隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于非易失性存儲(chǔ)器的需求越來(lái)越大，讀寫(xiě)速度要求越來(lái)越快，功耗要求越來(lái)越小，現(xiàn)有的傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器，如EEPROM、FLASH等已經(jīng)難以滿足這些需要了。相對(duì)于其他類(lèi)型的半導(dǎo)體技術(shù)而言，鐵電存儲(chǔ)器具有一些獨(dú)一無(wú)二的特性。鐵電存儲(chǔ)器能兼容RAM的一切功能，并且和ROM技術(shù)一樣，是一種非易失性的存儲(chǔ)器。與傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)器相比，鐵電存儲(chǔ)器具有功耗小、讀寫(xiě)速度快、抗輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此受到很大關(guān)注。

1.簡(jiǎn)介

鐵電存儲(chǔ)器(FRAM，ferroelectric RAM)是一種隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，它將動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的快速讀取和寫(xiě)入訪問(wèn)——它是個(gè)人電腦存儲(chǔ)中最常用的類(lèi)型——與在電源關(guān)掉后保留數(shù)據(jù)能力(就像其他穩(wěn)定的存儲(chǔ)設(shè)備一樣，如只讀存儲(chǔ)器和閃存)結(jié)合起來(lái)。由于鐵電存儲(chǔ)器不像動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)一樣密集(即在同樣的空間中不能存儲(chǔ)像它們一樣多的數(shù)據(jù))，它很可能不能取代這些技術(shù)。

鐵電存儲(chǔ)器

然而，由于它能在非常低的電能需求下快速地存儲(chǔ)，它有望在消費(fèi)者的小型設(shè)備中得到廣泛地應(yīng)用，比如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、手機(jī)、功率表、智能卡以及安全系統(tǒng)。鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)比閃存更快。在一些應(yīng)用上，它也有可能替代電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)，并成為未來(lái)的無(wú)線產(chǎn)品的關(guān)鍵元件。

2.工作原理

鐵電存儲(chǔ)器利用鐵電晶體的鐵電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。鐵電效應(yīng)是指當(dāng)一個(gè)電場(chǎng)被加到鐵電晶體時(shí)，中心原子順著電場(chǎng)的方向在晶體里移動(dòng)。當(dāng)原子移動(dòng)時(shí)，它通過(guò)一個(gè)能量壁壘，從而引起電荷擊穿。內(nèi)部電路感應(yīng)到電荷擊穿并設(shè)置存儲(chǔ)器。移去電場(chǎng)后，中心原子保持不動(dòng)，存儲(chǔ)器的狀態(tài)也得以保存。

因此，在一個(gè)外加電場(chǎng)下，鐵電材料的極化特性會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)這個(gè)電場(chǎng)去掉以后，這個(gè)信息仍然能夠保存。沒(méi)有外加電場(chǎng)的情況下，極化特性有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)。圖1是一個(gè)鐵電材料電容的電滯回線，顯示了鐵電電容在所加不同電場(chǎng)的情況下的不同極性。其中，最重要的兩個(gè)參數(shù)是剩余極化程度Pr，和矯頑場(chǎng)Ec。在沒(méi)有電場(chǎng)強(qiáng)度的情況下，+/-Pr就表示了“0”、“1”兩個(gè)狀態(tài)。為了獲得這兩個(gè)狀態(tài)，所加電場(chǎng)必須大于+/-Ec，因此，所需要的閾值電壓也就確定了。

相比之下，鐵電電容的漏電流沒(méi)有EEPROM、FLASH之類(lèi)的傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器那么重要，因?yàn)镕eRAM的信息存儲(chǔ)是由極化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而不是自由電子。

鐵電電容電滯回線

以上就是鐵電存儲(chǔ)器的工作原理介紹了。總之，F(xiàn)RAM產(chǎn)品提供了可使用的存儲(chǔ)器的一種新選擇，在原來(lái)使用E2PROM的應(yīng)用中表現(xiàn)會(huì)更出色，為某些原來(lái)認(rèn)為需要使用SRAM和E2PROM的應(yīng)用系統(tǒng)找到一種新的途徑。鐵電已經(jīng)解決了最大訪問(wèn)次數(shù)的限制，已可成為所有的嵌入式和通用式存儲(chǔ)器。
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