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JP2006318635A - 相変化メモリ装置の駆動方法及び相変化メモリ装置 - Google Patents

相変化メモリ装置の駆動方法及び相変化メモリ装置 Download PDF

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JP2006318635A JP2006132819A JP2006132819A JP2006318635A JP 2006318635 A JP2006318635 A JP 2006318635A JP 2006132819 A JP2006132819 A JP 2006132819A JP 2006132819 A JP2006132819 A JP 2006132819A JP 2006318635 A JP2006318635 A JP 2006318635A
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栢 衡 趙
Jong-Soo Seo
鍾 洙 徐
Too Kin
杜 應 金
Woo-Yeong Cho
佑 榮 趙
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Abstract

【課題】相変化メモリ装置の駆動方法及び相変化メモリ装置を提供する。
【解決手段】正常動作モードで非選択のワードラインに第1電圧レベルを印加し、選択されたワードラインに第2電圧レベルを印加し、待機動作モードでワードラインをフローティング状態にする相変化メモリ装置の駆動方法、及び対応するワードラインを駆動する複数のワードライン駆動回路及びモード選択器を備える相変化メモリ装置である。それぞれのワードライン駆動回路は、第1制御信号に応答して、対応するワードラインを第1電圧レベルまたは第2電圧レベルにする。モード選択器は、相変化メモリ装置の動作モードによって、ワードライン駆動回路に第1電圧レベルを選択的に印加する。これにより、待機動作モードや正常動作モードのような動作モードにより、ワードライン及びビットラインの電圧レベルを制御することによって、漏れ電流を減らし、不要な電力消費を減らすことができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、半導体メモリ装置に係り、特に、相変化メモリ装置及びそのワードライン駆動方法に関する。
相変化メモリ(Phase Random Access Memory:PRAM)装置は、相変化物質(Ge−Sb−Te)のような物質を利用してデータを保存する不揮発性メモリ素子である。相変化物質は、結晶化状態または非結晶化状態によって異なる抵抗値を有する。相変化物質の状態は、温度によって決定される。
図1は、一般的な相変化メモリ装置の単位メモリセルの等価回路を示す図である。
図1を参照すれば、単位メモリセルCは、一つのP−NダイオードDと一つの相変化物質GSTとを備える。P−NダイオードDと相変化物質GSTとは、ビットラインBLとワードラインWLとの間に直列に連結される。
相変化メモリセルCの相変化物質GSTは、温度及び加熱時間によって相変化物質GSTを結晶化または非晶質化させることによって情報を保存する。
書き込み動作について説明する。相変化物質GSTに電流を流し、相変化物質GSTを溶融点以上に加熱した後に急速に冷却させると、相変化物質GSTが非晶質化形態となって情報“1”を保存する。このような状態をリセット状態という。
相変化物質GSTを結晶化温度以上に加熱して、一定時間維持した後に冷却させると、相変化物質GSTが結晶化形態となって情報“0”を保存する。これをセット状態という。
読み出し動作は、ビットラインとワードラインとを選択して特定メモリセルを選択した後、選択されたメモリセルに外部から電流を流して、相変化物質の抵抗状態による電圧変化の差に基づいて“1”と“0”とを区分する。
図2は、図1の単位セルから構成されたメモリセルアレイを備える相変化メモリ装置を示す図である。
図2を参照すれば、相変化メモリ装置100は、メモリセルアレイCBLK、ワードライン駆動回路10−0〜10−n−1、ビットライン選択回路15、及び周辺回路17を備える。周辺回路17は、書き込み駆動回路(図示せず)、感知増幅器(図示せず)、及びデータ入出力バッファ(図示せず)などを備える。メモリセルアレイCBLKは、対応するビットラインBL〜BLm−1とワードラインWL〜WLn−1とに連結される単位セルCを備える。
選択回路15は、所定の選択信号Y〜Ym−1に応答してビットラインを選択するトランジスタを備える。ここで、選択するという意味は、選択されたビットラインをハイレベルにすることを意味する。しかし、逆にワードラインに対して選択するという意味は、選択されたワードラインをローレベルにすることを意味する。
図3は、図2のワードライン駆動回路の構造を示す図である。
図2のワードライン駆動回路10−0〜10−n−1の構造は、何れも同一なのでワードライン駆動回路10−0を利用して構造を説明する。
ワードライン駆動回路10−0は、第1端が接地電圧VSSに連結され、第2端がワードラインWLに連結される第1NMOSトランジスタN1及び第1端がワードラインWLに連結され、第2端が電源電圧VCCに連結され、第3端が第1NMOSトランジスタN1の第3端と共通に連結されて、ローデコータ(図示せず)からデコーディング信号DSを受信する第1PMOSトランジスタP1を備える。
図2を参照すれば、点線で表示された相変化メモリセルCを選択するために選択されたビットラインBLは、ハイレベルを維持し、非選択のビットラインBL、BL〜BLm−1は、ローレベルを維持する。また、選択されたワードラインWLは、ローレベルを維持し、非選択のワードラインWL〜WLn−1は、ハイレベルを維持する。前記のように相変化メモリセルCが選択されれば、選択された相変化メモリセルCで書き込みまたは読み出し動作が行われる。
図3を参照すれば、ワードライン駆動回路10−0は、ワードラインWLが選択される場合、ハイレベルを有するデコーディング信号DSを入力されて、第1NMOSトランジスタN1をターンオンさせてワードラインWLをローレベルにする。また、ワードラインWLが非選択される場合、ローレベルを有するデコーディング信号DSを入力されて、第1PMOSトランジスタP1をターンオンさせてワードラインWLをハイレベルにする。
ところが、図3のようなワードライン駆動回路10−0を有する相変化メモリ装置100は、非選択のワードラインWL〜WLn−1をハイレベルに維持させるため、漏れ電流が発生する問題がある。
特に、相変化メモリ装置100の待機動作時に発生する漏れ電流は、不要な電力消費をもたらすので、これを解決する新たな相変化メモリ装置及び駆動方法が必要である。
本発明が達成しようとする技術的課題は、待機動作時にあらゆるビットラインを接地電圧に維持し、あらゆるワードラインをフローティング状態に維持する構造を有する相変化メモリ装置を提供するところにある。
本発明が達成しようとする他の技術的課題は、待機動作時にあらゆるビットラインを接地電圧に維持し、あらゆるワードラインをフローティング状態に維持するワードライン駆動方法を提供するところにある。
本発明の一側面によれば、複数のワードラインを含む相変化メモリ装置の駆動方法が開示される。相変化メモリ装置の駆動方法は、正常動作モードで非選択のワードラインに第1電圧レベルを印加し、選択されたワードラインに第2電圧レベルを印加する。また、待機動作モードでワードラインをフローティング状態にする。
本発明の他の側面によれば、待機動作モードで相変化メモリ装置の駆動方法が開示される。ここで、相変化メモリ装置は、複数のワードラインと複数のビットラインとを備える。相変化メモリ装置の駆動方法は、待機動作モードでビットラインに基準電圧を印加し、ワードラインをフローティング状態にする。
本発明のさらに他の側面によれば、対応するワードラインを駆動する複数のワードライン駆動回路及びモード選択器を備える相変化メモリ装置が開示される。それぞれのワードライン駆動回路は、第1制御信号に応答して、対応するワードラインを第1電圧レベルまたは第2電圧レベルにする。モード選択器は、相変化メモリ装置の動作モードによって、ワードライン駆動回路に第1電圧レベルを選択的に印加する。
本発明による相変化メモリ装置及びワードライン駆動方法は、待機動作モードや正常動作モードのように、動作モードによってワードライン及びビットラインの電圧レベルを制御することによって、漏れ電流を減らし、かつ不要な電力消費を減らすことができる。
本発明とその動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照しなければならない。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することで、本発明を詳細に説明する。各図に付された同一参照符号は、同一部材を示す。
図4は、本発明の実施形態によるワードライン駆動回路20の構造を示す図である。
図4を参照すれば、本発明の実施形態によるワードライン駆動回路20は、駆動部23及びモード選択部25を備える。正常動作モードで、駆動部23は、第1制御信号DSに応答して、対応するワードラインWLに第1電圧VCCレベルまたは第2電圧VSSレベルを印加する。モード選択部25は、正常動作モードで駆動部23に第1電圧VCCレベルを印加し、待機動作モードで駆動部23に第1電圧VCCレベルを印加しない(遮断する)。待機動作モードで対応するワードラインWLは、フローティング状態になる。
第1電圧VCCレベルは、第2電圧VSSレベルより高くすることができる。例えば、第1電圧VCCレベルは、電源電圧レベルであるか、または電源電圧より低いレベルでありうる。また、第2電圧VSSレベルは、接地電圧レベルでありうる。しかし、第1電圧VCCレベルや、第2電圧VSSレベルのレベルは、それに限定されるものではない。
以下、図2及び図4を参照して、本発明の実施形態による相変化メモリ装置のワードライン駆動方法及びワードライン駆動回路を説明する。
本発明の実施形態による相変化メモリ装置及びワードライン駆動方法は、相変化メモリ装置の動作モード、すなわち正常動作モードと待機動作モードとによってワードラインの電圧レベル状態を異ならせて制御することによって、選択されていないワードラインで発生する漏れ電流を減少させることができる。
すなわち、本発明の相変化メモリ装置のワードライン駆動回路20は、相変化メモリ装置の正常動作モードで対応するワードラインWLが選択されれば、駆動部23はワードラインWLを第2電圧VSSレベルにし、ワードラインWLが非選択ならば、駆動部23はワードラインWLを第1電圧VCCレベルにする。
そして、相変化メモリ装置の待機動作モードでモード選択部25は、ワードラインWLをフローティング状態にする。正常動作モードで選択されていないワードラインWLを第1電圧VCCレベルに設定し、待機動作モードでワードラインWLをフローティング状態に設定することによって、漏れ電流を減少させることができる。
本発明の実施形態による相変化メモリ装置は、図1に示されたように相変化物質GST及びダイオードDからなる複数のメモリセルCを備える。しかし、相変化メモリ装置のセル構造は、多様であり、これに限定されるものではないということは当業者ならば理解できるであろう。
以下、正常動作モードでのワードライン駆動回路20の動作を説明する。
ワードライン駆動回路20は、モード選択部25と駆動部23とを備える。
モード選択部25は、第2制御信号/CEに応答してターンオンまたはターンオフされるMOSトランジスタP2である。第2制御信号/CEは、正常動作モードではMOSトランジスタP2をターンオンさせ、待機動作モードではMOSトランジスタP2をターンオフさせる。第2制御信号/CEは、チップイネーブル信号である。
図4において、モード選択部25のMOSトランジスタP2は、PMOSトランジスタとして示されているが、これに限定されるものではないということは当業者ならば理解できるであろう。
駆動部23は、第1端が接地電圧VSSに連結され、第2端が対応するワードラインWLに連結される第1トランジスタN1、及び第1端がワードラインWLに連結され、第2端がMOSトランジスタP2の第1端に連結され、ゲートが第1トランジスタN1のゲートに共通に連結されて第1制御信号DSを受信する第2トランジスタP1を備える。
第1トランジスタN1は、NMOSトランジスタであり、第2トランジスタP1は、PMOSトランジスタである。しかし、これに限定されるものではないということは当業者ならば理解できるであろう。
正常動作モードで第2制御信号/CEは、ローレベルに発生され、MOSトランジスタP2がターンオンされる。ワードラインWLが選択される場合、第1制御信号DSは、ハイレベルを有する。第1制御信号DSは、ワードラインWLを選択するためのアドレスがデコーディングされた信号でありうる。
正常動作モードで、第1トランジスタN1はターンオンされ、第2トランジスタP1はターンオフされて、ワードラインWLは、第2電圧VSSレベルとなる。ここで第2電圧VSSレベルは、接地電圧レベルまたはこれに相応するローレベルである。
もし、ワードラインWLが非選択される場合、ローレベルを有する第1制御信号DSを入力されて、第1トランジスタN1はターンオフされ、第2トランジスタP1はターンオンされる。それにより、ワードラインWLは、第1電圧VCCレベルとなる。ここで、第1電圧VCCレベルは、電源電圧レベルまたはこれに相応するレベルである。
図4のワードライン駆動回路20が図2のワードライン駆動回路10−0と同一であれば、相変化メモリセルCを選択するために選択されたビットラインBLは、ハイレベルに設定され、非選択のビットラインBL、BL〜BLm−1は、ローレベルに設定される。それにより、選択された相変化メモリセルCで書き込みまたは読み出し動作が行われる。
待機動作モードにおけるワードライン駆動回路20の動作を説明する。
待機動作は、相変化メモリ装置が書き込みまたは読み出し動作を行わないモードである。待機動作で、あらゆるビットラインBL〜BLm−1は、ローレベルを維持し、あらゆるワードラインWL〜WLn−1は、本発明の実施形態によるワードライン駆動回路20によってフローティング状態を維持する。
あらゆるワードワードラインWL〜WLn−1がフローティング状態を維持することによって、待機動作モードで漏れ電流を減らし、不要な電力消費を減らすことができる。待機動作モードで第2制御信号/CEは、ハイレベルに発生する。ワードライン駆動回路20は、ハイレベルの第2制御信号/CEを入力されて、MOSトランジスタP2をターンオフさせる。
また、待機動作モードで第1制御信号DSは、常にローレベルを維持するので、第1トランジスタN1はターンオフされ、第2トランジスタP1はターンオンされる。しかし、第2制御信号/CEによってMOSトランジスタP2がターンオフ状態であるので、ワードラインWLは、フローティング状態を維持するようになる。
すなわち、待機動作モードでワードライン駆動回路20は、第2制御信号/CEに応答して、対応するワードラインWLをフローティング状態に維持させることによって、漏れ電流の発生を減少させることができる。この時、あらゆるビットラインBL〜BLm−1は、ローレベルに設定される。
図5は、本発明の他の実施形態によるワードライン駆動回路の構造を示す図である。
図5を参照すれば、ワードライン駆動回路30は、モード選択部35と電源電圧VCCとの間にダイオード型トランジスタP3をさらに備えることを除いては、図4のワードライン駆動回路20の構造と同一である。すなわち、モード選択部35及び駆動部33の構造が図4のモード選択部25及び駆動部23の構造と同一である。
ワードライン駆動回路30の待機動作モードでの動作方法及び正常動作モードで選択されたワードラインをローレベルにする動作方法は、ワードライン駆動回路20の対応する動作方法と同一である。したがって、その詳細な説明を省略する。
しかし、ダイオード型トランジスタP3は、ワードライン駆動回路30の正常動作モードで非選択のワードラインWLを電源電圧VCCレベルからダイオード型トランジスタP3のしきい電圧Vthを引いた電圧レベルVCC−Vthに維持させる。
それにより、正常動作モードで図4のワードライン駆動回路20の構造より漏れ電流をさらに減らして、不要な電力消費を減らすことができる。図6は、本発明のさらに他の実施形態によるワードライン駆動回路の構造を示す図である。
図6を参照すれば、ワードライン駆動回路40は、モード選択部45と駆動部43との間にダイオード型トランジスタN2をさらに備えることを除いては、図4のワードライン駆動回路20の構造と同一である。すなわち、モード選択部45と駆動部43の構造が図4のモード選択部25と駆動部23の構造と同一である。
ワードライン駆動回路40の待機動作モードでの動作方法及び正常動作モードで選択されたワードラインをローレベルにする動作方法は、ワードライン駆動回路20の対応する動作方法と同一である。したがって、その詳細な説明を省略する。
しかし、ダイオード型トランジスタN2は、ワードライン駆動回路40の正常動作モードで非選択のワードラインWLを電源電圧VCCレベルからダイオード型トランジスタN2のしきい電圧Vthを引いた電圧レベルVCC−Vthに維持させる。
それにより、正常動作モードで図4のワードライン駆動回路20の構造より漏れ電流をさらに減らして、不要な電力消費を減らすことができる。
本発明の実施形態による相変化メモリ装置の駆動方法は、正常動作モードで非選択のワードラインに第1電圧レベルを印加し、選択されたワードラインに第2電圧レベルを印加し、待機動作モードでワードラインをフローティング状態にする段階を含む。
特に、本発明の実施形態による相変化メモリ装置の駆動方法は、正常動作モードで選択されたビットラインに前記第1電圧レベルを印加し、非選択のビットラインに第2電圧レベルを印加し、待機動作モードでビットラインに前記第2電圧レベルを印加する段階をさらに含む。
本発明の実施形態による相変化メモリ装置の駆動方法は、図4ないし図6のワードライン駆動回路20、30、40を備える相変化メモリ装置のワードライン及びビットラインの選択または非選択の方法に関するものである。ワードライン駆動回路20、30、40を利用して、相変化メモリ装置のワードライン及びビットライン選択または非選択の方法については前述したので、その詳細な説明を省略する。
本発明の他の実施形態による相変化メモリ装置の駆動方法は、待機動作モードでビットラインに基準電圧を印加し、ワードラインをフローティング状態にする段階を含む。ここで、基準電圧は、接地電圧でありうる。
本発明の他の実施形態による相変化メモリ装置の駆動方法は、正常動作モードで選択されたビットラインに第1電圧レベルを印加し、非選択のビットラインに第2電圧レベルを印加し、選択されたワードラインに前記第2電圧レベルを印加し、非選択のワードラインに第1電圧レベルを印加する段階をさらに含みうる。
本発明の実施形態による相変化メモリ装置の駆動方法は、図4ないし図6のワードライン駆動回路20、30、40を備える相変化メモリ装置のワードライン及びビットラインの選択または非選択の方法に関するものである。ワードライン駆動回路20、30、40を利用して相変化メモリ装置のワードライン及びビットラインの選択または非選択の方法については前述したので、その詳細な説明を省略する。
以上、図面及び明細書で最適の実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは、単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。
したがって、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
本発明は、半導体メモリ装置関連の技術分野に好適に用いられる。
一般的な相変化メモリ装置の単位メモリセルの等価回路を示す図である。 図1の単位メモリセルから構成されたメモリセルアレイを備える相変化メモリ装置を示す図である。 図2のワードライン駆動回路の構造を示す図である。 本発明の実施形態によるワードライン駆動回路の構造を示す図である。 本発明の他の実施形態によるワードライン駆動回路の構造を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態によるワードライン駆動回路の構造を示す図である。
符号の説明
20 ワードライン駆動回路
23 駆動部
25 モード選択部
C メモリセル
/CE 第2制御信号
D ダイオード
DS 第1制御信号
GST 相変化物質
N1 第1トランジスタ
P1 第2トランジスタ
P2 MOSトランジスタ
VCC 第1電圧
VSS 第2電圧
WL ワードライン

Claims (22)

  1. 複数のワードラインを含む相変化メモリ装置の駆動方法において、
    正常動作モードで非選択のワードラインに第1電圧レベルを印加し、選択されたワードラインに第2電圧レベルを印加し、待機動作モードでワードラインをフローティング状態にする段階を含むことを特徴とする相変化メモリ装置の駆動方法。
  2. 前記相変化メモリ装置は、複数のビットラインをさらに備え、
    正常動作モードで非選択のビットラインに第1電圧レベルを印加し、選択されたビットラインに第2電圧レベルを印加し、待機動作モードでビットラインに前記第2電圧レベルを印加する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の相変化メモリ装置の駆動方法。
  3. 前記第1電圧レベルは、電源電圧レベルであり、前記第2電圧レベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項1に記載の相変化メモリ装置の駆動方法。
  4. 前記第1電圧レベルは、電源電圧レベルより低く、前記第2電圧レベルより高いレベルであり、前記第2電圧レベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項1に記載の相変化メモリ装置の駆動方法。
  5. 前記相変化メモリ装置は、相変化物質とダイオードとからなる複数のメモリセルを備えることを特徴とする請求項1に記載の相変化メモリ装置の駆動方法。
  6. 複数のワードライン及び複数のビットラインを備える相変化メモリ装置の動作方法において、
    待機動作モードでビットラインに基準電圧を印加し、ワードラインをフローティング状態にする段階を含むことを特徴とする相変化メモリ装置の動作方法。
  7. 前記基準電圧は、接地電圧であることを特徴とする請求項6に記載の相変化メモリ装置の動作方法。
  8. 正常動作モードで非選択のワードラインに第1電圧レベルを印加し、選択されたワードラインに第2電圧レベルを印加し、選択されたビットラインに第1電圧レベルを印加し、非選択のビットラインに第2電圧レベルを印加する段階をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の相変化メモリ装置の動作方法。
  9. 前記第1電圧レベルは、電源電圧レベルであり、前記第2電圧レベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項8に記載の相変化メモリ装置の動作方法。
  10. 前記第1電圧レベルは、電源電圧レベルより低く、前記第2電圧レベルより高いレベルであり、前記第2電圧レベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項8に記載の相変化メモリ装置の動作方法。
  11. 前記相変化メモリ装置は、相変化物質及びダイオードからなる複数のメモリセルを備えることを特徴とする請求項6に記載の相変化メモリ装置の動作方法。
  12. 対応するワードラインを駆動する複数のワードライン駆動回路を備える相変化メモリ装置において、前記ワードライン駆動回路のそれぞれは、
    第1制御信号に応答して対応する前記ワードラインを第1電圧レベルまたは第2電圧レベルにする駆動部と、
    前記相変化メモリ装置の動作モードによって、前記駆動部に前記第1電圧レベルを選択的に印加するモード選択部と、を備えることを特徴とする相変化メモリ装置。
  13. 前記モード選択部は、
    正常動作モードで前記駆動部に第1電圧レベルを印加し、待機動作モードで前記駆動部に第1電圧レベルを印加せず、
    前記それぞれの駆動部は、
    正常動作モードで対応する非選択のワードラインに第1電圧レベルを印加し、対応する選択されたワードラインに第2電圧レベルを印加し、
    前記対応するワードラインは、
    待機動作モードでフローティング状態になることを特徴とする請求項12に記載の相変化メモリ装置。
  14. 前記モード選択部は、
    第2制御信号に応答してターンオンまたはターンオフされるMOSトランジスタであり、
    前記第2制御信号は、
    正常動作モードでは、前記MOSトランジスタをターンオンさせ、待機動作モードでは、前記MOSトランジスタをターンオフさせることを特徴とする請求項12に記載の相変化メモリ装置。
  15. 前記第2制御信号は、
    チップイネーブル信号であることを特徴とする請求項14に記載の相変化メモリ装置。
  16. 前記駆動部は、
    接地電圧とそれに対応するワードラインとの間に連結される第1トランジスタと、
    前記MOSトランジスタとそれに対応するワードラインとの間に連結される第2トランジスタと、を備え、
    前記第1及び第2トランジスタのゲートは、前記第1制御信号を受信することを特徴とする請求項14に記載の相変化メモリ装置。
  17. 前記第1トランジスタは、NMOSトランジスタであり、前記第2トランジスタ及び前記MOSトランジスタは、PMOSトランジスタであることを特徴とする請求項16に記載の相変化メモリ装置。
  18. 前記第1電圧と前記MOSトランジスタとの間に連結されるダイオード型トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の相変化メモリ装置。
  19. 前記第2トランジスタと前記MOSトランジスタとの間に連結されたダイオード型トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の相変化メモリ装置。
  20. 前記第1電圧レベルは、電源電圧レベルであり、前記第2電圧レベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項12に記載の相変化メモリ装置。
  21. 前記第1電圧レベルは、電源電圧レベルより低く、前記第2電圧レベルより高いレベルであり、前記第2電圧レベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項12に記載の相変化メモリ装置。
  22. 前記相変化メモリ装置は、相変化物質及びダイオードからなる複数のメモリセルをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の相変化メモリ装置。
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