멀티레벨을 갖는 폴리머 메모리의 주변 회로 설계

Abstract

본 논문은 멀티레벨 셀을 갖는 Polymer 유닛 셀에 대해 메모리 동작이 가능하도록 읽기 동작과 프로그램/지우기 동작을 수행하기 위한 방법을 연구하였다. PoRAM은 상, 하단 전극 사이에 유기물질을 삽입하고 양 전극에 특정 전압을 인가했을 때 나타나는 셀의 저항 상태의 변화로 데이터를 구분하는 메모리 소자이다. 특히 인가되는 전압에 따라 셀 당 최대 4 레벨의 안정된 저항 값을 가지므로 멀티레벨 셀로 동작이 가능하다. 선행연구에서는 싱글레벨 셀에 대해서만 동작하도록 주변회로를 구성하였기 때문에, 멀티레벨 셀의 동작을 위해서 기존과는 다른 회로 구성이 필요하다. 따라서, 셀 하단에 다이오드 스위치가 사용된 1D-1R 유닛 셀 구조의 서브 블록 셀 어레이에서 메모리 동작이 가능하도록 알고리즘을 구성하고 그에 따른 주변회로를 설계하였다. 첫째로 멀티레벨 셀에 대해 어드레스 디코딩 방법, 센스 앰플리파이어, 이를 위한 제어 신호 등을 포함하는 읽기 동작을 위한 방법을 새롭게 제안하였다. 그리고 프로그램과 지우기 동작을 위한 알고리즘과 데이터의 신뢰성을 보장하기 위한 검증 알고리즘을 제안하였다. 또한, 선택된 메모리 동작에 대응하는 전압을 유닛 셀의 상단 로우 라인에 정확한 전압을 인가하기 위해 제어신호에 의해 구동하는 RPE 드라이버 시스템을 제안하였다. 마지막으로 3D 스택 구조를 갖는 새로운 Polymer memory 의 유닛 셀과 메모리 어레이 구성을 제안하고 읽기 동작 모드에 관한 방법을 제안하였다. 제안된 기법에 의해 설계된 메모리 어레이의 서브 블록과 주변회로는 0.13μm CMOS 공정 라이브러리를 사용하여 cadence 툴로 시뮬레이션 검증하였으며, 94회 동부 하이텍의 MPW 에 참가하여 데모칩을 제작하였다.