4bit 크로스 포인트 폴리머 메모리 셀 어레이와 센싱 방법에 대한 연구

Abstract

본 논문에서는 PoRAM의 4bit셀 어레이 구조와 이를 동작시키기위한 센싱 방법에 대해서 연구하였다.PoRAM은 기존의 SRAM이나 DRAM과는 다른 동작을 취한다.PoRAM 소자에 top electrode와 bottom electrode에 전압을 가했을 때 저항 성분 변화에 따른 셀에 흐르는 전류를 측정하여 상태를 구분한다.4bit셀에 전류를 흐르게하기 위해서 상단전극에 해당하는 워드라인과 하단전극에 해당하는 비트라인을 선택한다.셀 어레이 구조의 어드레스로 인한 디코더(decoder)에서 행(row)디코더는 “High",열(column)디코더는 ”Low"로 선택하게 되면,셀에 해당하는 전류가 비트라인 쪽으로 흐르게 된다.이때 흐르는 전류 level은 작은 값이기 때문에 큰 값으로 증폭시켜 원하는 값을 얻고자 센스 앰플리파이어를 사용한다.이는 전압센싱 방법인 전류 미러(currentmirror)를 이용한 1단 차동 증폭기(differentialamplifier)를 사용한다.전압 센스 앰플리파이어에서 증폭을 시켜주기 위해 셀에서 측정된 전류 값을 전압 값으로 변환시켜주는 장치가 필요하다.1단 차동 증폭기 입력 단에 소자 저항인 diodeconnection NMOS를 달아주었다.이는 전류 값과 저항 값의 곱으로 나타내어진 입력값(Vin)과 기준전압(Vref)을 비교하는 방식이다.메모리 셀이 지우기 상태일 경우에는 ”Low",쓰기 상태일 경우에는 “High"로 증폭되는 것을 시뮬레이션에서 구현하였다.본 논문에서의 diodeconnectionNMOS를 사용한 증폭기는 기존의 센스 앰플리파이어보다 면적소모가 작고,데이터의 값이 원하는 값으로 증폭되므로,PoRAM의 특성에 맞는 적합한 회로임을 증명하였다.; In this paper, a 4bit cell array structure of PoRAM and the sensing method to drive this structure are researched. PoRAM has a different operation from existing SRAM and DRAM. The operation is that when certain voltage is applied between top electrode and bottom electrode of PoRAM device we can classify the cell state by measuring cell current which is made by changing resistance of the cell. To make current flow at 4bit cell, a certain word-line as a top electrode and a certain bit-line as a bottom electrode are selected. In the decoder selected by address in the cell array, if the row decoder is selected “High” and the column decoder is selected “Low” then certain current will flow to the bit-line. Because this current is too small to detect, in order to make large enough current, the voltage sense amplifier is used. In this case, usually, 1 stage differential amplifier using current mirror is used. Furthermore, the detected value at the cell is current, so to convert current into voltage, a diode connection NMOSFET that is a device resistor is used at the input port of the differential amplifier. This method is a comparison of input value, Vin, that is multiplied by a resistor value with a current value, and the reference voltage, Vref. In simulation, we have the memory cell amplification that the cell is “Low” state in erase mode and “High” state in write mode. Because the amplifier using diode connection NMOS in this paper takes smaller space than existing sense amplifiers and the data can be amplified to wanted value, it is proved to be a very reliable circuit for PoRAM characteristic.