铁电存储器的工作原理

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

　　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。