铁电存储器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种铁电存储器，包括：多个铁电存储单元，其包括铁电电容，所述铁电电容包括上极板和下极板以及位于上极板和下极板之间的铁电材料；写入电路，其被配置为能够给铁电存储单元的铁电电容两个极板分别正向和反向施加第一电压和第二电压，使得所述铁电材料分别具有对应的第一、第二、第三和第四剩余极化强度值，以写入不同的存储数据；以及读取电路，其包括参考电压产生电路和电压比较电路，电压比较电路能够将采集的铁电存储单元的铁电电容一端的电压与参考电压产生电路产生的参考电压比较以输出不同的比较结果以读取不同的存储数据。通过本实用新型专利技术，可以实现每存储单元2比特数据的存储，由此极大地提高了存储密度并提高了存储容量。

【技术实现步骤摘要】
铁电存储器
本技术总的来说涉及半导体领域，更具体而言，涉及一种铁电存储器。
技术介绍
近年来，铁电存储器作为一种高写入速度和高读写次数的新型存储器，日益受到铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器。当电场被施加到铁晶体管时，中心原子顺着电场停在第一低能量状态位置，而当电场反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在第二低能量状态。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴，铁电畴在电场作用下形成极化电荷。铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。当移去电场后，中心原子处于低能量状态保持不动，存储器的状态也得以保存不会消失，因此可利用铁电畴在电场下反转形成高极化电荷，或无反转形成低极化电荷来判别存储单元是在“1”或“0”状态。铁电畴的反转不需要高电场，仅用一般的工作电压就可以改变存储单元是在“1”或“0”的状态；也不需要电荷泵来产生高电压以进行数据擦除，因而没有擦写延迟的现象。这种特性使铁电存储器在掉电后仍能够继续保存数据，写入速度快且具有无限次写入寿命，不容易写坏。并且，与现有的非易失性内存技术比较，铁电存储器具有更高的写入速度和更长的读写寿命。在目前的铁电存储器中，每个存储单元存储1比特数据、即0或1。如果能够实现每存储单元更多比特位，则能极大地提升铁电存储器的存储密度或存储容量。
技术实现思路
本技术的任务是，提供一种铁电存储器，通过该铁电存储器，可以实现每个铁电存储单元2比特数据的存储，由此极大地提高了存储密度并提高了存储容量。在本技术的第一方面，该任务通过一种铁电存储器来解决，该铁电存储器包括：多个铁电存储单元，每个铁电存储单元包括铁电电容，所述铁电电容包括上极板和下极板以及位于上极板和下极板之间的铁电材料；写入电路，其被配置为能够给铁电存储单元的铁电电容两个极板分别正向和反向施加第一电压和第二电压，使得所述铁电材料分别具有对应的第一、第二、第三和第四剩余极化强度值，以写入不同的存储数据，其中不同的剩余极化强度值对应不同的存储数据；以及读取电路，其包括参考电压产生电路和电压比较电路，电压比较电路能够将采集的铁电存储单元的铁电电容一端的电压与参考电压产生电路产生的参考电压比较以输出不同的比较结果以读取不同的存储数据。在本技术的一个优选方案中规定，所述写入电路施加于所述铁电电容的第二电压对应的第三剩余极化强度和第四剩余极化强度的值为写入电路施加于所述铁电电容的第一电压对应的第一剩余极化强度和第二剩余极化强度的值的1/3。在本技术的一个优选方案中规定，写入电路包括第一、第二、第三和第四与门，其中第一与门的两个输入端分别输入要写入信号的最高有效位和最低有效位的取反值，其输出端连接到第一与非门的输入端之一，第二与门的输入端分别输入要写入信号的最高有效位和最低有效位，其输出端连接到第二与非门的输入端之一，第三与门的输入端分别输入要写入信号的最高有效位的取反值和最低有效位，其输出端连接到第三与非门的输入端之一，并且第四与门的输入端分别输入要写入信号的最高有效位的取反值和最低有效位的取反值，其输出端连接到第四与非门的输入端之一；第一、第二、第三和第四与非门，其中第一、第二、第三和第四与非门的输入端中的另一个分别输入写使能信号；以及第一、第二、第三和第四晶体管，其中第一晶体管的栅极与第一与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第一电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线，第二晶体管的栅极与第二与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第二电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线，第三晶体管的栅极与第三与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第三电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线，第四晶体管的栅极与第四与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第四电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线。在本技术的一个优选方案中规定，读取电路包括：四个参考单元，其被配置为在被写入00、01、10、11之一的情况下分别在其位线上生成分别与00、01、10、11相对应的第一、第二、第三和第四位线电压，其中第一、第二、第三和第四位线电压依次升高；第一参考电压生成电路，根据所述第一和第二位线电压生成第一参考电压，其中第一参考电压的大小处于所述第一和第二位线电压的大小之间；第二参考电压生成电路根据所述第二和第三位线电压生成第二参考电压，其中第二参考电压的大小处于第二和第三位线电压的大小之间；以及第三参考电压生成电路根据第三和第四位线电压生成第三参考电压，其中第三参考电压的大小处于第三和第四位线电压的大小之间。在本技术的一个优选方案中规定，第一参考电压为第一位线电压和第二位线电压之和的平均值，第二参考电压为第二位线电压和第三位线电压之和的平均值，第三参考电压为第三位线电压和第四位线电压之和的平均值。在本技术的一个优选方案中规定，所述电压比较电路包括三个电压比较器，其中第一电压比较器的一个输入端连接第一参考电压，另一个输入端连接铁电存储单元的位线；第二电压比较器的一个输入端连接第二参考电压，另一个输入端连接铁电存储单元的位线；第三电压比较器的一个输入端连接第三参考电压，另一个输入端连接铁电存储单元的位线。在本技术的一个优选方案中规定，所述电压比较电路包括电压选择电路和电压比较器，其中电压选择电路的三个输入端分别输入由参考电压生成电路输出的三个参考电压之一，其输出端连接到所述电压比较器的一个输入端，所述电压比较器的输入端中的另一个与铁电存储单元的位线连接，其输出端输出比较结果；所述电压比较电路还包括电压比较器时钟信号控制电路，其包括一个由延时电路和一个非门,其中所述延时电路的输入端连接所述电压比较器的输出端，所述非门的输出端与电压比较器的时钟信号输入端连接。在本技术的一个优选方案中规定，所述电压比较器的输出端包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端经与非门输出比较已就绪信号；所述读取电路还包括控制信号生成电路，所述控制信号生成电路包括两个相互连接的D触发器构成的移位寄存器，其中第一D触发器的输出端连接电压选择电路的控制信号输入端，第二D触发器的输出端连接电压比较器的时钟信号控制电路的输入端。在本技术的一个优选方案中规定，所述读取电路还包括读出信号锁存电路，其包括第三D触发器用于锁存读取信号的最高有效位，第四D触发器用于锁存读取信号的最低有效位；其中所述电压比较器的输出端与该第三D触发器和第四D触发器的输入端连接，开始读的反向信号与该第三D触发器和第四D触发器的重置端连接，第一D触发器的输出端与第三D触发器的时钟信号端连接，第二D触发器的输出端与第四D触发器的时钟信号端连接。在本技术的第二方面，前述任务通过一种对根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁电存储器，包括：/n多个铁电存储单元，每个铁电存储单元包括铁电电容，所述铁电电容包括上极板和下极板以及位于上极板和下极板之间的铁电材料；/n写入电路，其被配置为能够给铁电存储单元的铁电电容两个极板分别正向和反向施加第一电压和第二电压，使得所述铁电材料分别具有对应的第一、第二、第三和第四剩余极化强度值，以写入不同的存储数据，其中不同的剩余极化强度值对应不同的存储数据；以及/n读取电路，其包括参考电压产生电路和电压比较电路，电压比较电路能够将采集的铁电存储单元的铁电电容一端的电压与参考电压产生电路产生的参考电压比较以输出不同的比较结果以读取不同的存储数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁电存储器，包括：
多个铁电存储单元，每个铁电存储单元包括铁电电容，所述铁电电容包括上极板和下极板以及位于上极板和下极板之间的铁电材料；
写入电路，其被配置为能够给铁电存储单元的铁电电容两个极板分别正向和反向施加第一电压和第二电压，使得所述铁电材料分别具有对应的第一、第二、第三和第四剩余极化强度值，以写入不同的存储数据，其中不同的剩余极化强度值对应不同的存储数据；以及
读取电路，其包括参考电压产生电路和电压比较电路，电压比较电路能够将采集的铁电存储单元的铁电电容一端的电压与参考电压产生电路产生的参考电压比较以输出不同的比较结果以读取不同的存储数据。


2.根据权利要求1所述的铁电存储器，其中所述写入电路施加于所述铁电电容的第二电压对应的第三剩余极化强度和第四剩余极化强度的值为写入电路施加于所述铁电电容的第一电压对应的第一剩余极化强度和第二剩余极化强度的值的1/3。


3.根据权利要求1所述的铁电存储器，其中写入电路包括第一、第二、第三和第四与门，其中第一与门的两个输入端分别输入要写入信号的最高有效位和最低有效位的取反值，其输出端连接到第一与非门的输入端之一，第二与门的输入端分别输入要写入信号的最高有效位和最低有效位，其输出端连接到第二与非门的输入端之一，第三与门的输入端分别输入要写入信号的最高有效位的取反值和最低有效位，其输出端连接到第三与非门的输入端之一，并且第四与门的输入端分别输入要写入信号的最高有效位的取反值和最低有效位的取反值，其输出端连接到第四与非门的输入端之一；
第一、第二、第三和第四与非门，其中第一、第二、第三和第四与非门的输入端中的另一个分别输入写使能信号；以及
第一、第二、第三和第四晶体管，其中第一晶体管的栅极与第一与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第一电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线，第二晶体管的栅极与第二与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第二电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线，第三晶体管的栅极与第三与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第三电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线，第四晶体管的栅极与第四与非门的输出端连接，其漏极和源极之一连接到第四电压，并且其漏极和源极中的另一个连接到要写入的铁电存储单元的位线。


4.根据权利要求1所述的铁电存储器，其中读取电路包括：
四个参考单元，其被配置为在被写入00、01、10、11之一的情况下分别在其位线上生成分别与00、01、10、11相对应的第一、第二、第三和第四位线电压，其中第一、第二、...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓望，马科，胡青，吕震宇，
申请(专利权)人：珠海拍字节信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44