(57)【要約】相変化材料を使ってアナログメモリを形成することができる。相変化材料は複数の抵抗状態のうちの一つをとり、それが保存すべき特定のアナログ特性を定義する。
2007501521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相変化材料を使ってアナログメモリを形成する、
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
デジタルデータまたはアナログデータのいずれかを選択的に前記メモリに保存できるようにすることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数のセルについてプログラム可能な仕方で可変な抵抗を有する相変化材料を形成することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記セルを行および列に沿ってアドレッシング可能な仕方で位置指定することができるようにすることを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
相変化材料をポア内に形成することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記相変化材料を流れる電流の制御を可能にする選択デバイスを形成することを含むことを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記メモリが少なくとも三つの異なる抵抗値のうちの一つを単一のセル内に保存することができるようにすることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記セルの前記抵抗が前記セルへのプログラム電流の大きさを変化させることによってセットできるようにすることを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
異なるプログラム電流を使って前記セルの前記抵抗を読み出し、再調整することができるようにすることを含むことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記セル内で抵抗を、保存すべき電圧または電流特性に直線的に関係してセットすることを可能にすることを含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
相変化材料と、
前記相変化材料を使ってアナログデータを書き込むための回路、
とを含むことを特徴とするメモリ。
【請求項１２】
デジタルデータまたはアナログデータのいずれかを選択的に前記メモリに保存できるようにする回路を含むことを特徴とする、請求項１１記載のメモリ。
【請求項１３】
前記相変化材料がプログラム可能な仕方で可変な抵抗を有することを特徴とする、請求項１１記載のメモリ。
【請求項１４】
前記メモリがデジタルおよびアナログデータを保存することを特徴とする、請求項１３記載のメモリ。
【請求項１５】
前記メモリがデジタルまたはアナログデータを選択的に保存することを特徴とする、請求項１４記載のメモリ。
【請求項１６】
ユーザーがアナログデータ記憶またはデジタルデータ記憶を選択できるようにする回路を含むことを特徴とする、請求項１５記載のメモリ。
【請求項１７】
アナログ読み出しセンスアンプ、デジタル読み出しセンスアンプ、アナログ書き込み回路およびデジタル書き込み回路を含むことを特徴とする、請求項１６記載のメモリ。
【請求項１８】
基板と、前記基板上に形成された絶縁体と、前記絶縁体内に定義されるポアと、前記ポア内の相変化材料とを含むことを特徴とする、請求項１１記載のメモリ。
【請求項１９】
相変化材料を含む複数のセルを含み、前記セルへのアクセスを選択的に可能にするための複数の導線を含むことを特徴とする、請求項１１記載のメモリ。
【請求項２０】
前記相変化材料がカルコゲニドを含むことを特徴とする、請求項１９記載のメモリ。
【請求項２１】
プロセッサと、
前記プロセッサに結合された無線インターフェースと、
前記プロセッサに結合された半導体メモリとを有するシステムであって、前記メモリが相変化材料および該相変化材料を使ってアナログデータを保存のために書き込む回路を有することを特徴とするシステム。
【請求項２２】
デジタルデータまたはアナログデータのいずれかを選択的に前記メモリに保存できるようにする回路を含むことを特徴とする、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記メモリがデジタルおよびアナログデータを保存することを特徴とする、請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
前記メモリがデジタルまたはアナログデータを選択的に保存することを特徴とする、請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
ユーザーがアナログデータ記憶またはデジタルデータ記憶を選択できるようにする回路を含むことを特徴とする、請求項２４記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にアナログメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体不揮発性メモリはデジタルメモリを１または０の形で、すなわちたとえば００、０１、１０、１１のように保存する。こうして各メモリセルは１から４のデジタル状態、すなわち２ビットの情報を保存することができる。
【０００３】
しかし、保存すべき情報はなめらかに変化するアナログ情報の形であってもよい。アナログ情報には、音波のような非周期的な波の特徴などが含まれる。この情報をデジタル化するためにはさまざまな時間スライスにおいて多数の標本値が採集される。各標本値に対応する情報は当該信号の時間領域に沿った時間スライスと解釈することができる。各スライスについて、その時間スライスの間の振幅または平均振幅がｎビット（通例８ビット以上）にデジタル化される。結果として、各時間スライスについての情報を記録するために複数のデジタルビットが必要とされることになりうる。
【０００４】
代替として、アナログ情報を、量をデジタル化された値ではなくアナログ値として保存できるアナログメモリに保存することが考えられる。ある場合には、メモリセルについてのある範囲のレベルがある範囲のアナログ値に対応する。デジタル化した値を複数のビットとしていくつかのビット位置に保存する代わりに、各時間スライスについてのアナログ値を各メモリ位置に保存することによって、記憶装置のコストが削減できる。
【０００５】
大量のアナログ情報を保存する必要がある場合もあることに鑑み、この情報を効率的に保存できるアナログメモリがあることが望ましい。保存可能なアナログ情報の例としては、オーディオおよびビデオ情報、ラジオ信号その他の無線信号が含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、アナログメモリを提供するよりよい方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１を参照すると、メモリ１０は可変抵抗メモリアレイ１２を含みうる。ある実施形態では、可変抵抗メモリアレイ１２は相変化メモリでありうる。可変抵抗メモリアレイ１２は行および列に配列された複数のセルを含みうる。セルは相変化メモリ材料を含みうる。セルは、ワード線デコーダ１６によってアドレッシングできる１本のワード線およびビット線デコーダ１４によってアドレッシングできる１本のビット線に対応付けられている。
【０００８】
アナログ・デジタル選択または選択解除インターフェース２８によりユーザーはアナログまたはデジタルのいずれかの形でのデータの保存や読み出しを選択するよう入力（矢印で示されている）を与えることができる。インターフェース２８はデジタル書き込みインターフェース１８、デジタル読み出しセンスアンプ２０、アナログ書き込みインターフェース２２およびアナログ読み出しセンスアンプ２４に結合されている。書き込みインターフェース１８および２２は、アレイ１２内で選択されたセルをプログラムするのに利用されうるビット線デコーダ１４に信号を与える。デジタル書き込みインターフェース１８の場合、情報は二つ以上の選択可能なデジタル状態のうちの一つでありうる。しかし、アナログ書き込みインターフェース２２の場合、多数の書き込み状態のうちの一つが一つのセルに書き込まれうる。セルは選択的にある所望の抵抗値に設定され、それにより非常に特定的な情報を決定する。いくつかの実施形態では、少なくとも三つの抵抗レベルのうちの一つがセル内に保存されうる。
【０００９】
図２を参照すると、基板３６上でアレイ１２内にセル５０などが形成されている。基板３６はある実施形態では選択デバイス３２に結合された導線３０を含みうる。選択デバイス３２はある実施形態では、基板３６内に形成されうるもで、たとえばダイオード、トランジスタまたは相変化材料を使った素子でありうる。
【００１０】
選択デバイス３２はポア（pore）４６内に形成された下部電極３４に電気的に結合されていてもよい。ポア４６は、絶縁層３８内の開口として定義されうる。ある実施形態では、ポア４６内に側壁スペーサー４０が形成されうる。
【００１１】
相変化材料４２がポアの内部で絶縁体３８の上に形成されうる。ある実施形態では、次いで相変化材料４２の上に上部導線４４が形成されうる。
【００１２】
ある実施形態では、セル５０が含みうる相変化材料４２は、下限抵抗約5000Ω以下で上は上限抵抗200,000Ω以上までの範囲の所望の抵抗に設定することができるものである。この可変抵抗は、ある実施形態では当該セルへのリセット電流の大きさを変化させることによって設定しうる。より高精度を達成する必要があれば、プログラム電流を強制したのちに、その抵抗にわずかに異なるプログラム電流を再強制することによって読み出し、再調整することができる。この抵抗を保存しようとしている電圧または電流に比例させることによってアナログメモリが得られる。
【００１３】
たとえば、ある実施形態では、波形を周期的にサンプリングして波形の電圧または電流を波形に沿った周期的な間隔で測定するなどする。測定された電流または電圧は、可変抵抗メモリアレイ１２における抵抗値として比例的に保存されうる。その後の読み出しに際しては、メモリアレイ１２に保存されたその抵抗値を該抵抗値に比例する電圧に逆変換することができる。
【００１４】
単なる説明上の例として、オーディオ録音信号の電圧波形は0.0005秒ごとにサンプリングすることができ、その電圧を抵抗値に変換するために測定することができる。たとえば、許容される抵抗値の範囲が5kΩから100kΩであり、測定された電圧範囲が−1Vから＋1Vであったとすると、電圧値は抵抗値に比例的に変換され、セルに抵抗値として書き込まれ、フィードバックが使用される。フィードバックというのはたとえば、適切な電流パルスを用いて書き込みを行い、次いで必要に応じてパルスの大きさを調整してそのような書き込みを繰り返して所望の抵抗値をプログラムすることに関わるものである。あるいはまた、電流パルスの傾きを変化させることによって所望の抵抗値を実現してもよい。当該ビットは所望の抵抗値に十分近くなるまでさまざまなパルス波高やパルス後端の傾きで再書き込みをすることができる。それから次のサンプリング時刻における次の電圧値が書き込まれる。
【００１５】
抵抗が大きいほどドリフトも大きくなりうるので、抵抗値の範囲は、ビットがほぼ結晶性である低域値（5kΩと10kΩの間など）に限定してもよい。たとえばオーディオの楽曲やビデオのフレームを記録するために、ブロック中のすべてのビットが同時に書き込まれる場合には、アレイ１２中の既知のあらかじめ選択された位置により広い範囲の抵抗値を書き込むことができる。いくつかの実施例では、抵抗値は実際のメモリ配列１２の外部に書き込むこともできる。その後、アレイ１２またはアレイ１２の外部を読み出す際、抵抗値を低域または高域の抵抗値に割り当てるには、まずその低域または高域を読み出し、それから抵抗値をアレイ１２の残りの部分にしかるべく配分することによって行うことができる。
【００１６】
別の実施形態では、−1Vから0Vについては入力電圧に対して直線的に変化して5kΩと10kΩの間の抵抗範囲を使うことができる。0Vから1Vについては、保存される抵抗値は10kΩから100kΩに直線的に変化するようにできる。そのような方法、あるいは当業者には明らかなそれと同等の方法を用いれば、より高い抵抗値における温度変動に対する追加的な補償が取り入れることができる。
【００１７】
ある実施形態では、相変化材料１８は不揮発性メモリデータ記憶に好適な相変化材料でありうる。相変化材料は、たとえば熱、光、電圧ポテンシャルまたは電流といったエネルギーを加えることを通じて変化させることのできる電気的性質（たとえば抵抗）を有する材料などである。
【００１８】
相変化材料の例としては、カルコゲニド材料またはオボニック材料などが含まれる。オボニック材料は電子的または構造的変化を起こす物質などで、電圧ポテンシャル、電流、光、熱などが加えられたら半導体として振る舞う。カルコゲニド材料は周期表のVI族から少なくとも一つの元素を含む物質など、すなわち一つまたは複数のカルコゲン元素、たとえばテルル、硫黄、セレンのうちのいずれかを含む物質などである。オボニック材料およびカルコゲニド材料は情報を保存するために使われうる不揮発性メモリ材料となりうる。
【００１９】
ある実施形態では、メモリ材料はテルル−ゲルマニウム−アンチモン（TexGeySbz）物質すなわちGeSbTe合金のクラスからのカルコゲニド元素の複合でありうるが、本発明の範囲はそれらの物質だけに限定されるものではない。
【００２０】
ある実施形態では、メモリ材料４２が不揮発性の相変化材料であれば、メモリ材料４２は、該メモリ材料４２に電気信号を加えることによって少なくとも二つのメモリ状態のうちの一つにプログラムすることができる。電気信号はメモリ材料４２の相を、実質結晶性の状態と実質非晶質の状態との間で変化させることができる。ここで、実質非晶質状態のメモリ材料４２の電気抵抗は実質結晶性状態のメモリ材料の抵抗よりも大きくなる。したがって、この実施形態では、メモリ材料４２は、情報のデジタルまたはアナログでの保存を提供するために、ある範囲のいくつかの抵抗値のうちの特定の一つに変更されるよう適応されるなどする。
【００２１】
当該メモリ材料の状態すなわち相を変化させるよう当該メモリ材料をプログラムすることは、電圧ポテンシャルを線３０と線４２に印加し、それによりメモリ材料４２にかかる電圧ポテンシャルを生成することによって達成しうる。印加された電圧ポテンシャルに反応してメモリ材料４２の一部分に電流が流れることもありうるし、それによりメモリ材料４２の加熱を生ずることもありうる。
【００２２】
この加熱およびその後の冷却はメモリ材料４２のメモリ状態すなわち相を変化させることができる。メモリ材料４２の相または状態を変化させることは、メモリ材料４２の電気的な性質を変化させうる。たとえば、メモリ材料４２の相を変化させることによって材料４２の抵抗が変わることがありうる。メモリ材料４２はプログラム可能抵抗性材料または単にプログラム可能抵抗材料とも称されうる。
【００２３】
ある実施例では、約3Vを線４４に印加し、約0Vを上の線３０に印加することによって約3Vの電圧ポテンシャル差をメモリ材料の一部分に加えることができる。印加された電圧ポテンシャルに反応してメモリ材料４２を流れる電流はメモリ材料の加熱を生じうる。この加熱およびその後の冷却が当該材料のメモリ状態すなわち相を変化させうる。
【００２４】
「リセット」状態では、メモリ材料は非晶質または半非晶質状態にあるとすることができ、「セット」状態ではメモリ材料は結晶性または半結晶性状態にあるとすることができる。非晶質または半非晶質状態にあるメモリ材料の抵抗は結晶性または半結晶性状態にある材料の抵抗より大きい。リセット状態を非常質状態、セット状態を結晶性状態に対応付けるのは慣例であり、別の対応を採用することもできる。
【００２５】
電流のためにメモリ材料４２は比較的高温まで加熱され、それによりメモリ材料が非晶質化されて「リセット」されうる。該体積すなわちメモリ材料を比較的低い結晶化温度まで加熱するとメモリ材料が結晶化し、「セット」されうる。メモリ材料の体積中の電流の大きさおよび継続時間を変えることによって、メモリ材料はさまざまな抵抗値を実現できる。
【００２６】
メモリ材料４２に保存された情報は、メモリ材料の抵抗を測定することによって読み出すことができる。例を挙げると、向かい合う線３０、４４を使って読み出し電流がメモリ材料に与えられうる。結果として得られるメモリ材料の読み出し電圧は、たとえばセンスアンプ（図示せず）を使って参照電圧に対して比較されうる。読み出し電圧はメモリ記憶素子によって示される抵抗に比例するものでありうる。
【００２７】
図３に目を向けると、本発明のある実施形態に基づくシステム５００の一部分が記載されている。システム５００はワイヤレス機器において使用されうる。たとえば、携帯情報端末（PDA）、無線機能のあるラップトップまたは携帯型コンピュータ、ウェブタブレット、無線電話、ポケットベル、インスタントメッセージ交換機器、デジタル音楽プレーヤー、デジタルカメラまたはその他の無線で情報を送受信するよう適応されている機器でありうる。システム５００は、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）システム、無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）システムまたはセルラーネットワークといったシステムのいずれにおいても使うことができるが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【００２８】
システム５００はコントローラ５１０、入出力（I/O）機器５２０（キーパッド、ディスプレイなど）、メモリ５３０、無線インターフェース５４０を含んでいてもよく、それらはバス５５０を介して互いに結合される。本発明の範囲はこれらの構成要素のいずれかあるいはすべてを有する実施形態に限定されるものではないことを注意しておく。
【００２９】
コントローラ５１０はたとえば一つまたは複数のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラなどを有することができる。メモリ５３０はシステム５００に送信された、あるいはシステム５００が送信するメッセージを保存するのに使うことができる。メモリ５３０はまた任意的に、システム５００の動作中にコントローラ５１０によって実行される命令を保存するのに使用されてもよく、ユーザーデータを保存するのに使用されてもよい。前記命令はデジタル情報として保存されてもよく、ユーザーデータはここで開示しているようにメモリの一区画ではデジタルデータとして保存され、別の区画ではアナログ記憶として保存されることができる。別の例では、ある所与の区画はある時点においてデジタルに割り当てられていてデジタル情報を保存し、のちに割り当てが変更されてアナログ情報を保存するよう再構成されることができる。メモリ５３０は一つまたは複数の異なる種類のメモリによって提供されるものでもよい。たとえば、メモリ５３０は揮発性メモリ（いかなる種類のランダムアクセスメモリでもよい）、フラッシュメモリのような不揮発性メモリ、および／またはたとえば図１に示したようなメモリ１０のようなメモリ素子を含む相変化メモリを有していてもよい。
【００３０】
I/O機器５２０はメッセージを生成するのに使用されうる。システム５００は無線周波（RF）信号を用いて無線通信ネットワークとの間でメッセージを送受信するのに無線インターフェース５４０を使うことができる。無線インターフェース５４０の例としては、ダイポールアンテナなど、アンテナまたは無線トランシーバーを含むことができるが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。また、I/O機器５２０は保存されている内容をデジタル出力（デジタル情報が保存されていた場合）として反映する電圧を与えることができるし、それはアナログ情報（アナログ情報が保存されていた場合）であってもよい。
【００３１】
上記では無線アプリケーションにおける例が挙げられているが、本発明の実施形態は無線以外のアプリケーションにおいても同じように用いることができる。
【００３２】
本発明について限定された数の実施形態に関連して記載してきたが、当業者はそれからの数多くの修正および変形を認識することであろう。付属の請求項は、本発明の真の精神および範囲内にはいるそのようなあらゆる修正および変形をも包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のある実施形態の概略図である。
【図２】本発明のある実施形態に基づくセルの部分概略および部分断面図である。
【図３】本発明のある実施形態のシステムを記した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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