的發(fā)射極上。再有，雙極晶體管21b的集電極接地，同時基極連接在字線WL上。還有，位線BL具有寄生電容25。
而且，第二實施方式的其他構(gòu)成與上述第一實施方式同樣。
接著，參照圖6～圖8，對第二實施方式的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出動作進(jìn)行說明。
首先，如圖7所示，在時刻T1及T2，進(jìn)行與在圖2所示的第一實施方式的時刻T1及T2進(jìn)行的動作同樣的動作。
接著，在時刻T3，將從存儲器單元陣列22(參照圖6)的多根字線WL中選擇出的規(guī)定的字線(選擇字線WL)的電位從L電平上升到H電平(雙極晶體管21b動作的電壓)。另外，在位線BL上施加存儲元件21a(參照圖6)所包含的相變膜不會引起狀態(tài)變化的程度的電壓。
此時，如圖6所示，在存儲元件21a所包含的相變膜變?yōu)楦唠娮璧姆墙Y(jié)晶狀態(tài)的情況下(存儲元件21a中存儲有“H”數(shù)據(jù)的情況下)，經(jīng)由存儲器單元21(存儲元件21a及雙極晶體管21b)而流向GND側(cè)的電流減少。另一方面，在存儲元件21a所包含的相變膜變?yōu)榈碗娮璧慕Y(jié)晶狀態(tài)的情況下(存儲元件21a中存儲有“L”數(shù)據(jù)的情況下)，經(jīng)由存儲器單元21(存儲元件21a及雙極晶體管21b)而流向GND側(cè)的電流增多。由此，流經(jīng)位線BL的電流減少。
結(jié)果是，如圖8所示，在從存儲器單元21(參照圖6)讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更大的基極電流Ib流過。另外，如圖6所示，n溝道晶體管8保持導(dǎo)通狀態(tài)的期間，經(jīng)由n溝道晶體管8及雙極晶體管6的基極，基極電流Ib從位線BL持續(xù)流向雙極晶體管6的發(fā)射極側(cè)。
另外，在第二實施方式中，如圖8所示，在時刻T3，若雙極晶體管6(參照圖6)的基極電流Ib開始流動，則由雙極晶體管6的功能放大的集電極電流Ic過渡性地流動。此時，在從存儲器單元21(參照圖6)讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更大的集電極電流Ic流動。而且，伴隨集電極電流Ic流動，如圖7所示，雙極晶體管6的集電極電位Ic從Vdd開始下降。該集電極電位Vc在從存儲器單元21讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更大地降低。
而且，在集電極電位Vc從Vdd開始降低之際，在n溝道晶體管9(參照圖6)的柵極—源極間電壓VGS(＝V2-Vc)達(dá)到n溝道晶體管9的閾值電壓Vt的時刻(時刻T81“H”數(shù)據(jù)讀出時；時刻T82“L”數(shù)據(jù)讀出時)，n溝道晶體管9變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，如圖6所示，在時刻T81或時刻T82(參照圖7)以后，電流I2從電容器11經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)。伴隨于此，如圖7所示，節(jié)點ND1的電位Vco從Vdd開始逐漸降低。
此時，在第二實施方式中，在“H”數(shù)據(jù)讀出的情況下，與“L”數(shù)據(jù)讀出的情況相比，通過使集電極電位Vc進(jìn)一步減小，從而n溝道晶體管9(參照圖6)的柵極—源極間電壓VGS進(jìn)一步變大。由此，在“H”數(shù)據(jù)讀出的情況下，與“L”數(shù)據(jù)讀出的情況相比，經(jīng)由n溝道晶體管9而流動的電流I2進(jìn)一步變大。即，在“L”數(shù)據(jù)讀出的情況下，n溝道晶體管9變?yōu)榻咏诮刂範(fàn)顟B(tài)的弱導(dǎo)通狀態(tài)，電流只有少量流動，與此相對，在“H”數(shù)據(jù)讀出的情況下，n溝道晶體管9變?yōu)楦鼜姷膶?dǎo)通狀態(tài)，電流相對多地流動。由此，在“H”數(shù)據(jù)讀出的情況下，與“L”數(shù)據(jù)讀出的情況相比，節(jié)點ND1的電位Vco從Vdd開始更大地降低。因此，在第二實施方式中，“H”數(shù)據(jù)讀出的情況下在節(jié)點ND1上生成的電位、與“L”數(shù)據(jù)讀出的情況下在節(jié)點ND1上生成的電位的電位差，變得比“H”數(shù)據(jù)讀出的情況下的雙極晶體管6(參照圖6)的集電極電位Vc、與“L”數(shù)據(jù)讀出的情況下的雙極晶體管6的集電極電位Vc的電位差還大。
接著，在時刻T9，通過使被輸入到n溝道晶體管9(參照圖6)的柵極的電位V1從H電平下降到L電平，從而使n溝道晶體管8處于截止?fàn)顟B(tài)。由此，如圖8所示，基極電流Ib逐漸減少，同時集電極電流Ic也逐漸減少。另外，如圖7所示，伴隨集電極電流Ic的減少，雙極晶體管6(參照圖6)的集電極電位Vc上升。而且，在集電極電位Vc上升之際，在n溝道晶體管9(參照圖6)的柵極—源極間電壓VGS(＝V2-Vc)達(dá)到n溝道晶體管9的閾值電壓Vt的時刻(時刻T101“L”數(shù)據(jù)讀出時；時刻T102“H”數(shù)據(jù)讀出時)以后，n溝道晶體管9變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。由此，如圖6所示，從電容器11經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)的電流I2，在時刻T101或時刻T102(參照圖7)以后不流動。因此，節(jié)點ND1的電位Vco的下降停止。
并且，在第二實施方式中，節(jié)點ND1的電位Vco的下降停止的時刻(時刻T101“L”數(shù)據(jù)讀出時；時刻T102“H”數(shù)據(jù)讀出時)的電位由電容器11保持。之后，如圖7所示，在到時刻T11為止的期間，通過使流經(jīng)雙極晶體管6(參照圖6)的集電極電流Ic進(jìn)一步減少，從而集電極電位Vc上升到Vdd為止。
接著，如圖6所示，在時刻T11(參照圖7)以后，由讀出放大器4比較節(jié)點ND1的電位Vco與規(guī)定的參考電位。而且，參考電位設(shè)定為“H”數(shù)據(jù)讀出的情況下在節(jié)點ND1上生成的電位Vco、與“L”數(shù)據(jù)讀出的情況下在節(jié)點ND1上生成的電位Vco之間的電位。并且，由讀出放大器4放大節(jié)點ND1的電位Vco與參考電位的電位差，同時判斷從存儲器單元21讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)或“L”數(shù)據(jù)。另外，在時刻T11以后，使字線WL的電位從H電平下降到L電平。如上所述，進(jìn)行第二實施方式的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出動作。
在第二實施方式中，如上所述，通過設(shè)置基極連接在位線BL上的雙極晶體管6，并且由雙極晶體管6來放大數(shù)據(jù)讀出時出現(xiàn)在位線BL上的存儲器單元21的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電流，從而可以使數(shù)據(jù)讀出時生成的“H”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管6的集電極電流Ic與“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的雙極晶體管6的集電極電流Ic的差，比位線BL上出現(xiàn)的“H”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電流(基極電流Ib)與位線BL上出現(xiàn)的“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電流(基極電流Ib)還大。并且，在第二實施方式中，由于將電阻7的一端連接在雙極晶體管6的集電極上，同時在該電阻7的另一端與雙極晶體管6的發(fā)射極上分別施加正電位Vdd與負(fù)電位Ve，故可以使“H”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc與“L”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc的電位差比“H”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的位線BL的電位與“L”數(shù)據(jù)所對應(yīng)的位線BL的電位的電位差還大。
進(jìn)而，在第二實施方式中，通過構(gòu)成為將n溝道晶體管9的源極連接在雙極晶體管6的集電極上，并且在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，響應(yīng)于雙極晶體管6的集電極電位Vc更大地下降，使n溝道晶體管9的柵極—源極間電壓VGS變得更大，而使更大的電流I2經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)，從而在“H”數(shù)據(jù)的讀出時，與“L”數(shù)據(jù)的讀出時相比，可以使連接在n溝道晶體管9的漏極上的節(jié)點ND1的電位Vco從正電位Vdd開始更多地下降。由此，可以使節(jié)點ND1上生成的“H”數(shù)據(jù)讀出時的電位Vco與“L”數(shù)據(jù)讀出時的電位Vco的電位差，比“H”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc與“L”數(shù)據(jù)讀出時的集電極電位Vc的電位差還大。即，出現(xiàn)在位線BL上的存儲器單元21的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電流不僅由雙極晶體管6放大，還可以由n溝道晶體管9放大。因此，通過由讀出放大器4根據(jù)節(jié)點ND1的電位Vco來判斷數(shù)據(jù)，從而即使在由于存儲器單元21所存儲的數(shù)據(jù)不同而生成的電流量的差變小的情況下，也可以抑制數(shù)據(jù)判斷精度的降低。
而且，第二實施方式的其他效果與上述第一實施方式相同。
(第三實施方式)參照圖9，在該第三實施方式中，在圖6所示的第二實施方式的構(gòu)成中，構(gòu)成存儲器單元陣列32的存儲器單元31由包含相變膜(未圖示)及電阻元件(未圖示)的存儲元件31a；與二極管31b構(gòu)成。而且，在第三實施方式中，將存儲元件31a所包含的相變膜為結(jié)晶狀態(tài)(低電阻)時的數(shù)據(jù)設(shè)為“H”，將存儲元件31a所包含的相變膜為非結(jié)晶狀態(tài)(高電阻)時的數(shù)據(jù)設(shè)為“L”。
另外，存儲元件31a的一個端子連接在位線BL上，同時另一個端子連接在二極管31b的一個端子上。此外，二極管31b的另一個端子連接在字線WL上。再有，位線BL具有寄生電容35。
而且，第三實施方式的其他構(gòu)成，與上述第二實施方式同樣。
接著，參照圖7～圖9，對第三實施方式的相變存儲器的數(shù)據(jù)讀出動作進(jìn)行說明。
首先，如圖7所示，在時刻T1及T2，進(jìn)行與圖2所示的第一實施方式的時刻T1及T2進(jìn)行的動作同樣的動作。
接著，在時刻T3，使從存儲器單元陣列32(參照圖9)的多根字線WL中選擇出的規(guī)定字線(選擇字線WI)的電位從L電平上升到H電平(存儲元件31a所包含的相變膜不會引起狀態(tài)變化的程度的電壓)。另外，位線BL保持浮動狀態(tài)。
此時，如圖9所示，在存儲元件31a所包含的相變膜為低電阻的結(jié)晶狀態(tài)的情況(存儲元件31a中存儲有“H”數(shù)據(jù)的情況)下，經(jīng)由存儲器單元31(二極管31b及存儲元件31a)而從字線WL流向位線BL的電流增多。另一方面，在存儲元件31a所包含的相變膜為高電阻的非結(jié)晶狀態(tài)的情況(存儲元件31a中存儲有“L”數(shù)據(jù)的情況)下，經(jīng)由存儲器單元31(二極管31b及存儲元件31a)而從字線WL流向位線BL的電流減少。
其結(jié)果，如圖8所示，在從存儲器單元31(參照圖9)讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更大的基極電流Ib流動。另外，如圖9所示，在n溝道晶體管8保持著導(dǎo)通狀態(tài)的期間內(nèi)，經(jīng)由n溝道晶體管8及雙極晶體管6的基極，基極電流Ib從位線BL持續(xù)流向雙極晶體管6的發(fā)射極側(cè)。
而且，在比時刻T3還靠后的期間內(nèi)，進(jìn)行與上述第二實施方式的比時刻T3還靠后的期間內(nèi)進(jìn)行的動作同樣的動作。
在第三實施方式中，通過構(gòu)成為上述那樣，與上述第二實施方式同樣，可以得到即使在因存儲器單元31中存儲的數(shù)據(jù)不同而生成的電流量的差減小的情況下，也可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度降低等效果。
(第四實施方式)參照圖10，對在該第四實施方式中，與上述第一～第三實施方式不同，將本發(fā)明適用于電阻變化存儲器(PRAM)的情況進(jìn)行說明。
在該第四實施方式中，如圖10所示，在圖1所示的第一實施方式的構(gòu)成中，構(gòu)成存儲器單元陣列42的存儲器單元41由包含CMR(Colossalmagneto resistive)膜(未圖示)的存儲元件41a；和n溝道晶體管41b構(gòu)成。
在此，存儲元件41a所包含的CMR膜具有通過施加電壓脈沖使電阻值變化的性質(zhì)。而且，在包含CMR膜的存儲元件41a中，利用CMR膜變化為高電阻或低電阻的任何狀態(tài)的現(xiàn)象來定義“H”數(shù)據(jù)與“L”數(shù)據(jù)。在該第四實施方式中，將存儲元件41a所包含的CMR膜為高電阻時的數(shù)據(jù)設(shè)為“H”，將存儲元件41a所包含的CMR膜為低電阻時的數(shù)據(jù)設(shè)為“L”。
另外，存儲元件41a的一個端子連接在位線BL上，并且另一個端子連接在n溝道晶體管41b的源極/漏極的一方上。此外，n溝道晶體管41b的源極/漏極的另一方接地，同時柵極連接在字線WL上。再有，位線BL具有寄生電容45。
而且，第四實施方式的其他構(gòu)成與上述第一實施方式同樣。
接著，參照圖7、圖8及圖10，對第四實施方式的電阻變化存儲器的數(shù)據(jù)讀出動作進(jìn)行說明。
首先，如圖7所示，在時刻T1及T2進(jìn)行與圖2所示的第一實施方式的時刻T1及T2進(jìn)行的動作同樣的動作。
接著，在時刻T3，使從存儲器單元陣列42(參照圖10)的多根字線WL中選擇出的規(guī)定字線(選擇字線WL)的電位從L電平上升到H電平(n溝道晶體管41b動作的電壓)。另外，在位線BL上施加存儲元件41a所包含的CMR膜不會引起狀態(tài)變化的程度的電壓。
此時，如圖10所示，在存儲元件41a所包含的CMR膜為高電阻的情況(存儲元件41a中存儲有“H”數(shù)據(jù)的情況)下，經(jīng)由存儲器單元41(存儲元件41a及n溝道晶體管41b)而流向GND側(cè)的電流減少。由此，流經(jīng)位線BL的電流增多。另一方面，在存儲元件41a所包含的CMR膜為低電阻的情況(存儲元件41a中存儲有“L”數(shù)據(jù)的情況)下，經(jīng)由存儲器單元41(存儲元件41a及n溝道晶體管41b)而流向GND側(cè)的電流增多。由此，流經(jīng)位線BL的電流減少。
結(jié)果是，如圖8所示，在從存儲器單元41(參照圖10)讀出的數(shù)據(jù)為“H”數(shù)據(jù)的情況下，與“L”數(shù)據(jù)的情況相比，更大的基極電流Ib流動。另外，如圖10所示，在n溝道晶體管8保持導(dǎo)通狀態(tài)的期間內(nèi)，經(jīng)由n溝道晶體管8及雙極晶體管6的基極，基極電流Ib從位線BL持續(xù)流向雙極晶體管6的發(fā)射極側(cè)。
而且，在比時刻T3還靠后的期間內(nèi)，進(jìn)行與上述第二實施方式的比時刻T3還靠后的期間內(nèi)進(jìn)行的動作同樣的動作。
在第四實施方式中，通過構(gòu)成為上述那樣，從而即使在將本發(fā)明適用于電阻變化存儲中的情況下，也與將本發(fā)明適用于相變存儲器的第二實施方式同樣，可以得到即使在因存儲器單元41中存儲的數(shù)據(jù)不同而生成的電流量的差減小的情況下，也可以抑制數(shù)據(jù)的判斷精度降低等效果。
而且，應(yīng)該認(rèn)為本次公開的實施方式在全部方面都是示例，并不是限制。本發(fā)明的范圍不是由上述實施方式的說明示出，而是由技術(shù)方案的范圍來示出，進(jìn)而包含與技術(shù)方案的范圍均等的意義及范圍內(nèi)的全部變更。
例如，在上述第一～第四實施方式中，作為適用本發(fā)明的存儲器的一例，以強電介質(zhì)存儲器、相變存儲器及電阻變化存儲器為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此，也可以將本發(fā)明適用于強電介質(zhì)存儲器、相變存儲器及電阻變化存儲器以外的各種存儲器。
另外，在上述第一～第四實施方式中，都構(gòu)成為在數(shù)據(jù)讀出時的期間內(nèi)，在“H”數(shù)據(jù)讀出與“L”數(shù)據(jù)讀出的兩種情況下，電流I2經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)，但本發(fā)明不限于此，也可以構(gòu)成為在數(shù)據(jù)讀出時的期間內(nèi)，在“L”數(shù)據(jù)讀出的情況下，電流I2經(jīng)由n溝道晶體管9而流向雙極晶體管6的集電極側(cè)。根據(jù)這種構(gòu)成，由于在數(shù)據(jù)讀出時的期間內(nèi)，節(jié)點ND1的電位Vco從Vdd開始下降，故可以使“H”數(shù)據(jù)讀出時的節(jié)點ND1的電位Vco與“L”數(shù)據(jù)讀出時的節(jié)點ND1的電位Vco的電位差進(jìn)一步變大。
權(quán)利要求
1.一種存儲器，其中包括連接在位線上，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器單元；和基極連接在所述位線上的雙極晶體管，在所述數(shù)據(jù)的讀出時，由所述雙極晶體管來放大出現(xiàn)在所述位線上的與所述存儲器單元的數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流，以讀出所述數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，還具備一端連接在所述雙極晶體管的集電極上的電阻，在所述電阻的另一端上施加正電位，并且在所述雙極晶體管的發(fā)射極上施加負(fù)電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，還具備源極/漏極的一方連接在所述雙極晶體管的集電極上的第1場效應(yīng)晶體管，所述存儲器單元所保持的數(shù)據(jù)包含第1數(shù)據(jù)及第2數(shù)據(jù)，在讀出所述第1數(shù)據(jù)的情況和讀出所述第2數(shù)據(jù)的情況下，響應(yīng)于所述雙極晶體管的集電極上產(chǎn)生不同的電位，所述第1場效應(yīng)晶體管的柵極與源極/漏極的一方之間的電位差變化，從而在讀出所述第1數(shù)據(jù)時與讀出所述第2數(shù)據(jù)時，分別使不同量的電流經(jīng)由所述第1場效應(yīng)晶體管而流向所述雙極晶體管的集電極側(cè)，在所述數(shù)據(jù)的讀出時，根據(jù)所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位來讀出所述數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲器，其中，在所述數(shù)據(jù)的讀出之前，在所述第1場效應(yīng)晶體管的柵極上施加規(guī)定的第1電位，并且在所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的一方上施加所述雙極晶體管的集電極上生成的第2電位，在讀出所述第1數(shù)據(jù)的情況與讀出所述第2數(shù)據(jù)的情況下，以不同量的電流分別經(jīng)由所述第1場效應(yīng)晶體管而流向所述雙極晶體管的集電極側(cè)的方式，使所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的一方的第2電位相對于柵極的第1電位變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲器，其中，所述第1場效應(yīng)晶體管的柵極的第1電位是在讀出所述第1數(shù)據(jù)時所述雙極晶體管的集電極上生成的所述第2電位與讀出所述第2數(shù)據(jù)時所述雙極晶體管的集電極上生成的所述第2電位相比高的一方的所述第2電位上，相加了所述第1場效應(yīng)晶體管的閾值電壓的電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲器，其中，在所述第1數(shù)據(jù)讀出時所述雙極晶體管的集電極上生成的第2電位比所述第2數(shù)據(jù)讀出時所述雙極晶體管的集電極上生成的第2電位還低。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲器，其中，還具備連接在所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上的電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲器，其中，由所述電容器保持在所述數(shù)據(jù)的讀出時，所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上生成的電位。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲器，其中，在所述數(shù)據(jù)的讀出之前，在所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加正電位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲器，其中，所述第1數(shù)據(jù)讀出時的所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位降低率，比所述第2數(shù)據(jù)讀出時的所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位降低率還大。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲器，其中，還具備連接在所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上的第2場效應(yīng)晶體管，經(jīng)由所述第2場效應(yīng)晶體管，在所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上施加所述正電位。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲器，其中，所述第2場效應(yīng)晶體管被控制為在所述數(shù)據(jù)的讀出之前從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲器，其中，在所述第1數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由所述第1場效應(yīng)晶體管而流向所述雙極晶體管的集電極側(cè)的電流的量，比所述第2數(shù)據(jù)的讀出時經(jīng)由所述第1場效應(yīng)晶體管而流向所述雙極晶體管的集電極側(cè)的電流的量還多。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲器，其中，所述第1場效應(yīng)晶體管在所述第2數(shù)據(jù)的讀出時，變?yōu)楸人龅?數(shù)據(jù)的讀出時的導(dǎo)通狀態(tài)還弱的導(dǎo)通狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲器，其中，還具備連接在所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方上的讀出放大器，由所述讀出放大器來放大所述第1場效應(yīng)晶體管的源極/漏極的另一方的電位，以進(jìn)行所述數(shù)據(jù)的判斷。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，還具備連接在所述雙極晶體管的基極上的第3場效應(yīng)晶體管，經(jīng)由所述第3場效應(yīng)晶體管，在所述雙極晶體管的基極上連接著所述位線。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲器，其中，所述第3場效應(yīng)晶體管被控制為在所述數(shù)據(jù)的讀出時從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述存儲器單元包含強電介質(zhì)電容器。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述存儲器單元包含具有相變膜的存儲元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述存儲器單元包含具有CMR膜的存儲元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種存儲器。該存儲器具備連接在位線上，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器單元；和基極連接在位線上的雙極晶體管。而且，在數(shù)據(jù)的讀出時，由雙極晶體管來放大出現(xiàn)在位線上的與存儲器單元的數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流，以讀出數(shù)據(jù)。因此，能夠抑制數(shù)據(jù)判斷精度的降低。
文檔編號G11C7/06GK1822211SQ200610009230
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月15日
發(fā)明者村山佳樹, 山田光一 申請人:三洋電機株式會社