Bei magnetoresistiven Schreib/Lese-Speichern, die auch als MRAM-Speicher (magnetoresistive random access memory) be- zeichnet werden, handelt es sich um Speicher, bei denen man unter einer Adresse Daten abspeichern und auch wieder ausle- sen kann. Die Speicher weisen in der Regel ein oder mehrere Speicherzellen (Speicherzellenfeld) auf, wobei der Speiche- reffekt im magnetisch veränderbaren elektrischen Widerstand der Speicherzelle beziehungsweise der Speicherzellen liegt.

MRAM-Speicherzellen weisen üblicherweise eine Schichtenfolge auf, die aus einer Kombination von ferromagnetischen Materia- lien und einer jeweils dazwischen liegenden Isolatorschicht besteht. Die Isolatorschicht wird auch als Tunneldielektrikum bezeichnet.

In Abhängigkeit vom Magnetisierungszustand der Speicherzelle können die Magnetisierungsrichtungen in den magnetischen Schichten parallel oder antiparallel ausgerichtet sein. Je nach Magnetisierungsrichtung in den magnetischen Schichten weist die Speicherzelle einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand auf. Dabei führt eine parallele Magnetisierungs- richtung zu einem niedrigeren elektrischen Widerstand in der Speicherzelle, während eine antiparallele Magnetisierungs- richtung zu einem höheren Widerstand führt.

Die Isolatorschicht kann beispielsweise eine Dicke von etwa 2 bis 3 nm aufweisen. Die elektronische Leitfähigkeit durch

dieses Schichtensystem wird wesentlich durch einen Tunnelef- fekt durch diese Isolatorschicht bestimmt. Variationen in der Tunnel-Isolatordicke führen zu starken Variationen in der Leitfähigkeit, da die Isolatordicke näherungsweise exponenti- ell in den Tunnelstrom eingeht.

Wenn eine solche Speicherzelle beschrieben wird, erfolgt dies über einen elektrischen Strom. Dazu ist die Speicherzelle derart aufgebaut, daß sie zwei sich kreuzende elektrische Leiter aufweist. Am Kreuzungspunkt der elektrischen Leiter ist jeweils eine wie oben beschriebene Schichtenfolge aus ma- gnetischen Schichten und Tunneldielektrikums-Schichten vorge- sehen. Durch die beiden Leiter fließt ein elektrischer Strom, der jeweils ein magnetisches Feld erzeugt. Das magnetische Feld wirkt auf die einzelnen magnetischen Schichten. Wenn die magnetische Feldstärke ausreichend groß ist, werden die dem Feld ausgesetzten magnetischen Schichten ummagnetisiert.

Die Größe des auf die einzelnen magnetischen Schichten wir- kenden magnetischen Feldes hängt zum einen von der Größe der die beiden Leiter durchfließenden Ströme, und zum anderen auch von der räumlichen Anordnung der jeweiligen magnetischen Schichten in bezug auf die elektrischen Leiter ab.

Der die Leiter durchfließende Strom bewirkt also, daß sich die Magnetisierungsrichtungen in einzelnen magnetischen Schichten ändern können. Je nach Höhe des eingeprägten Stroms erfolgt eine Ummagnetisierung einzelner Schichten der Zelle oder aber nicht.

Wenn die Speicherzelle anschließend gelesen beziehungsweise bewertet wird, kann dies beispielsweise aber einen entspre- chenden Programmiervorgang erfolgen. Das bedeutet, daß in die elektrischen Leiter der Speicherzelle ein so hoher Strom ein- geprägt wird, daß einzelne oder mehrere magnetische Schichten ummagnetisiert werden. Wenn bei einer anschließenden Strom- messung des Stroms durch die Zelle beziehungsweise einer mit

dem Zellstrom korrelierten Spannungsmessung festgestellt wird, daß die Werte gleich geblieben sind, bedeutet dies, daß der Informationsgehalt auch vorher schon in der Speicherzelle gespeichert war. Wenn sich hingegen der Stromwert beziehungs- weise Spannungswert ändert, bedeutet dies, daß sich der In- formationsgehalt der Speicherzelle geändert hat. Alternativ ist auch möglich, eine Änderung des Informationsgehalts aber die Messung des Zellwiderstands nachzuweisen.

Wenn die Zelle gelesen werden soll, wird zunächst der elek- trische Zellwiderstand gemessen. In der EP 0 450 912 A2 ist ein Verfahren zum Auslesen eines MRAM beschrieben, bei dem ein derart gerichteter Aktivierungsstrom an die betreffende Speicherzelle angelegt wird, dass das von diesem Strom her- vorgerufene Magnetfeld entgegengesetzt zu einer gemeinsamen Magnetisierung an den Kanten des magnetisierbaren Speicherme- diums gerichtet ist.

Die Auswertung der gemessenen Werte erfolgt in entsprechenden Bewerterschaltungen. Dabei liegt im Prinzip der von anderen Speichertypen bekannte Ansatz nahe, einen gemessenen Strom- wert, beziehungsweise einen mit diesem korrelierenden Span- nungswert, mit einem festgelegten Referenzwert zu verglei- chen. Dieser Referenzwert wird in der Regel vor Betriebsbe- ginn des MRAM-Speichers einmal festgelegt und gilt für alle Speicherzellen des Speichers. Der festgelegte Referenzwert fungiert als Schwellwert, der je nach Zustand der Speicher- zelle den Informationszustand der Speicherzelle bestimmt.

Wenn die Bewerterschaltung einen Stromwert beziehungsweise Spannungswert erfaßt, der oberhalb oder unterhalb des festge- legten Referenzwerts liegt, wird daraus auf den Informations- gehalt der Speicherzelle rückgeschlossen.

Diese Form der Bewertung von Speicherzellen weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So müssen beispielsweise die höhe- ren und niedrigeren Ströme beziehungsweise Spannungen ausrei- chend voneinander verschieden sein, um bei entsprechender Po-

sitionierung der festgelegten Schwelle eine sichere Bewertung der Speicherzelle zu erlauben. Dies ist jedoch besonders schwierig, da sich die Strom-beziehungsweise Spannungsände- rungen und die daraus resultierenden Widerstandsänderungen im Rahmen von nur etwa 10% bewegen und deshalb nur relativ ge- ring sind. Aus diesem Grund muß der Referenzwert auf einen sehr genauen Wert festgelegt werden.

Da die MRAM-Speicher üblicherweise aus einer ganzen Anzahl von Speicherzellen, den sogenannten Speicherzellenfeldern, bestehen, müssen diese von einer einzigen Bewerterschaltung bewertet werden.

Aus herstellungstechnischen Gründen ist es jedoch nicht mög- lich, daß die Isolatorschichten in allen Speicherzellen und zwischen allen magnetischen Schichten immer exakt die gleiche Dicke aufweisen. Aufgrund dieser nicht verhinderbaren Vari- taionen der Isolatorschichtendicke, aber auch durch andere technologisch oder physikalisch bedingte Parametervariatio- nen, kann es zu Variationen des Zell-Widerstands und damit auch zu Variationen des Zell-Stroms kommen, die eine sichere Bewertung der Speicherzelleninformation verhindern können.

Aus diesem Grund können unter Umständen keine festgelegten Schwellen beziehungsweise Referenzwerte angegeben werden, um alle Speicherzellen eines vorgegebenen Speicherzellenfeldes sicher bewerten zu können.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorlie- genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zum Bewerten des Informationsgehalts einer Speicherzelle bereitzustellen, mit dem/der die be- schriebenen Nachteile vermieden werden können. Insbesondere soll eine genaue und sichere Bewertung einer Speicherzelle oder eines Speicherzellenfeldes möglich werden.

Diese Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Bewerten des Informationsgehalts ei-

ner Speicherzelle, vorzugsweise einer MRAM-Speicherzelle, oder eines Speicherzellenfeldes, gelöst. Erfindungsgemäß er- folgt die Bewertung über die Messung eines durch die Spei- cherzelle hindurchfließenden Stroms beziehungsweise einer mit dem Strom korrelierenden Spannung, wobei der gemessene Strom beziehungsweise die Spannung zur Bewertung des Informations- gehalts der Speicherzelle mit einem Referenzstrom beziehungs- weise einer Referenzspannung verglichen wird, bei dem/der es sich um einen Referenzstrom beziehungsweise eine Referenz- spannung durch dieselbe Speicherzelle handelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von dem Grundgedanken aus, den durch die Speicherzelle hindurchfließenden Strom be- ziehungsweise einen mit diesem korrelierenden Spannungswert nicht mehr mit einem zuvor festgelegten festen Referenzstrom beziehungsweise einer Referenzspannung zu vergleichen, wie dies im Stand der Technik bisher üblich war. Statt dessen wird der gemessene Wert nunmehr mit einem Referenzwert ver- glichen, der ebenfalls in derselben Zelle ermittelt wurde.

Auf diese Weise wird nicht mehr ein einziger Referentzwert für eine Vielzahl von Speicherzellen genutzt, sondern für je- de Speicherzelle wird jeweils ein eigener, individueller Re- ferenzwert ermittelt. Jede Speicherzelle ist somit sich sel- ber Referenz. Dadurch können die bisher auftretenden Nachtei- le, die sich aufgrund von baulichen Eigenarten der Speicher- zellen ergaben, eliminiert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zu den Vorteilen, Effekten, Wirkun- gen und der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ebenfalls auf die nachstehenden Ausführungen zur erfin- dungsgemäßen Schaltungsanordnung vollinhaltlich Bezug genom- men und hiermit verwiesen, da das Verfahren vorzugsweise un- ter Verwendung einer derartigen, erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung durchgeführt werden kann.

Um die Speicherzelle bewerten zu können, kann zunächst ein erster Stromwert beziehungsweise Spannungswert gemessen und zwischengespeichert werden. Anschließend kann die Speicher- zelle einem wie weiter oben beschriebenen Programmiervorgang unterworfen werden. Danach kann ein zweiter Stromwert bezie- hungsweise Spannungswert gemessen und gegebenenfalls zwi- schengespeichert werden. Anschließend werden die beiden ge- messenen Stromwerte beziehungsweise Spannungswerte in einem Bewerter, beispielsweise einem Komparator, miteinander ver- glichen.

Vorzugsweise kann die Speicherzelle als MRAM-Speicherzelle ausgebildet sein, die eine Schichtenfolge aus wenigstens ei- ner magnetisch weicheren und einer magnetisch härteren Schicht mit einer dazwischenliegenden Isolatorschicht auf- weist, wobei die Schichtfolge zwischen zwei elektrischen Lei- tern angeordnet ist. In diesem Fall kann der Programmiervor- gang der Speicherzelle über einen geeigneten Strom erfolgen.

Wenn der die elektrischen Leiter der Speicherzelle durchflie- ßende Strom, der ein magnetisches Feld erzeugt, das auf die zwischen den Leitern befindlichen magnetischen Schichten wirkt, ausreichend groß ist, kann/können die magnetisch wei- chere (n) Schicht (en) ummagnetisiert werden.

Nachfolgend wird nun ein exemplarische Beispiel für ein sol- ches Verfahren beschrieben.

In einem ersten Schritt wird im Rahmen eines ersten Lesevor- gangs der durch die Speicherzelle hindurchfließende Strom, beziehungsweise der dazu korrelierte Spannungswert oder ein entsprechender elektrischer Widerstandswert gemessen (gele- sen) und die Information hierüber zwischengespeichert. An- schließend wird die Speicherzelle einem entsprechenden Pro- grammiervorgang unterworfen. Das führt entweder zu einem Um- schalten der Speicherzelle, oder, falls die Speicherzelle be- reits in dem Zielzustand des Programmiervorgangs war, zu kei- ner Änderung des Zustandes der Speicherzelle. Nun wird wie-

derum der Strom beziehungsweise die Spannung oder der Wider- stand gemessen (zweiter Lesevorgang). Beide Meßwerte werden in einem Bewerter miteinander verglichen. Wurde die Informa- tion der Speicherzelle durch den Programmiervorgang verän- dert, so fließt bei der zweiten Messung ein anderer Strom.

Falls der Informationsgehalt der Speicherzelle durch den Pro- grammiervorgang nicht verändert wurde, so fließt der gleiche Strom. Die gemessenen Werte vor und nach dem Programmiervor- gang werden also immer nur direkt miteinander verglichen, nicht jedoch mit einem unabhängig davon und allgemein festge- legten Referenzwert, der auf alle Speicherzellen anzuwenden ist und beispielsweise in der Bewerterschaltung abgelegt sein kann.

Bei dem Bewerter kann es sich beispielsweise um ein Teilele- ment eines Leseverstärkers handeln. Solche Leseverstärker sind an sich bereits im Stand der Technik bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen wird. Beispielsweise werden Leseverstärker zum Lesen von DRAM-Speichern (dynamic random access memory) verwendet. Je nach Ausgestaltung der Schal- tungsanordnung, die zur Bewertung der Speicherzelle verwendet wird, können auch andere einfache Komparatorschaltungen als Bewerter verwendet werden. Verschiedene Beispiele für geeig- nete Bewerter werden im weiteren Verlauf der Beschreibung, insbesondere im Hinblick auf die erfindungsgemäße Schaltungs- anordnung, näher erläutert.

Vorzugsweise können der erste und der zweite gemessene Strom- wert beziehungsweise Spannungswert unterschiedlich gewichtet werden, um so eine Unsymmetrie bei der Bewertung einzustel- len. Durch die Einstellung einer solchen Unsymmetrie wird im- mer eine sichere und genaue Bewertung der Speicherzelle auch bei kleinen Unterschieden in den gemessenen Stromwerten be- ziehungsweise Spannungswerten möglich.

Die Einstellung einer Unsymmetrie ist insbesondere dann wich- tig, wenn sich die Daten der Speicherzelle nach dem

Schreibvorgang nicht ändern. Dies soll anhand eines Beispiels verdeutlicht werden.

Angenommen, zur Bewertung der Speicherzelle wird jeweils ein Spannungswert gemessen. Jeder Informationszustand der Spei- cherzelle entspricht einem bestimmten Spannungswert. Wenn die Speicherzelle als 1-Bit-Zelle mit den logischen Informations- zuständen"0"und"1"ausgebildet ist, könnte beim Informati- onszustand"0"beispielsweise ein Spannungswert von 1. OV und beim Informationszustand"1"ein Spannungswert von 1. 1V ge- messen werden. Wenn sich die Speicherzelle im Ausgangszustand im Informationszustand"0"befindet und anschließend einem Programmiervorgang unterworfen wird, indem sie beispielsweise mit dem Zieldatum"1"beschrieben wird, läßt sich diese In- formationsänderung anhand der beiden, im vorliegenden Bei- spiel um 10% variierenden Spannungswerte genau bewerten.

Wenn sich die Speicherzelle im Ausgangszustand hingegen be- reits im Informationszustand"1"befindet und nun mit dem Zieldatum"1"beschrieben wird, müßten die beiden Spannungs- werte nach der ersten und zweiten Messung gleich bleiben.

Aufgrund von Meßungenauigkeiten bei der Bewertung, die bei- spielsweise durch das grundsätzlich vorhandene Rauschen von Bauelementen und Schaltungen und durch schaltungsintern und- extern generierte und auf die Bewerterschaltung übersprechen- de Störsignale verursacht werden, ist die schaltungstechnisch vorzunehmende Entscheidung, ob zwei Meßsignale gleich oder aber geringfügig verschieden sind, mit großen Schwierigkeiten behaftet und sehr störanfällig.

Um dieses Problem der Entscheidung, ob die Meßwerte nach der ersten und zweiten Messung gleich sind, zu lösen, werden die Meßwerte unterschiedlich gewichtet und es wird eine Unsymme- trie bei der Bewertung beider Werte eingestellt.

Die Einstellung der Unsymmetrie kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Unsymmetrie aber eine un-

symmetrische Ausgestaltung der Schaltungsanordnung einge- stellt werden. In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, die Unsymmetrie über unterschiedliche Zeitdauern einzustellen, in denen die Speicherzelle mit der Schaltungsanordnung aktiv verbunden ist oder die gemessenen Stromwerte beziehungsweise Spannungswerte zwischengespeichert werden. Als aktive Verbin- dung wird dabei derjenige Zeitraum verstanden, in dem die Speicherzelle tatsächlich gelesen wird, beziehungsweise in dem ein entsprechender Wert tatsächlich gemessen oder zwi- schengespeichert wird.

Eine genauere Beschreibung, wie solche Unsymmetrien reali- siert werden können, ist im Hinblick auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gegeben, so daß an dieser Stelle hierzu auf die nachfolgenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug ge- nommen und hiermit verwiesen wird.

Im genannten Beispiel kann die Einstellung der Unsymmetrie zum Beispiel auch über eine geeignete Offset-Schaltung erfol- gen, die beispielsweise den ersten gemessenen Wert verändert, indem sie ihm beispielsweise einen Spannungsbetrag von zu- sätzlich 5% hinzuaddiert.

Befindet sich die Speicherzelle bei der ersten Messung wie- derum im Informationszustand"0", wird in diesem Fall nicht ein Spannungswert von 1. 0V, sondern ein aufgrund der Offset- Schaltung um 5% erhöhter Spannungswert von 1. 05V zwischenge- speichert. Anschließend wird die Speicherzelle dem Program- miervorgang ausgesetzt, so daß sich diese danach im Informa- tionszustand"1"befindet. Nun wird die Spannung erneut ge- messen, diesmal jedoch ohne Addition einer Offset-Spannung.

Der Spannungswert ergibt sich gemäß dem Beispiel bei der zweiten Messung zu 1. lV. Die beiden gemessenen Spannungswerte werden im Bewerter verglichen. Da der erste Meßwert kleiner als der zweite Meßwert ist, kann dadurch von der Bewerter- schaltung klar erkannt werden, daß ein Wechsel des Informati- onsgehalts von der Speicherzelle stattgefunden hat.

Wenn sich die Speicherzelle im Ausgangszustand bereits im In- formationszustand"1"befindet, wird aufgrund der Addition des Offsets bei der ersten Messung ein entsprechend um 5% er- höhter Spannungswert von etwa 1. 16V zwischengespeichert. An- schließend wird die Speicherzelle mit dem Zieldatum"1"be- schrieben. Nun wird der zweite Meßwert aufgenommen, der auf- grund der nicht vorgenommenen Addition eines Offsets für den zweiten Meßwert einen Spannungswert von 1. 1V liefert. Die beiden gemessenen beziehungsweise gespeicherten Spannungswer- te werden im Bewerter verglichen. Da der erste Meßwert größer als der zweite Meßwert ist, kann dadurch von der Bewerter- schaltung klar erkannt werden, daß sich der Informationsge- halt der Speicherzelle nicht verändert hat.

Durch die Einstellung einer geeigneten Unsymmetrie kann das Problem umgangen werden, zu entscheiden, ob zwei Meßwerte gleich groß sind. Vielmehr muß die Bewerterschaltung nur er- kennen können, ob die einzelnen Meßwerte in bezug zueinander jeweils größer oder kleiner sind.

Das vorliegende Beispiel dient lediglich zur grundlegenden Erläuterung der vorteilhaften Einstellung einer Unsymmetrie, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung auf dieses konkrete Beispiel einzugrenzen.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zum Bewerten des Informationsgehalts ei- ner Speicherzelle, vorzugsweise einer MRAM-Speicherzelle, oder eines Speicherzellenfeldes, insbesondere zur Verwendung bei einem wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ver- fahren, bereitgestellt, wobei die Schaltungsanordnung aber eine Leitung, beispielsweise eine Bitleitung, mit der Spei- cherzelle verbunden ist. Die Schaltungsanordnung weist einen ersten Schaltungszweig, der einen Schalter und eine Kapazität aufweist, um einen ersten Stromwert beziehungsweise einen da- mit korrelierten Spannungswert zwischenzuspeichern, und einen

zweiten Schaltungszweig auf, der einen Schalter und eine Ka- pazität aufweist, um einen zweiten Stromwert beziehungsweise einen damit korrelierten Spannungswert zwischenzuspeichern, wobei die Schaltungszweige zum Vergleichen der Stromwerte be- ziehungsweise der damit koorelierten Spannungswerte mit einem Bewerter verbunden sind.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der Strom- wert beziehungsweise der damit korrelierte Spannungswert des ersten Lesevorgangs der Speicherzelle im ersten Schaltungs- zweig zwischengespeichert. Dies erfolgt über eine entspre- chende Stellung der Schalter, so daß die Kapazität aufgeladen werden kann. Anschließend wird die Speicherzelle dem Program- miervorgang unterworfen, wie in Bezug auf das erfindungsgemä- Se Verfahren bereits beschrieben wurde. Danach wird wiederum der Stromwert beziehungsweise der damit korrelierte Span- nungswert gemessen (zweiter Lesevorgang der Speicherzelle).

Dieser Wert wird über eine entsprechende Stellung der Schal- ter in der Kapazität des zweiten Schaltungszweigs zwischenge- speichert. Die beiden gespeicherten Werte werden in dem mit den beiden Schaltungszweigen verbundenen Bewerter, der bei- spielsweise als einfacher Komparator ausgebildet sein kann, miteinander verglichen. Dadurch kann eine wie im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits beschriebene Bewertung der Speicherzelle vorgenommen werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zusätz- lich wird im Hinblick auf die Vorteile, Effekte, Wirkungen und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nung auch auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsge- mäßen Verfahren vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Vorteilhaft kann die Schaltungsanordnung derart ausgebildet sein, daß für den ersten und zweiten gemessenen Stromwert be- ziehungsweise Spannungswert unterschiedliche Wichtungen ein-

gestellt werden oder einstellbar sind, die zu einer Unsymme- trie in der Bewertung führen. Wie im Zusammenhang mit dem er- findungsgemäßen Verfahren weiter oben bereits erläutert wur- de, ist die Einstellung einer solchen Unsymmetrie besonders dann sinnvoll, wenn sich die Daten der Zelle vor und nach dem Schreibvorgang nicht ändern.

Zur Einstellung einer geeigneten Unsymmetrie kann beispiels- weise der Bewerter als unsymmetrisches Bauteil ausgebildet sein. Der Bewerter kann beispielsweise über eine entsprechen- de Offset-Schaltung verfügen, die den gemessenen Wert in be- stimmter Weise verändert. Dies ist anhand des weiter oben be- schriebenen Beispiels verdeutlicht worden.

In weiterer Ausgestaltung kann die Schaltungsanordnung derart ausgebildet sein, daß die Unsymmetrie aber unterschiedliche Zeitdauern eingestellt wird oder einstellbar ist, in denen die Speicherzelle mit der Schaltungsanordnung aktiv verbunden ist oder die gemessenen Stromwerte beziehungsweise Spannungs- werte in den Schaltungszweigen zwischengespeichert werden.

In einem solchen Fall kann der Bewerter symmetrisch ausgebil- det sein, so daß er beispielsweise als einfache, kostengün- stige Komparatorschaltung ausgebildet sein kann.

Wenn eine wie weiter oben beschriebene Schaltungsanordnung gewählt wird, können die unterschiedlichen Zeitdauern bei- spielsweise über unterschiedlich lange Öffnungszeiten der Schalter und damit Aufladezeiten der Kapazitäten eingestellt werden. Bei einer solchen Lösung ist jedoch eine genaue zeit- liche Kontrolle der jeweiligen Steuerpulse zum Öffnen und Schließen der Schalter erforderlich.

Um die Einstellung der Unsymmetrie unabhängig von einer ge- nauen zeitlichen Kontrolle durchführen zu können, kann diese vorteilhaft durch die Schaltungsanordnung selbst eingestellt werden. In diesem Fall ist die Schaltungsanordnung robuster

gegen mögliche Variationen im Zeitverlauf der Steuerpulse, die die Lebensdauer der Speicherkapazitäten bestimmen.

Vorzugsweise kann in der Leitung zwischen der Schaltungsan- ordnung und der Speicherzelle ein Element zum Umsetzen eines Stroms der Speicherzelle in eine Spannung vorgesehen ist.

Dieses Element kann vorteilhaft, jedoch nicht ausschließlich, als Transistor und/oder als wenigstens ein elektrischer Wi- derstand, insbesondere als linearer oder nichtlinearer Wider- stand, ausgebildet sein. In dem Element, beispielsweise dem Transistor, wird der von der zu lesenden Speicherzelle gelie- ferte Strom in eine Spannung umgesetzt, die bei entsprechen- der Stellung der Schalter in den verschiedenen Kapazitäten abgespeichert wird. Die Schalter müssen jeweils nur so lange geschlossen sein, bis davon ausgegangen werden kann, daß die Kapazitäten auf den vollen Wert der Spannung am Transistor aufgeladen wurden. Diese Zeitbestimmung kann jedoch wesent- lich ungenauer durchgeführt werden als die weiter oben be- schriebene Einstellung der Zeitdauer. Die unterschiedlichen Spannungswerte werden im Bewerter, der vorteilhaft als unsym- metrischer Bewerter ausgebildet ist, miteinander verglichen.

In weiterer Ausgestaltung kann die Unsymmetrie über unsymme- trische Schaltungszweige eingestellt werden oder einstellbar sein. In diesem Fall kann zum Vergleich der gemessenen Werte ein symmetrischer Bewerter verwendet werden, der beispiels- weise als einfache Komparatorschaltung ausgebildet ist.

Die Schaffung unsymmetrischer Schaltungszweige kann bei- spielsweise dadurch erfolgen, daß im ersten und zweiten Schaltungszweig jeweils ein Element zum Umsetzen eines Stroms der Speicherzelle in eine Spannung vorgesehen ist und daß die Elemente unterschiedlich dimensioniert sind. Beispielsweise- jedoch nicht ausschließlich-können die Elemente als Transi- storen und/oder jeweils als elektrischer Widerstand, insbe- sondere als linearer oder nichtlinearer Widerstand, ausgebil- det sein.

In anderer Ausgestaltung wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Bewerten des Informationsgehalts einer Speicherzelle, vorzugsweise ei- ner MRAM-Speicherzelle, oder eines Speicherzellenfeldes be- reitgestellt, die insbesondere zur Durchführung eines wie weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeig- net ist. Dabei ist die Schaltungsanordnung aber eine Leitung mit der Speicherzelle verbunden. Die Schaltungsanordnung weist einen Bewerter auf, der mit wenigstens einer Stromspie- gelschaltung elektrisch verbunden ist, aber die für die Be- wertung beider Stromwerte beziehungsweise Spannungswerte eine Unsymmetrie eingestellt wird oder einstellbar ist.

Über eine solche Schaltungsanordnung läßt sich ebenfalls eine sichere und genaue Bewertung der Speicherzelle (n) vornehmen.

Zu den Vorteilen, Wirkungen, Effekten und der Funktionsweise der Schaltungsanordnung wird ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren sowie der ande- ren Ausgestaltungsform der Schaltungsanordnung vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Bei dieser weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird eine Stromspiegelschaltung verwen- det, die an sich im Stand der Technik bekannt ist. Eine Stromspiegelschaltung liefert an ihrem Ausgang eine verstärk- te oder abgeschwächte Kopie des Eingangsstroms, arbeitet also als stromgesteuerte Stromquelle. Eine solche Schaltungsanord- nung ist beispielsweise in bezug auf die Figur 4 weiter unten näher beschrieben.

Vorteilhaft kann die Stromspiegelschaltung zwei unterschied- lich dimensionierte Transistoren sowie eine Kapazität aufwei- sen, um den ersten Stromwert beziehungsweise damit korrelier- ten Spannungswert zwischenzuspeichern. Die Kapazität muß nicht als eigenständiges Bauelement ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise als Gatekapazität von einem der Transi-

storen ausgebildet sein. Weiterhin können eine Anzahl von Schaltern vorgesehen sein, die bei der Messung des ersten und zweiten Stromwerts beziehungsweise Spannungswerts unter- schiedlich geschaltet werden oder sind.

Durch entsprechende Stellung der einzelnen Schalter wird der Informationsgehalt der Speicherzelle im ersten Lesevorgang als Spannungswert in der Kapazität abgespeichert. Dann wird die Speicherzelle einem entsprechenden Programmiervorgang un- terworfen. Bei dem nach dem Programmieren der Speicherzelle erfolgenden zweiten Lesevorgang werden die Schalter derart gestellt, daß der Strom über den größer dimensionierten Tran- sistor fließen kann. Beispielsweise kann dieser eine Weite von W+DW aufweisen, während der andere, geringer dimensio- nierte Transistor nur eine Weite von W hat. Der Transistor mit der größeren Weite arbeitet als Stromquelle und generiert einen Strom, der dem (1+DW/W)-fachen des Stroms des ersten Lesevorgangs entspricht.

Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise eine Verstärkung A von A = gm/(gDS + 1/Rz) haben, mit dem Speicherzellenwiderstand Rz, der Drainconduc- tance gDS und der Steilheit gm des Transistors. Diese Ver- stärkung führt zu einer hohen Amplitude am Eingang des Bewer- ters, der in diesem Fall beispielsweise als einfache Kompara- torschaltung (mit einer unkritischen Referenz von etwa VDD/2) realisiert werden kann.

Vorteilhaft kann eine kaskadierte Stromspiegelschaltung vor- gesehen sein, die zu einer größeren Verstärkung der Schaltung führt.

Vorzugsweise kann die Speicherzelle als MRAM-Speicherzelle ausgebildet sein, die eine Schichtabfolge von jeweils wenig-

stens einer weichmagnetischen und einer hartmagnetischen Schicht mit dazwischen angeordneter Isolatorschicht aufweist.

Solche Speicherzellen, die in Zusammenhang mit der Beschrei- bung des Standes der Technik bereits ausführlich erläutert wurden, sind besonders geeignet, um durch eine erfindungsge- mäße Schaltungsanordnung bewertet zu werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung ; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ; Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ; Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ; und Fig. 5 eine modifizierte Ausführungsform der Schaltungsanord- nung gemäß Fig. 4.

In den Fig. 1 bis 5 sind Schaltungsanordnungen 20, 40 darge- stellt, die zur Bewertung des Informationsgehalts einer ma- gnetoresistiven Speicherzelle (MRAM) 10 oder eines entspre- chenden Speicherzellenfelds eingesetzt werden. Der besseren Übersicht halber werden die Schaltungsanordnungen 20, 40 be- ziehungsweise die Verfahren zur Bewertung des Informationsge- halts nur in Verbindung mit einer einzigen Speicherzelle 10 beschrieben.

Der Speichereffekt der MRAM-Speicherzelle 10 basiert auf dem magnetisch veränderbaren elektrischen Widerstand der Spei-

cherzelle 10. Dazu weist die Speicherzelle 10 allgemein eine nicht näher dargestellte Schichtabfolge von jeweils wenig- stens einer weichmagnetischen und einer hartmagnetischen Schicht mit dazwischenliegender Isolatorschicht auf. Zum Be- schreiben der Speicherzelle 10 mit einer Information wird/werden die weichmagnetische Schicht (en) entweder umma- gnetisiert oder nicht.

Das Lesen der Speicherzelle 10, beziehungsweise das Bewerten des Informationsgehalts der Speicherzelle 10 erfolgt nach dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung derart, daß zunächst ein erster, durch die Speicherzelle 10 hindurchfließender Stromwert beziehungsweise ein mit diesem korrelierender Span- nungswert gemessen und zwischengespeichert (erstes Auslesen der Speicherzelle) wird. Anschließend wird die Speicherzelle 10 einem Programmiervorgang unterworfen, nach dessen Abschluß die weichmagnetische Schicht auf alle Fälle die dem Zieldatum entsprechende Magnetisierungsrichtung aufweist, beziehungs- weise die Zelle als Information das Zieldatum enthält.

Nun wird wieder eine Strommessung beziehungsweise Spannungs- messung vorgenommen (zweites Auslesen der Speicherzelle). Die ersten und zweiten gemessenen Stromwerte beziehungsweise Spannungswerte werden miteinander verglichen. Wurde die In- formation der Speicherzelle verändert, fließt bei der zweiten Messung ein anderer Strom. Wenn die Information der Speicher- zelle 10 durch den Programmiervorgang nicht verändert wurde, bleibt der Stromwert beziehungsweise Spannungswert gleich.

Durch diese Art der Bewertung der Speicherzelle wird es er- möglicht, daß die Stromwerte beziehungsweise die Spannungs- werte immer mit einem Referenzwert durch dieselbe Speicher- zelle 10 verglichen werden. Dadurch steht für jede Speicher- zelle 10 jeweils ein individueller Referenzwert zur Verfü- gung, so daß die im Hinblick auf den Stand der Technik be- schriebenen Nachteile vermieden werden können.

Die Zwischenspeicherung, Auswertung und Bewertung der einzel- nen Stromwerte beziehungsweise Spannungswerte erfolgt in den Schaltungsanordnungen 10, 40, von denen einige exemplarische Ausführungsformen nachfolgend beschrieben werden.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 dargestellt, die aber eine Leitung 22, beispielsweise eine Bitleitung, mit der Speicherzelle 10 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung 10 weist einen ersten Schaltungszweig 23 und einen zweiten Schaltungszweig 26 auf, die jeweils mit einem Bewerter 21 verbunden sind.

Der Bewerter 21 kann beispielsweise ein Teil eines Lesever- stärkers sein, der in der Praxis bereits bekannt ist und auf verschiedene Weise, beispielsweise zum Lesen von DRAM- Speichern, verwendet wird.

Jeder der beiden Schaltungszweige 23, 26 weist einen Schalter 24,27 sowie eine Kapazität 25, 28 auf. Die Steuerung der Schaltungsanordnung erfolgt aber entsprechende Steuerpulse 29,30.

Wenn der erste Stromwert beziehungsweise Spannungswert gemes- sen wird, was als Lesen der Speicherzelle 10 bezeichnet wird, wird dieser Zustand des ersten Lesevorgangs in dem oberen Zweig 23 der Schaltungsanordnung 20 zwischengespeichert. Dies erfolgt durch Schließen des Schalters 24 für eine bestimmte vorgegeben Zeitdauer und das dadurch bewirkte Aufladen der oberen Kapazität 25, wobei der Schalter 27 offen ist. Nach dem Programmiervorgang, während dessen beide Schalter 24, 27 im geöffneten Zustand sind, wird für eine bestimmte Zeitdauer der Schalter 27 geschlossen und die untere Kapazität 28 gela- den, wobei der Schalter 24 offen ist. Anschließend wird der Bewerter 21 aktiviert, der die Spannungen in beiden Schal- tungszweigen 23, 26 vergleicht und somit eine Bewertung der Information von der Speicherzelle 10 vornimmt. Bei der Schal-

tungsanordnung gemäß Fig. 1 ist eine genaue zeitliche Kontrol- le der Steuerpulse 29, 30 erforderlich.

Um auch gleiche oder sehr ähnliche Stromwerte/Spannungswerte beziehungsweise daraus resultierende Eingangssignale für den Bewerter 21 sicher bewerten zu können, ist es vorteilhaft, daß diese eine Vorzugsrichtung erhalten. Dies kann erreicht werden, in dem für die Bewertung für die Stromwerte bezie- hungsweise Spannungswerte eine Unsymmetrie eingestellt wird.

Der Effekt und der Vorteil von solch unsymmetrischen Bewer- tungskonzepten ist weiter oben bereits ausführlich beschrie- ben worden.

Diese Unsymmetrie kann beispielsweise durch eine entsprechend unsymmetrische Ausgestaltung des Bewerters 21 erfolgen. Wei- terhin ist auch denkbar, daß die einzelnen Schaltungszweige unsymmetrisch gemacht werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 kann eine Unsymmetrie auch dadurch erreicht werden, daß für das Schließen der Schalter 24, 27 und die damit verbunde- ne Ladedauer der Kapazitäten 25, 28 unterschiedlich lange Zeiträume gewählt werden.

In den nachfolgenden Schaltungsanordnungen gemäß der Fig. 2 bis 5 wird der Ladevorgang der Kapazitäten und damit die Mes- sung der zu vergleichenden Stromwerte beziehungsweise Span- nungswerte nicht aber die Zeitdauer gesteuert, sondern durch die Schaltungsanordnung selbst. Dadurch kann die Robustheit der Bewertung der Speicherzellen 10 weiter verbessert werden.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung 10 dargestellt, deren Grundaufbau in etwa dem Aufbau der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 entspricht. Gleiche Elemente sind deshalb mit identi- schen Bezugsziffern versehen, wobei auf eine erneute Be- schreibung der zuvor im Hinblick auf die Fig. 1 bereits be- schriebenen Merkmale und Elemente verzichtet wird. Im Unter- schied zu Fig. 1 weist die Schaltungsanordnung 20 nach Fig. 2 einen Transistor 31 auf, der in der Leitung 22, mit der die

Speicherzelle 10 mit der Schaltungsanordnung 20 verbunden ist, angeordnet ist.

Bei der Schaltungsanordnung 20 gemäß Fig. 2 wird für den er- sten Lesevorgang der Speicherzelle 10 der Schalter 27 geöff- net und der Schalter 24 geschlossen. Für den zweiten Lesevor- gang wird der Schalter 24 geöffnet und der Schalter 27 ge- schlossen.

Die eigentliche Bewertung des Informationsgehalts von der Speicherzelle 10 erfolgt folgendermaßen. Der von der zu le- senden Speicherzelle 10 gelieferte Strom wird mittels des in diesem Fall als Diode geschalteten Transistors 31 an dem Ga- te-Drain-Knoten in eine Spannung umgesetzt. Diese Spannung wird je nach Schalterstellung auf einer der beiden Kapazitä- ten 25, 28 zwischengespeichert. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Zeiträume, während derer die Schalter 24, 27 ge- schlossen sind, jeweils hinreichend lang gewählt sind, um die Kapazitäten 25, 28 auf den vollen Wert der Spannung am Tran- sistor 31 aufzuladen. Die Schaltungsanordnung 20 gemäß Fig. 2 beziehungsweise das mit ihr durchführbare Verfahren zum Be- werten des Informationsgehalts einer Speicherzelle ist robu- ster gegen Variationen im Zeitverlauf der Steuerpulse 29 und 30. Anstelle des Transistors 31 kann beispielsweise auch ein linearer oder nicht linearer Widerstand verwendet werden.

Entscheidend ist lediglich, daß der Stromwert der Speicher- zelle 10 in eine Spannung umgesetzt werden kann.

Die einzelnen Spannungswerte können im Bewerter 21 miteinan- der verglichen werden. Um eine gewünschte Unsymmetrie mit den weiter oben beschriebenen Vorteilen zu erhalten, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vorzugsweise der Bewerter 21 unsymmetrisch ausgebildet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung 20 wird die Unsymmetrie nicht durch einen unsymmetrischen Bewerter 21, sondern durch unsymmetrische Schaltungszweige 23, 26 rea-

lisiert. Als Bewerter 21 kann somit jede übliche Komparator- schaltung verwendet werden.

Die Schaltungsanordnung 20 weist im Unterschied zu derjenigen aus Fig. 2 zwei als Schalter fungierende Transistoren 32, 33 auf, die aber Steuerpulse 29, 30 betätigt werden.

Weiterhin ist im Schaltungszweig 23 ein Transistor 35, und im Schaltungszweig 26 ein Transistor 34 vorgesehen. Die beiden Transistoren 35, 34 sind unterschiedlich dimensioniert, um die Unsymmetrie in den Schaltungszweigen 23, 26 zu erhalten.

Beispielsweise weist der Transistor 35 eine Weite von W+DW auf, während der Transistor 34 nur eine Weite W hat. Anstelle der Transistoren 34, 35 können wiederum Widerstände mit ent- sprechend unterschiedlichen Werten verwendet werden.

Aufgrund der Zellinformation wird über die Transistoren 34, 35 eine unterschiedliche Strom-beziehungsweise Spannungsum- setzung erzeugt. Diese Werte werden in den Kondensatoren 25, 28 zwischengespeichert und anschließend im Bewerter 21, der als einfacher Komparator ausgebildet sein kann, verglichen beziehungsweise bewertet.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Schaltungsan- ordnung 40 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 40 ist aber eine Leitung 42, beispielsweise eine Bitleitung, mit der Speicherzelle 10 verbunden. Die Schaltungsanordnung 40 weist einen Bewerter 41 auf, der über eine elektrische Leitung 43 mit einer Stromspiegelschaltung 44 verbunden ist. Die Strom- spiegelschaltung 44 weist zwei Transistoren 45, 46, die un- terschiedlich dimensioniert sind, eine Kapazität 47 zum Zwi- schenspeichern der gemessenen Werte sowie eine Anzahl von Schaltern, im vorliegenden drei Schaltern 48, 49, 50 auf.

Die Schaltungsanordnung 40 funktioniert wie folgt. Für den ersten Lesevorgang der Speicherzelle 10 werden die Schalter 48,49 geschlossen, während Schalter 50 geöffnet ist. Die In-

formation der Speicherzelle 10 wird als Spannung in der Kapa- zität 47 gespeichert. Dabei muß die Kapazität 47 nicht unbe- dingt als eigenständiges Bauelement ausgebildet sein. Viel- mehr kann sie beispielsweise auch als Gatekapazität des Tran- sistors 46 ausgebildet sein.

Bei dem nach dem Programmieren der Speicherzelle 10 erfolgen- den Lesevorgang wird der Schalter 50 geschlossen, während die beiden anderen Schalter 48, 49 offen sind. Dadurch kann der Strom über den Transistor 46 fließen. Dieser Transistor 46 ist im Vergleich zum Transistor 45 anders dimensioniert. Bei- spielsweise kann er eine Weite von W+0W aufweisen, während der Transistor 45 nur eine Weite von W hat. Transistor 46 ar- beitet als Stromquelle und generiert einen Strom, der dem (l+OW/W)-fachen des Stroms des ersten Lesevorgangs ent- spricht. Die Schaltungsanordnung 40 gemäß Fig. 4 hat eine be- stimmte Verstärkung, die zu einer hohen Amplitude am Eingang des Bewerters 41 führt, der in diesem Fall beispielsweise als einfache Komparatorschaltung realisiert werden kann.

Bei der Schaltungsanordnung 40 gemäß Fig. 5 handelt es sich um eine Modifikation der Schaltungsanordnung 40 nach Fig. 4. Die Schaltungsanordnung 40 nach Fig. 5 weist eine kaskadierte Stromspiegelschaltung 56 auf. Die Schaltungsanordnung 40 ge- mäß Fig. 5 besitzt eine noch höhere Verstärkung als die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung.