[go: up one dir, main page]

JP5454784B2 - Nonvolatile memory element and control method thereof - Google Patents

Nonvolatile memory element and control method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5454784B2
JP5454784B2 JP2010049389A JP2010049389A JP5454784B2 JP 5454784 B2 JP5454784 B2 JP 5454784B2 JP 2010049389 A JP2010049389 A JP 2010049389A JP 2010049389 A JP2010049389 A JP 2010049389A JP 5454784 B2 JP5454784 B2 JP 5454784B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
potential
conduction
switching element
variable resistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010049389A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011187109A (en
Inventor
和也 中山
章夫 北川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanazawa University NUC
Original Assignee
Kanazawa University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kanazawa University NUC filed Critical Kanazawa University NUC
Priority to JP2010049389A priority Critical patent/JP5454784B2/en
Publication of JP2011187109A publication Critical patent/JP2011187109A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5454784B2 publication Critical patent/JP5454784B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

本発明は、不揮発性記憶素子及びその制御方法に関し、特に、高速動作可能なSRAM(Static Random Access Memory)を用いた不揮発性記憶素子及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory element and a control method thereof, and more particularly, to a nonvolatile memory element using an SRAM (Static Random Access Memory) capable of high-speed operation and a control method thereof.

従来、揮発性のSRAMと可変素子とを用いて、高速動作可能で、かつ、電源を遮断した場合であっても値を保持することができる不揮発性の記憶素子の研究及び開発が行われている(例えば、非特許文献1参照)。   Conventionally, research and development of a nonvolatile memory element that can operate at high speed using a volatile SRAM and a variable element and can retain a value even when the power is cut off have been performed. (For example, refer nonpatent literature 1).

非特許文献1には、SRAMのメモリセルを構成するインバータ部が有する2つの端子のそれぞれに、可変素子を接続する技術が記載されている。これにより、電源を遮断する前に、インバータ部に保持された値、すなわち、2つの端子の電位によって、可変素子の抵抗値又は容量値を変化させることで、インバータ部に保持された値を2つの可変素子に保持させている。   Non-Patent Document 1 describes a technique in which a variable element is connected to each of two terminals of an inverter unit constituting an SRAM memory cell. As a result, the value held in the inverter unit by changing the resistance value or the capacitance value of the variable element according to the value held in the inverter unit, that is, the potential of the two terminals, before the power supply is cut off. It is held by two variable elements.

“Design and Application of Ferroelectric Memory Based Nonvolatile SRAM” IEICE TRANS.ELECTRON., VOL. E87-C, NO. 11 NOVEMBER 2004“Design and Application of Ferroelectric Memory Based Nonvolatile SRAM” IEICE TRANS.ELECTRON., VOL. E87-C, NO. 11 NOVEMBER 2004

しかしながら、上記従来技術によれば、使用時及び製造時における故障率、及び、消費電力を十分に低くすることができないという課題がある。   However, according to the above prior art, there is a problem that the failure rate and power consumption at the time of use and manufacture cannot be sufficiently reduced.

具体的には、上記従来技術によれば、1つのセルが2個の不揮発な可変素子を有するため、いずれか一方が故障した場合は、他方の可変素子が正常であっても、このセルを利用することはできない。また、2個の可変素子の抵抗値又は電荷量を変化させる必要があるため、消費電力も多く必要となる。   Specifically, according to the above prior art, since one cell has two nonvolatile variable elements, if one of them fails, this cell is not connected even if the other variable element is normal. It cannot be used. Moreover, since it is necessary to change the resistance value or the amount of electric charge of two variable elements, much power consumption is also required.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、故障率及び消費電力を充分に低くすることができる不揮発性記憶素子及びその制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory element that can sufficiently reduce a failure rate and power consumption and a control method thereof.

上記課題を解決するため、本発明に係る不揮発性記憶素子は、複数のメモリセルが配列された不揮発性記憶素子であって、前記複数のメモリセルのそれぞれは、第1端子と第2端子とを有するインバータ部と、前記第1端子と第1ビット線との間に配置され、前記第1端子と前記第1ビット線との導通及び非導通を切り替える第1選択スイッチング素子と、前記第2端子と第2ビット線との間に配置され、前記第2端子と前記第2ビット線との導通及び非導通を切り替える第2選択スイッチング素子と、一端が前記第1端子に接続された第1固定抵抗と、前記第1固定抵抗の他端と信号線との間に配置され、前記第1固定抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第1制御スイッチング素子と、一端が前記第2端子に接続され、前記第1固定抵抗より高抵抗又は低抵抗となることが可能な不揮発の可変抵抗と、前記可変抵抗の他端と前記信号線との間に配置され、前記可変抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第2制御スイッチング素子とを備える。   In order to solve the above problems, a nonvolatile memory element according to the present invention is a nonvolatile memory element in which a plurality of memory cells are arranged, and each of the plurality of memory cells includes a first terminal, a second terminal, An inverter unit including: a first selection switching element that is disposed between the first terminal and the first bit line and switches between conduction and non-conduction between the first terminal and the first bit line; A second selection switching element disposed between the terminal and the second bit line and switching between conduction and non-conduction between the second terminal and the second bit line; and a first terminal having one end connected to the first terminal A fixed resistor, a first control switching element disposed between the other end of the first fixed resistor and the signal line, and for switching between conduction and non-conduction between the other end of the first fixed resistor and the signal line; and one end Is connected to the second terminal. A non-volatile variable resistor that can be higher or lower in resistance than the first fixed resistor, and disposed between the other end of the variable resistor and the signal line, and the other end of the variable resistor and the signal line And a second control switching element that switches between conduction and non-conduction.

これにより、メモリセルが1つの可変抵抗と1つの固定抵抗とを備えるので、2つの可変抵抗を備えている従来の技術に比べて、故障率及び消費電力を充分に低くすることができる。つまり、本発明に係る不揮発性記憶素子によれば、1個の可変素子で不揮発性記憶素子を実現することができるので、従来の2個の可変素子を備える場合に比べて、素子劣化によりメモリが故障する可能性を低くすることができる。また、2個の可変素子の値を書き換えるよりも、1個の可変素子の値を書き換える方が消費電力も少なくすることができる。   Thereby, since the memory cell includes one variable resistor and one fixed resistor, the failure rate and the power consumption can be sufficiently reduced as compared with the conventional technique including two variable resistors. In other words, according to the nonvolatile memory element according to the present invention, the nonvolatile memory element can be realized by one variable element. Therefore, compared with the conventional case where two variable elements are provided, the memory is deteriorated due to element degradation. Can reduce the possibility of failure. In addition, the power consumption can be reduced by rewriting the value of one variable element, rather than rewriting the value of two variable elements.

また、前記第2制御スイッチング素子は、ゲートが第1制御線に接続され、ソース及びドレインの一方が前記可変抵抗の他端に接続され、ソース及びドレインの他方が前記信号線に接続されたnMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタと、ゲートが第2制御線に接続され、ソース及びドレインの一方が前記可変抵抗の他端に接続され、ソース及びドレインの他方が前記信号線に接続されたpMOSトランジスタとを備え、前記第1制御線と前記第2制御線とには、互いに異なる極性の電圧が印加されてもよい。   The second control switching element includes an nMOS having a gate connected to the first control line, one of a source and a drain connected to the other end of the variable resistor, and the other of the source and the drain connected to the signal line. A (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a pMOS transistor having a gate connected to the second control line, one of a source and a drain connected to the other end of the variable resistor, and the other of the source and the drain connected to the signal line And voltages having different polarities may be applied to the first control line and the second control line.

これにより、pMOSトランジスタとnMOSトランジスタとを並列接続したスイッチを利用することで、当該スイッチにかかる電圧を少なくすることができ、消費電力を低減することができる。本発明に係る不揮発性記憶素子の構成では、信号線を低電位に設定する場合は、nMOSトランジスタをスイッチとして利用するのが好ましく、信号線を高電位に設定する場合は、pMOSトランジスタをスイッチとして利用するのが好ましい。したがって、pMOSトランジスタとnMOSトランジスタとを並列接続させ、同時に導通及び非導通を切り替えることで、当該スイッチにかかる電圧を少なくすることができる。   Thereby, by using a switch in which a pMOS transistor and an nMOS transistor are connected in parallel, a voltage applied to the switch can be reduced, and power consumption can be reduced. In the configuration of the nonvolatile memory element according to the present invention, the nMOS transistor is preferably used as a switch when the signal line is set to a low potential, and the pMOS transistor is used as a switch when the signal line is set to a high potential. It is preferable to use it. Therefore, the voltage applied to the switch can be reduced by connecting the pMOS transistor and the nMOS transistor in parallel and simultaneously switching between conduction and non-conduction.

また、前記複数のメモリセルのうち少なくとも1つのメモリセルは、さらに、一端が前記第1固定抵抗に接続された第2固定抵抗と、前記第2固定抵抗の他端と前記信号線との間に配置され、前記第2固定抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第3制御スイッチング素子とを備えてもよい。   In addition, at least one memory cell among the plurality of memory cells further includes a second fixed resistor having one end connected to the first fixed resistor, and the other end of the second fixed resistor and the signal line. And a third control switching element that switches between conduction and non-conduction between the other end of the second fixed resistor and the signal line.

これにより、複数の固定抵抗を利用することで、複数の値を保持させることが可能となる。したがって、例えば、全てのメモリセルを、2つの固定抵抗を備えるメモリセルで構成することで、記憶容量を2倍にすることができる。また、複数のメモリセルの2つに1つを、2つの固定抵抗を備えるメモリセルにすることで、メモリセルアレイの面積を小さくすることができる。   Thus, a plurality of values can be held by using a plurality of fixed resistors. Therefore, for example, by configuring all memory cells with memory cells having two fixed resistors, the storage capacity can be doubled. Further, the area of the memory cell array can be reduced by using one of the plurality of memory cells as a memory cell having two fixed resistors.

また、本発明に係る不揮発性記憶素子の制御方法は、上記の不揮発性記憶素子の制御方法であって、前記第1ビット線と前記第2ビット線とに所定の電圧を印加して、又は、所定の電流を流して、前記第1固定抵抗及び前記可変抵抗に電流を流すことで、前記第1端子と前記第2端子とに異なる電位を発生させる電位発生ステップと、前記インバータ部に接続された電源線に電力を供給する電源投入ステップとを含む。   The non-volatile memory element control method according to the present invention is the non-volatile memory element control method described above, wherein a predetermined voltage is applied to the first bit line and the second bit line, or A potential generating step of generating a different potential at the first terminal and the second terminal by flowing a current through the first fixed resistor and the variable resistor, and connecting to the inverter unit A power-on step for supplying power to the power line.

これにより、可変抵抗の抵抗値と固定抵抗の抵抗値とに応じた電位が第1端子及び第2端子にそれぞれ発生するので、可変抵抗と固定抵抗との抵抗値の大小関係を予め設定しておくことで、電源投入後の第1端子と第2端子との電位の関係を確実に決定することができる。例えば、可変抵抗の抵抗値が固定抵抗の抵抗値より大きい場合は、第2端子の電位が第1端子の電位より大きくなり、可変抵抗の抵抗値が固定抵抗の抵抗値より小さい場合は、第2端子の電位が第1端子の電位より小さくなるので、抵抗値の大小関係をインバータ部に書き込むことができる。   As a result, a potential corresponding to the resistance value of the variable resistor and the resistance value of the fixed resistor is generated at the first terminal and the second terminal, respectively. Therefore, the magnitude relationship between the resistance values of the variable resistor and the fixed resistor is set in advance. Thus, the potential relationship between the first terminal and the second terminal after power-on can be reliably determined. For example, when the resistance value of the variable resistor is larger than the resistance value of the fixed resistor, the potential of the second terminal is larger than the potential of the first terminal, and when the resistance value of the variable resistor is smaller than the resistance value of the fixed resistor, Since the potential at the two terminals is smaller than the potential at the first terminal, the magnitude relationship between the resistance values can be written in the inverter unit.

また、前記電位発生ステップでは、前記第1ビット線と前記第2ビット線とに前記所定の電圧を印加し、前記第1選択スイッチング素子と前記第2選択スイッチング素子とを導通させ、前記第1制御スイッチング素子と前記第2制御スイッチング素子とにより前記第1固定抵抗及び前記可変抵抗に流れる電流を制御することで、前記第1端子と前記第2端子とに異なる電位を発生させてもよい。   Further, in the potential generating step, the predetermined voltage is applied to the first bit line and the second bit line, the first selection switching element and the second selection switching element are made conductive, and the first selection switching element is made conductive. Different currents may be generated at the first terminal and the second terminal by controlling the currents flowing through the first fixed resistor and the variable resistor by the control switching element and the second control switching element.

これにより、制御スイッチング素子を用いて可変抵抗及び固定抵抗に流れる電流量を制御することで、可変抵抗の抵抗値と固定抵抗の抵抗値とに応じた電位が第1端子及び第2端子にそれぞれ発生するので、可変抵抗と固定抵抗との抵抗値の大小関係を予め設定しておくことで、電源投入後の第1端子と第2端子との電位の関係を確実に決定することができる。   Thus, by controlling the amount of current flowing through the variable resistor and the fixed resistor using the control switching element, the potential corresponding to the resistance value of the variable resistor and the resistance value of the fixed resistor is respectively applied to the first terminal and the second terminal. Therefore, by setting in advance the magnitude relationship between the resistance values of the variable resistor and the fixed resistor, the potential relationship between the first terminal and the second terminal after power-on can be determined reliably.

また、前記電位発生ステップでは、前記第1ビット線と前記第2ビット線とに前記所定の電流を流し、前記第1選択スイッチング素子と、前記第2選択スイッチング素子と、前記第1制御スイッチング素子と、前記第2制御スイッチング素子とを導通させることで、前記第1端子と前記第2端子とに異なる電位を発生させてもよい。   In the potential generation step, the predetermined current is passed through the first bit line and the second bit line, and the first selection switching element, the second selection switching element, and the first control switching element Further, different potentials may be generated at the first terminal and the second terminal by conducting the second control switching element.

これにより、可変抵抗の抵抗値と固定抵抗の抵抗値とに応じた電位が第1端子及び第2端子にそれぞれ発生するので、可変抵抗と固定抵抗との抵抗値の大小関係を予め設定しておくことで、電源投入後の第1端子と第2端子との電位の関係を確実に決定することができる。   As a result, a potential corresponding to the resistance value of the variable resistor and the resistance value of the fixed resistor is generated at the first terminal and the second terminal, respectively. Therefore, the magnitude relationship between the resistance values of the variable resistor and the fixed resistor is set in advance. Thus, the potential relationship between the first terminal and the second terminal after power-on can be reliably determined.

また、前記電源投入ステップでは、前記第1ビット線と前記第2ビット線とに前記電流を流した状態で、前記電力を投入してもよい。   In the power-on step, the power may be turned on with the current flowing through the first bit line and the second bit line.

これにより、可変抵抗及び固定抵抗から、安定的にインバータ部に値を書き込むことができる。   Thereby, a value can be stably written in the inverter unit from the variable resistor and the fixed resistor.

また、前記不揮発性記憶素子の制御方法は、さらに、前記電力を供給後に、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より低い電位に設定するとともに、前記第2選択スイッチング素子を非導通にし、前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流すことで、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より低抵抗にする初期化ステップを含んでもよい。   The method for controlling the nonvolatile memory element may further include lowering the signal line than the potential of the second terminal when the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal after supplying the power. The variable resistance is set to be lower in resistance than the first fixed resistance by setting the potential, turning off the second selection switching element, turning on the second control switching element, and passing a current through the variable resistance. An initialization step may be included.

これにより、電源遮断時に備えて、予め抵抗値を初期化しておく(低抵抗化しておく)ことができる。   Thereby, it is possible to initialize the resistance value in advance (to reduce the resistance) in preparation for when the power is shut off.

また、上記の不揮発性記憶素子の制御方法であって、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より高抵抗にし、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より低い場合に、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より低抵抗にするストアステップを含んでもよい。   Further, in the above-described non-volatile memory element control method, when the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal, the variable resistor is set to have a higher resistance than the first fixed resistor, and the second When the terminal potential is lower than the first terminal potential, a store step may be included in which the variable resistance is lower than the first fixed resistance.

これにより、インバータ部の2つの端子に現れる電位差を、可変抵抗と固定抵抗との抵抗値の大小関係として保持させることができる。   Thereby, the potential difference appearing at the two terminals of the inverter unit can be held as a magnitude relationship between the resistance values of the variable resistor and the fixed resistor.

また、前記ストアステップでは、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より低い電位に設定するとともに、前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流すことで、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より高抵抗にしてもよい。   In the storing step, when the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential lower than the potential of the second terminal, and the second control switching element is The variable resistor may be made higher in resistance than the first fixed resistor by conducting the current to the variable resistor.

これにより、電流の向き又は大きさによって抵抗値が変化する可変抵抗を用いて、インバータ部の2つの端子に保持された値を、可変抵抗と固定抵抗との抵抗値の大小関係として保持させることができる。   As a result, using the variable resistor whose resistance value changes depending on the direction or magnitude of the current, the value held at the two terminals of the inverter unit is held as the magnitude relationship between the resistance value of the variable resistor and the fixed resistor. Can do.

また、前記ストアステップでは、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より低い電位に、かつ、前記第2ビット線を前記第2端子の電位以上の電位に設定するとともに、前記第2選択スイッチング素子及び前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流してもよい。   In the storing step, when the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential lower than the potential of the second terminal, and the second bit line is set to the first bit. While setting the electric potential more than the electric potential of 2 terminals, you may make an electric current flow through the said variable resistance by making the said 2nd selection switching element and the said 2nd control switching element into conduction.

これにより、ビット線を利用することで電流供給能力を高めることができる。   Thereby, the current supply capability can be increased by using the bit line.

また、前記ストアステップでは、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より低い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より高い電位に設定するとともに、前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流すことで、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より低抵抗にしてもよい。   In the storing step, when the potential of the second terminal is lower than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential higher than the potential of the second terminal, and the second control switching element is The variable resistor may be made lower in resistance than the first fixed resistor by conducting the current to the variable resistor.

これにより、電流の向き又は大きさによって抵抗値が変化する可変抵抗を用いて、インバータ部の2つの端子に保持された値を、可変抵抗と固定抵抗との抵抗値の大小関係として保持させることができる。   As a result, using the variable resistor whose resistance value changes depending on the direction or magnitude of the current, the value held at the two terminals of the inverter unit is held as the magnitude relationship between the resistance value of the variable resistor and the fixed resistor. Can do.

また、前記ストアステップでは、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より低い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より高い電位に、かつ、前記第2ビット線を前記第2端子の電位以下の電位に設定するとともに、前記第2選択スイッチング素子及び前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流してもよい。   In the storing step, when the potential of the second terminal is lower than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential higher than the potential of the second terminal, and the second bit line is set to the first bit. The potential may be set to a potential equal to or lower than the potential of the two terminals, and the second selection switching element and the second control switching element may be turned on to pass a current through the variable resistor.

これにより、ビット線を利用することで電流供給能力を高めることができる。   Thereby, the current supply capability can be increased by using the bit line.

本発明によれば、故障率及び消費電力を充分に低くすることができる。   According to the present invention, the failure rate and power consumption can be sufficiently reduced.

実施の形態1に係る不揮発性記憶素子の回路構成の一例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子のリコール動作を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a recall operation of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子のリコール動作を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a recall operation of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子の初期化処理(セット動作)の一例を説明するための図である。6 is a diagram for explaining an example of initialization processing (set operation) of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子のリセット動作の一例を説明するための図である。7 is a diagram for explaining an example of a reset operation of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子のセット動作の一例を説明するための図である。6 is a diagram for explaining an example of a setting operation of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子のセット動作の別の一例を説明するための図である。6 is a diagram for explaining another example of the setting operation of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子のセット動作の別の一例を説明するための図である。6 is a diagram for explaining another example of the setting operation of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る不揮発性記憶素子のセット動作の別の一例を説明するための図である。6 is a diagram for explaining another example of the setting operation of the nonvolatile memory element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る不揮発性記憶素子の回路構成の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a nonvolatile memory element according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係る不揮発性記憶素子の回路構成の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a nonvolatile memory element according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る不揮発性記憶素子の抵抗値を最適化する処理を説明するための図である。12 is a diagram for explaining a process of optimizing the resistance value of the nonvolatile memory element according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る不揮発性記憶素子の抵抗値を最適化する処理を説明するための図である。12 is a diagram for explaining a process of optimizing the resistance value of the nonvolatile memory element according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る不揮発性記憶素子の回路構成の別の一例を示す図である。6 is a diagram showing another example of a circuit configuration of a nonvolatile memory element according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る不揮発性記憶素子のセルの配置の一例を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of a cell arrangement of a nonvolatile memory element according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る不揮発性記憶素子のセルの配置の一例を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of a cell arrangement of a nonvolatile memory element according to Embodiment 3. FIG.

以下、本発明に係る不揮発性記憶素子及びその制御方法について、実施の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a nonvolatile memory element and a control method thereof according to the present invention will be described in detail based on embodiments.

(実施の形態1)
実施の形態1に係る不揮発性記憶素子は、複数のメモリセルが配列された不揮発性記憶素子であって、複数のメモリセルのそれぞれは、第1端子と第2端子とを有するインバータ部と、第1端子と第1ビット線との導通及び非導通を切り替える第1選択スイッチング素子と、第2端子と第2ビット線との間に配置され、第2端子と第2ビット線との導通及び非導通を切り替える第2選択スイッチング素子と、一端が第1端子に接続された固定抵抗と、固定抵抗の他端と信号線との間に配置され、固定抵抗の他端と信号線との導通及び非導通を切り替える第1制御スイッチング素子と、一端が第2端子に接続され、第1固定抵抗より高抵抗又は低抵抗となることが可能な可変抵抗と、可変抵抗の他端と信号線との間に配置され、可変抵抗の他端と信号線との導通及び非導通を切り替える第2制御スイッチング素子とを備えることを特徴とする。つまり、インバータ部が有する2つの端子の一方には固定抵抗が接続され、他方には可変抵抗が接続され、可変抵抗の抵抗値を変化させることで、電源が遮断された場合でも、インバータ部に保持させた値を保持することを特徴する。
(Embodiment 1)
The nonvolatile memory element according to Embodiment 1 is a nonvolatile memory element in which a plurality of memory cells are arranged, and each of the plurality of memory cells includes an inverter unit having a first terminal and a second terminal; A first selection switching element that switches between conduction and non-conduction between the first terminal and the first bit line; and a conduction between the second terminal and the second bit line, disposed between the second terminal and the second bit line. A second selection switching element for switching non-conduction, a fixed resistor having one end connected to the first terminal, and the other end of the fixed resistor and the signal line are arranged, and the other end of the fixed resistor and the signal line are electrically connected. And a first control switching element for switching between non-conduction, a variable resistor having one end connected to the second terminal and capable of being higher or lower than the first fixed resistor, the other end of the variable resistor, and a signal line Placed between the other end of the variable resistor Characterized in that it comprises a second control switching element for switching conduction and non-conduction of the signal line. That is, a fixed resistor is connected to one of the two terminals of the inverter unit, a variable resistor is connected to the other, and even if the power supply is shut off by changing the resistance value of the variable resistor, the inverter unit It is characterized by holding the held value.

図1は、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100の回路構成の一例を示す図である。なお、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100は、複数のメモリセルが二次元状に配列されて構成されており、図1は、当該複数のメモリセルのうちの1つのメモリセルを示している。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the nonvolatile memory element 100 according to the first embodiment. Note that the nonvolatile memory element 100 according to Embodiment 1 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of memory cells, and FIG. 1 shows one of the plurality of memory cells. ing.

1つのメモリセルは、図1に示すように、インバータ部110と、選択トランジスタ120及び121と、制御トランジスタ122及び123と、固定抵抗130と、可変抵抗131とを備える。   As shown in FIG. 1, one memory cell includes an inverter unit 110, selection transistors 120 and 121, control transistors 122 and 123, a fixed resistor 130, and a variable resistor 131.

インバータ部110は、第1端子(端子A)と第2端子(端子B)とを備え、端子Aと端子Bとに現れる電位差によって、1ビットの値を記憶する。インバータ部110は、例えば、図1に示すように、pMOSトランジスタ111及び113と、nMOSトランジスタ112及び114とを備える。つまり、インバータ部110は、pMOSトランジスタ111及びnMOSトランジスタ112から構成されるCMOSインバータと、pMOSトランジスタ113及びnMOSトランジスタ114から構成されるCMOSインバータとの2つのCMOSインバータが接続されて構成されている。   The inverter unit 110 includes a first terminal (terminal A) and a second terminal (terminal B), and stores a 1-bit value based on a potential difference appearing between the terminal A and the terminal B. For example, as shown in FIG. 1, the inverter unit 110 includes pMOS transistors 111 and 113 and nMOS transistors 112 and 114. That is, the inverter unit 110 is configured by connecting two CMOS inverters, that is, a CMOS inverter composed of a pMOS transistor 111 and an nMOS transistor 112 and a CMOS inverter composed of a pMOS transistor 113 and an nMOS transistor 114.

具体的には、pMOSトランジスタ111のゲートとnMOSトランジスタ112のゲートとは、端子Bに接続されている。pMOSトランジスタ111のソースは、電源線142に接続されている。また、pMOSトランジスタ111のドレインは、端子Aと、nMOSトランジスタ112のドレインとに接続されている。nMOSトランジスタ112のソースは、接地されている。   Specifically, the gate of the pMOS transistor 111 and the gate of the nMOS transistor 112 are connected to the terminal B. The source of the pMOS transistor 111 is connected to the power supply line 142. The drain of the pMOS transistor 111 is connected to the terminal A and the drain of the nMOS transistor 112. The source of the nMOS transistor 112 is grounded.

また、pMOSトランジスタ113のゲートとnMOSトランジスタ114のゲートとは、端子Aに接続されている。pMOSトランジスタ113のソースは、電源線142に接続されている。また、pMOSトランジスタ113のドレインは、端子Bと、nMOSトランジスタ114のドレインとに接続されている。nMOSトランジスタ114のソースは、接地されている。   The gate of the pMOS transistor 113 and the gate of the nMOS transistor 114 are connected to the terminal A. The source of the pMOS transistor 113 is connected to the power supply line 142. The drain of the pMOS transistor 113 is connected to the terminal B and the drain of the nMOS transistor 114. The source of the nMOS transistor 114 is grounded.

選択トランジスタ120は、第1選択スイッチング素子の一例であって、値の書き込み又は読み出しの際に、メモリセルを選択するためのスイッチング素子の一例である。選択トランジスタ120は、端子Aとビット線140との間に配置され、ビット線140と端子Aとの導通及び非導通を切り替える。すなわち、選択トランジスタ120は、ビット線140と端子Aとを電気的に接続又は遮断する。   The selection transistor 120 is an example of a first selection switching element, and is an example of a switching element for selecting a memory cell when writing or reading a value. The selection transistor 120 is disposed between the terminal A and the bit line 140 and switches between conduction and non-conduction between the bit line 140 and the terminal A. That is, the selection transistor 120 electrically connects or disconnects the bit line 140 and the terminal A.

例えば、選択トランジスタ120は、nMOSトランジスタであり、選択トランジスタ120のゲートは、ワード線143に接続されている。また、選択トランジスタ120のソース及びドレインの一方は、ビット線140に接続されており、他方は、端子Aに接続されている。   For example, the selection transistor 120 is an nMOS transistor, and the gate of the selection transistor 120 is connected to the word line 143. One of the source and the drain of the selection transistor 120 is connected to the bit line 140 and the other is connected to the terminal A.

選択トランジスタ121は、第2選択スイッチング素子の一例であって、値の書き込み又は読み出しの際に、メモリセルを選択するためのスイッチング素子の一例である。選択トランジスタ121は、端子Bとビット線141との間に配置され、ビット線141と端子Bとの導通及び非導通を切り替える。   The selection transistor 121 is an example of a second selection switching element, and is an example of a switching element for selecting a memory cell when writing or reading a value. The selection transistor 121 is disposed between the terminal B and the bit line 141 and switches between conduction and non-conduction between the bit line 141 and the terminal B.

例えば、選択トランジスタ121は、nMOSトランジスタであり、選択トランジスタ121のゲートは、ワード線143に接続されている。また、選択トランジスタ121のソース及びドレインの一方は、ビット線141に接続されており、他方は、端子Bに接続されている。   For example, the selection transistor 121 is an nMOS transistor, and the gate of the selection transistor 121 is connected to the word line 143. In addition, one of the source and the drain of the selection transistor 121 is connected to the bit line 141, and the other is connected to the terminal B.

制御トランジスタ122は、第1制御スイッチング素子の一例であって、固定抵抗130に電流を流すか否かを選択するためのスイッチング素子の一例である。制御トランジスタ122は、固定抵抗130と信号線144との間に配置され、固定抵抗130と信号線144との導通及び非導通を切り替える。   The control transistor 122 is an example of a first control switching element, and is an example of a switching element for selecting whether or not a current flows through the fixed resistor 130. The control transistor 122 is disposed between the fixed resistor 130 and the signal line 144 and switches between conduction and non-conduction between the fixed resistor 130 and the signal line 144.

例えば、制御トランジスタ122は、nMOSトランジスタであり、制御トランジスタ122のゲートは、制御線145に接続されている。また、制御トランジスタ122のソース及びドレインの一方は、固定抵抗130に接続されており、他方は、信号線144に接続されている。   For example, the control transistor 122 is an nMOS transistor, and the gate of the control transistor 122 is connected to the control line 145. One of the source and the drain of the control transistor 122 is connected to the fixed resistor 130, and the other is connected to the signal line 144.

制御トランジスタ123は、第2制御スイッチング素子の一例であって、可変抵抗131に電流を流すか否かを選択するためのスイッチング素子の一例である。制御トランジスタ123は、可変抵抗131と信号線144との間に配置され、可変抵抗131と信号線144との導通及び非導通を切り替える。   The control transistor 123 is an example of a second control switching element, and is an example of a switching element for selecting whether or not to pass a current through the variable resistor 131. The control transistor 123 is disposed between the variable resistor 131 and the signal line 144 and switches between conduction and non-conduction between the variable resistor 131 and the signal line 144.

例えば、制御トランジスタ123は、nMOSトランジスタであり、制御トランジスタ123のゲートは、制御線145に接続されている。また、制御トランジスタ123のソース及びドレインの一方は、可変抵抗131に接続されており、他方は、信号線144に接続されている。   For example, the control transistor 123 is an nMOS transistor, and the gate of the control transistor 123 is connected to the control line 145. One of the source and drain of the control transistor 123 is connected to the variable resistor 131, and the other is connected to the signal line 144.

固定抵抗130は、予め定められた一定の抵抗値を有する。固定抵抗130の一端は、端子Aに接続され、他端は、制御トランジスタ122のソース及びドレインの一方に接続されている。   Fixed resistor 130 has a predetermined fixed resistance value. One end of the fixed resistor 130 is connected to the terminal A, and the other end is connected to one of the source and the drain of the control transistor 122.

可変抵抗131は、固定抵抗130より高抵抗又は低抵抗となることが可能である不揮発の可変抵抗である。なお、不揮発の可変抵抗とは、電力が供給されていなくても、抵抗状態を維持することが可能な抵抗のことである。可変抵抗131の一端は、端子Bに接続され、他端は、制御トランジスタ123のソース及びドレインの一方に接続されている。   The variable resistor 131 is a nonvolatile variable resistor that can be higher or lower in resistance than the fixed resistor 130. Note that the nonvolatile variable resistance is a resistance that can maintain a resistance state even when power is not supplied. One end of the variable resistor 131 is connected to the terminal B, and the other end is connected to one of the source and drain of the control transistor 123.

例えば、可変抵抗131は、相変化型抵抗素子であり、具体的には、カルコゲナイド半導体から構成される。なお、カルコゲナイド半導体は、カルコゲン元素(S(硫黄)、Se(セレン)、Te(テルル)など)を含む非晶質半導体である。カルコゲナイド半導体は、高抵抗状態で数100kΩとなり、低抵抗状態で数100〜数kΩとなる。   For example, the variable resistor 131 is a phase change type resistance element, and specifically, is composed of a chalcogenide semiconductor. Note that the chalcogenide semiconductor is an amorphous semiconductor containing a chalcogen element (S (sulfur), Se (selenium), Te (tellurium), or the like). A chalcogenide semiconductor has several hundreds kΩ in a high resistance state and several hundreds to several kΩ in a low resistance state.

可変抵抗131がカルコゲナイド半導体から構成される場合、高電流(例えば、100μA)を流すことで、可変抵抗131は高抵抗状態に遷移し、低電流(例えば、50μA)を流すことで、可変抵抗131は低抵抗状態に遷移する。なお、後述するように、可変抵抗131を高抵抗状態にすることをリセット動作と呼び、可変抵抗131を低抵抗状態にすることをセット動作と呼ぶ。   When the variable resistor 131 is formed of a chalcogenide semiconductor, the variable resistor 131 transitions to a high resistance state by flowing a high current (for example, 100 μA), and the variable resistor 131 is flowed by flowing a low current (for example, 50 μA). Transitions to a low resistance state. As will be described later, setting the variable resistor 131 to a high resistance state is called a reset operation, and setting the variable resistor 131 to a low resistance state is called a set operation.

また、可変抵抗131は、流れる電流の向き、すなわち、印加する電圧の極性に応じて高抵抗状態と低抵抗状態とが遷移する酸化物、又は、磁気抵抗変化素子などを用いてもよい。   The variable resistor 131 may be an oxide that changes between a high resistance state and a low resistance state according to the direction of the flowing current, that is, the polarity of the applied voltage, or a magnetoresistive change element.

以上の構成により、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100は、電源が投入されている期間では、インバータ部110を利用して高速に値の読み書き(SRAM動作)を実行することができるとともに、電源が遮断されている期間では、固定抵抗130及び可変抵抗131を利用して値を保持させることができる。   With the above configuration, the nonvolatile memory element 100 according to Embodiment 1 can execute reading and writing of values (SRAM operation) at high speed using the inverter unit 110 during the period when the power is turned on. In the period when the power is cut off, the fixed resistor 130 and the variable resistor 131 can be used to hold the value.

なお、ビット線140及び141、電源線142、ワード線143、信号線144、並びに、制御線145は、メモリセルの並ぶ方向(縦及び横方向)にそれぞれ配置されている。各線には、それぞれ電圧源又は電流源などを有する制御部(図示せず)が接続されている。   The bit lines 140 and 141, the power supply line 142, the word line 143, the signal line 144, and the control line 145 are arranged in the memory cell arrangement direction (vertical and horizontal directions), respectively. Each line is connected to a control unit (not shown) having a voltage source or a current source.

続いて、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100の動作について説明する。なお、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100の動作は、大きく分けて、(1)リコール動作、(2)SRAM動作、及び、(3)ストア動作の3つの動作がある。以下では、これらの動作について順に説明する。   Subsequently, the operation of the nonvolatile memory element 100 according to Embodiment 1 will be described. The operation of the nonvolatile memory element 100 according to Embodiment 1 is roughly divided into three operations: (1) recall operation, (2) SRAM operation, and (3) store operation. Hereinafter, these operations will be described in order.

(1.リコール動作)
まず、リコール動作について説明する。
(1. Recall operation)
First, the recall operation will be described.

リコール動作とは、電源が遮断されている期間に不揮発性メモリ部に保持されていた値を、電源投入時にインバータ部110に書き込む動作のことである。なお、不揮発性メモリ部は、固定抵抗130及び可変抵抗131のことである。具体的には、固定抵抗130の抵抗値と可変抵抗131の抵抗値との大小の関係により、不揮発性メモリ部は、電源が遮断されている期間においても、値を保持している。   The recall operation is an operation in which a value held in the nonvolatile memory unit during a period in which the power is cut off is written to the inverter unit 110 when the power is turned on. Note that the nonvolatile memory unit refers to the fixed resistor 130 and the variable resistor 131. Specifically, due to the magnitude relationship between the resistance value of the fixed resistor 130 and the resistance value of the variable resistor 131, the nonvolatile memory unit holds the value even during a period in which the power supply is shut off.

電源が遮断されている期間では、ビット線140及び141、電源線142、ワード線143、信号線144、並びに、制御線145は、全てLowレベル(例えば、電位0)に設定されている。   In the period in which the power supply is shut off, the bit lines 140 and 141, the power supply line 142, the word line 143, the signal line 144, and the control line 145 are all set to a low level (for example, potential 0).

まず、図2Aに示すように、ビット線140及び141に定電圧を印加し、ワード線143をHighレベルに設定することで、選択トランジスタ120及び121を導通させ、かつ、制御線145を所定の電位に設定することで、制御トランジスタ122及び123を流れる電流、すなわち、可変抵抗131及び固定抵抗130に流れる電流を制御する。例えば、ビット線140及び141には1〜3Vの低電圧を印加し、ワード線143及び制御線145には、0.4〜1.0Vの電圧を印加する。つまり、ビット線140及び141に印加する電圧を固定した場合であっても、制御線145に印加する電圧を制御することにより、固定抵抗130及び可変抵抗131に流れる電流を制御することができる。なお、後述するストア動作及び初期化動作についても同様である。   First, as shown in FIG. 2A, by applying a constant voltage to the bit lines 140 and 141 and setting the word line 143 to a high level, the selection transistors 120 and 121 are turned on, and the control line 145 is set to a predetermined level. By setting the potential, the current flowing through the control transistors 122 and 123, that is, the current flowing through the variable resistor 131 and the fixed resistor 130 is controlled. For example, a low voltage of 1 to 3 V is applied to the bit lines 140 and 141, and a voltage of 0.4 to 1.0 V is applied to the word line 143 and the control line 145. That is, even when the voltage applied to the bit lines 140 and 141 is fixed, the current flowing through the fixed resistor 130 and the variable resistor 131 can be controlled by controlling the voltage applied to the control line 145. The same applies to a store operation and an initialization operation described later.

なお、実施の形態の記載において、スイッチング素子の導通とは、線形領域での動作も含んでいる。これにより、スイッチング素子によって流れる電流量を制御することができる。   In the description of the embodiment, the conduction of the switching element includes an operation in a linear region. Thereby, the amount of current flowing through the switching element can be controlled.

また、ビット線140及び141に定電流を流し、ワード線143及び制御線145をHighレベルに設定することで、選択トランジスタ120及び121、並びに、制御トランジスタ122及び123を導通させてもよい。例えば、ビット線140及び141には、0.05〜0.2μAの定電流を流し、ワード線143及び制御線145には、0.4〜1.0Vの電圧を印加する。なお、上記の値はあくまで一例であり、素子サイズなどによって適宜変更してもよい。   Alternatively, the selection transistors 120 and 121 and the control transistors 122 and 123 may be turned on by passing a constant current through the bit lines 140 and 141 and setting the word line 143 and the control line 145 to a high level. For example, a constant current of 0.05 to 0.2 μA is applied to the bit lines 140 and 141, and a voltage of 0.4 to 1.0 V is applied to the word line 143 and the control line 145. The above values are merely examples, and may be appropriately changed depending on the element size and the like.

言い換えると、ビット線140と固定抵抗130の一端(すなわち、端子A)とを導通させ、さらに、固定抵抗130の他端と信号線144とを導通させる。同様に、ビット線141と可変抵抗131の一端(すなわち、端子B)とを導通させ、さらに、可変抵抗131の他端と信号線144とを導通させる。なお、このとき、信号線144は、Lowレベルに設定されたままである。   In other words, the bit line 140 and one end of the fixed resistor 130 (that is, the terminal A) are electrically connected, and the other end of the fixed resistor 130 and the signal line 144 are electrically connected. Similarly, the bit line 141 and one end (that is, the terminal B) of the variable resistor 131 are made conductive, and the other end of the variable resistor 131 and the signal line 144 are made conductive. At this time, the signal line 144 remains set to the Low level.

これにより、図2Aに示すように、ビット線140を流れる電流は、固定抵抗130を通って信号線144に流れ、ビット線141を流れる電流は、可変抵抗131を通って信号線144に流れる。ビット線140とビット線141とに同じ大きさの定電流を流すことで、端子Aと端子Bとにはそれぞれ、固定抵抗130の抵抗値及び可変抵抗131の抵抗値に応じた電位が発生する。   2A, the current flowing through the bit line 140 flows through the fixed resistor 130 to the signal line 144, and the current flowing through the bit line 141 flows through the variable resistor 131 to the signal line 144. By flowing constant currents of the same magnitude through the bit line 140 and the bit line 141, potentials corresponding to the resistance value of the fixed resistor 130 and the resistance value of the variable resistor 131 are generated at the terminal A and the terminal B, respectively. .

例えば、図2Aに示すように、可変抵抗131が高抵抗状態である場合、すなわち、固定抵抗130の抵抗値Rrefが可変抵抗131の抵抗値Rchより小さい場合、端子Aに発生する電位Vaは、端子Bに発生する電位Vbより小さくなる。逆に、固定抵抗130の抵抗値Rrefが可変抵抗131の抵抗値Rchより大きい場合は、端子Aに発生する電位Vaは、端子Bに発生する電位Vbより大きくなる。   For example, as shown in FIG. 2A, when the variable resistor 131 is in a high resistance state, that is, when the resistance value Rref of the fixed resistor 130 is smaller than the resistance value Rch of the variable resistor 131, the potential Va generated at the terminal A is It becomes smaller than the potential Vb generated at the terminal B. On the other hand, when the resistance value Rref of the fixed resistor 130 is larger than the resistance value Rch of the variable resistor 131, the potential Va generated at the terminal A is higher than the potential Vb generated at the terminal B.

このようにして、端子Aと端子Bとには、固定抵抗130と可変抵抗131との抵抗値の差に応じた電位差が生じる。つまり、端子Aと端子Bとにはそれぞれ、固定抵抗130と可変抵抗131との抵抗値の差に応じて、互いに異なる電位が発生する。   In this way, a potential difference corresponding to the difference in resistance value between the fixed resistor 130 and the variable resistor 131 is generated between the terminal A and the terminal B. That is, different potentials are generated at the terminal A and the terminal B according to the difference in resistance value between the fixed resistor 130 and the variable resistor 131, respectively.

そして、電位差が生じた時点で、図2Bに示すように、電源線142に電力を供給(電源を投入)するとともに、選択トランジスタ120及び121、並びに、制御トランジスタ122及び123を非導通にする。例えば、電源線142には、Vdd(>0V)を印加し、ワード線143及び制御線145に、0Vの電圧を印加することで、各トランジスタを導通させる。   When the potential difference occurs, as shown in FIG. 2B, power is supplied to the power line 142 (power is turned on), and the selection transistors 120 and 121 and the control transistors 122 and 123 are made non-conductive. For example, Vdd (> 0 V) is applied to the power supply line 142, and a voltage of 0 V is applied to the word line 143 and the control line 145 to make each transistor conductive.

なお、ビット線140及び141に電流を流した状態で電源を投入することにより、端子Aと端子Bとの電位差を安定させることができる。   Note that the potential difference between the terminal A and the terminal B can be stabilized by turning on the power in a state where a current is passed through the bit lines 140 and 141.

これにより、例えば、Va<Vbの場合、端子Bにゲートが接続されたnMOSトランジスタ112が導通し、端子Aが接地され、これに伴い、端子Aにゲートが接続されたpMOSトランジスタ113が導通し、端子BがVddに設定される。   Thereby, for example, when Va <Vb, the nMOS transistor 112 whose gate is connected to the terminal B is turned on, the terminal A is grounded, and accordingly, the pMOS transistor 113 whose gate is connected to the terminal A is turned on. , Terminal B is set to Vdd.

以上のようにして、不揮発性メモリ部に保持されていた値、すなわち、固定抵抗130と可変抵抗131との抵抗値の大小関係をインバータ部110に書き込むことができ、すなわち、リコール動作を行うことができる。   As described above, the value held in the nonvolatile memory unit, that is, the magnitude relationship between the resistance values of the fixed resistor 130 and the variable resistor 131 can be written to the inverter unit 110, that is, the recall operation is performed. Can do.

これにより、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100によれば、リコール時のマージンが大きく、また、設計時におけるマージンの見積もりも容易であるという効果を奏する。なぜなら、可変抵抗を1つしか用いていないため、可変抵抗を2つ用いた場合に比べ、素子のバラツキがあったとしても安定な動作が可能となる。   Thereby, according to the nonvolatile memory element 100 according to the first embodiment, there is an effect that a margin at the time of recall is large and a margin can be easily estimated at the time of design. This is because, since only one variable resistor is used, stable operation is possible even if there is a variation in the elements, compared to the case where two variable resistors are used.

(2.SRAM動作)
次に、SRAM動作について説明する。
(2. SRAM operation)
Next, the SRAM operation will be described.

SRAM動作は、インバータ部110を利用して値の読み書きを行う動作である。電源を投入後、メモリセルに値の読み書きを行う際は、固定抵抗130及び可変抵抗131は、値の書き込み処理に寄与しない。   The SRAM operation is an operation of reading and writing values using the inverter unit 110. When reading / writing values from / to the memory cell after turning on the power, the fixed resistor 130 and the variable resistor 131 do not contribute to the value writing process.

具体的には、制御線145に0Vの電圧を印加することで、制御トランジスタ122及び123を非導通にする。これにより、選択トランジスタ120及び121が導通した場合であっても、固定抵抗130及び可変抵抗131に電流は流れない。このため、固定抵抗130及び可変抵抗131は、インバータ部110の動作に影響を与えることはない。したがって、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100は、従来のSRAMと同様の動作を実現することができる。   Specifically, by applying a voltage of 0 V to the control line 145, the control transistors 122 and 123 are turned off. Thereby, even when the selection transistors 120 and 121 are turned on, no current flows through the fixed resistor 130 and the variable resistor 131. For this reason, the fixed resistor 130 and the variable resistor 131 do not affect the operation of the inverter unit 110. Therefore, the nonvolatile memory element 100 according to the first embodiment can realize the same operation as that of the conventional SRAM.

(3.ストア動作)
次に、ストア動作について説明する。
(3. Store operation)
Next, the store operation will be described.

ストア動作は、電源を遮断する前に、インバータ部110に保持されている値を不揮発性メモリ部に保持させる動作のことである。具体的には、固定抵抗130の抵抗値と可変抵抗131の抵抗値との大小関係を変化させることにより、不揮発性メモリ部に値を保持させる。   The store operation is an operation in which a value held in the inverter unit 110 is held in the nonvolatile memory unit before the power is turned off. Specifically, by changing the magnitude relationship between the resistance value of the fixed resistor 130 and the resistance value of the variable resistor 131, the nonvolatile memory unit holds the value.

具体的には、端子Bの電位が端子Aの電位より高い場合には、可変抵抗131を固定抵抗130より高抵抗にし、端子Bの電位が端子Aの電位より低い場合には、可変抵抗131を固定抵抗130より低抵抗にする。具体的な動作について、以下に示す。   Specifically, when the potential of the terminal B is higher than the potential of the terminal A, the variable resistor 131 is made higher than the fixed resistor 130, and when the potential of the terminal B is lower than the potential of the terminal A, the variable resistor 131 is set. Is lower than the fixed resistance 130. Specific operations are shown below.

まず、リコール動作が終了した後、可変抵抗131を低抵抗化する(初期化動作)。なお、ここでは、リコール動作時に可変抵抗131が接続されている端子Bの電位が高電位(High)になっている場合、つまり、リコール動作の終了時点において、可変抵抗131が高抵抗状態である場合について説明する。   First, after the recall operation is finished, the resistance of the variable resistor 131 is lowered (initialization operation). Here, when the potential of the terminal B to which the variable resistor 131 is connected is high (High) during the recall operation, that is, at the end of the recall operation, the variable resistor 131 is in the high resistance state. The case will be described.

図3に示すように、信号線144を端子Bの電位より低い電位に設定するとともに、選択トランジスタ121を非導通にし、かつ、制御トランジスタ123を導通させることで、端子Bから可変抵抗131を通って信号線144に電流が流れる。具体的には、信号線144に低電圧(例えば、0V)を印加し、ワード線143をLowレベル(低電位)に設定し、制御線145をHighレベル(高電位)に設定することで、選択トランジスタ121を非導通にし、かつ、制御トランジスタ123を導通させることができる。このとき、可変抵抗131は高抵抗状態にあるため、可変抵抗131には低電流が流れる。したがって、可変抵抗131は、低抵抗状態になる。   As shown in FIG. 3, the signal line 144 is set to a potential lower than the potential of the terminal B, the selection transistor 121 is turned off, and the control transistor 123 is turned on, so that the variable resistance 131 is passed from the terminal B. Current flows through the signal line 144. Specifically, a low voltage (for example, 0 V) is applied to the signal line 144, the word line 143 is set to a low level (low potential), and the control line 145 is set to a high level (high potential). The selection transistor 121 can be turned off, and the control transistor 123 can be turned on. At this time, since the variable resistor 131 is in a high resistance state, a low current flows through the variable resistor 131. Therefore, the variable resistor 131 is in a low resistance state.

なお、可変抵抗131に流れる電流量は、制御トランジスタ123のゲートに印加する電圧値、すなわち、制御線145に設定される電位によって制御することができる。例えば、可変抵抗131に大きな電流を流す場合は、制御トランジスタ123のゲートに大きな電圧を印加すればよい。逆に、可変抵抗131に小さな電流を流す場合は、制御トランジスタ123のゲートに小さな電圧を印加すればよい。   Note that the amount of current flowing through the variable resistor 131 can be controlled by the voltage value applied to the gate of the control transistor 123, that is, the potential set on the control line 145. For example, when a large current flows through the variable resistor 131, a large voltage may be applied to the gate of the control transistor 123. Conversely, when a small current is passed through the variable resistor 131, a small voltage may be applied to the gate of the control transistor 123.

以上のようにして、初期化処理(ここでは、セット動作)が実行される。なお、リコール動作時に端子Bの電位が低電位(Low)になっている場合、つまり、リコール動作時には可変抵抗131が低抵抗状態である場合は、初期化処理を行う必要はない。   As described above, the initialization process (here, the set operation) is executed. When the potential of the terminal B is low (Low) during the recall operation, that is, when the variable resistor 131 is in the low resistance state during the recall operation, it is not necessary to perform the initialization process.

次に、電源を遮断する前にインバータ部110に保持されていた値を不揮発性メモリ部に保持させる。まず、端子Bが端子Aより高電位になっている場合について説明する。   Next, the non-volatile memory unit holds the value held in the inverter unit 110 before the power is turned off. First, the case where the terminal B is at a higher potential than the terminal A will be described.

図4に示すように、信号線144を端子Bの電位より低い電位に設定するとともに、選択トランジスタ121を非導通にし、かつ、制御トランジスタ123を導通させることで、端子Bから可変抵抗131を通って信号線144に電流が流れる。具体的には、信号線144に低電圧(例えば、0V)を印加し、ワード線143をLowレベルに設定し、制御線145をHighレベルに設定することで、選択トランジスタ121を非導通にし、かつ、制御トランジスタ123を導通させることができる。このとき、可変抵抗131は初期化されており、低抵抗状態にあるため、可変抵抗131には、高電流が流れる。したがって、可変抵抗131は高抵抗状態になる。   As shown in FIG. 4, the signal line 144 is set to a potential lower than the potential of the terminal B, the selection transistor 121 is made non-conductive, and the control transistor 123 is made conductive so that the variable resistor 131 is passed from the terminal B. Current flows through the signal line 144. Specifically, by applying a low voltage (for example, 0 V) to the signal line 144, setting the word line 143 to a low level, and setting the control line 145 to a high level, the selection transistor 121 is turned off, In addition, the control transistor 123 can be made conductive. At this time, since the variable resistor 131 is initialized and is in a low resistance state, a high current flows through the variable resistor 131. Therefore, the variable resistor 131 is in a high resistance state.

これにより、インバータ部110に保持されていた値、すなわち、端子Bが高電位であったことを、可変抵抗131の抵抗値に反映させることで、不揮発性メモリ部に保持させることができる。すなわち、ストア動作が完了する。なお、可変抵抗131が高抵抗状態であれば、上述したように、リコール時にビット線141から電流を流すことで、端子Bの電位を端子Aの電位より大きくすることができ、ストア動作前の状態に戻すことができる。   Accordingly, the value held in the inverter unit 110, that is, the fact that the terminal B is at a high potential can be reflected in the resistance value of the variable resistor 131, and can be held in the nonvolatile memory unit. That is, the store operation is completed. If the variable resistor 131 is in a high resistance state, as described above, the potential of the terminal B can be made larger than the potential of the terminal A by flowing a current from the bit line 141 at the time of recall. It can be returned to the state.

また、端子Bが端子Aより低電位になっている場合は、既に初期化処理により、可変抵抗131が低抵抗状態になっているので、ストア動作は必要ではない。   When the terminal B is at a lower potential than the terminal A, the store operation is not necessary because the variable resistor 131 is already in the low resistance state by the initialization process.

以上のようにして、ストア動作(リセット動作)が実行される。つまり、可変抵抗131が接続されている端子Bの電位が高電位である場合は、可変抵抗131の抵抗値を固定抵抗130より高抵抗にする。また、端子Bの電位が低電位である場合は、可変抵抗131の抵抗値を固定抵抗130より低抵抗にする。   As described above, the store operation (reset operation) is executed. That is, when the potential of the terminal B to which the variable resistor 131 is connected is high, the resistance value of the variable resistor 131 is set higher than that of the fixed resistor 130. Further, when the potential of the terminal B is low, the resistance value of the variable resistor 131 is set to be lower than that of the fixed resistor 130.

なお、初期化処理は、リコール直後に実行されることが望ましいが、ストア動作の直前に行ってもよい。   The initialization process is desirably executed immediately after the recall, but may be performed immediately before the store operation.

また、ストア動作は、以下のように実行してもよい。   Further, the store operation may be executed as follows.

例えば、可変抵抗131が相変化型抵抗素子のように、電流量に応じて抵抗値が変化するのではなく、流れる電流の向き(あるいは、印加する電圧の極性)によって抵抗値が変化する酸化物、又は、磁気抵抗変化素子などを用いた場合は、以下に示す方法で、高抵抗化(リセット動作)及び低抵抗化(セット動作)を実行することができる。   For example, the resistance value of the variable resistor 131 does not change according to the amount of current as in the case of a phase change resistance element, but the resistance value changes depending on the direction of the flowing current (or the polarity of the applied voltage). Alternatively, when a magnetoresistive change element or the like is used, high resistance (reset operation) and low resistance (set operation) can be executed by the following method.

なお、可変抵抗131は、端子Bから信号線144に電流が流れた場合に高抵抗化され、信号線144から端子Bに電流が流れた場合に低抵抗化されるものとする。   Note that the resistance of the variable resistor 131 is increased when a current flows from the terminal B to the signal line 144 and is decreased when a current flows from the signal line 144 to the terminal B.

端子Bが高電位(High)である場合は、電源を遮断する前に、可変抵抗131を高抵抗化する必要がある。具体的には、図4に示すように、信号線144を端子Bの電位より低い電位に設定する(例えば、信号線144に0Vを印加する)とともに、選択トランジスタ121を非導通にし、かつ、制御トランジスタ123を導通させることで、端子Bから可変抵抗131を通って信号線144に電流が流れる。したがって、可変抵抗131は高抵抗化される。   When the terminal B is at a high potential (High), it is necessary to increase the resistance of the variable resistor 131 before turning off the power. Specifically, as shown in FIG. 4, the signal line 144 is set to a potential lower than the potential of the terminal B (for example, 0 V is applied to the signal line 144), the selection transistor 121 is made non-conductive, and By making the control transistor 123 conductive, a current flows from the terminal B through the variable resistor 131 to the signal line 144. Therefore, the resistance of the variable resistor 131 is increased.

一方で、端子Bが低電位(Low)である場合は、電源を遮断する前に、可変抵抗131を低抵抗化する必要がある。具体的には、図5に示すように、信号線144を端子Bの電位より高い電位に設定する(例えば、信号線144にVddを印加する)とともに、選択トランジスタ121を非導通にし、かつ、制御トランジスタ123を導通させることで、信号線144から可変抵抗131を通って端子Bに電流が流れる。したがって、可変抵抗131は低抵抗化される。   On the other hand, when the terminal B is at a low potential (Low), it is necessary to reduce the resistance of the variable resistor 131 before turning off the power. Specifically, as shown in FIG. 5, the signal line 144 is set to a potential higher than the potential of the terminal B (for example, Vdd is applied to the signal line 144), the selection transistor 121 is made non-conductive, and By making the control transistor 123 conductive, a current flows from the signal line 144 through the variable resistor 131 to the terminal B. Therefore, the resistance of the variable resistor 131 is reduced.

なお、可変抵抗131が相変化型抵抗素子のように、流れる電流の大きさに応じて抵抗値が変化する場合は、信号線144に印加する電圧値を調整することで、リセット動作とセット動作とを実行する。例えば、セット時には、可変抵抗131に低電流が流れるように信号線144に印加する電圧を低く設定する。さらに、信号線144の電圧を固定し(例えば、Vdd)、制御線145の電位を制御して、可変抵抗131に流れる電流を制御しても良い。   When the resistance value of the variable resistor 131 changes according to the magnitude of the flowing current, such as a phase change resistance element, the reset operation and the set operation are performed by adjusting the voltage value applied to the signal line 144. And execute. For example, at the time of setting, the voltage applied to the signal line 144 is set low so that a low current flows through the variable resistor 131. Further, the current flowing through the variable resistor 131 may be controlled by fixing the voltage of the signal line 144 (for example, Vdd) and controlling the potential of the control line 145.

また、ストア動作の変形例として、以下のように実行することもできる。   Further, as a modification of the store operation, it can be executed as follows.

まず、図6Aに示すように、インバータ部110に保持されている値を読み出す。なお、図6Aには、端子Aが低電位であり、端子Bが高電位である場合について示す。   First, as shown in FIG. 6A, the value held in the inverter unit 110 is read. Note that FIG. 6A shows the case where the terminal A has a low potential and the terminal B has a high potential.

具体的には、ワード線143をHighレベルに設定することで、端子Aとビット線140とを導通させるとともに、端子Bとビット線141とを導通させることで、ビット線140及び141を介して端子A及び端子Bの電位を読み出す。端子A及び端子Bの電位を読み出すことで、端子Bが高電位であることが分かるので、可変抵抗131を高抵抗化する必要がある(リセット動作を行う)と判定する。   Specifically, by setting the word line 143 to a high level, the terminal A and the bit line 140 are brought into conduction, and the terminal B and the bit line 141 are brought into conduction through the bit lines 140 and 141. Read the potentials at terminals A and B. By reading the potentials of the terminal A and the terminal B, it can be seen that the terminal B is at a high potential. Therefore, it is determined that the resistance of the variable resistor 131 needs to be increased (reset operation is performed).

したがって、次に、可変抵抗131のリセット動作を実行する。具体的には、図6Bに示すように、信号線144を端子Bより低い電位に設定するとともに、制御線145を高電位に設定することで、端子Bから可変抵抗131を通って信号線144に電流を流す。このとき、選択トランジスタ121は導通状態であるため、ビット線141を端子Bの電位以上の電位に設定することで、ビット線141からも可変抵抗131に電流を流すことができる。   Therefore, next, the reset operation of the variable resistor 131 is executed. Specifically, as shown in FIG. 6B, the signal line 144 is set to a potential lower than that of the terminal B, and the control line 145 is set to a high potential, so that the signal line 144 passes through the variable resistor 131 from the terminal B. Current is passed through. At this time, since the selection transistor 121 is in a conductive state, current can be supplied from the bit line 141 to the variable resistor 131 by setting the bit line 141 to a potential equal to or higher than the potential of the terminal B.

また、インバータ部110に保持されている値を読み出した結果、端子Bが低電位であった場合は、可変抵抗131のセット動作、すなわち、低抵抗化が必要である。具体的には、図6Cに示すように、信号線144を端子Bより高い電位に設定するとともに、制御線145も高電位に設定することで、信号線144から可変抵抗131を通って端子Bに電流を流す。このとき、選択トランジスタ121は導通状態であるため、ビット線141を端子Bの電位以下の電位に設定することで、ビット線141への電流を流すことができる。   In addition, when the value held in the inverter unit 110 is read out and the terminal B is at a low potential, the setting operation of the variable resistor 131, that is, the resistance reduction is necessary. Specifically, as shown in FIG. 6C, the signal line 144 is set to a higher potential than the terminal B, and the control line 145 is also set to a higher potential, so that the terminal B passes through the variable resistor 131 from the signal line 144. Current is passed through. At this time, since the selection transistor 121 is in a conductive state, current can be supplied to the bit line 141 by setting the bit line 141 to a potential equal to or lower than the potential of the terminal B.

通常、抵抗変化型素子の書き換えには大きな電流が必要とされるので、上記のストア動作では、ビット線141からの電流も利用することができるので、より大きな電流を流すことが可能となる。つまり、不揮発性記憶素子100の電流駆動能力を向上させることができる。   In general, since a large current is required for rewriting the resistance variable element, the current from the bit line 141 can also be used in the store operation, so that a larger current can flow. That is, the current drive capability of the nonvolatile memory element 100 can be improved.

以上のように、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100は、インバータ部110の第1端子(端子A)に固定抵抗130を接続し、第2端子(端子B)に可変抵抗131を接続する。インバータ部110の端子Aと端子Bとの電位差を、可変抵抗131と固定抵抗130との抵抗値の大小関係に反映させることで、インバータ部110の電源を遮断した場合であっても、実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100は、値を保持することができる。   As described above, in the nonvolatile memory element 100 according to Embodiment 1, the fixed resistor 130 is connected to the first terminal (terminal A) of the inverter unit 110, and the variable resistor 131 is connected to the second terminal (terminal B). To do. Even if the power supply of the inverter unit 110 is shut off by reflecting the potential difference between the terminal A and the terminal B of the inverter unit 110 in the magnitude relationship between the resistance values of the variable resistor 131 and the fixed resistor 130, The nonvolatile memory element 100 according to Embodiment 1 can hold a value.

また、インバータ部110の電源を投入する際は、可変抵抗131と固定抵抗130とにそれぞれ定電流を流すことで、可変抵抗131と固定抵抗130との抵抗値の差が、端子Aと端子Bとの電位差となって現れる。これにより、可変抵抗131と固定抵抗130との抵抗値の大小関係として記憶させておいた値をインバータ部110に戻すことができる。   In addition, when the power of the inverter unit 110 is turned on, a constant current is passed through the variable resistor 131 and the fixed resistor 130, so that the difference in resistance value between the variable resistor 131 and the fixed resistor 130 is changed between the terminal A and the terminal B. And appear as a potential difference. As a result, the value stored as the magnitude relationship between the resistance values of the variable resistor 131 and the fixed resistor 130 can be returned to the inverter unit 110.

実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100によれば、1つのメモリセルが備える可変素子は1つだけであるので、従来のように2つの可変素子を備える場合に比べて、故障率及び消費電力をより低減することができる。例えば、素子劣化を起こしうる可変素子の個数が従来の半分であるので、故障率を低減することができる。また、従来のように2つの可変素子の値を書き換える場合に比べて、1つの可変素子の値を書き換えるだけでよいので、書き換えに必要な消費電力を低減することができる。   According to the nonvolatile memory element 100 according to the first embodiment, since one memory cell includes only one variable element, the failure rate and the consumption are reduced as compared with the conventional case where two variable elements are provided. Electric power can be further reduced. For example, since the number of variable elements that can cause element degradation is half that of the prior art, the failure rate can be reduced. Further, compared to the conventional case where the values of two variable elements are rewritten, only the value of one variable element needs to be rewritten, so that the power consumption required for rewriting can be reduced.

(実施の形態2)
実施の形態2に係る不揮発性記憶素子は、可変抵抗に直列に接続される制御スイッチング素子が、互いに並列接続されたnMOSトランジスタとpMOSトランジスタとを備えることを特徴とする。
(Embodiment 2)
The nonvolatile memory element according to Embodiment 2 is characterized in that the control switching element connected in series to the variable resistor includes an nMOS transistor and a pMOS transistor connected in parallel to each other.

図7は、実施の形態2に係る不揮発性記憶素子200の回路構成の一例を示す図である。なお、実施の形態2に係る不揮発性記憶素子200は、実施の形態1と同様に、複数のメモリセルが二次元状に配列されて構成されており、図7は、当該複数のメモリセルのうちの1つのメモリセルを示している。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the nonvolatile memory element 200 according to Embodiment 2. Note that the nonvolatile memory element 200 according to the second embodiment is configured by two-dimensionally arranging a plurality of memory cells as in the first embodiment, and FIG. 7 illustrates the plurality of memory cells. One of the memory cells is shown.

実施の形態2に係る不揮発性記憶素子200のメモリセルは、図1に示す実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100のメモリセルに比べて、さらに、制御トランジスタ224を備える点が異なっている。以下では、実施の形態1と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   The memory cell of the nonvolatile memory element 200 according to the second embodiment is different from the memory cell of the nonvolatile memory element 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that a control transistor 224 is further provided. . In the following, description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

制御トランジスタ224は、可変抵抗131に電流を流すか否かを選択するためのスイッチング素子の一例である。制御トランジスタ224は、可変抵抗131と信号線144との間に配置され、可変抵抗131と信号線144との導通及び非導通を切り替える。   The control transistor 224 is an example of a switching element for selecting whether or not to pass a current through the variable resistor 131. The control transistor 224 is disposed between the variable resistor 131 and the signal line 144 and switches between conduction and non-conduction between the variable resistor 131 and the signal line 144.

例えば、制御トランジスタ224は、pMOSトランジスタであり、制御トランジスタ224のゲートは、制御線246に接続されている。また、制御トランジスタ224のソース及びドレインの一方は、可変抵抗131に接続されており、他方は、信号線144に接続されている。   For example, the control transistor 224 is a pMOS transistor, and the gate of the control transistor 224 is connected to the control line 246. One of the source and drain of the control transistor 224 is connected to the variable resistor 131, and the other is connected to the signal line 144.

また、制御線246と制御線145とには、互いに異なる極性の電圧が印加される。これにより、制御トランジスタ123と制御トランジスタ224とは、同時に導通と非導通とが切り替わる。   In addition, voltages having different polarities are applied to the control line 246 and the control line 145. As a result, the control transistor 123 and the control transistor 224 are switched between conduction and non-conduction at the same time.

このように、制御トランジスタ224は、制御トランジスタ123と並列に接続されており、制御トランジスタ123とともに、本発明に係る第2制御スイッチング素子の一例を構成する。   Thus, the control transistor 224 is connected in parallel with the control transistor 123, and constitutes an example of the second control switching element according to the present invention together with the control transistor 123.

以上の構成により、特に図7に示すように、可変抵抗131の低抵抗化(セット動作)を行う場合、信号線144を高電位に設定することで、nMOSトランジスタである制御トランジスタ123とpMOSトランジスタである制御トランジスタ224とにかかる電圧を、nMOSトランジスタである制御トランジスタ123だけの場合に比べて低下させることができる。   With the above configuration, as shown in FIG. 7 in particular, when the resistance of the variable resistor 131 is lowered (set operation), the control line 123 and the pMOS transistor, which are nMOS transistors, are set by setting the signal line 144 to a high potential. The voltage applied to the control transistor 224 can be reduced as compared with the case where only the control transistor 123 is an nMOS transistor.

なお、信号線144を低電位に設定する場合は、nMOSトランジスタをスイッチとして利用するのが好ましく、信号線144を高電位に設定する場合は、pMOSトランジスタをスイッチとして利用するのが好ましい。したがって、nMOSトランジスタである制御トランジスタ123とpMOSトランジスタである制御トランジスタ224とを並列接続し、同時に導通及び非導通を切り替えることで、信号線144を低電位に設定する場合だけでなく、高電位に設定する場合においても、制御トランジスタ123及び224に係る電圧を低下させることができる。   Note that when the signal line 144 is set to a low potential, the nMOS transistor is preferably used as a switch, and when the signal line 144 is set to a high potential, the pMOS transistor is preferably used as a switch. Therefore, the control transistor 123, which is an nMOS transistor, and the control transistor 224, which is a pMOS transistor, are connected in parallel, and at the same time switching between conduction and non-conduction, not only when the signal line 144 is set at a low potential, Even in the case of setting, the voltage applied to the control transistors 123 and 224 can be reduced.

以上のことから、実施の形態2に係る不揮発性記憶素子200によれば、信号線144に印加する電圧が同じであっても、より大きな電圧を可変抵抗131に印加する(より大きな電流を流す)ことが可能となるので、消費電力を低減することができる。   From the above, according to the nonvolatile memory element 200 according to Embodiment 2, even if the voltage applied to the signal line 144 is the same, a larger voltage is applied to the variable resistor 131 (a larger current flows). Power consumption can be reduced.

(実施の形態3)
実施の形態3に係る不揮発性記憶素子は、複数の固定抵抗を備え、その抵抗値の違いにより、複数ビットの値を保持することを特徴とする。
(Embodiment 3)
The nonvolatile memory element according to Embodiment 3 includes a plurality of fixed resistors, and holds a value of a plurality of bits depending on the difference in resistance value.

図8は、実施の形態3に係る不揮発性記憶素子300の回路構成の一例を示す図である。なお、実施の形態3に係る不揮発性記憶素子300は、実施の形態1と同様に、複数のメモリセルが二次元状に配列されて構成されており、図8は、当該複数のメモリセルのうち1つのメモリセルを示している。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the nonvolatile memory element 300 according to Embodiment 3. Note that the nonvolatile memory element 300 according to Embodiment 3 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of memory cells, as in Embodiment 1, and FIG. One memory cell is shown.

実施の形態3に係る不揮発性記憶素子300のメモリセルは、図1に示す実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100のメモリセルに比べて、さらに、制御トランジスタ322a及び322bと、固定抵抗330a及び330bとを備える点が異なっている。以下では、実施の形態1と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   Compared with the memory cell of the nonvolatile memory element 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1, the memory cell of the nonvolatile memory element 300 according to the third embodiment further includes control transistors 322a and 322b and a fixed resistor 330a. And 330b. In the following, description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

制御トランジスタ322a及び322bは、第3制御スイッチング素子の一例である。   The control transistors 322a and 322b are an example of a third control switching element.

制御トランジスタ322aは、固定抵抗330aに電流を流すか否かを選択するためのスイッチング素子の一例である。制御トランジスタ322aは、固定抵抗330aと信号線144との間に配置され、固定抵抗330aと信号線144との導通及び非導通を切り替える。   The control transistor 322a is an example of a switching element for selecting whether or not to pass a current through the fixed resistor 330a. The control transistor 322a is disposed between the fixed resistor 330a and the signal line 144, and switches between conduction and non-conduction between the fixed resistor 330a and the signal line 144.

例えば、制御トランジスタ322aは、nMOSトランジスタであり、制御トランジスタ322aのゲートは、制御線345aに接続されている。また、制御トランジスタ322aのソース及びドレインの一方は、固定抵抗330aに接続されており、他方は、信号線144に接続されている。   For example, the control transistor 322a is an nMOS transistor, and the gate of the control transistor 322a is connected to the control line 345a. In addition, one of the source and the drain of the control transistor 322a is connected to the fixed resistor 330a, and the other is connected to the signal line 144.

制御トランジスタ322bは、固定抵抗330bに電流を流すか否かを選択するためのスイッチング素子の一例である。制御トランジスタ322bは、固定抵抗330bと信号線144との間に配置され、固定抵抗330bと信号線144との導通及び非導通を切り替える。   The control transistor 322b is an example of a switching element for selecting whether or not to pass a current through the fixed resistor 330b. The control transistor 322b is disposed between the fixed resistor 330b and the signal line 144, and switches between conduction and non-conduction between the fixed resistor 330b and the signal line 144.

例えば、制御トランジスタ322bは、nMOSトランジスタであり、制御トランジスタ322bのゲートは、制御線345bに接続されている。また、制御トランジスタ322bのソース及びドレインの一方は、固定抵抗330bに接続されており、他方は、信号線144に接続されている。   For example, the control transistor 322b is an nMOS transistor, and the gate of the control transistor 322b is connected to the control line 345b. One of the source and drain of the control transistor 322b is connected to the fixed resistor 330b, and the other is connected to the signal line 144.

なお、可変抵抗131に接続される制御トランジスタ123のゲートは、制御線145に接続され、固定抵抗130に接続される制御トランジスタ122のゲートは、制御線345に接続されている。このように、制御トランジスタ123、122、322a及び322bのゲートはそれぞれ異なる制御線に接続されているので、制御トランジスタ123、122、322a及び322bをそれぞれ独立して導通及び非導通を切り替えることができる。   The gate of the control transistor 123 connected to the variable resistor 131 is connected to the control line 145, and the gate of the control transistor 122 connected to the fixed resistor 130 is connected to the control line 345. Thus, since the gates of the control transistors 123, 122, 322a, and 322b are connected to different control lines, the control transistors 123, 122, 322a, and 322b can be switched between conduction and non-conduction independently. .

固定抵抗330a及び330bはそれぞれ、第2固定抵抗の一例であり、一端が端子Aに接続されている。固定抵抗330aの他端は、制御トランジスタ322aのソース又はドレインに接続され、固定抵抗330bの他端は、制御トランジスタ322bのソース又はドレインに接続されている。   Each of the fixed resistors 330a and 330b is an example of a second fixed resistor, and one end thereof is connected to the terminal A. The other end of the fixed resistor 330a is connected to the source or drain of the control transistor 322a, and the other end of the fixed resistor 330b is connected to the source or drain of the control transistor 322b.

なお、固定抵抗130、330a及び330bの抵抗値は、互いに異なっていることが望ましい。制御トランジスタ122、322a及び322bの導通及び非導通を切り替えることで、固定抵抗130、330a及び330bの合成抵抗の抵抗値は最大で8種類の抵抗値(全てが開放されている場合も含む)をとることができる。   The resistance values of the fixed resistors 130, 330a, and 330b are desirably different from each other. By switching between conduction and non-conduction of the control transistors 122, 322a and 322b, the combined resistance of the fixed resistors 130, 330a and 330b has a maximum of eight types of resistance values (including the case where all of them are open). Can take.

したがって、図8に示すメモリセルは、合成抵抗の抵抗値に応じて8種類の値(3ビット)を保持させることができる。つまり、当該メモリセルは、インバータ部110の3つ分の値を保持させることができる。したがって、例えば、実施の形態3に係る不揮発性記憶素子300を構成するメモリセルの3つに1つを、上記の図8に示す3ビット保持可能なメモリセルにすることで、メモリセルアレイのサイズを縮小することができる。   Therefore, the memory cell shown in FIG. 8 can hold eight types of values (3 bits) according to the resistance value of the combined resistance. That is, the memory cell can hold three values of the inverter unit 110. Therefore, for example, by changing one of the three memory cells constituting the nonvolatile memory element 300 according to the third embodiment to a memory cell capable of holding 3 bits as shown in FIG. Can be reduced.

以下では、端子Aに接続される固定抵抗の値を最適化する処理について説明する。なお、簡単のため、端子Aには2つの固定抵抗が接続されている場合について説明する。   Below, the process which optimizes the value of the fixed resistance connected to the terminal A is demonstrated. For simplicity, the case where two fixed resistors are connected to the terminal A will be described.

図9A及び図9Bは、固定抵抗の最適化を説明するための図である。ここでは、2つの固定抵抗の一方の抵抗値をRa、他方の抵抗値をRbとする。図9A及び図9Bには、固定抵抗の一方の抵抗値Ra=100とした場合の他方の固定抵抗の抵抗値Rbと、2つの抵抗の合成抵抗(並列)Ra//Rbとについて示している。   9A and 9B are diagrams for explaining optimization of the fixed resistance. Here, one resistance value of the two fixed resistors is Ra, and the other resistance value is Rb. 9A and 9B show the resistance value Rb of the other fixed resistor when one resistance value Ra = 100 of the fixed resistor and the combined resistance (parallel) Ra // Rb of the two resistors. .

2つの固定抵抗の場合は、0、Ra、Rb、及びRa//Rbの4種類の抵抗値が考えられる。メモリセルの誤動作を防止するためには、これら4種類の抵抗値が互いに充分に異なっていることが望ましい。具体的には、図9Aに示すように、Ra−Rb=Rb−Ra//Rbとなるように、あるいは、図9Bに示すように、Rb−Ra//Rb=Ra//Rbとなるように、Ra及びRbを決定する。   In the case of two fixed resistors, four types of resistance values of 0, Ra, Rb, and Ra // Rb are conceivable. In order to prevent malfunction of the memory cell, it is desirable that these four types of resistance values are sufficiently different from each other. Specifically, Ra-Rb = Rb-Ra // Rb as shown in FIG. 9A, or Rb-Ra // Rb = Ra // Rb as shown in FIG. 9B. Next, Ra and Rb are determined.

Ra−Rb=Rb−Ra//Rbを解くと、Rb=0.62Raが得られ、Rb−Ra//Rb=Ra//Rbを解くと、Rb=0.71Raが得られる。したがって、0.67Ra≦Rb≦0.71Raの範囲を満たすように、Ra及びRbの値を決定すればよい。なお、ここでは、メモリセルに含まれるトランジスタ及び配線などの影響を無視して計算を行ったが、これらの影響を考慮に入れることが望ましい。   Solving Ra-Rb = Rb-Ra // Rb gives Rb = 0.62Ra, and solving Rb-Ra // Rb = Ra // Rb gives Rb = 0.71Ra. Therefore, the values of Ra and Rb may be determined so as to satisfy the range of 0.67Ra ≦ Rb ≦ 0.71Ra. Here, the calculation is performed while ignoring the influence of transistors and wirings included in the memory cell, but it is desirable to take these influences into consideration.

なお、実施の形態3では、図8に示すように、複数の固定抵抗が並列接続されている回路構成について説明したが、図10に示すように、複数の固定抵抗が直列接続されていてもよい。   In the third embodiment, a circuit configuration in which a plurality of fixed resistors are connected in parallel as shown in FIG. 8 has been described. However, as shown in FIG. 10, a plurality of fixed resistors may be connected in series. Good.

図10は、実施の形態3に係る不揮発性記憶素子の回路構成の別の一例を示す図である。なお、実施の形態3の変形例に係る不揮発性記憶素子400は、実施の形態1と同様に、複数のメモリセルが二次元状に配列されて構成されており、図10は、当該複数のメモリセルのうち1つのメモリセルを示している。   FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the circuit configuration of the nonvolatile memory element according to Embodiment 3. Note that the nonvolatile memory element 400 according to the modification of the third embodiment is configured by two-dimensionally arranging a plurality of memory cells as in the first embodiment, and FIG. One of the memory cells is shown.

実施の形態3の変形例に係る不揮発性記憶素子400のメモリセルは、図1に示す実施の形態1に係る不揮発性記憶素子100のメモリセルに比べて、さらに、制御トランジスタ422a及び422bと、固定抵抗430a及び430bとを備える点が異なっている。以下では、実施の形態1と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   Compared with the memory cell of the nonvolatile memory element 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1, the memory cell of the nonvolatile memory element 400 according to the modification of the third embodiment further includes control transistors 422a and 422b, The difference is that fixed resistors 430a and 430b are provided. In the following, description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

制御トランジスタ422a及び422bは、第3制御スイッチング素子の一例である。   The control transistors 422a and 422b are an example of a third control switching element.

制御トランジスタ422aは、固定抵抗430aに電流を流すか否かを選択するためのスイッチング素子の一例である。制御トランジスタ422aは、固定抵抗430aと信号線144との間に配置され、固定抵抗430aと信号線144との導通及び非導通を切り替える。   The control transistor 422a is an example of a switching element for selecting whether or not to pass a current through the fixed resistor 430a. The control transistor 422a is disposed between the fixed resistor 430a and the signal line 144, and switches between conduction and non-conduction between the fixed resistance 430a and the signal line 144.

例えば、制御トランジスタ422aは、nMOSトランジスタであり、制御トランジスタ422aのゲートは、制御線445aに接続されている。また、制御トランジスタ422aのソース及びドレインの一方は、固定抵抗430aに接続されており、他方は、信号線144に接続されている。   For example, the control transistor 422a is an nMOS transistor, and the gate of the control transistor 422a is connected to the control line 445a. One of the source and the drain of the control transistor 422a is connected to the fixed resistor 430a, and the other is connected to the signal line 144.

制御トランジスタ422bは、固定抵抗430bに電流を流すか否かを選択するためのスイッチング素子の一例である。制御トランジスタ422bは、固定抵抗430bと信号線144との間に配置され、固定抵抗430bと信号線144との導通及び非導通を切り替える。   The control transistor 422b is an example of a switching element for selecting whether or not to pass a current through the fixed resistor 430b. The control transistor 422b is disposed between the fixed resistor 430b and the signal line 144, and switches between conduction and non-conduction between the fixed resistor 430b and the signal line 144.

例えば、制御トランジスタ422bは、nMOSトランジスタであり、制御トランジスタ422bのゲートは、制御線445bに接続されている。また、制御トランジスタ422bのソース及びドレインの一方は、固定抵抗430bに接続されており、他方は、信号線144に接続されている。   For example, the control transistor 422b is an nMOS transistor, and the gate of the control transistor 422b is connected to the control line 445b. One of the source and the drain of the control transistor 422b is connected to the fixed resistor 430b, and the other is connected to the signal line 144.

固定抵抗430aは、第2固定抵抗の一例であり、一端が固定抵抗130の他端、すなわち、固定抵抗130と制御トランジスタ122のソース及びドレインの一方との接続点に接続されている。固定抵抗430aの他端は、制御トランジスタ422aのソース及びドレインに接続されている。   The fixed resistor 430 a is an example of a second fixed resistor, and one end is connected to the other end of the fixed resistor 130, that is, a connection point between the fixed resistor 130 and one of the source and the drain of the control transistor 122. The other end of the fixed resistor 430a is connected to the source and drain of the control transistor 422a.

固定抵抗430bは、一端が固定抵抗430aの他端、すなわち、固定抵抗430aと制御トランジスタ422aのソース及びドレインの一方との接続点に接続されている。固定抵抗430bの他端は、制御トランジスタ422bのソース又はドレインに接続されている。   One end of the fixed resistor 430b is connected to the other end of the fixed resistor 430a, that is, the connection point between the fixed resistor 430a and one of the source and drain of the control transistor 422a. The other end of the fixed resistor 430b is connected to the source or drain of the control transistor 422b.

なお、可変抵抗131に接続される制御トランジスタ123のゲートは、制御線145に接続され、固定抵抗130に接続される制御トランジスタ122のゲートは、制御線445に接続されている。このように、制御トランジスタ123、122、422a及び422bのゲートはそれぞれ異なる制御線に接続されているので、制御トランジスタ123、122、422a及び422bをそれぞれ独立して導通及び非導通を切り替えることができる。   Note that the gate of the control transistor 123 connected to the variable resistor 131 is connected to the control line 145, and the gate of the control transistor 122 connected to the fixed resistor 130 is connected to the control line 445. As described above, since the gates of the control transistors 123, 122, 422a, and 422b are connected to different control lines, the control transistors 123, 122, 422a, and 422b can be switched between conduction and non-conduction independently. .

なお、固定抵抗130、430a及び430bの抵抗値は、互いに異なっていることが望ましい。制御トランジスタ122、422a及び422bの導通及び非導通を切り替えることで、固定抵抗130、430a及び430bの合成抵抗の抵抗値は最大で4種類の抵抗値をとることができる。つまり、抵抗なし(全てが開放されている)、固定抵抗130のみの抵抗値、固定抵抗130及び430aの合成抵抗値、並びに、固定抵抗130、430a及び430bの合成抵抗値の4種類の値である。   Note that the resistance values of the fixed resistors 130, 430a, and 430b are preferably different from each other. By switching between conduction and non-conduction of the control transistors 122, 422a and 422b, the resistance value of the combined resistance of the fixed resistors 130, 430a and 430b can take up to four types of resistance values. That is, there are four types of values: no resistance (all open), only the resistance value of the fixed resistor 130, the combined resistance value of the fixed resistors 130 and 430a, and the combined resistance value of the fixed resistors 130, 430a and 430b. is there.

したがって、図10に示すメモリセルは、図8に示すメモリセルと同様に、合成抵抗の抵抗値に応じて4種類の値(2ビット)を保持させることができる。つまり、当該メモリセルは、インバータ部110の2つ分の値を保持させることができる。   Therefore, the memory cell shown in FIG. 10 can hold four types of values (2 bits) according to the resistance value of the combined resistance, similarly to the memory cell shown in FIG. That is, the memory cell can hold two values of the inverter unit 110.

以上のように、実施の形態3に係る不揮発性記憶素子300によれば、当該不揮発性記憶素子300を構成する複数のメモリセルのうち少なくとも1つのメモリセルが、図8又は図10に示すように、複数の固定抵抗を備える。これにより、当該メモリセルは、複数ビットの値を保持することができる。つまり、1つのセルあたりに保存できるデータ量を増やし、セルアレイ全体の面積を削減することができるので、SRAMに素子を追加することでセル面積が大きくなるという課題を解決することができる。   As described above, according to the nonvolatile memory element 300 according to Embodiment 3, at least one memory cell among the plurality of memory cells constituting the nonvolatile memory element 300 is as shown in FIG. 8 or FIG. And a plurality of fixed resistors. Thus, the memory cell can hold a plurality of bits. That is, since the amount of data that can be stored per cell can be increased and the area of the entire cell array can be reduced, the problem that the cell area is increased by adding an element to the SRAM can be solved.

例えば、抵抗値の異なる2つの固定抵抗を備え、2ビットの値を保持することが可能なメモリセル(多値セル)を、実施の形態3に係る不揮発性記憶素子が備える場合の効果について説明する。   For example, the effect of the case where the nonvolatile memory element according to Embodiment 3 includes two fixed resistors having different resistance values and a memory cell (multi-value cell) that can hold a 2-bit value will be described. To do.

図11Aに示すように、不揮発性記憶素子500aを構成する複数のメモリセルの半分を多値セルで構成した場合、例えば、隣接するメモリセルの値を多値セルに保持させることができるので、セルアレイサイズを縮小することができる。   As shown in FIG. 11A, when half of the plurality of memory cells constituting the nonvolatile memory element 500a are configured by multi-value cells, for example, the values of adjacent memory cells can be held in the multi-value cells. The cell array size can be reduced.

また、図11Bに示すように、不揮発性記憶素子500bを構成する複数のメモリセルの全てを多値セルで構成した場合、通常のメモリセルから構成される不揮発性記憶素子の2倍の記憶容量を有することができる。   In addition, as shown in FIG. 11B, when all of the plurality of memory cells constituting the nonvolatile memory element 500b are constituted by multi-value cells, the storage capacity is twice that of the nonvolatile memory element constituted by normal memory cells. Can have.

以上、本発明に係る不揮発性記憶素子及びその制御方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the nonvolatile memory element and the control method thereof according to the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to the said embodiment, and the form constructed | assembled combining the component in different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .

例えば、上記の実施の形態では、インバータ部110の構成として、CMOSインバータを用いた構成について説明したが、2つのnMOSトランジスタと2つの抵抗とを用いたnMOSインバータを用いてインバータ部110を構成してもよい。   For example, in the above embodiment, the configuration using the CMOS inverter has been described as the configuration of the inverter unit 110. However, the inverter unit 110 is configured using an nMOS inverter using two nMOS transistors and two resistors. May be.

また、上記の実施の形態では、選択トランジスタ120及び121、並びに、制御トランジスタ122及び123にnMOSトランジスタを用いたが、pMOSトランジスタ、又は、バイポーラトランジスタなどでもよい。   In the above embodiment, nMOS transistors are used as the selection transistors 120 and 121 and the control transistors 122 and 123. However, pMOS transistors or bipolar transistors may be used.

また、上記の実施の形態で説明した、電流及び電圧の大きさなどは一例であって、スイッチング素子の導通及び非導通、あるいは、可変抵抗の抵抗値の書き換えを可能な値であれば、いかなる値でもよい。   Further, the magnitudes of current and voltage described in the above embodiment are merely examples, and any values can be used as long as the switching element can be turned on and off, or the resistance value of the variable resistor can be rewritten. It may be a value.

なお、本発明は、上述したように、不揮発性記憶素子及びその制御方法として実現できるだけではなく、本実施の形態の不揮発性記憶素子の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現してもよい。また、当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体として実現してもよい。さらに、当該プログラムを示す情報、データ又は信号として実現してもよい。そして、これらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネットなどの通信ネットワークを介して配信されてもよい。   As described above, the present invention can be realized not only as a nonvolatile memory element and a control method thereof but also as a program for causing a computer to execute the nonvolatile memory element control method of the present embodiment. Good. Moreover, you may implement | achieve as recording media, such as computer-readable CD-ROM which records the said program. Furthermore, it may be realized as information, data, or a signal indicating the program. These programs, information, data, and signals may be distributed via a communication network such as the Internet.

本発明に係る不揮発性記憶素子は、故障率及び消費電力を充分に小さくすることができるという効果を奏し、例えば、コンピュータ及び携帯電話などに搭載される各種メモリなどに利用することができる。   The nonvolatile memory element according to the present invention has an effect that the failure rate and the power consumption can be sufficiently reduced, and can be used, for example, for various memories mounted on computers and mobile phones.

100、200、300、400、500a、500b 不揮発性記憶素子
110 インバータ部
111、113 pMOSトランジスタ
112、114 nMOSトランジスタ
120、121 選択トランジスタ
122、123、224、322a、322b、422a、422b 制御トランジスタ
130、330a、330b、430a、430b 固定抵抗
131 可変抵抗
140、141 ビット線
142 電源線
143 ワード線
144 信号線
145、246、345、345a、345b、445、445a、445b 制御線
100, 200, 300, 400, 500a, 500b Nonvolatile memory element 110 Inverter unit 111, 113 pMOS transistor 112, 114 nMOS transistor 120, 121 Select transistor 122, 123, 224, 322a, 322b, 422a, 422b Control transistor 130, 330a, 330b, 430a, 430b Fixed resistor 131 Variable resistor 140, 141 Bit line 142 Power line 143 Word line 144 Signal line 145, 246, 345, 345a, 345b, 445, 445a, 445b Control line

Claims (13)

複数のメモリセルが配列された不揮発性記憶素子であって、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
第1端子と第2端子とを有するインバータ部と、
前記第1端子と第1ビット線との間に配置され、前記第1端子と前記第1ビット線との導通及び非導通を切り替える第1選択スイッチング素子と、
前記第2端子と第2ビット線との間に配置され、前記第2端子と前記第2ビット線との導通及び非導通を切り替える第2選択スイッチング素子と、
一端が前記第1端子に接続された第1固定抵抗と、
前記第1固定抵抗の他端と信号線との間に配置され、前記第1固定抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第1制御スイッチング素子と、
一端が前記第2端子に接続され、前記第1固定抵抗より高抵抗又は低抵抗となることが可能な不揮発の可変抵抗と、
前記可変抵抗の他端と前記信号線との間に配置され、前記可変抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第2制御スイッチング素子とを備え
前記第2制御スイッチング素子は、
ゲートが第1制御線に接続され、ソース及びドレインの一方が前記可変抵抗の他端に接続され、ソース及びドレインの他方が前記信号線に接続されたnMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタと、
ゲートが第2制御線に接続され、ソース及びドレインの一方が前記可変抵抗の他端に接続され、ソース及びドレインの他方が前記信号線に接続されたpMOSトランジスタとを備え、
前記第1制御線と前記第2制御線とには、互いに異なる極性の電圧が印加される
不揮発性記憶素子。
A non-volatile memory element in which a plurality of memory cells are arranged,
Each of the plurality of memory cells includes
An inverter unit having a first terminal and a second terminal;
A first selection switching element that is disposed between the first terminal and the first bit line and switches between conduction and non-conduction between the first terminal and the first bit line;
A second selective switching element that is disposed between the second terminal and the second bit line and switches between conduction and non-conduction between the second terminal and the second bit line;
A first fixed resistor having one end connected to the first terminal;
A first control switching element disposed between the other end of the first fixed resistor and the signal line, and switches between conduction and non-conduction between the other end of the first fixed resistor and the signal line;
A non-volatile variable resistor having one end connected to the second terminal and capable of having a higher or lower resistance than the first fixed resistor;
A second control switching element that is disposed between the other end of the variable resistor and the signal line, and switches between conduction and non-conduction between the other end of the variable resistor and the signal line ;
The second control switching element is
An nMOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor having a gate connected to a first control line, one of a source and a drain connected to the other end of the variable resistor, and the other of the source and the drain connected to the signal line;
A pMOS transistor having a gate connected to a second control line, one of a source and a drain connected to the other end of the variable resistor, and the other of the source and the drain connected to the signal line,
A nonvolatile memory element in which voltages having different polarities are applied to the first control line and the second control line .
複数のメモリセルが配列された不揮発性記憶素子であって、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
第1端子と第2端子とを有するインバータ部と、
前記第1端子と第1ビット線との間に配置され、前記第1端子と前記第1ビット線との導通及び非導通を切り替える第1選択スイッチング素子と、
前記第2端子と第2ビット線との間に配置され、前記第2端子と前記第2ビット線との導通及び非導通を切り替える第2選択スイッチング素子と、
一端が前記第1端子に接続された第1固定抵抗と、
前記第1固定抵抗の他端と信号線との間に配置され、前記第1固定抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第1制御スイッチング素子と、
一端が前記第2端子に接続され、前記第1固定抵抗より高抵抗又は低抵抗となることが可能な不揮発の可変抵抗と、
前記可変抵抗の他端と前記信号線との間に配置され、前記可変抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第2制御スイッチング素子とを備え
前記複数のメモリセルのうち少なくとも1つのメモリセルは、さらに、
一端が前記第1固定抵抗に接続された第2固定抵抗と、
前記第2固定抵抗の他端と前記信号線との間に配置され、前記第2固定抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第3制御スイッチング素子とを備える
不揮発性記憶素子。
A non-volatile memory element in which a plurality of memory cells are arranged,
Each of the plurality of memory cells includes
An inverter unit having a first terminal and a second terminal;
A first selection switching element that is disposed between the first terminal and the first bit line and switches between conduction and non-conduction between the first terminal and the first bit line;
A second selective switching element that is disposed between the second terminal and the second bit line and switches between conduction and non-conduction between the second terminal and the second bit line;
A first fixed resistor having one end connected to the first terminal;
A first control switching element disposed between the other end of the first fixed resistor and the signal line, and switches between conduction and non-conduction between the other end of the first fixed resistor and the signal line;
A non-volatile variable resistor having one end connected to the second terminal and capable of having a higher or lower resistance than the first fixed resistor;
A second control switching element that is disposed between the other end of the variable resistor and the signal line, and switches between conduction and non-conduction between the other end of the variable resistor and the signal line ;
At least one memory cell of the plurality of memory cells further includes:
A second fixed resistor having one end connected to the first fixed resistor;
A non- volatile memory including a third control switching element that is disposed between the other end of the second fixed resistor and the signal line and switches between conduction and non-conduction between the other end of the second fixed resistor and the signal line. element.
複数のメモリセルが配列された不揮発性記憶素子の制御方法であって、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
第1端子と第2端子とを有するインバータ部と、
前記第1端子と第1ビット線との間に配置され、前記第1端子と前記第1ビット線との導通及び非導通を切り替える第1選択スイッチング素子と、
前記第2端子と第2ビット線との間に配置され、前記第2端子と前記第2ビット線との導通及び非導通を切り替える第2選択スイッチング素子と、
一端が前記第1端子に接続された第1固定抵抗と、
前記第1固定抵抗の他端と信号線との間に配置され、前記第1固定抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第1制御スイッチング素子と、
一端が前記第2端子に接続され、前記第1固定抵抗より高抵抗又は低抵抗となることが可能な不揮発の可変抵抗と、
前記可変抵抗の他端と前記信号線との間に配置され、前記可変抵抗の他端と前記信号線との導通及び非導通を切り替える第2制御スイッチング素子とを備え、
前記不揮発性記憶素子の制御方法は、
前記第1ビット線と前記第2ビット線とに所定の電圧を印加して、又は、所定の電流を流して、前記第1固定抵抗及び前記可変抵抗に電流を流すことで、前記第1端子と前記第2端子とに異なる電位を発生させる電位発生ステップと、
前記インバータ部に接続された電源線に電力を供給する電源投入ステップとを含む
不揮発性記憶素子の制御方法。
A method for controlling a nonvolatile memory element in which a plurality of memory cells are arranged ,
Each of the plurality of memory cells includes
An inverter unit having a first terminal and a second terminal;
A first selection switching element that is disposed between the first terminal and the first bit line and switches between conduction and non-conduction between the first terminal and the first bit line;
A second selective switching element that is disposed between the second terminal and the second bit line and switches between conduction and non-conduction between the second terminal and the second bit line;
A first fixed resistor having one end connected to the first terminal;
A first control switching element disposed between the other end of the first fixed resistor and the signal line, and switches between conduction and non-conduction between the other end of the first fixed resistor and the signal line;
A non-volatile variable resistor having one end connected to the second terminal and capable of having a higher or lower resistance than the first fixed resistor;
A second control switching element that is disposed between the other end of the variable resistor and the signal line, and switches between conduction and non-conduction between the other end of the variable resistor and the signal line;
The method for controlling the nonvolatile memory element includes:
Applying a predetermined voltage to the first bit line and the second bit line or flowing a predetermined current to flow a current through the first fixed resistor and the variable resistor, so that the first terminal And a potential generating step for generating different potentials at the second terminal,
And a power-on step of supplying power to a power supply line connected to the inverter unit.
請求項1又は2に記載の不揮発性記憶素子の制御方法であって、
前記第1ビット線と前記第2ビット線とに所定の電圧を印加して、又は、所定の電流を流して、前記第1固定抵抗及び前記可変抵抗に電流を流すことで、前記第1端子と前記第2端子とに異なる電位を発生させる電位発生ステップと、
前記インバータ部に接続された電源線に電力を供給する電源投入ステップとを含む
不揮発性記憶素子の制御方法。
A method for controlling a nonvolatile memory element according to claim 1 or 2 ,
Applying a predetermined voltage to the first bit line and the second bit line or flowing a predetermined current to flow a current through the first fixed resistor and the variable resistor, so that the first terminal And a potential generating step for generating different potentials at the second terminal,
And a power-on step of supplying power to a power supply line connected to the inverter unit.
前記電位発生ステップでは、前記第1ビット線と前記第2ビット線とに前記所定の電圧を印加し、前記第1選択スイッチング素子と前記第2選択スイッチング素子とを導通させ、前記第1制御スイッチング素子と前記第2制御スイッチング素子とにより前記第1固定抵抗及び前記可変抵抗に流れる電流を制御することで、前記第1端子と前記第2端子とに異なる電位を発生させる
請求項3又は4記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
In the potential generation step, the predetermined voltage is applied to the first bit line and the second bit line, the first selection switching element and the second selection switching element are made conductive, and the first control switching is performed. by controlling the current flowing through the first fixed resistor and the variable resistor by said the element second control switching device, according to claim 3 or 4, wherein generating a different potential to the first terminal and the second terminal Method for controlling a nonvolatile memory element of
前記電位発生ステップでは、前記第1ビット線と前記第2ビット線とに前記所定の電流を流し、前記第1選択スイッチング素子と、前記第2選択スイッチング素子と、前記第1
制御スイッチング素子と、前記第2制御スイッチング素子とを導通させることで、前記第1端子と前記第2端子とに異なる電位を発生させる
請求項3又は4記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
In the potential generation step, the predetermined current is passed through the first bit line and the second bit line, the first selection switching element, the second selection switching element, and the first
5. The method of controlling a nonvolatile memory element according to claim 3 , wherein different potentials are generated at the first terminal and the second terminal by conducting the control switching element and the second control switching element. 6.
前記電源投入ステップでは、前記第1ビット線と前記第2ビット線とに前記電流を流した状態で、前記電力を投入する
請求項6記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
The method for controlling a nonvolatile memory element according to claim 6, wherein, in the power-on step, the power is turned on in a state where the current flows through the first bit line and the second bit line.
前記不揮発性記憶素子の制御方法は、さらに、
前記電力を供給後に、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より低い電位に設定するとともに、前記第2選択スイッチング素子を非導通にし、前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流すことで、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より低抵抗にする初期化ステップを含む
請求項〜7のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
The method for controlling the nonvolatile memory element further includes:
After supplying the power, when the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential lower than the potential of the second terminal, and the second selective switching element is turned off. to conduct, the second control switching element is rendered conductive, a current is passed to the variable resistor, any claim 3-7 comprising an initialization step of the variable resistance in the low resistance than the first fixed resistor The method for controlling a nonvolatile memory element according to claim 1.
請求項1又は2記載の不揮発性記憶素子の制御方法であって、
前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より高抵抗にし、前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より低い場合に、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より低抵抗にするストアステップを含む
不揮発性記憶素子の制御方法。
A method for controlling a nonvolatile memory element according to claim 1 or 2 ,
When the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal, the variable resistor is made higher than the first fixed resistor, and when the potential of the second terminal is lower than the potential of the first terminal, A control method for a nonvolatile memory element, comprising a store step of making the variable resistance lower than the first fixed resistance.
前記ストアステップでは、
前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より低い電位に設定するとともに、前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流すことで、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より高抵抗にする
請求項9記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
In the store step,
When the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential lower than the potential of the second terminal, and the second control switching element is made conductive, so that the variable resistor The method for controlling a nonvolatile memory element according to claim 9, wherein the variable resistor is set to have a higher resistance than the first fixed resistor by causing a current to flow therethrough.
前記ストアステップでは、
前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より高い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より低い電位に、かつ、前記第2ビット線を前記第2端子の電位以上の電位に設定するとともに、前記第2選択スイッチング素子及び前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流す
請求項10記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
In the store step,
When the potential of the second terminal is higher than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential lower than the potential of the second terminal, and the second bit line is set to a potential equal to or higher than the potential of the second terminal. 11. The method of controlling a nonvolatile memory element according to claim 10, wherein the second selection switching element and the second control switching element are turned on to pass a current through the variable resistor.
前記ストアステップでは、
前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より低い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より高い電位に設定するとともに、前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流すことで、前記可変抵抗を前記第1固定抵抗より低抵抗にする
請求項9記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
In the store step,
When the potential of the second terminal is lower than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential higher than the potential of the second terminal, and the second control switching element is made conductive, so that the variable resistor The method for controlling a nonvolatile memory element according to claim 9, wherein the variable resistor is set to have a lower resistance than the first fixed resistor by causing a current to flow therethrough.
前記ストアステップでは、
前記第2端子の電位が前記第1端子の電位より低い場合に、前記信号線を前記第2端子の電位より高い電位に、かつ、前記第2ビット線を前記第2端子の電位以下の電位に設定するとともに、前記第2選択スイッチング素子及び前記第2制御スイッチング素子を導通させて、前記可変抵抗に電流を流す
請求項12記載の不揮発性記憶素子の制御方法。
In the store step,
When the potential of the second terminal is lower than the potential of the first terminal, the signal line is set to a potential higher than the potential of the second terminal, and the second bit line is set to a potential equal to or lower than the potential of the second terminal. 13. The method of controlling a nonvolatile memory element according to claim 12, wherein the second selection switching element and the second control switching element are turned on to pass a current through the variable resistor.
JP2010049389A 2010-03-05 2010-03-05 Nonvolatile memory element and control method thereof Expired - Fee Related JP5454784B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010049389A JP5454784B2 (en) 2010-03-05 2010-03-05 Nonvolatile memory element and control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010049389A JP5454784B2 (en) 2010-03-05 2010-03-05 Nonvolatile memory element and control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011187109A JP2011187109A (en) 2011-09-22
JP5454784B2 true JP5454784B2 (en) 2014-03-26

Family

ID=44793210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010049389A Expired - Fee Related JP5454784B2 (en) 2010-03-05 2010-03-05 Nonvolatile memory element and control method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5454784B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9087573B2 (en) * 2012-03-13 2015-07-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Memory device and driving method thereof
CN117789794B (en) * 2023-12-27 2024-11-19 无锡中微亿芯有限公司 Non-volatile configuration RAM for FPGA based on ReRAM

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003220785A1 (en) * 2002-04-10 2003-10-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Non-volatile flip-flop
JP3733468B2 (en) * 2002-11-01 2006-01-11 松下電器産業株式会社 Driving method of nonvolatile flip-flop circuit using variable resistance element
JP3845734B2 (en) * 2004-11-16 2006-11-15 国立大学法人金沢大学 Non-volatile memory
JP5170706B2 (en) * 2007-08-31 2013-03-27 国立大学法人東京工業大学 Nonvolatile SRAM / latch circuit using spin injection magnetization reversal MTJ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011187109A (en) 2011-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5092001B2 (en) Semiconductor integrated circuit
JP4153901B2 (en) Semiconductor memory device
JP5404683B2 (en) Resistance change memory
US9406379B2 (en) Resistive random access memory with non-linear current-voltage relationship
US10861543B2 (en) Device for switching between different reading modes of a non-volatile memory and method for reading a non-volatile memory
CN103093810B (en) Resistive memory device
US8264872B2 (en) Column decoder for non-volatile memory devices, in particular of the phase-change type
Kumar et al. A novel design of a memristor-based look-up table (LUT) for FPGA
CN112562761B (en) Control method and device of three-dimensional memory and storage medium
US20170221563A1 (en) Non-Volatile SRAM Memory Cell, and Non-Volatile Semiconductor Storage Device
JP2006079609A (en) Method and device using phase change memory as replacement for buffered flash memory
JP5518441B2 (en) Low power access method for phase change memory device
US10186317B2 (en) Phase change memory device and method of operation
JP2004355670A (en) Nonvolatile semiconductor storage device, write/reset method thereof, and read method thereof
JP5454784B2 (en) Nonvolatile memory element and control method thereof
US11756614B2 (en) Phase change memory device, system including the memory device, and method for operating the memory device
IT201900010419A1 (en) METHOD OF PROGRAMMING A PHASE CHANGE MEMORY DEVICE OF DIFFERENTIAL TYPE, MEMORY DEVICE, AND ELECTRONIC SYSTEM
JP5159847B2 (en) Resistance change memory device
IT201600098496A1 (en) ADDRESS DECODER FOR A NON-VOLATILE MEMORY MATRIX USING SELECTION MOS TRANSISTORS
US12002510B2 (en) Program current controller and sense circuit for cross-point memory devices
US11355191B2 (en) Method for programming a phase-change memory device of differential type, phase-change memory device, and electronic system
CN104769677B (en) Nonvolatile semiconductor memory device
TWI855368B (en) Memory and method of operation of memory device
JP2013239223A (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of driving memory cell array

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130123

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130603

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130702

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130813

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees