JPH05152578A - 強誘電体メモリ装置 - Google Patents

強誘電体メモリ装置

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JPH05152578A
JPH05152578A JP31709891A JP31709891A JPH05152578A JP H05152578 A JPH05152578 A JP H05152578A JP 31709891 A JP31709891 A JP 31709891A JP 31709891 A JP31709891 A JP 31709891A JP H05152578 A JPH05152578 A JP H05152578A
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JP
Japan
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ferroelectric
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capacitor
memory device
voltage
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JP31709891A
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Hiroshi Nakano
洋 中野
Masamichi Morimoto
正倫 森本
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、強誘電体の分極の向き及びその電荷
量を情報として扱うことより、多値情報若しくは疑似情
報を記憶することができる強誘電体メモリ装置をを提供
することを目的とする。 【構成】本発明のメモリ装置は、情報を任意の値に設定
した電荷量の分極状態として格納できる強誘電体薄膜を
両主面側から導電体膜で挟み形成された強誘電体キャパ
シタCFEにロードキャパシタCL を直列接続して構成さ
れ、記憶される情報が任意の電荷量と方向による強誘電
分極として書き込み・読出しされる強誘電体メモリ装置
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電体材料を情報記録
媒体に用いて、非破壊読出し可能な多値化された分極で
情報を格納する強誘電体メモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、強誘電体を情報の格納媒体として
用いた強誘電体メモリ装置が注目されていている。この
強誘電体メモリ装置は、特開平2−154388号公報
等に記載されているように強誘電体材料が有するヒステ
リシス特性を利用して、印加電界が“0”の時の異なる
2つの分極状態にそれぞれデジタル信号の“1”及び
“0”の2値の信号を対応させて情報を記憶するように
したものであり、不揮発性メモリを達成できると共に、
宇宙線等の入射に対しても記録情報の変化が少なく、高
い信頼性を有するメモリである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した強
誘電体メモリ装置では、異なる二つの分極状態にそれぞ
れデジタル信号の“1”及び“0”の2値の信号を対応
させて情報を記憶するようにしたものであり、強誘電体
の自発分極が向きを反転する際に流れる反転電流の有無
を比較し、または、分極状態に対応した正電荷若しくは
負電荷を静電的に検出した分極の向きから、“1”及び
“0”の2値の信号に応じた情報を検出している。
【0004】このように、従来の強誘電体メモリ装置で
は、分極の向きのみを記憶情報に対応させていたため、
2値以外の携帯で情報を格納及び判断することができな
かった。
【0005】そこで本発明は、強誘電体の分極の向き及
びその電荷量を情報として扱うことより、多値情報若し
くは疑似アナログ情報を記憶することができる強誘電体
メモリ装置をを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、情報を分極状態として格納する強誘電体薄
膜を両主面側から第1、第2導電体膜で挟み形成された
強誘電体キャパシタと、前記強誘電体キャパシタに直列
接続された誘電体キャパシタとを具備するメモリセル
と、記憶すべき情報に応じて、所定の電界を選択的に印
加して、前記強誘電体キャパシタに多値情報を格納する
情報書き込み手段と、前記強誘電体キャパシタに格納さ
れた多値情報を検出する情報読出し手段とで構成され、
また、前記メモリセルを複数備え、マトリックス状に配
設してメモリセルアレイとし、各メモリセルを選択する
選択手段を設けた強誘電体メモリ装置を提供する。
【0007】
【作用】以上のような構成の強誘電体メモリ装置は、情
報を任意の値に設定された電荷量の分極状態として書き
込み・読出しされる強誘電体薄膜を両主面側から導電体
膜で挟み形成された強誘電体キャパシタCFEにロードキ
ャパシタCL を直列接続して構成され、記憶すべき情報
が任意の電荷量と方向に定められて多値化された所定分
極状態を情報として書き込み・読出しされる。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0009】まず、本発明の実施例における電荷量を測
定する方法を図5乃至図9により説明する。
【0010】例えば、図5に示すように強誘電体キャパ
シタCFEとロードキャパシタCL とが直列接続された回
路の入力端子IN1 −IN2 間に正弦波を印加する。こ
の時、前記強誘電体キャパシタCFEの両端に生ずる電圧
FEを横軸に、ロードキャパシタCL の両端に生ずる電
圧VCLを縦軸に取ったヒステリシス特性曲線を図9に示
す。前記強誘電体キャパシタCFEは、強誘電体のPZT
の両主面側からRFスパッタリング法で薄膜化した一対
の白金(Pt)電極で挟んだ構造であり、その面積は、
1×10-82 である。また強誘電体PZTの厚みは2
500オングストロームとする。
【0011】更にロードキャパシタCL の容量は10nF
であり、印加した正弦波のピーリ電圧は、VP =±7V
でくり返し周波数は、1kHz とする。
【0012】図5の縦軸であるロードキャパシタCL
電圧VCLとロードキャパシタCL の容量からロードキャ
パシタCL に蓄積された電荷QL (QL =CL ・VCL
が算出できる。
【0013】この電荷QL は、強誘電体キャパシタCFE
の強誘電分極に等しく、図6の縦軸の値が、強誘電体キ
ャパシタCFEの強誘電分極に比例している。
【0014】一方、C=dQ/dvであり、図6を参照
すると、横軸に分極反転の閾値電圧、縦軸に該分極反転
の起こる頻度を示した図7の強誘電体のC−V特性が得
られる。
【0015】また、図5の入力端子IN1 ,IN2 の両
端に電圧を印加し、強誘電体の両端に印加される電圧の
最大値をVp とすると、
【数1】 が成り立つここで、強誘電体キャパシタ電圧VFE=0,
ロードキャパシタ電圧VCL=−0.75Vから強誘電体
キャパシタ電圧VFEを0(V)から5(V)まで正方向
に増加させると、前記強誘電体は、図7の強誘電体キャ
パシタCFE1(0V→5V)に示されるような変化が生
じる。これは強誘電分極を起こしたことによる強誘電体
キャパシタCFEの容量変化である。
【0016】次に強誘電体キャパシタ電圧VFEを0Vの
方向に徐々に減ずる。この時、強誘電体キャパシタCFE
の容量は、強誘電体キャパシタCFE1ではなく強誘電体
キャパシタCFE2(5V→0V)に従って変化する。こ
れも、強誘電分極の変化に伴なう、強誘電体キャパシタ
FEの容量変化である。
【0017】前記強誘電体キャパシタ電圧VFEが、0→
p →0(V)と変化する時の電荷QFEの変化量をΔQ
FE↑とすると、
【数2】 となる。
【0018】通常、誘電体キャパシタでは、ΔQFE↑が
強誘電分極によって蓄積された電荷であるため、(2)
は零になる。すなわち、図8を用いて説明すると、
(2)式の右辺1項の大きさは図8の強誘電体キャパシ
タCFE1(0〜Vp )とX軸とに囲まれた部位に等し
く、2項の大きさは、強誘電体キャパシタCFE2(Vp
〜0)とX軸に囲まれた部位に等しい。
【0019】左辺の大きさは、強誘電体キャパシタCFE
1(0〜Vp )と強誘電体キャパシタCFE2(Vp
0)に囲まれた部位であり、つまり2つの曲線に囲まれ
た部位がQFE↑である。
【0020】また、負の場合も同様に、
【数3】 となる。
【0021】また、ヒステリシス特性曲線の対称性よ
り、ΔQFE↑+ΔQFE↓=0である。強誘電体に強誘電
体キャパシタ電圧VFEを印加していくと、前記強誘電体
キャパシタCFE1と強誘電体キャパシタCFE2が同じ値
を示す強誘電体の飽和領域(図7で+5V以上、−5V
以下の範囲)が観測される。
【0022】また、前記強誘電体キャパシタCFE1と強
誘電体キャパシタCFE2が同じ値になった点を、+V
sat ,−Vsat とする。(0点近傍は除く)ここで、強
誘電体に対し、0→V1 →0(V)の経過で、強誘電体
キャパシタ電圧VFEを印加する時を考えると、
【数4】 であり、大きさは、図9(a)の電荷Q1 である。
【0023】同様に、0→V2 →0(V)の経過で、強
誘電体キャパシタ電圧VFEを印加すると、
【数5】 となり、大きさは図9(b)の電荷Q2 である。
【0024】ここで、ΔQFE↑(V1 )≠ΔQFE↑(V
2 )であり、強誘電体キャパシタ電圧VFEに、V1 若し
くはV2 を印加することにより、ΔQFE↑(V1 ),Δ
FE↑(V2 )という、異なった強誘電分極を記憶する
ことが可能である。
【0025】つまり、任意の分極を記憶することが可能
である。
【0026】また、0→Vsat の間の任意の値を強誘電
体キャパシタ電圧VFEとして印加する事により逆極性の
強誘電分極を任意に記憶できることも同様である。
【0027】更に、分極状態を“0”に戻すためには、
強誘電体に対し、交流電極を印加し、その振幅を徐々に
小さくする。
【0028】次に図1には、本発明の第1実施例の強誘
電体メモリ装置の構成を示し、説明する。
【0029】図1において、強誘電体キャパシタCFE
電荷蓄積用誘電体キャパシタ(以下、誘電体キャパシタ
と称する)CL が直列接続され、その両端(A−C点)
に外部から入力信号発生回路1を接続する。また、各キ
ャパシタの電圧値はそれぞれ差動増幅器2,3で検出す
る。
【0030】すなわち、A−C点に入力信号発生回路1
により発生された正負の任意の入力電圧VINを印加する
と、前記強誘電体キャパシタCFEには、強誘電体印加電
圧VFEが印加され、前記強誘電体内部に強誘電分極(以
下、分極と称する)が発生し、前記誘電体キャパシタC
L には電荷が蓄積される。その後、入力電圧VIN=0に
すると、前記分極状態で蓄積された電荷が前記誘電体キ
ャパシタCL 及び、前記強誘電体キャパシタCFEに蓄え
られる。
【0031】図2は、図1に示した構成の多値メモリに
おいて、入力電圧VINに対して、印加電圧VP =±7
V、±3.7V,±2.3Vの正弦波(1kHz )を印加
した時のヒステリシス特性曲線a,b,cを示す。ここ
で、横軸に強誘電体印加電圧VFE、縦軸に前記誘電体キ
ャパシタ印加電圧VCLとする。
【0032】この図2において、入力電圧VIN=0を示
す領域は、直線Dとヒステリシス特性曲線が交わった箇
所である。従って、その時のメモリ電圧は、A点(=
0.6V),B点(=0.4V),C点(=0.2V)
若しくは、A′点(=−0.6V),B′点(=−0.
4V),C′点(=−0.2V)である。
【0033】また、図3には入力電圧VINに印加電圧V
p =±2.3Vの矩形波を印加した時の前記誘電体キャ
パシタ印加電圧VCLのメモリ電位の変化を示しており、
図2におけるCのループのメモリ電圧である。−0.2
V,及び+0.2Vと一致している。(但し、図3は横
軸を時間、縦軸を前記誘電体キャパシタ印加電圧VCL
電圧値とする。)次に図4(a)に本発明の第2実施例
として強誘電体キャパシタCFEと誘電体キャパシタCL
と、電流計とが直列接続された構成を示す。
【0034】この構成では、書き込みが一定極性で行な
われるが、電圧値は異なる任意の大きさで行なうことが
できる。
【0035】従って、記憶される情報は、自発分極の向
きは同じで、大きさの違うものが記憶情報となる。ま
た、読み出しは、書き込みと逆方向に印加電圧を印加し
た時の反転電流の大きさを読み取ることにより、読出す
ことが可能である。つまり図4(b)に示すように、自
発分極の大きさを反転電流の大きさとして読みとる。
【0036】なお、前述した実施例では、説明を簡単に
するために、メモリセルを1つのものとしていたが、複
数のメモリセルをマトリックス状に配置し、各メモリセ
ルを順次切り換えて情報の記憶・読出しを行うメモリセ
ルアレイを構成した強誘電体メモリとしても良いことは
勿論である。
【0037】以上詳述したように、本発明のメモリ装置
は、分極の向きだけでなく、その電荷量(電流量、電圧
値)を検出し、多値の記憶情報として扱うことができ
る。従って、種々の形態で情報を格納及び判断すること
ができ、多値情報若しくは疑似アナログ情報を記憶する
ことができる強誘電体メモリ装置を提供できる。
【0038】また本発明は、前述した実施例に限定され
るものではなく、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、強
誘電体の分極の向き及びその電荷量を情報として扱うこ
とより、多値情報若しくは疑似アナログ情報を記憶する
ことができ、記憶容量の増大することのできる強誘電体
メモリ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1実施例の強誘電体メモリ
装置の構成を示す図である。
【図2】図2は、図1に示した構成の多値メモリにおい
て、入力電圧VINに対して、所定の印加電圧VP の正弦
波を印加した時のヒステリシス特性を示す図である。
【図3】図3は前記誘電体キャパシタ印加電圧VCLの波
形図である。
【図4】図4は本発明の第2実施例の強誘電体メモリ装
置の構成を示す図である。
【図5】図5は、強誘電体キャパシタCFEとロードキャ
パシタCL が直列接続された構成を示す図である。
【図6】図6は、強誘電体キャパシタCFEのヒステリシ
ス特性を示す図である。
【図7】図7は、強誘電体のC−V特性とを示す図であ
る。
【図8】図8は、強誘電体のC−V特性とを示す図であ
る。
【図9】図9は、強誘電体のC−V特性とを示す図であ
る。
【符号の説明】
1…入力信号発生回路、2,3…差動増幅器、CFE…強
誘電体キャパシタ、CL …電荷蓄積用誘電体キャパシタ
(ロードキャパシタ)、VFE…強誘電体印加電圧、VCL
…誘電体キャパシタ印加電圧、N1 ,IN2 入力端子、
IN…入力電圧。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 情報を分極状態として格納する強誘電体
    薄膜を両主面側から第1、第2導電体膜で挟み形成され
    た強誘電体キャパシタと、 前記強誘電体キャパシタに直列接続された誘電体キャパ
    シタとを具備するメモリセルと、 記憶すべき情報に応じて、所定の電界を選択的に印加し
    て、前記強誘電体キャパシタに多値情報を格納する情報
    書き込み手段と、 前記強誘電体キャパシタに格納された多値情報を検出す
    る情報読出し手段とを備えたことを特徴とする強誘電体
    メモリ装置。
  2. 【請求項2】 前記メモリセルを複数備え、マトリック
    ス状に配設してメモリセルアレイとし、各メモリセルを
    選択する選択手段を設けたことを特徴とする請求項1記
    載の強誘電体メモリ装置。
JP31709891A 1991-11-29 1991-11-29 強誘電体メモリ装置 Withdrawn JPH05152578A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5737261A (en) * 1996-06-18 1998-04-07 Fujitsu Limited Non-volatile ferroelectric memory utilizing residual polarization of a ferroelectric film
US7465980B2 (en) 2004-09-10 2008-12-16 Fujitsu Limited Ferroelectric memory, multivalent data recording method and multivalent data reading method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5737261A (en) * 1996-06-18 1998-04-07 Fujitsu Limited Non-volatile ferroelectric memory utilizing residual polarization of a ferroelectric film
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Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990204