鐵電存儲器制造技術

本實用新型專利技術提供了具有鐵電材料元件的存儲器支持。一種鐵電存儲器，包括：第一字線；第一和第二位線；第一鐵電晶體管，具有并具有與第一位線耦合的第一導電端子、可以與第二位線關聯的第二導電端子和與第一字線耦合的控制端子；讀取電學量的生成器，與第一字線耦合，并配置成經由第一字線將第一鐵電晶體管的控制端子偏置到第一偏置值；感測電學量的生成器，連接在第一和第二位線之間，并配置成生成第一和第二位線之間的電勢差；讀取和比較電路，耦合到第一和/或第二位線，并配置讀取輸出電學量并將輸出電學量與多個比較值相比較以生成比較的結果；以及控制邏輯，連接到讀取和比較電路并配置成基于比較結果來確定待讀取的邏輯數據的邏輯值。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種鐵電存儲器，具體來說涉及一種配備由鐵電材料制成的元件的存儲器。
技術介紹
如已知的那樣，在存儲系統的情形中，感受到對實現具有高數據傳輸速率(比特速率)的高存儲容量、同時減少制造成本和占用面積的需要。當前最廣泛使用的存儲系統，即硬盤驅動器(具有小型尺寸)和閃速RAM在增加數據存儲容量和讀取/寫入速度以及減少其尺寸方面存在固有技術限制。在所提出的創新方案中，使用由鐵電材料制成的存儲介質的存儲系統是非常有前途的，其中單個比特的讀取/寫入是通過與鐵電材料的鐵電疇相互作用而進行。如已知的那樣，鐵電材料具有可以通過所施加的電場而反轉的自發極化；如圖I中所示，所述材料還呈現根據所施加的電壓V的極化電荷Q(或等價地極化P)的圖中的遲滯循環，利用該遲滯循環有可能以比特的形式存儲信息。具體地，在不存在加在介質上的偏置電壓(V = O)的情況下，存在圖中的處于穩定狀態中的兩個點(由“b”和“e”表示)，所述兩個點具有不同的極化，具體地為相等的和相反的不同的極化。所述點甚至可以保持在穩定狀態達若干年，從而維持所存儲的二進制數據(例如，具有正電荷+Qh的點“b”對應于“O”，而具有負電荷-Qh的點“e”對應于“ I”)。寫入操作設想向鐵電介質施加比鐵電材料特有的矯頑電壓V·高的正或負電壓。在該情況下，存儲在材料中的是正電荷+Qh或負電荷-Qh(這基本上對應于沿圖從點“e”經過點“a”到點“b”或從點“b”經過點“d”到點“e”的位移)。相反，具有低于矯頑電壓的絕對值的電壓并不導致所存儲的電荷的穩定變化。通常使用的數據讀取技術基于破壞性操作，其設想擦除所讀取的數據。概括而言，具有大于矯頑電壓￥_的幅度的(正或負)電壓被施加到鐵電材料，從而實際上執行寫入操作，并且檢測所述鐵電材料的極性的反轉的出現或不出現。為此目的，檢測在鐵電材料中流過的可觀電流的存在或不存在。明顯地，正(或負)電壓的施加僅導致其中先前存儲負電荷-Qh(或正電荷+Qh)的鐵電疇的反轉。所述讀取技術的主要問題與以下事實相聯系讀取操作是破壞性的，即它們隱含去除先前存儲的信息以及從而不可能在沒有預先進行所讀取的數據的重新寫入的情況下執行數據自身的后繼存儲。實際上，對存儲器的一部分的讀取對應于在所述存儲器部分中寫入全部為正(或在使用負讀取電壓的情況下全部為負)的電荷的序列。因此，在讀取期間，所讀取的數據的流必須被存儲在存儲器緩沖器中，繼而對于恢復原始信息而言寫入操作是必要的。所述讀取技術要求時間和電力的顯著消耗，并且基本上構成當前鐵電存儲系統的瓶頸，尤其是在比特速率方面。為了克服所述問題，已經提出了一些對所存儲的數據的非破壞性讀取的技術。例如，在 Cho et al·, “Terabit inch-2 ferroelectric data storage usingscanning nonlinear dielectric microscopy nanodomain engineering system”，Nanotechnology No. 14, 2003,637-642, Institute of Physics Publishing 中，向環狀電極施加正弦信號，該正弦信號引發包括存儲信息比特的鐵電介質的諧振電路中的振蕩。解調器檢測所引發的振蕩的諧波，由于鐵電材料在極化圖的穩定點中的高階非線性介電常數的不同行為，所述諧波的相位與所存儲的信息關聯。在 Kato et al. , " O.18-μ m nondestructive readout FeRAM using chargecompensation technique" , IEEE Transactions on electron devices, Vol. 52 No. 12,December 2005中，描述了一種讀取電路,其設想鐵電電容器(由存儲介質構成)到讀取MOS晶體管的柵極端子的串聯連接。如果施加讀取脈沖，則存儲在電容器中的電荷以根據預先存儲的極化狀態的不同的方式偏置MOS晶體管的柵極端子，從而變化其導電通道的電導率。接著，通過借助讀出放大器以靜態方式檢測在晶體管自身的電流傳導端子之間流過的電流，來讀取所存儲的數據。·前述讀取技術雖然呈現并非破壞性并且因此不需要所讀取的數據的重新寫入的優點，但在構造復雜度及其操作方面不是完全令人滿意。描述包括鐵電元件的存儲器和對應的讀取/寫入方法的其他一些文件是第5，086，412號美國專利、第6，819，583號美國專利以及第4，888，733號美國專利。然而，根據所述文件的存儲器單元中的每個存儲器單元都包括用于存儲器單元的直接尋址的一個或多個晶體管、以及用于存儲表示待存儲的邏輯信息(比特“I”或比特“O”)的電荷的至少一個附加的鐵電電容器。并且，這些方案在面積占用和操作方面并非最優。例如，這些存儲器中的一些存儲器呈現在寫入操作期間在相鄰單元之間的耦合的問題。
技術實現思路
本技術的目標是提供一種克服前述問題和缺點的具有鐵電材料的元件的存儲器。因此，根據本技術的實施例，提供了一種鐵電存儲器，包括第一字線；第一位線和第二位線；第一鐵電晶體管，其具有處于可以與邏輯數據的高邏輯值或低邏輯值相關聯的穩定極化狀態的鐵電材料層，并且具有與所述第一位線耦合的第一導電端子、可以與所述第二位線相關聯的第二導電端子和與所述第一字線耦合的控制端子；讀取電學量的生成器，其與所述第一字線耦合，并且被配置用于經由所述第一字線將所述第一鐵電晶體管的控制端子偏置到第一偏置值，使得不導致所述鐵電材料層的穩定極化狀態的變化；感測電學量的生成器，其連接在所述第一位線和所述第二位線之間，并且被配置用于生成所述第一位線和所述第二位線之間的電勢差；讀取和比較電路，其耦合到所述第一位線和/或所述第二位線，并且被配置用于讀取輸出電學量并且將所述輸出電學量與多個比較值相比較以生成所述比較的結果，所述輸出電學量指示在所述讀取電學量和所述感測電學量的施加期間在所述第一位線和所述第二位線之間流過的電流；以及控制邏輯，其連接到所述讀取和比較電路并且被配置用于基于所述比較的結果來確定待讀取的邏輯數據的邏輯值。根據本技術的實施例，該鐵電存儲器進一步包括第二字線；第二鐵電晶體管，其具有與所述第一位線耦合的第一導電端子、與所述第二位線耦合的第二導電端子和與所述第二字線耦合的控制端子，并且包括處于可以與高邏輯值或低邏輯值相關聯的相應的穩定極化狀態的鐵電材料層；參考生成器，其與所述第二字線耦合，并且被配置用于將所述第二鐵電晶體管的控制端子偏置在比所述第一偏置值按模更低的第二偏置值，使得不導致所述鐵電材料層的穩定極化狀態的變化；用于生成所述多個比較值的電路，每個比較值指示具有高邏輯值或低邏輯值的邏輯數據的相應數目，其中所述控制邏輯還被配置用于確定所述輸出電學量的值和最接近所述輸出電學量的值的比較值之間的差值。根據本技術的實施例，該鐵電存儲器進一步包括第二字線；第二鐵電晶體管，其具有與所述第一位線耦合的第一導電端子、與所述第二位線耦合的第二導電端子和與所述第二字線耦合的控制端子，并且包括處于可以與高邏輯值或低邏輯值相關聯的相應的穩定極化狀態的鐵電材料層；參考生成器，其與所述第二字線耦合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鐵電存儲器，其特征在于包括：？第一字線(18a)；？第一位線(16a)和第二位線(17a)；？第一鐵電晶體管(14)，其具有處于可以與邏輯數據的高邏輯值或低邏輯值相關聯的穩定極化狀態的鐵電材料層(26)，并且具有與所述第一位線耦合的第一導電端子(20a)、可以與所述第二位線(20b)相關聯的第二導電端子和與所述第一字線耦合的控制端子(20c)；？讀取電學量(Vread)的生成器，其與所述第一字線(18a)耦合，并且被配置用于經由所述第一字線(18a)將所述第一鐵電晶體管(14)的控制端子(20c)偏置到第一偏置值，使得不導致所述鐵電材料層(26)的穩定極化狀態的變化；？感測電學量(Vsense)的生成器(40)，其連接在所述第一位線和所述第二位線(16a，17a)之間，并且被配置用于生成所述第一位線和所述第二位線之間的電勢差；？讀取和比較電路(40，120)，其耦合到所述第一位線和/或所述第二位線，并且被配置用于讀取輸出電學量(iTOT)并且將所述輸出電學量(iTOT)與多個比較值相比較以生成所述比較的結果，所述輸出電學量(iTOT)指示在所述讀取電學量和所述感測電學量(Vsense)的施加期間在所述第一位線和所述第二位線(16a，17a)之間流過的電流；以及？控制邏輯(124)，其連接到所述讀取和比較電路(40，120)并且被配置用于基于所述比較的結果來確定待讀取的邏輯數據的邏輯值。...

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A·M·斯卡利亞，M·格雷科，
申請(專利權)人：意法半導體股份有限公司，
類型：實用新型
國別省市：