[發明專利]利用鐵電電容器的CMOS模擬存儲器

有效

• 申請號: 201580050633.6
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN106716539B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 小約瑟夫·T·埃文斯
• 申請（專利權）人: 拉迪安特技術公司
• 主分類號: G11C11/22
• 分類號: G11C11/22
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 陸建萍;鄭霞

公開了一種存儲器單元以及由這種存儲器單元構造的存儲器。根據本發明的存儲器包括鐵電電容器、電荷源和讀取電路。所述電荷源接收要存儲在所述鐵電電容器中的數據值。所述電荷源將所述數據值轉換成要存儲在所述鐵電電容器中的剩余電荷并且使此剩余電荷存儲在所述鐵電電容器中。所述讀取電路確定存儲在所述鐵電電容器中的電荷。所述數據值具有多于三個不同的可能狀態，并且所述所確定的電荷具有多于三個確定值。所述存儲器還包括復位電路，所述復位電路使所述鐵電電容器進入預定的已知參考極化狀態。

背景技術

在需要高速和/或低功耗的應用中，非易失性固態EEPROM存儲器已經變得可與用于大規模數據存儲的常規旋轉磁盤介質競爭。這種存儲器具有短得多的有效“搜索”時間以及與常規磁盤驅動器一樣快或者比其更快的數據傳輸速率。此外，這些存儲器可以經受明顯的機械沖擊并且需要常規磁盤驅動器的功率的一部分。然而，這種存儲器的成本仍然限制了對驅動器的使用。此外，這種存儲器不可用于高輻射環境中。

一種用于減小這種存儲器的成本的方法是利用具有多于兩個存儲狀態的存儲器單元。例如，在EEPROM存儲器中，使用穿隧來將電荷沉積在浮柵上。電荷改變相關聯晶體管的電導率。在二進制存儲器中，電荷的存在或不存在都是需要進行感測的。在多狀態存儲器中，每個狀態與正向柵極轉移的不同電荷量相對應。為了對單元進行讀取，必須測量單元的電導率以便在可能狀態之間進行區分。因為每個單元現在存儲有多位數據，所以對于任何給定存儲器大小都顯著減小了存儲器成本。

遺憾的是，對這種單元進行寫入的時間明顯大于對二進制單元進行寫入的時間。此外，可以存儲在存儲器中的狀態的最大數量是有限的。可以通過增大存儲器中的感測放大器的數量(從而使得同時對大量單元進行讀取或寫入)來部分地克服這些問題。然而，這種方式增大了存儲器的成本并且還強加了比一旦已經加載了磁道讀出“磁道”的單獨片段的讀取時間更長的針對磁道的初始讀取時間。

當要在記錄中重寫數據時，必須擦除整個記錄并且然后輸入新數據。由于與寫入時間相比擦除時間較長，所以將數據重寫到已經被擦除的未使用記錄中。然后，在后臺擦除在先前重寫中丟棄的記錄。此“垃圾收集”程序進一步使存儲器復雜化并且增加成本。最終，可以對單元進行擦除和重寫的次數是有限的，并且因此，在需要多次對大量單元進行擦除和重寫的應用中，存儲器的壽命可能是個問題。

發明內容

本發明包括一種存儲器單元以及由此存儲器單元構造的存儲器。在一個實施例中，根據本發明的存儲器包括鐵電電容器、電荷源和讀取電路。所述電荷源接收要存儲在鐵電電容器中的數據值。所述電荷源將所述數據值轉換成要存儲在所述鐵電電容器中的剩余電荷并且使此剩余電荷存儲在所述鐵電電容器中。所述讀取電路確定存儲在所述鐵電電容器中的電荷。所述數據值具有多于三個不同的可能狀態，并且所述所確定的電荷具有多于三個確定值。所述存儲器還包括復位電路，所述復位電路使所述鐵電電容器進入預定的已知參考極化狀態。

在本發明的一方面，所述電荷源包括電容器充電電路，所述電容器充電電路將電容器充電至由所述數據值所確定的電壓；以及開關，在所述充電之后，所述開關將所述電容器與所述鐵電電容器并聯連接。

在本發明的另一方面，所述電荷源包括電流源，在由所述數據值所確定的時間段內，所述電流源連接至所述鐵電電容器。

在本發明的仍進一步方面，所述電流源包括電路，所述電路具有連接在第一開關端子與第二開關端子之間的第一電流路徑和第二電流路徑。所述鐵電電容器串聯連接在所述第一電流路徑中，從而使得與進入所述第一開關端子的電流的固定部分相等的電流基本上獨立于所述電流而進入到所述鐵電電容器中。

在本發明的另一方面，所述鐵電電容器由飽和電壓表征，并且所述讀取電路包括讀取電容器和預充電電路，所述預充電電路將所述讀取電容器充電至高于所述飽和電壓的電壓。所述讀取電路還包括：開關，所述開關將所述鐵電電容器連接至所述讀取電容器；以及輸出電路，在所述鐵電電容器連接至所述讀取電容器之后，所述輸出電路生成指示所述讀取電容器上的電壓的信號。