[发明专利]具有铁电材料元件的存储器支持及其非破坏性读取方法

说明书

技术领域

本发明涉及配备由铁电材料制成的元件的存储器，并且涉及对应的非破坏性读取方法。 

背景技术

如已知的那样，在存储系统的情形中，感受到对实现具有高数据传输速率(比特速率)的高存储容量、同时减少制造成本和占用面积的需要。当前最广泛使用的存储系统，即硬盘驱动器(具有小型尺寸)和闪速RAM在增加数据存储容量和读取/写入速度以及减少其尺寸方面存在固有技术限制。 

在所提出的创新方案中，使用由铁电材料制成的存储介质的存储系统是非常有前途的，其中单个比特的读取/写入是通过与铁电材料的铁电畴相互作用而进行。 

如已知的那样，铁电材料具有可以通过所施加的电场而反转的自发极化；如图1中所示，所述材料还呈现根据所施加的电压V的极化电荷Q(或等价地极化P)的图中的迟滞循环，利用该迟滞循环有可能以比特的形式存储信息。具体地，在不存在加在介质上的偏置电压(V＝0)的情况下，存在图中的处于稳定状态中的两个点(由“b”和“e”表示)，所述两个点具有不同的极化，具体地为相等的和相反的不同的极化。所述点甚至可以保持在稳定状态达若干年，从而维持所存储的二进制数据(例如，具有正电荷+Q_H的点“b”对应于“0”，而具有负电荷-Q_H的点“e”对应于“1”)。 

写入操作设想向铁电介质施加比铁电材料特有的矫顽电压V_coe高的正或负电压。在该情况下，存储在材料中的是正电荷+Q_H或负电荷-Q_H(这基本上对应于沿图从点“e”经过点“a”到点“b”或 从点“b”经过点“d”到点“e”的位移)。相反，具有低于矫顽电压V_coe的绝对值的电压并不导致所存储的电荷的稳定变化。 

通常使用的数据读取技术基于破坏性操作，其设想擦除所读取的数据。概括而言，具有大于矫顽电压V_coe的幅度的(正或负)电压被施加到铁电材料，从而实际上执行写入操作，并且检测所述铁电材料的极性的反转的出现或不出现。为此目的，检测在铁电材料中流过的可观电流的存在或不存在。明显地，正(或负)电压的施加仅导致其中先前存储负电荷-Q_H(或正电荷+Q_H)的铁电畴的反转。 

所述读取技术的主要问题与以下事实相联系：读取操作是破坏性的，即它们隐含去除先前存储的信息以及从而不可能在没有预先进行所读取的数据的重新写入的情况下执行数据自身的后继存储。实际上，对存储器的一部分的读取对应于在所述存储器部分中写入全部为正(或在使用负读取电压的情况下全部为负)的电荷的序列。因此，在读取期间，所读取的数据的流必须被存储在存储器缓冲器中，继而对于恢复原始信息而言写入操作是必要的。 

所述读取技术要求时间和电力的显著消耗，并且基本上构成当前铁电存储系统的瓶颈，尤其是在比特速率方面。 

为了克服所述问题，已经提出了一些对所存储的数据的非破坏性读取的技术。 

例如，在Cho et al.，“Terabit inch^-2ferroelectric data storage usingscanning nonlinear dielectric microscopy nanodomain engineeringsystem”，Nanotechnology No.14，2003，637-642，Institute of PhysicsPublishing中，向环状电极施加正弦信号，该正弦信号引发包括存储信息比特的铁电介质的谐振电路中的振荡。解调器检测所引发的振荡的谐波，由于铁电材料在极化图的稳定点中的高阶非线性介电常数的不同行为，所述谐波的相位与所存储的信息关联。 

在Kato et al.，″0.18-μm nondestructive readout FeRAM usingcharge compensation technique″，IEEE Transactions on electron devices，Vol.52 No.12，December 2005中，描述了一种读取电路，其设想铁 电电容器(由存储介质构成)到读取MOS晶体管的栅极端子的串联连接。如果施加读取脉冲，则存储在电容器中的电荷以根据预先存储的极化状态的不同的方式偏置MOS晶体管的栅极端子，从而变化其导电通道的电导率。接着，通过借助读出放大器以静态方式检测在晶体管自身的电流传导端子之间流过的电流，来读取所存储的数据。