[發明專利]具有改進溫度范圍的模擬鐵電存儲器

有效

• 申請號: 201780052709.8
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN109643569B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 小約瑟夫·T·埃文斯;卡爾文·B·沃德
• 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;G11C11/16;G11C11/4096;G11C11/419;G11C11/56
• 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;楊明釗

公開了一種鐵電存儲器以及一種用于操作鐵電存儲器的方法。所述鐵電存儲器包括具有鐵電電容器的鐵電存儲器單元，所述鐵電電容器由最大剩余電荷Q_最大來表征。寫入電路接收具有兩個以上狀態的數據值以存儲在所述鐵電電容器中。所述寫入電路測量所述鐵電電容器的Q_最大，確定作為要存儲在所述鐵電電容器中的所測量Q_最大的分數的電荷，所述分數是由所述數據值確定的。所述寫入電路使得等于所述分數乘以Q_最大的電荷存儲在所述鐵電電容器中。讀取電路通過以下方式來確定存儲在所述鐵電電容器中的值：測量存儲在所述鐵電電容器中的電荷；測量所述鐵電電容器的Q_最大；并且根據所測量電荷和所測量Q_最大來確定所述數據值。

背景技術

非易失性存儲器是許多數據處理系統等的必要部分。在機器和存儲器未通電的時段期間，存儲器保持機器的狀態、程序和數據。基于旋轉磁盤的存儲器提供了最便宜的讀寫非易失性存儲器。然而，這種機械存儲器讀取和寫入相對較慢。數據存儲和檢索的速度由具有所需數據的磁盤部分位于讀/寫頭下方的等待時間和磁盤旋轉的速度確定。

基于EEPROM架構的非易失性存儲器基本上消除了等待時段，并且并行讀寫設計也減少了此類存儲器中的讀寫時間。然而，EEPROM存儲器仍然比常規DRAM或SRAM存儲器慢得多。另外，這些存儲器每比特的成本仍然比DRAM高一個數量級。

基于鐵電材料的非易失性存儲器有望提高非易失性存儲器的成本和速度兩者。常規鐵電存儲器單元使用具有鐵電電介質的電容器來存儲數據。通過更改鐵電電介質的極化來存儲數據。以最簡單的形式，電介質在一個方向上完全極化的鐵電電容器代表數據值“0”，并且電介質在另一方向上完全極化的鐵電電容器代表“1”。通過在鐵電電容器兩端施加足以在期望方向上將電介質完全極化的電壓來存儲數據值。通過在某個方向上施加將鐵電電容器完全極化到預定方向的電壓并測量從鐵電電容器流出的電荷來讀取所存儲的數據值。如果鐵電電容器已經在預定方向上被極化，則在鐵電電容器的板之間有很少電荷移動；然而，如果鐵電電容器在相反的方向上被極化，則在板之間流動的電荷要大得多。

如果可以存儲在鐵電電容器中的數據的位數可以增加到超過上述二進制存儲單元，則鐵電存儲器的成本可以顯著降低。將多個狀態存儲在單個鐵電電容器中的最初嘗試使用的編程電壓小于將鐵電電容器完全極化所需的電壓。在這些方案中，首先通過施加復位電壓將鐵電電容器復位到完全極化狀態。然后在相反方向使鐵電電容器經受中間電壓以部分地將鐵電電容器極化。編程電壓的大小取決于要存儲的數據值。為了讀取鐵電電容器，再次使鐵電電容器經受復位電壓，并且測量離開鐵電電容器的電荷量。從電容器流出的電荷量應當允許確定所存儲的數據值。不幸的是，流動的電荷量取決于鐵電電容器的滯后曲線。由于制造變化、鐵電電容器的先前編程歷史、和溫度，滯后曲線從鐵電電容器到鐵電電容器而顯著變化。因此，施加到存儲器中不同鐵電電容器的相同編程電壓導致存儲不同的電荷。

在其全部內容通過引用結合在此的美國專利7,990,749中，描述了一種改進的模擬鐵電存儲器，在所述模擬鐵電存儲器中，通過將要存儲的數據值轉換成僅取決于數據值的電荷來對鐵電電容器進行編程。然后將此電荷強加到鐵電電容器中。由于鐵電電容器的滯后回線的變化，不同的鐵電電容器將處于不同的極化狀態。然而，當鐵電電容器復位時，如果鐵電電容器在讀出時的溫度與鐵電電容器在編程時的溫度相同，則離開鐵電電容器的電荷將與強制存儲的電荷相同，并且因此，由于制造變化和編程歷史而導致的滯后回線的變化顯著減少。

發明內容

本發明包括一種鐵電存儲器以及一種用于操作鐵電存儲器的方法。根據本發明的鐵電存儲器包括鐵電存儲器單元和寫入電路。所述鐵電存儲器單元包括鐵電電容器，所述鐵電電容器由可以存儲在所述鐵電電容器中的最大剩余電荷Q_最大來表征。所述寫入電路接收具有兩個以上狀態的寫入數據值以存儲在所述鐵電電容器中。所述寫入電路測量所述鐵電電容器的Q_最大，確定作為所測量Q_最大的分數的第一電荷，并且使得所述第一電荷存儲在所述鐵電電容器中。所述第一電荷是由所述寫入數據值和Q_最大確定的。