專利名稱：兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Static Random AccessMemory，簡稱SRAM)單元及其操作方法，且特別是有關(guān)于一種使用兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及其操作方法。
公知的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)0或1的作法通常為使用6個(gè)晶體管單元，當(dāng)寫入時(shí)，以其中兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通與否作為寫入數(shù)據(jù)0或1，當(dāng)讀取時(shí)，則因兩作為寫入數(shù)據(jù)的晶體管導(dǎo)通與否，造成此兩晶體管所分別耦接的位線間具有電位差，因此，可作為讀取數(shù)據(jù)0或1的判斷。再者，公知的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)0或1的作法也有為使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的包含一個(gè)晶體管(1-T)與一個(gè)電容單元，利用晶體管的導(dǎo)通與否，決定電容中電荷的數(shù)量，以作為數(shù)據(jù)0或1的寫入與讀取。
但公知的此兩種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元均有其缺點(diǎn)，像是當(dāng)使用六個(gè)晶體管的存儲(chǔ)單元時(shí)，顯而易見的是，存儲(chǔ)器本身的集成度將會(huì)很低，以現(xiàn)有工藝技術(shù)而言，此使用六個(gè)晶體管單元的單元尺寸(cellsize)會(huì)是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的10至16倍大。因此，此作法不但占有較大的空間，且因使用六個(gè)晶體管而造價(jià)較為昂貴。此外，當(dāng)工藝技術(shù)也趨進(jìn)步，單位面積的組件增加，又，使用六個(gè)晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器在關(guān)閉時(shí)的整體漏電流Ioff(相當(dāng)于預(yù)備電流，Standby Current)，會(huì)造成所謂“關(guān)不住存儲(chǔ)器”的現(xiàn)象。相比之下，當(dāng)使用一個(gè)晶體管的存儲(chǔ)單元時(shí)，雖然減少了存儲(chǔ)單元的單元尺寸，可是卻必須使用電壓值較高的充電電壓(電源電壓加上晶體管本身的起始電壓(threshold voltage))，其原因在于，如果電容本身所儲(chǔ)存的電荷越多，越能預(yù)防儲(chǔ)存在電容中電荷的遺漏(leak)，而使得數(shù)據(jù)得以保全。
本發(fā)明提出一種兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，此靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元包括第一晶體管、第二晶體管、第一電容以及第二電容。其中，第一晶體管具有第一連接端、第二連接端以與柵極端，第一晶體管的第一連接端耦接第一位線，第一晶體管的柵極端耦接字符線。第一電容具有第一連接端以及第二連接端。第一電容的第一連接端耦接第一晶體管的第二連接端，第一電容的第二連接端耦接靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的底材電壓。第二晶體管具有第一連接端、第二連接端以與柵極端，第二晶體管的第一連接端耦接第二位線，第二晶體管的柵極端耦接字符線。第二電容具有第一連接端以及第二連接端，第二電容的第一連接端耦接第二晶體管的第二連接端，第一電容的第二連接端耦接底材電壓。
本發(fā)明另外提出一種兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，此靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其中，第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有共同的字符線與單元底材電壓以及具有各自的第一位線與第二位線，此操作方法包括寫入數(shù)據(jù)以及讀取數(shù)據(jù)，其中，當(dāng)寫入一數(shù)據(jù)時(shí)，將字符線的電壓由單元底材電壓切換至電源供應(yīng)電壓，并根據(jù)此數(shù)據(jù)的值，分別提供單元底材電壓以及電源供應(yīng)電壓給第一位線以及第二位線。再將字符線的電壓由電源供應(yīng)電壓切換至單元底材電壓，以完成寫入動(dòng)作。當(dāng)讀取一數(shù)據(jù)時(shí)，將第一位線以及第二位線的電壓預(yù)先充電且平衡至電源供應(yīng)電壓，再將字符線的電壓由單元底材電壓切換至電源供應(yīng)電壓。接下來，根據(jù)第一位線以及第二位線的電壓是否被拉降，判斷靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)的值。當(dāng)判斷出靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)的值后，將被拉降的位線的電壓拉降至單元底材電壓。最后將字符線的電壓由電源供應(yīng)電壓切換至單元底材電壓，以恢復(fù)此靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元讀取前的狀態(tài)。
綜上所述，本發(fā)明通過使用兩動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，以儲(chǔ)存于兩動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元中電容的電荷電壓的不同，作為寫入數(shù)據(jù)的值的依據(jù)，并利用當(dāng)位線被預(yù)先充電后，電容中的電荷電壓將影響位線的電壓是否被拉降，作為讀取數(shù)據(jù)的值的判斷。因此，本發(fā)明具有小單元尺寸、小充電電壓、低預(yù)備電流，以及低成本的其它產(chǎn)業(yè)利用效益。故此使用兩個(gè)晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元應(yīng)可取代現(xiàn)行靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元。
100單元101，105NMOS晶體管103，107電容
BL第一位線BLB第二位線WL字符線SN1第一儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN2第二儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)在此較佳實(shí)施例中，單元100的寫入與讀取的方法將敘述如下當(dāng)單元100于寫入模式時(shí)，字符線WL上的電壓將由接地電壓GND被切換為此靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的供應(yīng)電源電壓VDD(若以動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)，字符線WL必須被切換為供應(yīng)電源電壓VDD+動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元中晶體管之起始電壓(threshold voltage))。而第一位線BL與第二位線BLB上的電壓則根據(jù)欲寫入的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)0或數(shù)據(jù)1)，分別供以供應(yīng)電源電壓VDD或是接地電壓GND。舉例來說，請同時(shí)參考

圖1以及圖2，其中，圖2是根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例中的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的寫入數(shù)據(jù)1時(shí)的時(shí)脈圖。當(dāng)欲寫入的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)1時(shí)，字符線WL上的電壓為由接地電壓GND被推升至供應(yīng)電源電壓VDD，而第一位線BL上的電壓由接地電壓GND被推升至供應(yīng)電源電壓VDD，第二位線上的電壓由供應(yīng)電源電壓VDD拉降至接地電壓GND。在此情況下，本領(lǐng)域人員可知，NMOS晶體管101導(dǎo)通(on)，電容103開始儲(chǔ)存電荷，且根據(jù)第一位線BL上的電壓變化，電容103所儲(chǔ)存的電荷電壓(第一儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN1的電壓)由接地電壓增加至供應(yīng)電源電壓VDD減去NMOS晶體管101的起始電壓VTN(VDD-VTN)。至于NMOS晶體管105，則也為導(dǎo)通，根據(jù)第二位線BLB上的電壓變化，電容器107所儲(chǔ)存的電荷電壓(第二儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN2的電壓)由VDD-VTN被拉降至接地電壓GND。字符線WL上的電壓被推升至供應(yīng)電源電壓VDD一段時(shí)間后，即由供應(yīng)電源電壓VDD再被拉降至接地電壓GND，以關(guān)閉NMOS晶體管101、105，而保留住儲(chǔ)存在電容器103、107中的電荷。以上即完成單元100寫入數(shù)據(jù)1的動(dòng)作。同理，也可了解單元100寫入數(shù)據(jù)0的動(dòng)作。
當(dāng)單元100于讀取模式時(shí)，第一位線BL與第二位線BLB上的電壓皆被預(yù)先充電且平衡至供應(yīng)電源電壓VDD。而字符線WL上的電壓則仍將由接地電壓GND被切換為供應(yīng)電源電壓VDD。請同時(shí)參考圖1以及圖3，其中，圖3是根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例中的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的讀取數(shù)據(jù)1時(shí)的時(shí)脈圖。當(dāng)讀取數(shù)據(jù)1時(shí)，第一位線BL與第二位線BLB上的電壓受感應(yīng)放大器控制，于感應(yīng)放大器感應(yīng)致能時(shí)(感應(yīng)致能電壓為接地電壓GND時(shí))，都被預(yù)先充電且平衡至供應(yīng)電源電壓VDD。接下來，字符線WL上的電壓由接地電壓GND被切換為供應(yīng)電源電壓VDD，此時(shí)，NMOS晶體管101、NMOS晶體管105都導(dǎo)通，此時(shí)由于第一儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN1的電壓為VDD-VTN，因此，第一位線BL上的電壓將仍為供應(yīng)電源電壓VDD。相反地，由于第二儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN2的電壓為接地電壓GND，且第二位線BLB上的電荷需均勻分布，因此，當(dāng)電容107開始接受第二位線BLB上的電荷而進(jìn)行充電時(shí)，第二位線BLB上的電壓將被拉降至略低于VDD，而第二儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN2最后所儲(chǔ)存的電壓，會(huì)因?yàn)楫?dāng)初第二位線BLB預(yù)先充電時(shí)的電荷量不足，而停留在略低于VDD-VTN。
在第一儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN1的電壓為VDD-VTN、第二儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN2的電壓略低于VDD-VTN期間，感應(yīng)放大器感應(yīng)致能以感應(yīng)第一位線BL及第二位線BLB上的電壓。感應(yīng)放大器通過感應(yīng)時(shí)第一位線BL上電壓(供應(yīng)電源電壓VDD)及第二位線BLB上電壓(略低于供應(yīng)電源電壓)的不同，分辨出單元100此時(shí)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)1。當(dāng)感應(yīng)放大器分辨出單元100此時(shí)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)1后，感應(yīng)放大器感應(yīng)禁能，其感應(yīng)致能電壓由接地電壓GND被切換為電源供應(yīng)電壓VDD，此即為將其耦接的第一位線BL以及第二位線BLB上的電位，分別維持在供應(yīng)電源電壓VDD以及拉降至接地電壓GND，電容103、107所儲(chǔ)存的電荷電壓因此分別維持在VDD-VTN以及拉降至接地電壓GND，即第一儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN1與第二儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN2的電壓恢復(fù)在未開始讀取時(shí)的電壓。最后，字符線WL上的電壓由供應(yīng)電源電壓VDD被切換為接地電壓GND，NMOS晶體管101、105關(guān)閉，而保留住儲(chǔ)存于電容器103、107中的電荷，以維持第一儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN1與第二儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)SN2的在未讀取時(shí)的電壓。以上即完成單元100讀取數(shù)據(jù)1的動(dòng)作。同理，也可了解單元100讀取數(shù)據(jù)0的動(dòng)作。此外，感應(yīng)放大器隨著字符線WL上的電壓被切換為接地電壓GND后感應(yīng)致能，即將第一位線BL以及第二位線BLB預(yù)先充電且平衡至供應(yīng)電源電壓VDD，以讀取下一周期單元100所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。
綜合上述，本發(fā)明提供一種使用兩個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，及其使用方法，通過動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元中電容所儲(chǔ)存的電荷電壓不同，作為寫入或讀取數(shù)據(jù)時(shí)的依據(jù)。因此，相較于公知靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，本發(fā)明的使用兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及其操作方法，除了具有小單元尺寸、充電電壓低的優(yōu)勢外，更因?yàn)榇藛卧獦?gòu)成組件較少，又具有整體漏電流小、預(yù)備電流小以及實(shí)際成本低等其它優(yōu)勢。故應(yīng)可取代現(xiàn)行靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元于產(chǎn)業(yè)上的利用。
權(quán)利要求
1.一種兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其特征是，其包括一第一晶體管，具有第一連接端、第二連接端以與柵極端，該第一晶體管的第一連接端耦接二第一位線，該第一晶體管的柵極端耦接一字符線；一第一電容，具有第一連接端以及第二連接端，該第一電容的第一連接端耦接該第一晶體管的第二連接端，該第一電容的第二連接端耦接該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的一單元底材電壓；一第二晶體管，具有第一連接端、第二連接端以與柵極端，該第二晶體管的第一連接端耦接一第二位線，該第二晶體管的柵極端耦接該字符線；以及一第二電容，具有第一連接端以及第二連接端，該第二電容的第一連接端耦接該第二晶體管的第二連接端，該第一電容的第二連接端耦接該單元底材電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其特征是，該第一晶體管為一NMOS晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其特征是，該第二晶體管為一NMOS晶體管。
4.一種兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有一第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及一第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其中，該第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及該第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有共同的一字符線與一單元底材電壓以及具有各自的一第一位線與一第二位線，其特征是，其操作方法包括該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元寫入一數(shù)據(jù)時(shí)，將該字符線的電壓由該單元底材電壓切換至一電源供應(yīng)電壓；根據(jù)該數(shù)據(jù)的值，分別提供該單元底材電壓以及該電源供應(yīng)電壓給該第一位線以及該第二位線；以及將該字符線的電壓由該電源供應(yīng)電壓切換至該單元底材電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是，該單元底材電壓為一接地電壓。
6.如權(quán)利要求4所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是，其操作方法更包括當(dāng)欲寫入的該數(shù)據(jù)的值為1時(shí)，該第一位線的電壓由該單元底材電壓推升至該電源供應(yīng)電壓，該第二位線的電壓由該電源供應(yīng)電壓拉降至該單元底材電壓。
7.如權(quán)利要求4所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是，其操作方法更包括當(dāng)欲寫入的該數(shù)據(jù)的值為0時(shí)，該第一位線的電壓由該電源供應(yīng)電壓拉降至該單元底材電壓，該第二位線的電壓由該單元底材電壓推升至該電源供應(yīng)電壓。
8.如權(quán)利要求6所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是，該第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元中的一第一電容所儲(chǔ)存的電壓為該電源供應(yīng)電壓減去該第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元中的一第一晶體的起始電壓。
9.如權(quán)利要求6所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是，該第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元中的一第二電容所儲(chǔ)存的電壓為該單元底材電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是，該單元底材電壓為一接地電壓。
11.一種兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有一第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及一第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其中，該第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及該第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有共同的一字符線與一單元底材電壓以及具有各自的一第一位線與一第二位線，其特征是，其操作方法包括該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元讀取一數(shù)據(jù)時(shí)，將該第一位線以及該第二位線的電壓預(yù)先充電至一電源供應(yīng)電壓；將該字符線的電壓由該單元底材電壓切換至該電源供應(yīng)電壓；根據(jù)該第一位線以及該第二位線的電壓是否被拉降，判斷該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的該數(shù)據(jù)的值；判斷出該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的該數(shù)據(jù)的值后，將被拉降的位線的電壓拉降至該單元底材電壓；以及將該字符線的電壓由該電源供應(yīng)電壓切換至該單元底材電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是，該單元底材電壓為一接地電壓。
13.一種兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的操作方法，該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有一第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及一第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元，其中，該第一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元以及該第二動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元具有共同的一字符線與一單元底材電壓以及具有各自的一第一位線與一第二位線，其特征是，其操作方法包括該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元寫入一數(shù)據(jù)時(shí)，包括將該字符線的電壓由該單元底材電壓切換至一電源供應(yīng)電壓；根據(jù)該數(shù)據(jù)的值，分別提供該單元底材電壓以及該電源供應(yīng)電壓給該第一位線以及該第二位線；將該字符線的電壓由該電源供應(yīng)電壓切換至該單元底材電壓；該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元讀取該數(shù)據(jù)時(shí)，包括將該第一位線以及該第二位線的電壓預(yù)先充電且平衡至該電源供應(yīng)電壓；將該字符線的電壓由該單元底材電壓切換至該電源供應(yīng)電壓；根據(jù)該第一位線以及該第二位線的電壓是否被拉降，判斷該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的該數(shù)據(jù)的值；判斷出該靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的該數(shù)據(jù)的值后，將被拉降的位線的電壓拉降至該單元底材電壓；以及將該字符線的電壓由該電源供應(yīng)電壓切換至該單元底材電壓。
全文摘要
一種兩晶體管的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元及其操作方法，其具有第一晶體管、第二晶體管、第一電容以及第二電容。第一晶體管具有第一連接端、第二連接端以與柵極端，第一晶體管的第一連接端耦接第一位線，第一晶體管的柵極端耦接字符線。第一電容具有第一連接端以及第二連接端。第一電容的第一連接端耦接第一晶體管的第二連接端，第一電容的第二連接端耦接靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元的底材電壓。第二晶體管具有第一連接端、第二連接端以與柵極端，第二晶體管的第一連接端耦接第二位線，第二晶體管的柵極端耦接字符線。第二電容具有第一連接端以及第二連接端，第二電容的第一連接端耦接第二晶體管的第二連接端，第一電容的第二連接端耦接底材電壓。
文檔編號H01L27/11GK1459864SQ0212038
公開日2003年12月3日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者方宏基 申請人:科統(tǒng)科技股份有限公司