本發(fā)明專利技術(shù)提供一種非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元，將單一非揮發(fā)性元件內(nèi)建于傳統(tǒng)靜態(tài)隨機存取存儲器單元中而形成。復數(shù)個非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元可被進一步整合為一緊密存儲器陣列。本發(fā)明專利技術(shù)的非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元兼具傳統(tǒng)靜態(tài)隨機存取存儲器讀/寫的速度及非揮發(fā)性存儲器元件的非揮發(fā)特性。本發(fā)明專利技術(shù)亦揭露非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元的操作方法。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)有關(guān)于非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器(Non-Volatile Static RandomAccess Memory, NVSRAM)及其操作方法，特別地，單一非揮發(fā)性元件(non-volatileelement)內(nèi)建于傳統(tǒng)靜態(tài)隨機存取存儲器單元(SRAM cell)中而形成本專利技術(shù)非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元(NVSRAM cell)。本專利技術(shù)的復數(shù)個非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元可被整合為一緊密存儲器陣列。因為本專利技術(shù)的非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元的新結(jié)構(gòu)，可省去傳統(tǒng)非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元使用的切換元件，該切換元件是用來隔離將靜態(tài)隨機存取存儲器單元與寫入和抹除動作時的高電壓，同時，也簡化非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元的操作。本專利技術(shù)的非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元兼具傳統(tǒng)靜態(tài)隨機存取存儲器讀/寫的速度及非揮發(fā)性元件的非揮發(fā)特性。
技術(shù)介紹
半導體存儲器已經(jīng)廣泛地應用在電子系統(tǒng)。電子系統(tǒng)需要半導體存儲器來儲存指令和數(shù)據(jù)，該些指令和數(shù)據(jù)是復雜運算過程的控制基本功能所衍生出來。半導體存儲器可分為揮發(fā)性存儲器和非揮發(fā)性存儲器。揮發(fā)性存儲器包括靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)和動態(tài)隨機存取存儲器(Dynamic Random Access Memory, DRAM)，其儲存數(shù)據(jù)在存儲器電源關(guān)掉后會消失。然而，非揮發(fā)性存儲器，如只讀存儲器(Read Only Memory, ROM)、電子可抹除可程式只讀存儲器(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory, EEPR0M)和快閃存儲器(Flash)，其儲存數(shù)據(jù)在存儲器電源關(guān)掉后仍會保存。在電子系統(tǒng)的一應用領(lǐng)域中，尤其在電源中斷或故障的情況下，揮發(fā)性存儲器和非揮發(fā)性存儲器的結(jié)合應用就顯得特別重要。例如，交易記錄和服務器數(shù)據(jù)儲存、印表機、醫(yī)療設(shè)備和汽車撞擊記錄等是其主要應用范疇。這些應用的解決方案，已經(jīng)從靜態(tài)隨機存取存儲器結(jié)合控制器和電池、靜態(tài)隨機存取存儲器結(jié)合電池，進展至非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器結(jié)合放電電容器。如今，對這些應用而言，非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器結(jié)合放電電容器的解決方案是最緊致整合(compact and integrated)的系統(tǒng)。在半導體非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器的早期發(fā)展階段，非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器是由一對一鏡像(one to one image)非揮發(fā)性元件(例如，電子可抹除可程式只讀存儲器或快閃存儲器)單元陣列及靜態(tài)隨機存取存儲器單元陣列所構(gòu)成。在喪失電源的情況下，當內(nèi)建于傳統(tǒng)非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器裝置的一電源檢測電路會檢測到電源衰減(power dropping)時,會開始利用放電電容器或備用電池的電源,將靜態(tài)隨機存取存儲器中的數(shù)據(jù)移至非揮發(fā)性元件。因為非揮發(fā)性元件和靜態(tài)隨機存取存儲器陣列相互隔離，非揮發(fā)性存儲器在寫入和抹除等操作時的高電壓不會觸及靜態(tài)隨機存取存儲器操作的低電壓電路。于此，靜態(tài)隨機存取存儲器陣列是作為非揮發(fā)性存儲器程式化(programming)時的數(shù)據(jù)暫存器。然而，由于兩個被隔離的非揮發(fā)性存儲器陣列和靜態(tài)隨機存取存儲器陣列及其周邊電路，因此采用上述傳統(tǒng)方式的電路較不緊致也較沒效率。為了緊致度、較佳的操作速度和降低成本，將非揮發(fā)性元件和靜態(tài)隨機存取存儲器單元整合成單一非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元是不變的目標。有幾個非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器基本單元(NVSRAM unit cell)的方法已被提出，例如美國專利公告號碼US 7164608、US 7110293、US 7307872及US 7663917等文獻。雖然這些單一基本單元(single-unit-cell)的方法業(yè)已改善其緊密度、操作速度和降低成本,但大多數(shù)非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元仍需多個切換器(switch)來隔離非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元中的靜態(tài)隨機存取存儲器單元部分和非揮發(fā)性元件。此乃因揮發(fā)性和非揮發(fā)性單元裝置的高/低電壓操作不相容性所致。其中有些方法亦需要兩個非揮發(fā)性元件來分別拉高(pull up)和拉低(pull down)靜態(tài)隨機存取存儲器單元的位線(bitline)和互補位線(complementary bitline)。這些方法明顯地會增加晶體管元件的數(shù)目和操作的復雜度。如圖1(美國專利公告號碼US 6556487文獻的圖4)顯示由Ratnadumar等人在美國專利公告號碼US 6556487文獻中揭露內(nèi)建于6T(六個晶體管)靜態(tài)隨機存取存儲器單元110的單一非揮發(fā)性元件。在圖I中的非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元100結(jié)構(gòu)中，非揮發(fā)性元件NV的源極(source)和漏極(drain)分別連接至靜態(tài)隨機存取存儲器單元110中存取晶體管(access transistor)MN3 的電極(electrode)a2 和反向器(inverter)MPl 與 MNl間之的輸出節(jié)點(node)al。在非揮發(fā)性元件NV的進行程式化/抹除(erase)操作時，難 免需要施加一高電壓偏壓(bias)于該非揮發(fā)性元件NV的源極或漏極?；谛阅芎统叽绲目剂浚话沆o態(tài)隨機存取存儲器單元中的金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistors, M0SFETS)被設(shè)計為以低電壓操作的，故與非揮發(fā)性元件的高電壓程式化/抹除操作是不相容的。因此，非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元100中的靜態(tài)隨機存取存儲器單元110的性能和尺寸就必須妥協(xié)。同樣，因高/低電壓操作的不相容性的緣故，麗3和MN4的柵極必須要形成兩條分離的字元線(wordline)(如圖I中的字元線_1和字元線_2)，相較于傳統(tǒng)的6T靜態(tài)隨機存取存儲器中的MN3和MN4的柵極(gate)只形成單一字元線。此外，當施加于非揮發(fā)性元件的柵極電壓低于非揮發(fā)性元件的高臨界電壓(threshold voltage)時,非揮發(fā)性元件NV是關(guān)閉(off)狀態(tài),而斷開(disconnect)反向器MP1/MN1的輸出節(jié)點al與該存取晶體管麗3之間的電氣連接。當靜態(tài)隨機存取存儲器110進行正常的讀/寫操作時,必須施加一高控制柵極電壓(high control gate voltage)遠高于非揮發(fā)性元件的高/低臨界電壓，使反向器MP1/MN1輸出節(jié)點al的電壓經(jīng)由存取晶體管麗3被傳送(pass)至位線。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決上述的問題，本專利技術(shù)揭示一種非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元，是將單一非揮發(fā)性元件內(nèi)建于傳統(tǒng)6T (六個晶體管)或2R4T (兩個電阻及四個晶體管)靜態(tài)隨機存取存儲器單元內(nèi)。本專利技術(shù)的目的之一是，提供一種非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元，包含一靜態(tài)隨機存取存儲器元件，以及一非揮發(fā)性存儲器元件。所述靜態(tài)隨機存取存儲器元件包含一閂鎖器，設(shè)有兩個輸出節(jié)點；以及，兩個存取晶體管，各所述存取晶體管耦接在所述兩個輸出節(jié)點的其一與一對位線的其一之間。所述非揮發(fā)性存儲器元件，耦接在所述兩個輸出節(jié)點的其一與一電壓線之間。本專利技術(shù)的目的之一是，提供一種方法，用以在一非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元和一對位線之間傳遞數(shù)據(jù)，所述非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元包含一靜態(tài)隨機存取存儲器元件和一非揮發(fā)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元，其特征在于，所述的非揮發(fā)性靜態(tài)隨機存取存儲器單元包含：一靜態(tài)隨機存取存儲器元件，包含：一閂鎖器，設(shè)有兩個輸出節(jié)點；以及兩個存取晶體管，各所述存取晶體管耦接在所述兩個輸出節(jié)點的其一與一對位線的其一之間；以及一非揮發(fā)性存儲器元件，耦接在所述兩個輸出節(jié)點的其一與一電壓線之間。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王立中，
申請(專利權(quán))人：閃矽公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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