鐵電存儲器存儲單元結構和讀寫操作

鐵電存儲(chu) 器存儲(chu) 單元結構

鐵電存儲(chu) 器的存儲(chu) 單元主要有兩(liang) 部分構成，分別是場效應管和電容。初研發出來的鐵電存儲(chu) 器稱為(wei) “雙管雙容”，它的每個(ge) 存儲(chu) 單元有兩(liang) 個(ge) 場效應管和兩(liang) 個(ge) 電容，每個(ge) 存儲(chu) 單元都包含數據位和各自的參考位。後來美國鐵電公司設計開發了更“單管單容”存儲(chu) 單元。單管單容的鐵電存儲(chu) 器並不是對於(yu) 每一數據位使用各自的參考位，而是數據位都使用同一個(ge) 參考位。所以單管單容的鐵電存儲(chu) 器產(chan) 品的容量更大，而且生產(chan) 成本也變的更低。但這裏所說的電容不是我們(men) 常見的那種電容，在這種電容的兩(liang) 個(ge) 電極板中間沉澱了一層晶態的鐵電晶體(ti) 薄膜。

鐵電存儲(chu) 器的讀寫(xie) 操作

鐵電存儲(chu) 器的寫(xie) 操作與(yu) 其它非易失性存儲(chu) 器的寫(xie) 操作相比，速度要快得多，而且功耗小。鐵電存儲(chu) 器不是通過電容上的電荷來保存數據的，所以我們(men) 不能對中心原子的位置直接進行檢測，而是需要由存儲(chu) 單元電容中鐵電晶體(ti) 的中心原子位置進行記錄。正確的訪問操作過程應該是：在電容上施加一個(ge) 已知的電場，也就是對存儲(chu) 單元的電容進行充電，如果原來晶體(ti) 中心原子的位置與(yu) 所施加的電場方向使中心原子要達到的位置相同，中心原子不會(hui) 移動；若相反，則中心原子將越過晶體(ti) 中間層的高能階到達另一位置，在充電波形上就會(hui) 出現一個(ge) 尖峰，即產(chan) 生原子移動的比沒有產(chan) 生移動的多了一個(ge) 尖峰。把這個(ge) 充電波形同參考位的充電波形進行比較，便可以判斷檢測的存儲(chu) 單元中的內(nei) 容是“1”或“0”。無論是雙管雙容還是單管單容的鐵電存儲(chu) 器，對存儲(chu) 單元進行讀操作時，數據位狀態可能改變。但因為(wei) 讀操作施加的電場方向與(yu) 原參考位中原子的位置相同，所以參考位是不會(hui) 改變的。

由於(yu) 讀操作可能導致存儲(chu) 單元狀態的改變，需要電路自動恢複其內(nei) 容，所以在每個(ge) 鐵電存儲(chu) 器讀操作後必須有個(ge) “預充電”過程，來恢複數據位，而參考位則不用恢複。晶體(ti) 原子狀態的切換時間小於(yu) 1ns，讀操作的時間大概為(wei) 70ns，加上“預充電”的時間為(wei) 60ns，所以一個(ge) 完整的讀操作周期約為(wei) 130ns。這是與(yu) SRAM和E2PROM不同的地方。寫(xie) 操作和讀操作十分類似，隻要施加所要的方向的電場改變鐵電晶體(ti) 的狀態就可以了，而無需進行恢複。但是寫(xie) 操作仍要保留一個(ge) “預充”時間，所以總的時間與(yu) 讀操作相同。