非揮發(fā)性記憶裝置、可編程電路以及內(nèi)容可定址記憶體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種記憶體架構(gòu)。特別是關(guān)于一種非揮發(fā)性的記憶體架構(gòu)及相關(guān)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]記憶體是電子計(jì)算機(jī)中的重要組成元件，隨著各種應(yīng)用的情況不同，發(fā)展出了許多不同的記憶體架構(gòu)。例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體(Dynamic Random AccessMemory, DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體(Static Random-Access Memory, SRAM)、只讀記憶體(Read-Only Memory, ROM)及快閃記憶體(Flash Memory)等。
[0003]其中，只讀記憶體及快閃記憶體屬于非揮發(fā)性記憶體，在裝置斷電后能可記錄其中的數(shù)據(jù)。一般來說，上述兩種非揮發(fā)性記憶體在數(shù)據(jù)保存上較穩(wěn)定且省電，但較不易復(fù)寫且讀寫速度較慢。
[0004]動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體與靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體等揮發(fā)性記憶體，因?yàn)樽x寫速度較快，通常作為與處理器搭配的主要記憶體。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單(僅須一個(gè)晶體管與一個(gè)電容)、儲(chǔ)存密度高以及單位容量的成本較低。在現(xiàn)實(shí)中，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體的電容經(jīng)常周期性地充電，導(dǎo)致耗電量較大的缺點(diǎn)。
[0005]相較之下，靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體只要保持通電，里面儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持，不需要周期性對電容充電。此外，靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體通常具有較快的讀取速度(高于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體)。然而，一般來說，靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體的架構(gòu)通常需要六個(gè)(或以上)的晶體管來儲(chǔ)存一個(gè)位組的數(shù)據(jù)，制造成本較高且將占用較大的電路空間。此外，當(dāng)電力供應(yīng)停止時(shí)，傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)仍會(huì)消失。
[0006]隨著行動(dòng)裝置往薄型化及輕量化發(fā)展，電子裝置上的空間極為有限，且元件的耗電問題更受到重視。需要有合適的記憶體能更提供較高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定度、較低的耗電量、結(jié)構(gòu)簡單且具有較快的讀取速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]近來，隨著現(xiàn)有的記憶體技術(shù)面臨到尺度上的物理極限，發(fā)展新的記憶體技術(shù)成為目前相關(guān)領(lǐng)域重要的研發(fā)課題，其中憶阻性記憶體因結(jié)構(gòu)單純、低功耗等優(yōu)勢，受到廣泛的研究。為了解決上述的問題，本發(fā)明提出一種基于憶阻器的非揮發(fā)性記憶裝置，其可用于各種集成電路上的應(yīng)用(例如用來控制可編程電路中的切換開關(guān)、或是用于內(nèi)容可定址記憶體中)，本發(fā)明的非揮發(fā)性記憶裝置具備有類似靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體的快速讀取特性且內(nèi)部數(shù)據(jù)不需動(dòng)態(tài)更新，其結(jié)構(gòu)相對簡單，且在斷電后仍可利用憶阻器保存數(shù)據(jù)內(nèi)容。
[0008]本發(fā)明的一方面為一種非揮發(fā)性記憶裝置，包含多個(gè)非揮發(fā)性記憶單元。每一非揮發(fā)性記憶單元用以儲(chǔ)存一個(gè)位的數(shù)據(jù)，每一非揮發(fā)性記憶單元分別耦接至一位線、一反位線以及一字符線，并且每一非揮發(fā)性記憶單元各自包含第一開關(guān)、第一憶阻器、第二開關(guān)、第二憶阻器以及第三開關(guān)。第一開關(guān)的控制端耦接至該字符線。第一憶阻器經(jīng)設(shè)定而具有第一阻值。第二開關(guān)的控制端耦接至字符線。第二憶阻器經(jīng)設(shè)定而具有第二阻值。第一開關(guān)、第一憶阻器、第二開關(guān)以及第二憶阻器以交替方式串連于位線與反位線之間。第三開關(guān)用以對該第一憶阻器設(shè)定該第一阻值，及對第二憶阻器設(shè)定第二阻值。
[0009]本發(fā)明的另一方面為一種可編程電路，其包含組態(tài)開關(guān)以及上述的非揮發(fā)性記憶裝置。第一開關(guān)、第一憶阻器、第二開關(guān)以及第二憶阻器之中的中間節(jié)點(diǎn)用以控制組態(tài)開關(guān)的控制端。
[0010]本發(fā)明的另一方面為一種內(nèi)容可定址記憶體，其包含比對線、預(yù)充電路與放大器、比對開關(guān)以及上述的非揮發(fā)性記憶裝置。預(yù)充電路與放大器耦接至比對線，預(yù)充電路與放大器用以將比對線預(yù)充至預(yù)充電位以及感測比對線的電壓位準(zhǔn)。比對開關(guān)的第一端耦接至比對線，比對開關(guān)的第二端接地。第一開關(guān)、第一憶阻器、第二開關(guān)以及第二憶阻器之中的中間節(jié)點(diǎn)用以控制比對開關(guān)的控制端。
[0011]綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。通過上述技術(shù)方案，可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價(jià)值，本發(fā)明中每一非揮發(fā)性記憶單元僅須三個(gè)晶體管開關(guān)以及兩個(gè)憶阻器，便可實(shí)現(xiàn)一種具有非揮發(fā)特性的靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體，適合用在各種可編程電路或記憶體電路應(yīng)用當(dāng)中。
【附圖說明】
[0012]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的非揮發(fā)性記憶體裝置的示意圖；
[0014]圖2繪示圖1中非揮發(fā)性記憶裝置的其中一個(gè)非揮發(fā)性記憶單元的進(jìn)一步示意圖；
[0015]圖3繪示另一種非揮發(fā)性記憶體裝置中的兩個(gè)相鄰的非揮發(fā)性記憶單元的示意圖；
[0016]圖4A繪示本發(fā)明中圖1的非揮發(fā)性記憶體裝置中其中一個(gè)非揮發(fā)性記憶單元與相鄰的另一個(gè)的非揮發(fā)性記憶單元的示意圖；
[0017]圖4B繪示本發(fā)明中圖1的非揮發(fā)性記憶體裝置中其中一個(gè)非揮發(fā)性記憶單元與相鄰的另一個(gè)的非揮發(fā)性記憶單元的示意圖；
[0018]圖5A繪示本發(fā)明一實(shí)施例中上述非揮發(fā)性記憶體裝置的非揮發(fā)性記憶單元應(yīng)用于內(nèi)容可定址記憶體的示意圖；
[0019]圖5B繪示內(nèi)容可定址記憶體進(jìn)行比對操作時(shí)的相關(guān)信號(hào)時(shí)序圖；
[0020]圖6A及圖6B繪示對非揮發(fā)性記憶單元所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入時(shí)的操作示意圖；以及
[0021]圖6C繪示對非揮發(fā)性記憶單元進(jìn)行寫入操作時(shí)的相關(guān)信號(hào)時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下文是舉實(shí)施例配合所附附圖作詳細(xì)說明，以更好地理解本發(fā)明，但所提供的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍，而結(jié)構(gòu)操作的描述非用以限制其執(zhí)行的順序，任何由元件重新組合的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生具有均等功效的裝置，皆為本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，根據(jù)業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)及慣常做法，附圖僅以輔助說明為目的，并未依照原尺寸作圖，實(shí)際上各種特征的尺寸可任意地增加或減少以便于說明。下述說明中相同元件將以相同的符號(hào)標(biāo)示來進(jìn)行說明以便于理解。
[0023]此外，在本文中所使用的用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相關(guān)列舉項(xiàng)目中一或多個(gè)項(xiàng)目的任意一個(gè)以及其所有組合。
[0024]于本文中，當(dāng)一元件被稱為“連接”或“耦接”時(shí)，可指“電性連接”或“電性耦接”?！斑B接”或“耦接”亦可用以表示二或多個(gè)元件間相互搭配操作或互動(dòng)。此外，雖然本文中使用“第一”、“第二”、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區(qū)別以相同技術(shù)用語描述的元件或操作。
[0025]請參閱圖1，其為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的非揮發(fā)性記憶體裝置100的示意圖。如圖1所示，非揮發(fā)性記憶裝置100，其包含多個(gè)非揮發(fā)性記憶單元(Non-VolatileMemory Cell)，每一非揮發(fā)性記憶單元用以儲(chǔ)存一個(gè)位的數(shù)據(jù)。于圖1中示意性地繪示了六個(gè)非揮發(fā)性記憶單元MCll、MC12、MC13、MC2UMC22以及MC23，但本發(fā)明并不以此為限。實(shí)際應(yīng)用中，非揮發(fā)性記憶體裝置100可包含許多個(gè)非揮發(fā)性記憶單元，舉例來說，一個(gè)百萬位組(Megabyte)的非揮發(fā)性記憶體裝置100中便包含了 223個(gè)(8*1024*1024)非揮發(fā)性記憶單元，圖示中為說明上方便繪示出其中六個(gè)非揮發(fā)性記憶單元。值得注意的是，記憶單元組的數(shù)量以及各級(jí)記憶單元組所對應(yīng)到的字符線數(shù)量、記憶單元數(shù)量皆可依實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，圖1中所繪示的僅為示例，并非用以限制本發(fā)明。另，本發(fā)明所述的非揮發(fā)性記憶單元包含相變化記憶元件(PCM)、磁阻性記憶元件(MRAM)、電阻式記憶元件(RRAM)、鐵電式記憶元件(FRAM)或其他具相等性的記憶元件。
[0026]每一非揮發(fā)性記憶單元MCll?MC23分別耦接至與其相對應(yīng)的字符線WLll?WL12、參考電位線WL21?WL22、設(shè)置控制線WL31?WL32、位線(bit line)BLl?BL3以及反位線(inverted bit line, or bit line bar)BLBl?BLB3。舉例來說，非揮發(fā)性記憶單元MC