Abstract
現今的系統單晶片中，常使用動態電壓調整來減少功耗，如果我們能將非揮發性記憶體操作在低電壓，便能併入動態電壓調整的範疇中。寫入電壓在現今的非揮發性記憶體-快閃記憶體中，一直是居高不下的，一些新興的非揮發性記憶體擁有較低的寫入電壓以及較久的容忍度，因此擁有低電壓操作的潛力。我們使用的電阻式記憶體甚至能在標準CMOS邏輯製程下製作，在新興的非揮發性記憶體中是極有潛力的。此外，週邊電路在低電壓操作會遭受閾值電壓影響甚大，會大幅降低操作速度，甚至造成功能失效。 本論文中，我們提出在低電壓下能高速讀取的感測電路，基極驅動感測放大器能克服閾值電壓對電路的影響，降低讀取操作電壓，動態充電控制方法能大幅加快讀取速度。同時我們也提出低功耗及高速轉換之電壓位準轉換器(Level Shifter)，改良傳統電流鏡Level Shifter的DC電流問題，能大幅降低功耗，在寫入時降低消耗從電子幫浦產生來的珍貴高電壓能源。 我們製作了一個四百萬位元非同步之電阻式記憶體，使用六五奈米互補式金氧半導體技術以及清華大學電子所的標準邏輯製程相容電阻式元件技術，讀取電路操作電壓範圍為0.5伏特到1伏特。量測結果顯示基極驅動感測放大器在0.5伏特下之讀取時間為16奈秒，在0.4伏特時為64奈秒。同時我們所提出的Level Shifter能轉換0.1伏特到1伏特，相對於傳統架構能減少90%左右之功耗。