專利名稱：用于在無源矩陣存儲器中執(zhí)行讀寫操作的方法,以及執(zhí)行該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種方法，該方法用于在被動矩陣尋址的、包含呈現(xiàn)極化剩磁的電可極化材料，特別是駐極體或者鐵電材料的存儲器陣列存儲單元中執(zhí)行讀寫操作，其中存儲于存儲單元內(nèi)的邏輯值由在該存儲單元中的實(shí)際極化狀態(tài)來表示，并通過檢測響應(yīng)于施加到用于對該陣列的存儲單元進(jìn)行尋址的字線和位線的電壓而進(jìn)入或離開該單元的電荷流來確定，其中檢測該電荷流主要是基于檢測該可極化材料中的極化變化所引起的電荷流分量，其中讀寫操作在控制電路設(shè)備控制下來執(zhí)行。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行該方法的裝置，該裝置包括至少一個無源矩陣尋址的、包含呈現(xiàn)極化剩磁的電可極化材料特別是鐵電材料的存儲器陣列存儲單元，其中存儲于存儲單元內(nèi)的邏輯值由在單獨(dú)的、可分別選擇的存儲單元中的極化狀態(tài)來表示，并通過檢測響應(yīng)于施加到用于對該陣列的存儲單元進(jìn)行尋址的字線和位線的電壓而進(jìn)入或離開該存儲單元的電荷流來確定，而電荷流的檢測主要是基于該可極化材料中的極化改變所引起的電荷流分量。
當(dāng)前，基于鐵電薄膜的存儲器設(shè)備日趨成熟，可以實(shí)際實(shí)現(xiàn)。有兩種恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備結(jié)構(gòu)類型，涉及被存儲數(shù)據(jù)的有源或者無源矩陣尋址。
在有源矩陣尋址結(jié)構(gòu)中，利用關(guān)聯(lián)的專用微電路將每個位存儲在包括鐵電填充的電容結(jié)構(gòu)的存儲單元中。該鐵電材料一般被極化為兩個穩(wěn)定狀態(tài)中的一個狀態(tài)，代表信息的一個位。該存儲器設(shè)備包含大量這樣的單元，它們被安排在一個導(dǎo)體矩陣當(dāng)中。一般地，在這些設(shè)備中使用的鐵電材料為例如鈣鈦等等的無機(jī)陶瓷。
在本發(fā)明主要涉及的無源矩陣尋址結(jié)構(gòu)中，薄膜鐵電材料被夾在兩組相互垂直電極之間，以便在交叉的電極之間的每個重疊區(qū)域形成類似于電容的結(jié)構(gòu)。每一位都被存儲為電容結(jié)構(gòu)中的一個極化狀態(tài)，構(gòu)成一個基本存儲單元。每個單元的連接都沒有涉及有源電路，因此稱為無源矩陣尋址。此結(jié)構(gòu)通常依賴于具有特殊磁滯屬性的鐵電材料，并且當(dāng)前僅少數(shù)基于有機(jī)的鐵電材料被認(rèn)為可能在實(shí)際上使用的。該信息一般是破壞性讀取的，即通過施加一個在存儲單元中引起沿著讀取的場方向極化排列的電場來讀取的。
在許多應(yīng)用中，希望在給定的存儲單元中執(zhí)行很多次讀/寫操作，在此情況中可極化材料被迫經(jīng)受重復(fù)的極性反轉(zhuǎn)并最終變得疲勞。疲勞表現(xiàn)為不同的方式，最顯著地表現(xiàn)為增加矯頑磁場、降低剩余極化強(qiáng)度以及的切換變慢，而所有這些在存儲器設(shè)備中都是極為不利的。另一個使讀出過程復(fù)雜化的現(xiàn)象就是印記。當(dāng)單元長時間停留在一個相同的極化狀態(tài)(即，邏輯狀態(tài))時，它就可能產(chǎn)生一個“凍結(jié)”在該狀態(tài)的趨勢，以至于必須提高驅(qū)動電壓和/或施加較長時間的電壓來調(diào)動并把它轉(zhuǎn)換到其它極化方向。
運(yùn)用固定長度讀脈沖來讀協(xié)議的先前技術(shù)必須考慮由于疲勞和/或印記所造成的在單元切換速度和極化響應(yīng)上的較大變動。因此這些脈沖必須具有高電壓和長持續(xù)時間，確?？商幚碜顗牡那闆r。由于幾個原因，這樣做是不利的。高電壓意味著較高的成本和更多的驅(qū)動電路空間需求，更多的能耗以及增加的串?dāng)_。較長的脈沖意味著較低數(shù)據(jù)存取和傳送速度。最后，即使對最初的或僅適度疲勞的單元施以高電壓的長脈沖，本身就會加速疲勞。
本發(fā)明的一個主要目的就是提供用于在基于電可極化材料特別是鐵電材料的存儲器設(shè)備中讀寫數(shù)據(jù)的新方法，由此，能用比現(xiàn)有的方法更不易于疲勞，數(shù)據(jù)速度更快和需要更少驅(qū)動電路的方法來探測和控制極化。
用依據(jù)本發(fā)明的一種方法達(dá)到上述目的以及其它優(yōu)點(diǎn)和特征，該方法的特征在于在每個讀寫周期中將極化材料的極化程度限制到由控制該讀寫操作的控制電路設(shè)備所規(guī)定的某個值，該值范圍從零到極化飽和所對應(yīng)的一個上限，并與用于存儲單元邏輯狀態(tài)的可靠檢測的預(yù)定判據(jù)相一致。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案之中，通過施加一個或多個電壓脈沖來確定存儲單元的存儲邏輯值，其特征是由控制電路設(shè)備來控制的。
這種情況中，根據(jù)記錄的存儲單元所遇到的產(chǎn)生疲勞和印記的因素和/或從矩陣中的一個或者多個存儲單元或存儲單元對中獲得的電荷響應(yīng)信息，建立一個存儲器尋址歷史，以及建立預(yù)定檢測準(zhǔn)則和/或所獲得的電荷響應(yīng)信息，以便調(diào)節(jié)電壓脈沖的特性，該尋址歷史數(shù)據(jù)可包括特定存儲單元或者特定存儲單元組的累積讀和/或?qū)懼芷跀?shù)和/或印記時間，或電荷響應(yīng)信息可以包括先前所記錄的這些存儲單元的電荷響應(yīng)情況。而且最好是，該電荷響應(yīng)信息是從在該矩陣?yán)锏闹辽僖粚⒖紗卧蝎@得的，而每對中的一個單元代表一個邏輯0值而另一個單元代表一個邏輯1值。
在根據(jù)本發(fā)明的方法之中，最好是該控制電路設(shè)備對導(dǎo)致來自該參考單元或者尋址存儲單元產(chǎn)生的對記錄的電荷響應(yīng)的隨機(jī)噪聲和系統(tǒng)噪聲進(jìn)行連續(xù)的或者周期性的分析，使用該分析結(jié)果作為控制讀/寫協(xié)議算法中的輸入數(shù)據(jù)。噪聲影響的分析最好是基于所統(tǒng)計的已知邏輯狀態(tài)的單元、單個被尋址多次的單元和一組類似的但物理上不同的存儲單元的記錄的電荷響應(yīng)的變動。
在依照本發(fā)明的方法的一個實(shí)施方案中，其中控制判據(jù)是基于電荷響應(yīng)信息，有利的情況是，至少一個電壓脈沖是可變長度的階躍電壓脈沖，而該長度是由電路控制設(shè)備來控制的；和/或該控制電路設(shè)備記錄整個存儲器設(shè)備壽命中的不同點(diǎn)處的分別代表一個邏輯“0”和一個邏輯“1”的單元的電荷響應(yīng)平穩(wěn)值σ飽和以及σ背景；和/或該控制電路設(shè)備生成一個用于確定矩陣中的該存儲單元的邏輯狀態(tài)的閾值，其幅值σTH＝(σ飽和+σ背景)/2；而在另一個實(shí)施方案中控制電路設(shè)備使用的是在存儲陣列中隨機(jī)選擇的位置上選擇的一組存儲單元的電荷響應(yīng)信息。
依照本發(fā)明，也可用一個裝置來實(shí)現(xiàn)上述目的以及其它優(yōu)點(diǎn)和特征其特征在于該裝置包含調(diào)節(jié)施加電壓的電路，在每個讀寫周期中將極化材料中的極化改變程度限制到由控制該讀寫操作的電路所規(guī)定的某個值，該值范圍從零到一個對應(yīng)于極化飽和的上限值。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個有利的實(shí)施方案中，存儲陣列包含了具有已知邏輯狀態(tài)的參考單元；這些參考單元最好是成對定位，一個代表邏輯“0”而另一個代表邏輯“1”，或者這些參考單元分布于整個陣列。
在這兩種情況中，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地，通過將在這些參考單元中選定的單元置于相同模式的極化歷史和轉(zhuǎn)換模式中令其跟蹤該陣列中指定的存儲單元組的疲勞和印記的產(chǎn)生過程，然后可以將這些存儲單元組定位在該陣列中的一條或者多條字線或位線上。
下面將參考附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的解釋，附圖中

圖1a示出了一個鐵電材料的常規(guī)極化磁滯曲線，圖1b示出了在無源矩陣結(jié)構(gòu)中連接到字線和位線的存儲單元的示意圖，圖2a和圖2b分別為在包含原始和疲勞狀態(tài)下的鐵電材料的測試單元在低和高瞬時變形時的階躍響應(yīng)隨時間的變化，以及圖3為根據(jù)本發(fā)明用于從存儲單元讀取數(shù)據(jù)的示意圖例。
為便于更好地理解本發(fā)明，在給出其具體實(shí)施方案實(shí)例之前，先簡要描述一下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明概要背景和物理原理。
圖1a示出了定義一個鐵電存儲單元的極化響應(yīng)，即它的邏輯“0”或者邏輯“1”狀態(tài)的常規(guī)極化曲線，為下面的討論提供一個背景。
參考圖1a，假設(shè)將被讀出的存儲單元最初處在沒有被施加電場的靜態(tài)，該單元中的鐵電材料處在一個極化狀態(tài)，是根據(jù)該單元的指定邏輯狀態(tài)，由極化軸的+PR或者-PR位置來表示。根據(jù)先前的技術(shù)，確認(rèn)該單元處在這些狀態(tài)中的哪一種狀態(tài)的一個讀操作將涉及到向該單元施加一個具有電壓+Vswitch的讀脈沖。后面的電壓超過Vc，該電壓對應(yīng)于在存儲器材料中的矯頑磁場，超出的裕量能夠充分把該存儲器材料驅(qū)動進(jìn)入飽和區(qū)域，即進(jìn)入磁滯曲線閉合并近乎線形的區(qū)域。如果該單元先前處在+PR狀態(tài)，則僅有很小的電荷流進(jìn)入/離開該單元，使該單元停留在先前的+PR狀態(tài)。圖1a中，此小電荷流由量P^表示。但是，如果該單元最初處在-PR狀態(tài)，通過在單元和電極之間顯著的電荷傳輸極化會經(jīng)受一次反轉(zhuǎn)，在圖1a中此電荷流由量P*表示。那么，通過監(jiān)控傳輸?shù)碾姾闪?，來確定該單元的邏輯狀態(tài)。由于此過程破壞了該單元的存儲內(nèi)容，所以必須向存儲器設(shè)備中的相同或者另一個選定單元施加一個獨(dú)立的脈沖周期，由此將該單元的邏輯狀態(tài)設(shè)置成已被讀出的單元初始值(預(yù)讀值)。
雖然，本發(fā)明對所有呈現(xiàn)磁滯或者剩磁的電可極化材料有普遍的適用性，但為了簡明起見，以下討論都是指無源矩陣尋址結(jié)構(gòu)中使用的鐵電材料。
根據(jù)本發(fā)明，到達(dá)給定存儲單元的電流是這樣控制的，使得在一個讀操作期間的極化改變小于飽和極化幅值，但對于確定有關(guān)該單元的邏輯狀態(tài)來講是足夠的。一般地，一個階躍電壓被施加到所關(guān)注的存儲單元，并通過傳輸?shù)皆搯卧碾娏鱽肀O(jiān)控該單元的極化響應(yīng)。在下面情況中的一種情況下，切斷電壓a)經(jīng)歷某個電荷積累時間，或者b)已經(jīng)檢測到某一累積的電荷。
通常這種情況按時出現(xiàn)一點(diǎn)上，其中僅有部分可切換的極化被切換。用此方式，實(shí)現(xiàn)了幾個優(yōu)點(diǎn)-鐵電材料僅經(jīng)受部分極化反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致較少的疲勞。
-由于每個讀事件僅是局部破壞性的，所以一個給定的單元在必須恢復(fù)數(shù)據(jù)之前可支持幾次讀操作。
-可較早進(jìn)行一個邏輯狀態(tài)，判定加速了讀取過程。
-由于讀操作(“回寫”)而產(chǎn)生的極化損失的恢復(fù)要求更少的每位讀操作的電荷傳輸，而不管是在每個讀操作之后還是在幾個讀操作之后來恢復(fù)。
本文描述的方案中的一個關(guān)鍵要素是在讀操作模式中正確選擇電荷積累時間。對于一個給定的單元，隨著該單元變得疲勞此時間一般將增加，因此必須相應(yīng)調(diào)整讀脈沖協(xié)議?？梢允褂靡?guī)定該積累時間的預(yù)測模式或者監(jiān)控模式。
在前一種模式中，根據(jù)一個從記錄的設(shè)備使用情況來預(yù)測疲勞程度的程序，來調(diào)整該積累時間。這必須包括誤差裕量，來考慮影響疲勞發(fā)展的所有重要參數(shù)，例如溫度歷史數(shù)據(jù)，和單元對單元以及設(shè)備對設(shè)備的制造容差。
在后一種模式中，在設(shè)備的整個使用壽命中監(jiān)測單元響應(yīng)的進(jìn)展(切換速度)，這些結(jié)果被用來調(diào)整該脈沖協(xié)議，特別是該電荷積累時間。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，包括了一個自診斷方案其中由參考單元持續(xù)監(jiān)控存儲單元的狀況和時間進(jìn)展，這些引用單元經(jīng)受的是與存儲單元本身十分相近的環(huán)境和操作的條件。
在本發(fā)明總體背景的上述描述中，默認(rèn)在每個讀或者寫周期中，該電荷傳輸近似為完整的，并且忽略了該讀/寫進(jìn)程的動態(tài)特性。依據(jù)所涉及的鐵電，極化反轉(zhuǎn)的速度可以在一個很寬的限度內(nèi)變化無機(jī)鐵電一般在轉(zhuǎn)換方面比有機(jī)的或者聚合的類型快幾個數(shù)量級。先前技術(shù)在很大程度上是集中于無機(jī)鐵電，著重于整個轉(zhuǎn)換時間，而很少或沒有關(guān)注讀/寫操作中可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換暫態(tài)的細(xì)節(jié)。隨著結(jié)合使用轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)慢于無機(jī)鐵電的有機(jī)的和聚合的鐵電的存儲設(shè)備的出現(xiàn)，動態(tài)行為成為影響整體設(shè)備速度的一個重要因素。同時，由于時間標(biāo)度較長，并且更容易在瞬態(tài)階段進(jìn)行干預(yù)，所以較慢的轉(zhuǎn)換給新型的讀/寫方案提供了機(jī)會。
圖2a和圖2b中示出了包含聚合鐵電的存儲單元的動態(tài)響應(yīng)。在階躍脈沖激發(fā)之后，這些單元經(jīng)受了Vs＝20V的階躍電壓，并且記錄了積累電荷密度σ隨時間的變化，即，在鐵電和電極之間的界面的每單位面積的電荷傳輸圖中。示出了兩組曲線。每個圖中包含上面的三條曲線的第一組曲線中，該單元從邏輯“1”轉(zhuǎn)換成邏輯“0”，經(jīng)歷一個較大電荷傳輸?shù)臉O化反轉(zhuǎn)。每個圖中包含緊密組合的、較低的三條曲線的第二曲線組中，該單元在施加階躍電壓之前已經(jīng)處于邏輯狀態(tài)“0”，并且僅觀察到一個很小的電介質(zhì)位移電荷響應(yīng)。每組曲線包含的單元，或者已處在原始狀態(tài)，即無疲勞，或者經(jīng)過106或者107讀/刷新周期，每個周期中都涉及完全極化反轉(zhuǎn)，已經(jīng)疲勞。
如圖所見，開始有一個電流高峰，接著漸近回落而趨于零，即電荷密度σ從零迅速增加并達(dá)到平穩(wěn)值。該瞬態(tài)在非轉(zhuǎn)換情況(即，邏輯狀態(tài)“0”→“0”)下比在轉(zhuǎn)換情況(即，邏輯狀態(tài)“1”→“0”)下要快得多，并且前者中電荷密度σ的漸近值(σ背景)比后者情況中的值(σ飽和)要低。疲勞本身顯現(xiàn)為一個較低平穩(wěn)值σ飽和(即較低的PR)和一個較慢的瞬態(tài)，并且在轉(zhuǎn)換情況下尤為顯著。在一個新單元中達(dá)到最大極化程度的50％的時間為～1μs，但對于一個疲勞的單元，需要100μs。
根據(jù)本發(fā)明，通過施加一個通常為電壓階躍電壓脈沖，并且在該脈沖已被激活之后的某個時刻，檢測該電荷密度σ是否超過某個定義的閾值，來讀取數(shù)據(jù)。如果該單元初始為“0”邏輯狀態(tài)，則甚至在長延遲之后，也將達(dá)不到此閾值，但是，如果該單元初始在“1”邏輯狀態(tài)，就將超過此閾值。在后一種情況中，一旦達(dá)到這一水平，就清除該存儲單元上的讀脈沖電壓。
可以通過以下例子對此加以說明。假設(shè)所討論的設(shè)備包含了具有如圖2a和2b所示特性的單獨(dú)的存儲單元。正如所見，對于一個處于“0”狀態(tài)的單元，積累的傳輸電荷迅速增加(在小于0.5μs的時間內(nèi))到大約σ背景＝2μC/cm2左右，從此點(diǎn)往上它幾乎沒有變化。但是，對于一個處于“1”狀態(tài)的單元，積累的傳輸電荷在此點(diǎn)之后繼續(xù)快速上升，而在新單元情況下在大約8μs之后達(dá)到σ飽和＝8.5μC/cm2左右。對于疲勞的單元來說，此上升較慢并且最終值較低，但與處在“0”狀態(tài)中的單元相比，差別是很明顯的。
作為一個判別準(zhǔn)則，可以規(guī)定如果在該讀脈沖激活之后的某個時間τTh，σ超過某個閾值，例如σ≥σTh＝7μC/cm2，則定義為該單元處于“1”狀態(tài)。此閾值應(yīng)被選擇為遠(yuǎn)高于初始為“0”狀態(tài)的單元所能達(dá)到的最大值，在此情況下，σ背景＝2μC/cm2。從圖2b中觀察到，從“1”狀態(tài)達(dá)到σTh的電荷積累時間τTH，對于原始單元大約將為4μs，對于疲勞106次的單元將為8μs，而對于疲勞107周期的單元將為80-100μs。根據(jù)依賴于完整轉(zhuǎn)換和固定電荷積累時間的先前技術(shù)，后者將必須被定義為足夠長的時間以允許在最壞的情況下，即在單元疲勞的情況下完成轉(zhuǎn)換瞬態(tài)過程。因此，讀脈沖將必須選擇在50-100μs的范圍內(nèi)，而不是1μs。但根據(jù)本發(fā)明，該讀出脈沖在累積的電荷密度達(dá)到該閾值σTh時就被停止，并且將邏輯狀態(tài)“1”賦給該單元。如果在某個規(guī)定的τ＞＞τTh時間范圍內(nèi)未達(dá)到此閾值，則所討論的單元就處在邏輯“0”狀態(tài)。
上述方案意味著，因疲勞而導(dǎo)致該單元響應(yīng)變慢時，自動延長讀脈沖，通常保持盡可能短，且與所規(guī)定的閾值準(zhǔn)則相一致。這提供了以下優(yōu)點(diǎn)-第一，在讀取速度上超越了先前技術(shù)的完全轉(zhuǎn)換方案。
-第二，如果數(shù)據(jù)被回寫到相同單元，則涉及較少的極化反轉(zhuǎn)，并且該回寫周期可以與該讀周期情況一樣被縮短。根據(jù)材料以及操作條件，印記效果(即，單元中的鐵電材料鎖定在一個長時間維持不變的邏輯狀態(tài)的趨勢)可進(jìn)一步縮短該回寫周期。
-第三，由于極化轉(zhuǎn)換和電場影響被最小化，所以通常疲勞比在完全轉(zhuǎn)換方案情況下緩慢得多。在相應(yīng)的聚合鐵電設(shè)備上的測試表明。與運(yùn)用完全極化反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換協(xié)議的先前技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)讀出。增加了幾個數(shù)量級的抗疲勞強(qiáng)度(即具有可接受信賴程度的讀/回寫周期的數(shù)量)。
-第四，當(dāng)σ飽和＞＞σ背景時，可能在每個回寫周期之間有多個讀周期。
現(xiàn)在，將詳細(xì)討論一個優(yōu)選的實(shí)施方案，即存儲單元響應(yīng)的自診斷判定。如上所述，電荷積累時間必須隨著單元疲勞而增加。理想情況下，應(yīng)當(dāng)利用一個針對該單元優(yōu)化調(diào)整的讀脈沖長度來讀取該存儲器設(shè)備中的每個單元。由于制造容差以及疲勞/印記歷史而使單元和單元間的響應(yīng)特性有所不同，所以這是很困難的。尤其后者隨時間的增長會導(dǎo)致非常大的單元間的差別，這是由于疲勞和印記不僅涉及由單個單元所經(jīng)歷的讀/寫周期數(shù)量，而且涉及其壽命期間單元所經(jīng)歷的電壓應(yīng)力(幅值/極性/持續(xù)時間)和諸如溫度等其它因素的組合影響。
結(jié)果，讀脈沖調(diào)節(jié)的預(yù)測方法通常比較粗略，允許單元屬性隨時間的增加而改變。換句話說，在該設(shè)備中必須分配可觀的資源，專用于始終跟蹤單元的累積疲勞?？赏ㄟ^協(xié)議來簡化該任務(wù)，這些協(xié)議以這樣的方式在該設(shè)備的整個存儲單元之中分布磨損，以至于具有可比較的疲勞歷史數(shù)據(jù)的單元能被成組或者成塊地識別。
大多數(shù)情況下，最好采用一種監(jiān)控的或者自診斷的方法?；驹瓌t可參考圖3說明如下。對于每行或者簇的存儲單元來說，使用兩個參考單元，一個被極化為“1”狀態(tài)而另一個為“0”狀態(tài)。這兩個單元承受到導(dǎo)致疲勞的影響，特別是極化轉(zhuǎn)換，來代表它們被指定所屬的存儲單元行或簇。這里將具體說明兩種模式的使用參考單元的讀操作。
i)在存儲器設(shè)備的整個運(yùn)行壽命中，引用單元被用來跟蹤σ飽和和σ背景的發(fā)展，由此定義、存儲和更新該閾值σTH。此外，建立單元在狀態(tài)上達(dá)到σTH的相應(yīng)電荷積累時間τTh。在讀出周期，來自存儲單元的信號與在時間τTH的閾值σTH相比較，確定該單元的邏輯狀態(tài)。在此方案下的一類實(shí)施方案中，使用中值作為閾值，即σTH＝(σ飽和+σ背景)/2。
由于此模式意味著將參考單元驅(qū)動到飽和狀態(tài)，所以通常在一個獨(dú)立的采樣周期中或者在涉及擴(kuò)展讀脈沖的一個讀周期之中，對這些單元進(jìn)行定期采樣。
ii)在每個讀操作期間，“0”和“1”引用單元均經(jīng)歷了一個讀脈沖，并且監(jiān)測分別傳輸?shù)絻蓚€單元的電荷密度σ0(τ)和σ1(τ)，作為讀脈沖激活之后所消逝的時間τ的函數(shù)。正如圖2中所見，兩個時間的差(σ0(τ)-σ1(τ))隨時間增加，起始于零并最終達(dá)到一個值(σ飽和-σ背景)。在某一時刻τTh，此差值已達(dá)到某一值，可以在存在噪聲和單元間變化的情況下，可靠檢測該差值。此時，終止該讀脈沖并且讀取與這些引用單元相關(guān)的行或簇的存儲單元的感應(yīng)放大器。在該點(diǎn)記錄的值σ0(τTH)和σ1(τTH)可用作邏輯狀態(tài)判定過程的輸入?yún)?shù)。
在上述兩種情況i)和ii)中，讀脈沖長度τTh隨著單元疲勞自動增加，而同時保持盡可能短，與某個預(yù)定義的診斷和判定標(biāo)準(zhǔn)則相一致。根據(jù)該設(shè)備的使用意圖，可以選擇后者來滿足不同的置信度。
情況i)和ii)提供了不同優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，說明如下情況i)優(yōu)點(diǎn)獲得有關(guān)參數(shù)σ飽和和σ背景發(fā)展的直接信息。
缺點(diǎn)要求有一個單獨(dú)的脈沖周期。
情況ii)優(yōu)點(diǎn)沒有單獨(dú)的脈沖周期就可實(shí)現(xiàn)(但這些參考單元必須處在讀周期開始時處于正確的邏輯狀態(tài))并且在這些參考單元上施加典型的脈沖疲勞。
缺點(diǎn)要求有能夠?qū)崟r生成閾值/判別參數(shù)的電路。在“單脈沖”用法中，即當(dāng)僅一次性或間隔很長時間來讀取所討論的簇或者行的單元的數(shù)據(jù)時，以這種模式獲得的判別參數(shù)將在捕獲的單個采樣事件中反映出全部噪聲。
對熟練人員來說，運(yùn)用參考單元的讀出電路系統(tǒng)在物理上顯然可以以多種方式來實(shí)現(xiàn)。圖3示出的基本方案可結(jié)合上述討論的兩種操作模式i)和ii)來使用。本文中，參考單元被定位在兩條專用的垂直尋址線(“位線”)上，一條對應(yīng)“0”單元而另一條對應(yīng)“1”單元。在讀周期中，某一時刻的一條水平線(“字線”)經(jīng)受一個讀脈沖，流向在尋址水平線和交叉垂直線之間交叉點(diǎn)處的那些單元的電荷由在該矩陣底部所示的電路系統(tǒng)監(jiān)控。因此，在每個給定水平線上的存儲單元與相同線上的參考單元對相關(guān)聯(lián)。
當(dāng)然，可以在整個矩陣中間隔地增加更受的具有參考單元的位線。在某些情況下，運(yùn)用單個的而不是成對的“1”或者“0”參考位線是有利的，或者參考單元能占據(jù)比整個位線少的長度，甚至能減低到單個單元。后者為參考單元沿著字線而不是位線定位的情況，這是本發(fā)明的一種變異形式。
圖3所示的方框圖指示出在參考位線和參考信號檢測器之間的硬連線。但是，通過多路轉(zhuǎn)換技術(shù)以及信號路由選擇，參考位線可以定義在矩陣的任何位置。因此，許多情況下，在該存儲器設(shè)備常規(guī)使用期間在已經(jīng)歷了疲勞和印記的存儲矩陣區(qū)域之中，建立參考單元是有利的，可以在存儲器設(shè)備的壽命中移動參考單元在矩陣中的位置。用此方式，對于讀出決策過程來講，現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)總是有效的。
為簡化起見，用于把數(shù)據(jù)寫到矩陣單元的電路未在圖3中示出。保存破壞性讀出數(shù)據(jù)的回寫在讀周期后利用一個近似與讀周期決定的長度相同的脈沖來立即執(zhí)行，或者由于多個讀操作的緣故，回寫被延遲直到該單元中的極化度達(dá)到了一個較低值為止。在后一種情況中，將要求有較長的回寫脈沖。
為了獲得可靠的參考數(shù)據(jù)，該存儲器設(shè)備中的參考單元數(shù)目明顯應(yīng)該大到充分允許用小的統(tǒng)計擴(kuò)展來緊密模擬所討論的實(shí)際存儲單元的使用模式。但是，由于參考單元的大塊保留區(qū)域以及專用電路會與在該設(shè)備中的其它存儲器和處理功能相沖突，并且實(shí)際上，有限數(shù)目的參考單元將與更大量的存儲單元相關(guān)聯(lián)，這些存儲單元可在物理上接近于這些參考單元(例如，在一個簇中)，或者可連接到經(jīng)歷相互近似類型的讀和寫處理的一組存儲單元。例如，后者可以是一個在包含不必要在物理上相互接近的單元的存儲器設(shè)備之中的一個給定區(qū)域，或者是一次讀取一整行的一個尋址矩陣的一行單元。
權(quán)利要求
1.一種方法，該方法用于在無源矩陣尋址的、包含呈現(xiàn)極化剩磁的電可極化材料，特別是駐極體或者鐵電材料的存儲器陣列存儲單元中執(zhí)行讀寫操作，其中存儲于存儲單元內(nèi)的邏輯值由在該存儲單元中的實(shí)際極化狀態(tài)來表達(dá)，并通過檢測響應(yīng)于施加到用于對該陣列的存儲單元進(jìn)行尋址的字線和位線的電壓的到達(dá)或者離開所述存儲單元的電荷流來確定，其中電荷流檢測主要是基于檢測由在所述可極化材料中的極化改變所造成的電荷流分量，其中讀寫操作在控制電路設(shè)備控制下來執(zhí)行，其特征是將每個讀寫周期中可極化材料的極化程度限制到一個由該電路設(shè)備所規(guī)定的值，并控制該讀寫操作，而所述值的范圍為零到對應(yīng)于該極化飽和的一個上限并與用于存儲器單元邏輯狀態(tài)的可靠檢測的預(yù)定準(zhǔn)則相一致。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征是通過施加一個或者多個電壓脈沖來確定存儲單元已存儲的邏輯值，該脈沖的特征是由控制電路設(shè)備來控制。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征是由根據(jù)記錄的存儲單元所經(jīng)受的產(chǎn)生疲勞和印記因素建立一個存儲器尋址歷史和/或獲得矩陣中的一個或者多個參考單元或參考單元對和/或一個或者多個存儲單元或成對存儲單元的電荷響應(yīng)信息，以及建立預(yù)定檢測判據(jù)和/或作為控制判據(jù)基礎(chǔ)的所獲得的電荷響應(yīng)信息，以便調(diào)節(jié)電壓脈沖的特性。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征是在該尋址歷史數(shù)據(jù)中包括在特定存儲單元或者特定存儲單元組中的讀和/或?qū)懼芷诘睦鄯e數(shù)目和/或印記時間。
5.權(quán)利要求3的方法，其特征是在電荷響應(yīng)信息中包含有關(guān)先前所記錄的這些存儲單元的電荷響應(yīng)行為。
6.權(quán)利要求3的方法，其特征是獲得矩陣中的至少一對參考單元的電荷響應(yīng)信息，每對中的一個單元代表邏輯0而另一個代表邏輯1。
7.權(quán)利要求5或者6的方法，其特征是控制電路設(shè)備對所述參考單元或者尋址存儲單元的被記錄的電荷響應(yīng)的隨機(jī)和系統(tǒng)噪聲因素進(jìn)行連續(xù)的或者周期性的分析，并且運(yùn)用該分析結(jié)果作為一個控制讀/寫協(xié)議算法中的輸入數(shù)據(jù)。
8.權(quán)利要求7的方法，其特特是由把導(dǎo)致噪聲因素的分析是基于已知邏輯狀態(tài)的存儲單元、被多次尋址的單獨(dú)存儲單元、和/或從一組類似但物理上不同的存儲單元的記錄的電荷響應(yīng)的統(tǒng)計上的變化。
9.權(quán)利要求3的方法，其中該控制判據(jù)是基于電荷響應(yīng)信息，其特征是電壓脈沖中的至少一個為可變長度的階躍電壓脈沖，而所述長度是由所述電路控制設(shè)備來控制的。
10.權(quán)利要求3的方法，其中該控制判據(jù)是基于電荷響應(yīng)信息，其特征是所述控制電路設(shè)備在貫穿存儲器設(shè)備壽命的時間點(diǎn)上記錄分別代表一個邏輯“0”和一個邏輯“1”的單元電荷響應(yīng)的平穩(wěn)值σ飽和以及σ背景。
11.權(quán)利要求3的方法，其中控制判據(jù)是基于電荷響應(yīng)信息，其特征是控制電路設(shè)備生成用于確定該矩陣中的存儲單元的邏輯狀態(tài)的一個閾值，其幅值σTH＝(σ飽和+σ背景)/2。
12.權(quán)利要求3的方法，其特征是控制電路設(shè)備利用了在該存儲器陣列的隨機(jī)選擇的位置處選擇的一組存儲單元中的電荷響應(yīng)信息。
13.用于執(zhí)行讀和寫操作的裝置，所述裝置包括至少一個無源矩陣尋址的存儲器單元的存儲器陳列，存儲器單元包含呈現(xiàn)極化剩磁的電可極化材料，特別是鐵電材料，其中存儲于存儲單元內(nèi)的邏輯值由在單獨(dú)的、可獨(dú)立選擇的存儲單元中的極化狀態(tài)來表示，并通過向陣列的存儲單元進(jìn)行尋址的字線和位線施加電壓后檢測到達(dá)或者離開所述存儲單元的電荷流來確定，電荷流檢測主要是基于檢測由在所述可極化材料中的極化改變所造成的電荷流分量，其中該裝置的特征在于它包含了調(diào)節(jié)所述施加電壓的電路，以在每個讀寫周期中將所述極化材料的極化改變程度限制到一個由控制該讀寫操作的電路所規(guī)定的值，該值范圍從零到一個對應(yīng)于極化飽和上限值。
14.權(quán)利要求13的裝置，其特征在于所述存儲器陣列包含了具有已知邏輯狀態(tài)的參考單元。
15.權(quán)利要求14的裝置，其特征在于所述參考單元成對定位，一個代表邏輯“0”而另一個代表邏輯“1”。
16.權(quán)利要求14的裝置，其特征在于所述參考單元貫穿所述陣列來分布的。
17.權(quán)利要求15或者權(quán)利要求16的裝置，其特征在于，通過使其處在與后者相類似的極化歷史和轉(zhuǎn)換事件中，指定所述參考單元中的那些被選擇的單元在所述陣列內(nèi)跟蹤指定的存儲單元組的疲勞和印記的發(fā)展。
18.權(quán)利要求17的裝置，其特征在于，在所述陣列中，所述存儲單元組被定位在一條或者多條字線或位線上。
全文摘要
一種方法，該方法用于在無源矩陣尋址的、包含呈現(xiàn)極化剩磁的電可極化材料特別是駐極體或者鐵電材料的存儲器陣列存儲單元中執(zhí)行讀寫操作，其中存儲于存儲單元內(nèi)的邏輯值由在該存儲單元中的實(shí)際極化狀態(tài)來表示，在每個讀寫周期中，將該可極化材料中的極化程度限制為一個由控制該讀和寫操作的一個電路設(shè)備所規(guī)定的值，而該值的范圍由零到一個對應(yīng)于該極化飽和的值，與用于存儲器單元邏輯狀態(tài)的可靠檢測的預(yù)定判據(jù)相一致。一種裝置，在該裝置所包含的無源矩陣尋址存儲器陣列中執(zhí)行讀寫操作，并包括一些存儲單元，這些單元包含一種呈現(xiàn)極化剩磁的電可極化材料，特別是鐵電材料，該裝置包含電路系統(tǒng)，用來調(diào)整對這些存儲單元進(jìn)行尋址所施加的電壓，以便在每個讀寫周期中把該可極化材料的極化改變程度限制到一個由控制該讀寫操作的一個電路所規(guī)定的值。
文檔編號G11C29/44GK1440554SQ01812469
公開日2003年9月3日 申請日期2001年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者P·-E·諾達(dá)爾, P·布勒姆斯, M·約翰松, H·G·古德森 申請人:薄膜電子有限公司