[发明专利]利用铁电电容器的模拟存储器

说明书

发明背景

在要求高速和/或低功耗的应用中，非易失性固态EEPROM存储器已经与用于海量数据存储的常规旋转磁盘介质展开竞争。这种存储器具有比常规磁盘驱动器短得多的有效“寻道”时间以及与常规磁盘驱动器一样快或更快的数据传输速率。此外，这些存储器能够承受住巨大的机械冲击并且要求常规磁盘驱动器的一小部分功率。然而，这种存储器的成本仍然限制着这些驱动器的使用。此外，这种存储器在高辐射环境下是不可用的。

一种用于降低这种存储器的成本的方法利用了具有两种以上存储状态的存储器单元。例如，在EEPROM存储器中，使用隧道效应将电荷存放在浮栅上。该电荷改变相关晶体管的导电率。在二进制存储器中，有或没有该电荷都需要被感测。在多态存储器中，每种状态与不同量的电荷被传输到该栅极上相对应。为读出该单元，必须测量该单元的导电率以区分这些可能的状态。由于现在每个单元存储多比特位数据，对于任何给定的存储器尺寸，存储器的成本被大幅降低。

不幸的是，写入这种单元的时间比写入二进制单元的时间长得多。而且，可以存储在存储器单元内的状态的最大数量受到限制。通过在存储器内增加感测放大器的数量可以部分地克服这些问题，以便同时读出或写入大量单元。然而，这种方法增加了存储器的成本并且仍就强加一个用于“轨道”的初始读出时间，一旦该轨道被加载，该时间比用于读出该轨道的各段的读出时间更长。

当在记录中重新写入数据时，必须擦除整个记录并且然后输入新的数据。由于与写入时间相比，擦除时间更长，重新将数据写到已经被擦除的不用的记录上。这些在之前重新写入中被摒弃的记录然后在背景中被擦除。这种“垃圾收集”程序进一步使这些存储器复杂化并且增加了成本。最后，一个单元可以被擦除和被重写的次数是有限的，并且因此，在需要大量被多次擦除和重写的单元的应用中，存储器的使用寿命可能是一个问题。

发明概述

本发明包括一种具有多个铁电存储器单元的铁电存储器，每个铁电存储器单元包括一个铁电电容器。该铁电存储器包括读出线和写入线以及多条铁电存储器单元选择总线，一条选择总线与这些铁电存储器单元中的每一个相对应。这些铁电存储器单元中的每一个包括用于分别响应于与该铁电存储器单元相对应的铁电存储器单元选择总线上的信号而将该铁电存储器单元连接到该读出线和该写入线上的第一和第二栅极。一条写入电路致使将电荷存储在当前连接到该写入线上的铁电存储器单元的铁电电容器内，该电荷具有一个由具有至少三种状态的数据值确定的值。一条读出电路测量当前连接到该读出线上的铁电存储器单元的铁电电容器内的电荷，以生成一个输出值，该输出值与所存储的状态相对应。

附图简要说明

图1展示了一种典型的铁电电容器。

图2展示了本发明中使用的基本编程原理和一种可能的编程安排。

图3展示了另一种编程安排。

图4展示了一个基于读出存储在铁电电容器上的电荷的简化读出电路。

图5为根据本发明的另一个实施例的一个简化读出电路。

图6展示了根据本发明的模拟铁电存储器的一个实施例。

图7展示了根据本发明的铁电存储器的一个实施例，该实施例利用了一种存储方案，其中，通过测量在写入操作过程中存储在该铁电电容器内的电荷的量值来读出数据。

图8A是自主存储器电路的一个示意图。

图8B展示了在电源轨和节点上的电势，在该铁电电容器处于向上状态和向下状态的情况下，当自主存储器电路加电时，该电势作为时间的函数。

图9展示了自主存储器单元的一个实施例。

图10展示了根据本发明的多态铁电存储器的另一个实施例。

图11展示了根据本发明的另一实施例的一个铁电存储器。

图12展示了根据本发明的铁电存储器的另一个实施例。

图13A展示了可以用于设置铁电电容器的极化状态的写入电路的另一个实施例。

图13B展示了通过将输入数据转换成电压被写入铁电电容器的数据。

图14展示了根据本发明的铁电存储器的另一个实施例。

本发明优选实施方案的详细描述