鐵電存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)和讀寫操作

鐵電存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)

鐵電存儲器的存儲單元主要有兩部分構(gòu)成，分別是場效應(yīng)管和電容。初研發(fā)出來的鐵電存儲器稱為“雙管雙容”，它的每個(gè)存儲單元有兩個(gè)場效應(yīng)管和兩個(gè)電容，每個(gè)存儲單元都包含數(shù)據(jù)位和各自的參考位。后來美國鐵電公司設(shè)計(jì)開發(fā)了更“單管單容”存儲單元。單管單容的鐵電存儲器并不是對于每一數(shù)據(jù)位使用各自的參考位，而是數(shù)據(jù)位都使用同一個(gè)參考位。所以單管單容的鐵電存儲器產(chǎn)品的容量更大，而且生產(chǎn)成本也變的更低。但這里所說的電容不是我們常見的那種電容，在這種電容的兩個(gè)電極板中間沉淀了一層晶態(tài)的鐵電晶體薄膜。

鐵電存儲器的讀寫操作

鐵電存儲器的寫操作與其它非易失性存儲器的寫操作相比，速度要快得多，而且功耗小。鐵電存儲器不是通過電容上的電荷來保存數(shù)據(jù)的，所以我們不能對中心原子的位置直接進(jìn)行檢測，而是需要由存儲單元電容中鐵電晶體的中心原子位置進(jìn)行記錄。正確的訪問操作過程應(yīng)該是：在電容上施加一個(gè)已知的電場，也就是對存儲單元的電容進(jìn)行充電，如果原來晶體中心原子的位置與所施加的電場方向使中心原子要達(dá)到的位置相同，中心原子不會(huì)移動(dòng)；若相反，則中心原子將越過晶體中間層的高能階到達(dá)另一位置，在充電波形上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)尖峰，即產(chǎn)生原子移動(dòng)的比沒有產(chǎn)生移動(dòng)的多了一個(gè)尖峰。把這個(gè)充電波形同參考位的充電波形進(jìn)行比較，便可以判斷檢測的存儲單元中的內(nèi)容是“1”或“0”。無論是雙管雙容還是單管單容的鐵電存儲器，對存儲單元進(jìn)行讀操作時(shí)，數(shù)據(jù)位狀態(tài)可能改變。但因?yàn)樽x操作施加的電場方向與原參考位中原子的位置相同，所以參考位是不會(huì)改變的。

由于讀操作可能導(dǎo)致存儲單元狀態(tài)的改變，需要電路自動(dòng)恢復(fù)其內(nèi)容，所以在每個(gè)鐵電存儲器讀操作后必須有個(gè)“預(yù)充電”過程，來恢復(fù)數(shù)據(jù)位，而參考位則不用恢復(fù)。晶體原子狀態(tài)的切換時(shí)間小于1ns，讀操作的時(shí)間大概為70ns，加上“預(yù)充電”的時(shí)間為60ns，所以一個(gè)完整的讀操作周期約為130ns。這是與SRAM和E2PROM不同的地方。寫操作和讀操作十分類似，只要施加所要的方向的電場改變鐵電晶體的狀態(tài)就可以了，而無需進(jìn)行恢復(fù)。但是寫操作仍要保留一個(gè)“預(yù)充”時(shí)間，所以總的時(shí)間與讀操作相同。