鐵電存儲器存儲單元結構

鐵電存儲器的存儲單元主要有兩部分構成，分別是場(chǎng)效應管和電容。初研發(fā)出來(lái)的鐵電存儲器稱(chēng)為“雙管雙容”，它的每個(gè)存儲單元有兩個(gè)場(chǎng)效應管和兩個(gè)電容，每個(gè)存儲單元都包含數據位和各自的參考位。后來(lái)美國鐵電公司設計開(kāi)發(fā)了“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據位使用各自獨立的參考位，而是數據位都使用同一個(gè)參考位。所以單管單容的鐵電存儲器產(chǎn)品的容量大，而且生產(chǎn)成本也變的低。但這里所說(shuō)的電容不是我們常見(jiàn)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(xiě)操作

鐵電存儲器的寫(xiě)操作與其它非易失性存儲器的寫(xiě)操作相比，速度要快得多，而且功耗小。鐵電存儲器不是通過(guò)電容上的電荷來(lái)保存數據的，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(fǎng)問(wèn)操作過(guò)程應該是：在電容上施加一個(gè)已知的電場(chǎng)，也就是對存儲單元的電容進(jìn)行充電，如果原來(lái)晶體中心原子的位置與所施加的電場(chǎng)方向使中心原子要達到的位置相同，中心原子不會(huì )移動(dòng)；若相反，則中心原子將越過(guò)晶體中間層的高能階到達另一位置，在充電波形上就會(huì )出現一個(gè)尖峰，即產(chǎn)生原子移動(dòng)的比沒(méi)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容是“1”或“0”。無(wú)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)，數據位狀態(tài)可能改變。但因為讀操作施加的電場(chǎng)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。

由于讀操作可能導致存儲單元狀態(tài)的改變，需要電路自動(dòng)恢復其內容，所以在每個(gè)鐵電存儲器讀操作后必須有個(gè)“預充電”過(guò)程，來(lái)恢復數據位，而參考位則不用恢復。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(xiě)操作和讀操作十分類(lèi)似，只要施加所要的方向的電場(chǎng)改變鐵電晶體的狀態(tài)就可以了，而無(wú)需進(jìn)行恢復。但是寫(xiě)操作仍要保留一個(gè)“預充”時(shí)間，所以總的時(shí)間與讀操作相同。