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鐵電存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)和讀寫操作

更新時間:2021-03-18      點擊次數(shù):1699

鐵電存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)

鐵電存儲器的存儲單元主要有兩部分構(gòu)成,分別是場效應(yīng)管和電容。初研發(fā)出來的鐵電存儲器稱為“雙管雙容”,它的每個存儲單元有兩個場效應(yīng)管和兩個電容,每個存儲單元都包含數(shù)據(jù)位和各自的參考位。后來美國鐵電公司設(shè)計開發(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(shù)據(jù)位使用各自獨立的參考位,而是數(shù)據(jù)位都使用同一個參考位。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。但這里所說的電容不是我們常見的那種電容,在這種電容的兩個電極板中間沉淀了一層晶態(tài)的鐵電晶體薄膜。

鐵電存儲器的讀寫操作

鐵電存儲器的寫操作與其它非易失性存儲器的寫操作相比,速度要快得多,而且功耗小。鐵電存儲器不是通過電容上的電荷來保存數(shù)據(jù)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。正確的訪問操作過程應(yīng)該是:在電容上施加一個已知的電場,也就是對存儲單元的電容進(jìn)行充電,如果原來晶體中心原子的位置與所施加的電場方向使中心原子要達(dá)到的位置相同,中心原子不會移動;若相反,則中心原子將越過晶體中間層的高能階到達(dá)另一位置,在充電波形上就會出現(xiàn)一個尖峰,即產(chǎn)生原子移動的比沒有產(chǎn)生移動的多了一個尖峰。把這個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(nèi)容是1”或“0”。無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,數(shù)據(jù)位狀態(tài)可能改變。但因為讀操作施加的電場方向與原參考位中原子的位置相同,所以參考位是不會改變的。

由于讀操作可能導(dǎo)致存儲單元狀態(tài)的改變,需要電路自動恢復(fù)其內(nèi)容,所以在每個鐵電存儲器讀操作后必須有個“預(yù)充電”過程,來恢復(fù)數(shù)據(jù)位,而參考位則不用恢復(fù)。晶體原子狀態(tài)的切換時間小于1ns,讀操作的時間大概為70ns,加上“預(yù)充電”的時間為60ns,所以一個完整的讀操作周期約為130ns。這是與SRAME2PROM不同的地方。寫操作和讀操作十分類似,只要施加所要的方向的電場改變鐵電晶體的狀態(tài)就可以了,而無需進(jìn)行恢復(fù)。但是寫操作仍要保留一個“預(yù)充”時間,所以總的時間與讀操作相同。

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