鐵電存儲器的技術特點分析

　　鐵電存儲器的技術特點

　　首先要說明的是鐵電存儲器和浮動柵存儲器的技術差異。現(xiàn)有閃存和EEPROM都是采用浮動柵技術，浮動柵存儲單元包含一個電隔離門，浮動柵位于標準控制柵的下面及通道層的上面。浮動柵是由一個導電材料，通常是多芯片硅層形成的 (如圖2所示)。浮動柵存儲單元的信息存儲是通過保存浮動柵內(nèi)的電荷而完成的。利用改變浮動柵存儲單元的電壓就能達到電荷添加或擦除的動作，從而確定存儲單元是在 ”1”或“0” 的狀態(tài)。但是浮動柵技術需使用電荷泵來產(chǎn)生高電壓，迫使電流通過柵氧化層而達到擦除的功能，因此需要5-10ms的擦寫延遲。高寫入功率和長期的寫操作會破壞浮動柵存儲單元，從而造成有限的擦寫存儲次數(shù)（例如：閃存約十萬次，而EEPROM則約1百萬次)。

　　鐵電存儲器是一種特殊工藝的非易失性的存儲器，是采用人工合成的鉛鋯鈦(PZT) 材料形成存儲器結晶體，如圖3所示。當一個電場被施加到鐵晶體管時，中心原子順著電場停在低能量狀態(tài)I位置，反之，當電場反轉(zhuǎn)被施加到同一鐵晶體管時，中心原子順著電場的方向在晶體里移動并停在另一低能量狀態(tài)II。大量中心原子在晶體單胞中移動耦合形成鐵電疇，鐵電疇在電場作用下形成極化電荷。鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較高，鐵電疇在電場下無反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較低，這種鐵電材料的二元穩(wěn)定狀態(tài)使得鐵電可以作為存儲器。

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圖1、電子電能表的基本電路方塊圖。

圖2、浮動柵存儲單元

圖3、鐵電存儲器結晶單元。

　　特別是當移去電場后，中心原子處于低能量狀態(tài)保持不動，存儲器的狀態(tài)也得以保存不會消失，因此可利用鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)形成高極化電荷，或無反轉(zhuǎn)形成低極化電荷來判別存儲單元是在 ”1”或 “0” 狀態(tài)。鐵電疇的反轉(zhuǎn)不需要高電場，僅用一般的工作電壓就可以改變存儲單元是在 ”1”或 “0” 的狀態(tài)；也不需要電荷泵來產(chǎn)生高電壓數(shù)據(jù)擦除，因而沒有擦寫延遲的現(xiàn)象。這種特性使鐵電存儲器在掉電后仍能夠繼續(xù)保存數(shù)據(jù)，寫入速度快且具有無限次寫入壽命，不容易寫壞。所以，與閃存和EEPROM 等較早期的非易失性內(nèi)存技術比較，鐵電存儲器具有更高的寫入速度和更長的讀寫壽命。