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六月 9 2020

铁电存储器的工作原理


目录

1.简介
2.工作原理

  随着IT技术的不断发展,对于非易失性存储器的需求越来越大,读写速度要求越来越快,功耗要求越来越小,现有的传统非易失性存储器,如EEPROM、FLASH等已经难以满足这些需要了。相对于其他类型的半导体技术而言,铁电存储器具有一些独一无二的特性。铁电存储器能兼容RAM的一切功能,并且和ROM技术一样,是一种非易失性的存储器。与传统的非易失性存储器相比,铁电存储器具有功耗小、读写速度快、抗辐照能力强等优点,因此受到很大关注。

  1.简介

  铁电存储器(FRAM,ferroelectric RAM)是一种随机存取存储器,它将动态随机存取存储器(DRAM)的快速读取和写入访问——它是个人电脑存储中最常用的类型——与在电源关掉后保留数据能力(就像其他稳定的存储设备一样,如只读存储器和闪存)结合起来。由于铁电存储器不像动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)一样密集(即在同样的空间中不能存储像它们一样多的数据),它很可能不能取代这些技术。

铁电存储器

铁电存储器

  然而,由于它能在非常低的电能需求下快速地存储,它有望在消费者的小型设备中得到广泛地应用,比如个人数字助理(PDA)、手机、功率表、智能卡以及安全系统。铁电存储器(FRAM)比闪存更快。在一些应用上,它也有可能替代电可擦除只读存储器(EEPROM)和静态随机存取存储器(SRAM),并成为未来的无线产品的关键元件。

  2.工作原理

  铁电存储器利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储。铁电效应是指当一个电场被加到铁电晶体时,中心原子顺着电场的方向在晶体里移动。当原子移动时,它通过一个能量壁垒,从而引起电荷击穿。内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后,中心原子保持不动,存储器的状态也得以保存。

  因此,在一个外加电场下,铁电材料的极化特性会发生改变,当这个电场去掉以后,这个信息仍然能够保存。没有外加电场的情况下,极化特性有两种稳定的状态。图1是一个铁电材料电容的电滞回线,显示了铁电电容在所加不同电场的情况下的不同极性。其中,最重要的两个参数是剩余极化程度Pr,和矫顽场Ec。在没有电场强度的情况下,+/-Pr就表示了“0”、“1”两个状态。为了获得这两个状态,所加电场必须大于+/-Ec,因此,所需要的阈值电压也就确定了。

  相比之下,铁电电容的漏电流没有EEPROM、FLASH之类的传统非易失性存储器那么重要,因为FeRAM的信息存储是由极化来实现的,而不是自由电子。

铁电电容电滞回线

  铁电电容电滞回线

  以上就是铁电存储器的工作原理介绍了。总之,FRAM产品提供了可使用的存储器的一种新选择,在原来使用E2PROM的应用中表现会更出色,为某些原来认为需要使用SRAM和E2PROM的应用系统找到一种新的途径。铁电已经解决了最大访问次数的限制,已可成为所有的嵌入式和通用式存储器。

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