KR100218133B1 - 레이머-드랩 효과를 이용하는 비-파괴성 판독 강유전성 메모리 셀과 데이타 저장 및 복구 방법 - Google Patents

레이머-드랩 효과를 이용하는 비-파괴성 판독 강유전성 메모리 셀과 데이타 저장 및 복구 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100218133B1
KR100218133B1 KR1019950026528A KR19950026528A KR100218133B1 KR 100218133 B1 KR100218133 B1 KR 100218133B1 KR 1019950026528 A KR1019950026528 A KR 1019950026528A KR 19950026528 A KR19950026528 A KR 19950026528A KR 100218133 B1 KR100218133 B1 KR 100218133B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitance
ferroelectric
capacitor
ferroelectric capacitor
memory unit
Prior art date
Application number
KR1019950026528A
Other languages
English (en)
Other versions
KR960008843A (ko
Inventor
제이. 드랩 존
글렌 레이머 오.
Original Assignee
글렌 에이치. 렌젠 주니어
레이티언 컴퍼니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 글렌 에이치. 렌젠 주니어, 레이티언 컴퍼니 filed Critical 글렌 에이치. 렌젠 주니어
Publication of KR960008843A publication Critical patent/KR960008843A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100218133B1 publication Critical patent/KR100218133B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements

Abstract

메모리 셀(70)은 제로 필드 정전 용량이 도달되는 전기적 충전 경로에 제어가능하게 의존하는 제로 필드 정전 용량을 가지는 강유전성 물질로 구성된 절연체를 가지는 강유전성 캐패시터(72)를 사용하여 구성된다. 양호하게는, 상기 물질은 제1 분극 방향으로 인가된 제1 인가 전압에 의한 분극의 포화 이후의 제1 제로 필드 정전 용량 및 제1 분극 방향으로 인가된 제1 인가 전압에 의한 분극의 포화 이 후에 제1 분극 방향과 반대 방향으로 인가된 제2 전압에 의한 부분적 분극 이후의 제2 제로 필드 정전 용량에 의해 특성이 부여된다. 제2 강유전성 캐패시터(74) 또는 선형 캐패시터는 2개의 캐패시터 메모리 셀을 형성하기 위해 강유전성 캐패시터(72)와 병렬로 배치될 수도 있다. 저장된 데이타의 상태를 손상시키지 않고 캐패시터 셀로 또는 캐패시터 셀로부터 데이타가 판독될 수도 있다.

Description

레이머-드랩 효과를 이용하는 비-파괴성 판독 강유전성 메모리 셀과 데이타저장 및 복구 방법
제1도는 본 발명에서 사용된 Yl 강유전성 물질에 대한 정전 용량-전압 도면.
제2도는 전형적인 종래의 강유전성 물질에 대한 정전 용량-전압 도면.
제3도는 단일 강유전성 캐패시터를 사용하는 기본 메모리 유닛의 구성도.
제4도는 2개의 강유전성 캐패시터 또는 1개와 강유전성 캐패시터 및 선형 캐패시터를 병렬로 사용하는 기본 메모리 유닛의 구성도.
제5도는 2개의 강유전성 캐패시터를 직렬로 사용하는 기본 메모리 유닛의 구성도.
제6도는 본 발명을 실행하는 방법에 대한 블럭 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
50 : 메모리 셀 52 : 강유전성 캐패시터
54 : 가변 전압 소스 56 : 포화 전압 소스
58 : 접지 60 : 계측 캐패시터
62 : 전압계 64 : 판독 논리 유닛
본 발명은 랜덤 액세스 메모리에 관한 것으로, 특히 저장된 정보가 소멸되지않고 판독중에 인터럽트될 수 있는 메모리에 관한 것이다.
많은 군용 및 몇몇 민간 시스템들에서는 비휘발성이며 파괴에 기인한 데이타의 소멸을 방지하는 랜덤 액세스 메모리의 데이타 저장 능력을 필요로 한다. 비휘발성 메모리는 잠시 동안 전원이 꺼졌을 때에도 저장된 데이타를 보유한다. 이러한 비휘발성 메모리들은 데이타가 저장될 때 메모리 소자에서 발생되는 물리적 변화에 자주 영향을 받는데, 그 물리적 변화는 정전시에 스위칭되거나 무작위화(randomize)되지 않는다
강유전성 물질들은 비휘발성 메모리에서 사용하기 위해 양호하게 개선되었다. 강유전성 물질은 자기장이 인가된 강자성 물질이 받은 변화와 유사한 방식으로 전기장의 인가시에 물리적 상태가 변한 것이다. 강유전성 물질은 그 물리적 상태가 자기장보다는 오히려 전압의 인가에 의해 제어될 수 있으며, 정전 후에도 적당한 물리적 상태가 유지되며, 작은 크기의 메모리 소자들이 초소형 전자 공학 제조 기술에 의해 제조되므로, 저전력을 소모하는 메모리 소자라는 이점을 갖는다.
랜덤 액세스 메모리들은 파괴성 판독(destructive readout;DRO) 및 비파괴성 판독(nondestructive readout;NDRO)으로 분류될 수 있다. 파괴성 판독 메모리에서는, 판독시에 메모리 유닛의 물리적 상태가 변화되어, 저장된 데이타 값은 다른 동작이 취해지지 않는 한, 메모리에서 소멸된다. 이러한 정보의 소멸을 피하기 위해, 저장된 데이타가 후속하는 판독 중에 유효하도록, 저장된 값은 각각의 판독 후에 리프레시(refresh)되어야 한다. 데이타의 리프레시가 없는 경우에는 데이타를 단 한번만 판독할 수 있다.
많은 응용예에서, 리프레시는 판독/리프레시 사이클 중 한 정규 부분으로서 확실히 발생할 수 있다고 가정될 수 있다 그러므로, 파괴성 판독 메모리들은 이러한 상태에서 이용될 수도 있다. 그러나, 다른 응용예에서, 판독이 이루어지는 순간과 리프레시가 정상적으로 발생하는 순간 사이의 짧은 시간 간격에서 시스템이 받은 파괴가 있을 수도 있기 때문에 그러한 가정은 성립될 수 없다. 그러한 파괴는 예를 들어, 민간 시스템에서는 전력 중단을 발생시키고 군용 시스템에서는 핵사고를 일으킬 수 있다.
현재까지, 강유전성 파괴성 판독 메모리들은 개선 및 응용되어 왔다. 몇몇 응용예에서는 유용하다 할지라도, 그러한 메모리들은 시스템들이 파괴의 영향을 견뎌내야 하는 한계점을 갖는다. 비파괴성 판독(NDRO) 강유전성 메모리는 지속되는 전원 정전(power outage) 동안 메모리 상태가 유지되어야 하며, 또한 메모리가 판독되면서 발생할 수도 있는 짧은 다수의 파괴 동안 안정되어야만 하는 상태에서 응용된다. 여러 비파괴성 판독 메모리 방식들이 제안되었다. 그러나,어떤 방식도 리프레시 없이 데이타가 여러번 임의적으로 판독될 수도 있다는 의미에서의 진정한 비파괴성은 아니다.
본 발명은 비휘발성인 강유전성계 메모리를 제공한다. 메모리는 진정한 비파괴성 판독을 이용하며 파괴에 따른 데이타 소멸에 안정하다. 이 메모리는 수 많은 파괴 후에도 유용한 판독 신호들을 제공 및/또는 리프레시하지 않고 판독한다.
메모리는 저전력을 소모하며 소형이다. 메모리는 초소형 전자 공학 제조 기술들을 이용하여 제조될 수도 있다. 메모리는 방사능 손상에 대비하여 견고하고 안정한 형태로 제공될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 메모리 유닛은 제로 필드 상태에 도달되는 방식에 따라 변하는 제로 필드 정전 용량에 의해 특징되는 강유전성 물질로 형성된 절연체를 가지는 강유전성 캐패시터에 기초를 두고 있다. 이 물질은 한 방향으로 적어도 항전 압(coercive voltage)에 수배인 전압을 인가함으로써 분극(polarization)이 포화된 후에 제1 제로 필드 정전 용량에 도달한다. 제2 제로 필드 정전 용량을 얻기 위해, 물질의 항전계(상술한 바와 같은)의 적어도 수배의 전계를 인가함으로써 그 물질이 먼저 포화된 후에, 초기 포화와 반대 방향으로 대략 항전계인 전계를 인가함으로써 부분적 복극(depolarization)이 후속한다.
메모리 유닛은 캐패시터가 2개일 경우, 병렬로 배열된 1개 또는 2개의 강유 전성 캐패시터들을 사용할 수도 있다. 메모리 유닛은 강유전성 캐패시터(들)에 다른 저장된 데이타 값들을 반영하는 2개의 다른 분극 상태들을 기록하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 강유전성 캐패시터(들)의 충전 상태를 스위칭하지 않고 그리고 강유전성 캐패시터(들)에 DC 바이어스 전계를 인가하지 않고 강유전성 캐패시터(들)의 정전 용량(들)을 판독하는 수단을 포함한다. 만약 단일 강유전성 캐패시터만이 메모리 유닛에 사용된다면, 2개의 제로 필드 정전 용량의 절대값은 그 값들이 서로 구별될 수 있도록 인식되어야 한다. 만약 2개의 강유전성 캐패시터들이 사용 된다면, 그 정보는 상대적 정전 용량값(relative capacitance value)으로서 저장될 수도 있다. 대형 메모리 배열에 형성된 각각의 강유전성 캐패시터들의 특성의 변형 가능성 때문에 후자가 더 바람직하다.
강유전성 캐패시터내에 분극 상태로서 정보의 저장은 메모리가 비휘발성이 되도록 한다. 강유전성 분극 상태는 입력 전계의 인가하에서만 변하여, 저장된 정보는 전원 정전시에 소멸되지 않을 것이다. 저장된 데이타가 판독될 때, 정전 용량만이 감지되며 충전 또는 분극 상태는 스위칭되지 않는다 그 결과, 강유전성 캐패시터 또는 저장된 데이타의 상태를 바꾸지 않고 원하는 만큼 여러번 메모리 유닛으로부터 데이타가 판독될 수도 있다. 그러므로, 메모리는 임의의 시점에서의 전원 정전 또는 판독/기록 사이클 중의 파괴에 의한 데이타 소멸을 면한다.
본 발명은 향상된 랜덤 액세스 메모리 기술을 제공한다. 본 발명의 메모리는 비휘발성이며 실제로 비파괴성인 저장 장소 및 저장된 데이타가 판독될 때 발생하는 파괴를 견뎌내는 판독을 이용한다.
본 발명은 몇몇 강유전성 물질들에서 발견되며 레이머-드랩 효과(Ramer-Drab Effect)라 불리는 새롭게 관찰된 현상의 이용에 기초한다. 제1도는 강유전성 캐패시터내의 절연체로서 본 발명에서 사용된 강유전성 물질의 정전 용량-전압 특성을 나타낸다. 유용한 정전 용량 특성은 그 물질에 전기장을 인가하는 동안 그 물질의 반응(behavior)을 논의함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 논의 중에 레이머-드랩 효과를 나타내는 양호한 강유전성 물질로 구성된 Yl 물질이 참조된다. 이들은 그 영향 및 응용에 한정되지 않고 값 및 특성의 설명에 의해 참조된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
제1도는 Yl 물질의 경우에, 레이머-드랩 효과를 나타내는 물질의 정전 용량 -전압의 도면이다. 항전압의 적어도 6 배의 네거티브 전압, 또는 Yl 물질의 경우에 약 -3 볼트 또는 그 이상의 전압이 강유전성 물질의 양단에 인가될 때, 강유전성 물질의 정전 용량은 충분히 분극된 상태(2.2)로 좌측의 곡선(20)을 취한다. 전기장이 제거될 때, 정전 용량은 우측, 즉 제1 제로 필드 정전 용량(26)으로 곡선(24)를 따른다. 따라서, 제1 방향으로의 포화된 분극 상태의 생성은 제1 제로 필드 정전 용량(26)을 발생시킨다.
다음에, 전압이 강유전성 물질 양단에 반대 방향으로 인가될 때, 도면에서는 포지티브 전압이며, 정전 용량은 곡선(28)로 표시된 곡선(24)의 연장을 따른다. 포지티브 전압이 증가함에 따라, 강유전성 물질의 분극 상태는 충분히 포화된 분극 상태로부터 부분적으로 분극된 상태로 변한다 그러나, 본 방법에서, 인가된 포지티브 전압은 분극 상태를 충분히 포화하기 위해 필요한 전압 미만이며, 양호하게는, 제1도에서 참조 부호(30)으로 도시된 바와 같은 항전압과 동일하다.
전압이 제로로 복귀될 때, 곡선(32)를 따라, 정전 용량은 제2 제로 필드 정전용량(34)로서 측정된다. 제2 제로 필드 정전 용량(34)는 비교적 작지만 일정하며 측정 가능한 정전 용량차(델타 C)만큼 제1 제로 필드 정전 용량과 차이가 난다.
이 정전 용량차는 전형적으로 정전 용량 값의 약 10 퍼센트 정도이며 인가된 전압과는 무관하다.
그러므로, 메모리 유닛은 2진 데이타 비트의 한 감지(sense)(예를 들어, 0상태)를 기록하도록 제1 제로 필드 상태(26)를 설정하기 위해, 및 다른 때에는 2진 데이타 비트의 다른 감지(예를 들어, 1 상태)를 기록하도록 제2 제로 필드 상태(3B)를 설정하기 위해 단일 강유전성 캐패시터로의 기록을 기초로 할 수 있다. 데이타는 종래 방식으로 정전 용량 값을 감지함으로써 메모리 유닛으로부터 판독된다.
만약, 양호한 바로서, 분극 상태를 바꾸지 않도록 정전 용량의 감지가 수행된다면, 메모리 유닛의 어떠한 리프레시도 필요없이 원하는 만큼 여러번 메모리로부터 데이타 비트가 판독될 수 있다. 후술하는 이유들 때문에, 실제 응용에서는 2개의 강유 전성 캐패시터에 교대로 기록될 수 있도록 병렬로 배열된 2개의 강유전성 캐패시터 및 데이타의 판독 중에 감지된 미분 정전 용량을 사용하는 것이 바람직하다. 2개의 강유전성 캐패시터들을 사용하는 이 메모리 유닛은 단일 강유전성 캐패시터를 사용하는 메모리 유닛으로서 강유전성 물질을 고려하여 상술한 것과 동일한 물리적 원리로 동작한다.
제2도는 인가된 전계에 의해 충분히 포화된 분극 상태로 구동되는 종래의 강 유전성 물질의 정전 용량 특성을 비교를 위해 도시하고 있다. 강유전성 물질이 네거티브 전압(곡선들의 가장 좌측의 연장선)으로 충분히 포화되어 제로 필드 상태로 복귀될 때, 제로 필드 정전 용량(36)이 관찰된다. 만약 강유전성 물질이 포지티브 전압(곡선들의 가장 우측의 연장선)으로 충분히 포화되어 제로 필드 상태로 복귀되면, 동일한 제로 필드 정전 용량(36)이 관찰된다. 즉, 분극을 충분히 포화시킴으로써 생성된 제로 필드 정전 용량은 그 자체가 데이타 표시기로서 사용될 수 없다.
Yl으로 알려진 강유전성 물질은 제1도에 관하여 기술된 미분 제로 필드 정전 용량을 나타낸다. 양호한 Yl 강유전성 물질은 시메트릭 코포레이션(SymetrixCorporation)으로부터 구매될 수 있는 적층 초격자 물질(layered superlattice ferroelectric material)이며 예를 들어, PCT 공개 공보 W093/12542, W093/12538 및 WO93/10627호에 기술되어 있으며, 그 내용은 참조로서 여기에 기술한다. 일반적으로, Y1은 다음의 성분을 가진다
여기에서, Al, A2‥‥ Aj는 페로브스카이트(perovskite)-유사 구조에서 A-사이트 성분이며; S1, S2‥‥ Sk는 초격자 발생기 성분이며; B1, B2 및 B1은 페로브스 카이트-유사 구조에서 B-사이트 성분이며; Q는 음이온이며; 윗 첨자들은 각각의 성분들의 밸런스를 나타내며, 아래첨자들은 페로브스카이트-유사 구조의 단위 셀에서의 성분의 원자들의 평균 갯수를 나타내며, 적어도 하나의 w1 및 y1는 제로가 아니다. 4-사이트 성분들의 예들은 스트론튬, 칼슘, 바륨, 비즈머쓰(bismuth), 카드뮴 및 납들을 포함하며; B-사이트 성분들의 예들은 티타늄, 탄탈, 하프늄(hafnium), 텅스텐, 니오븀(niobium) 및 지르코늄을 포함하며; 초격자 발생기 성분들의 예들은 비즈머쓰, 스칸듐(scandium), 이트륨(yttrium), 란탄(lanthanum), 안티몬(antimony), 크로뮴(chromium) 및 탈륨(thallium)을 포함하며, 음이온의 예들은 산소, 염소 및 플루오르를 포함한다.
Y1과 같은 적층 초격자 물질들은 분극 특성들의 약화에 잘 견뎌낸다. 많은 다른 강유전성 물질들은 강유전성 메모리 소자에 필요한 형태의 많은 상태 스위칭들 이후에 그들의 분극 특성의 저하를 나타낸다. Y1과 같은 물질들은 약화에 기초한 저하가 되기 쉽게 발생하지 않는다.
제3도는 절연체가 미분-정전 용량 현상을 나타내는 단일 강유전성 캐패시터(52)를 갖는 메모리 유닛(50)의 기본 형태를 도시하고 있다. 강유전성 캐패시터(52)의 제1 측부는 가변 전압 소스(54)에 접속되어 있다 제2 측부는 강유전성 캐패시터(52)를 충분히 포화시키기에 충분히 높은 전압을 가지는 포화 전압 소스(56), 접지(58), 또는 계측 캐패시터(60)에 스위칭 가능하게 접속되어 있다. 전압계(62)는 강유전성 캐패시터(52)의 제2 측부와 또한 접속되어 있다.
네거티브 방향으로 강유전성 캐패시터(52)를 충분히 포화시키기 위해 강유전성 캐패시터(52)의 제2 측부를 포화 전압 소스(56)에 접속시킴으로써 데이타가 메모리 유닛(50)에 기록되고, 그 후에 강유전성 캐패시터의 제2 측부를 접지(58)에 접속시킨다. 전압 펄스는 가변 전압 소스(54)에 의해 생성된다. 만약 강유전성 캐패시터가 예를 들어, 0 데이타 비트를 기록하기 위해 제1 제로 필드 정전 용량 상태에 남겨지면, 전압 펄스는 제로 전압을 갖는다. 만약 강유전성 캐패시터가 예를 들어 1 데이타 비트를 기록하기 위해 제2 제로 필드 정전 용량 상태에 남겨지면, 전압 펄스는 제1도에 도시된 바와 같은 포지티브 전압, 양호하게는, 강유전성 캐패시터의 항전압과 동일한 전압을 가진다. 전형적인 Y1 물질의 경우에, 네거티브 포화 전압은 -4 볼트이며, 포지티브 전압은 약 0.5 볼트이다.
데이타는 강유전성 캐패시터(52)의 정전 용량 값을 감지할 수 있는 방식에 의해 판독된다. 양호하게, 판독 방식은 강유전성 캐패시터에서의 충전의 스위칭을 이용하지 않는데, 이는 가능한 인터럽트된 판독의 갯수를 스위칭된 충전에 따른 값으로 감소시키기 때문이다. 또한, 판독 방식은 강유전성 캐패시터로 DC 바이어싱 전압의 인가를 이용하지 않는데, 이는 부가 회로가 필요하며 또한 충전을 스위칭하게 할 수 있기 때문이다.
도시된 메모리 셀(50)에서, 계측 캐패시터(measurement capacitor;60)를 통해 강유전성 캐패시터의 제2 측부를 접지에 접속시키고, 작은 판독 전압 펄스, 전형적으 로는 약 1 볼트를 전압 소스(54)를 사용하여 강유전성 캐패시터(52)의 제1 측부에 인가하며, 전압계(62)를 사용하여 강유전성 캐패시터(52)의 제2 측부 상의 전압을 감지함으로써 강유전성 캐패시터(52)로부터 데이타가 판독된다. 측정된 전압이 더 높을 수록, 강유전성 캐패시터(52)의 정전 용량이 더 높다. 판독 논리 유닛(64)는 데이타 비트를 저장하기 위해 사용된 제1 제로 필드 정전 용량값과 제2 제로 필드 정전 용량 상태 값을 판독 펄스에 의해 생성된 측정 전압과 함께 사용하여, 저장된 데이타의 동일성을 결정한다.
동작 가능하다 할지라도, 메모리 셀(50)은 2개의 제로 필드 정전 용량들의 절 대값들이 어느 정도 정확도가 알려져야 한다는 결점이 있다. 이 값들은 유전성 물질에서의 변형 및 강유전성 캐패시터의 기하학 구조에 좌우될 수 있다. 대형 메모리 배열의 경우에, 각각의 강유전성 캐패시터들 사이의 변형들은 모호성(ambigrity)이 여러 강유전성 캐패시터들 내에 저장된 데이타 값들을 감지할 수 있도록 충분히 클 수도 있다. 참조 값들은 또한 강유전성 캐패시터들에서의 온도 영향을 보상해야 한다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해, 2개의 캐패시터 메모리 유닛을 구성하는 공지된 기술이 이용될 수 있다. 2개의 캐패시터 메모리 유닛은 2개의 캐패시터의 정전 용량의 감지 신호(예를 들어, 포지티브 또는 네거티브 차이)로서 정보가 저장되도록 하므로, 캐패시터들의 정전 용량의 절대값들을 알고 있을 필요는 없다.
제4도에 도시된 메모리 유닛(70)의 실시예를 참조하면, 제1 강유전성 캐패시터(72) 및 제2 강유전성 캐패시터(74)의 제1 측부는 가변 전압 소스(76)에 병렬로 접속되어 있다. 강유전성 캐패시터들(72 및 74)의 제2 측부는 제3도의 포화 전압 소스(56) 및 접지(58)과 동일한 기능을 가지는 기록/접지 소스(78)에 접속되어 있다.
제2 측부들은 또한 정전 용량 또는 미분 정전 용량 측정 기기에 접속되어 있다.
이 경우에, 제2 측부들은 각각의 계측 캐패시터들(80 및 82)을 통해 접지 및 미분 전압계(84)에 접속되어 있다. 미분 전압계는 정전 용량 상태들의 판독이 이들 상태들을 바꿀 수 없다는 것을 보장하도록 분리 버퍼에 제공될 수도 있다. 판독 논리 유닛(86)은 감지된 정전 용량 차의 상대적 진폭을 해석한다. 이들 소자들은 다음에 논의될 것을 제외하고, 제3도의 실시예에 관하여 기술된 것과 동일한 방식으로 동작한다.
동작에 있어서, 제1 강유전성 캐패시터(72)는 제로 필드 정전 용량 상태들 중 하나로 구동되며, 제2 강유전성 캐패시터(74)는 제로 필드 정전 용량 상태들 중 나머지로 구동된다. 예를 들어, 1을 기록하기 위해 제1 강유전성 캐패시터는 보다 낮은 제로 필드 정전 용량으로 구동되며 제2 강유전성 캐패시터는 보다 높은 제로 필드 정전 용량으로 구동된다. 예를 들어, 0을 기록하기 위해 제1 강유전성 캐패시터는 보다 높은 제로 필드 정전 용량으로 구동되며 제2 강유전성 캐패시터는 보다 낮은 제로 필드 정전 용량으로 구동된다. 데이타는 2개의 캐패시터들 중 어느 것이 보다 높은 정전 용량을 가지는지를 판정함으로써 판독되며, 절대 정전 용량 값을 확정지을 필요는 없다
또한, 메모리 유닛(70)은 캐패시터들(72 및 74) 중 하나만 강유전성 캐패시터 이며, 그 나머지는 종래의 선형 캐패시터일 때 동작한다.
레이머-드랩 효과는 Y1 물질에서 논증되었다. 상기 확정된 후에 제2 제로 필드 정전 용량이 측정된 때 약 3.42 pf의 제1 제로 필드 정전 용량을 가지는 강유 전성 캐패시터가 구성된다. 캐패시터는 상기 확정된 후에 제2 제로 필드 정전 용량이 측정된 때 약 3.77 pf의 제2 제로 필드 정전 용량을 갖는다. 제로 필드 정전 용량 상태를 확정하며, 정전 용량을 측정하며, 주기 동안 강유전성 캐패시터를 위치시켜, 정전 용량을 재측정함으로써 정전 용량 차의 안정성이 판정된다. 비록 정전 용량 값들이 약간 과다한 시간(over time)을 변화시킨다 할지라도, 약 1012초까지 제로 필드 정전 용량 상태들의 정전 용량 차가 초기 차이의 25 퍼센트로 떨어지지 않도록 충분히 안정한 104초 계속되는 측정으로부터 그것은 설계된다. 안정을 위해 기본적으로 레이머-드랩의 유용성 때문에 장기간 메모리가 제공된다.
강유전성 캐패시터(74)가 먼저 논의된 선형 캐패시터로 대체된 것을 제외하고는 제4도에 도시되며 먼저 논의된 바와 같은 논증 메모리 소자가 구성된다. 절연 물질로서 사용된 강유전성 캐패시터 Y1은 0.18 마이크로미터의 두께 및 측부 치수로 100 × 100 마이크로미터이다. 데이타 비트는 계속적으로 저장되며, 미리 설명된 방식들에 의해 판독된다. 메모리 유닛이 진실로 비파괴적 판독인지의 여부를 판정하기 위해, 저장된 데이타의 어떠한 리프레시도 없이 105시뮬레이트된 판독 펄스들이 인가된 후, 저장된 데이타는 다시 계속적으로 판독된다. 리프레시 없이 105판독 후에 측정된 정전 용량들의 실질적인 저하는 없다.
제5도는 레이머-드랩 효과를 나타내는 강유전성 캐패시터를 사용하는 메모리 유닛(90)의 다른 형태를 나타낸다. 제1 강유전성 캐패시터(92) 및 제2 강유전성 캐패시터(94)는 전압 소스(96)에 직렬로 접속되며 데이타 저장 셀로서 작동한다. 선형 제1 센스 캐패시터(98) 및 선형 제2 센스 캐패시터(100)은 동일한 전압 소스(96)에 직렬로 접속되며 기준 셀로서 작동한다. 센스 증폭기(102)는 강유전성 캐패시터(92 및 94)들을 접속하는 라인과 접속된 제1 입력부(104) 및 센스 캐패시터(98 및 100)들을 접속하는 라인과 접속된 제2 입력부(106)로 2개의 직렬 배열들 사이에 접속된다. 정보는 일반적으로 상술한 것과 동일한 방식으로 레이머-드랩 효과에 의해 확정될 때 2개의 강유전성 캐패시터들(92 및 94)를 여러 정전 용량으로 충전함으로써 이 메모리 유닛(90)에 기록된다. 정보는 2개의 강유전성 캐패시터(94)의 정전용량을 측정함으로써 이 메모리 유닛으로부터 판독된다.
제6도는 본 발명의 방법을 실행하는 양호한 방법을 나타낸다 참조 번호(120)에서, 레이머-드랩 효과를 나타내는 강유전성 캐패시터에 기초한 메모리 셀이 제공된다. 이러한 메모리 셀은 본원에서 논의된 형태들 또는 이런 물리적 효과에 기초한 다른 셀들 중 어느 하나일 수 있다. 참조 번호(122)에서, 제1 정전 용량 상태는 강유전성 캐패시터에 기록되며, 셀내에 제2 강유전성 캐패시터가 있으며, 제2 메모리 상태는 제2 강유전성 캐패시터에 기록된다. 그 후에, 참조 번호(124)에서, 상술한 바와 같이, 정전 용량값들 또는 정전 용량차의 감지 신호를 감지함으로써 셀로부터 데이타가 판독된다. 양호하게는, 강유전성 캐패시터의 충전 상태를 스위칭하지 않고 그리고 DC 바이어스 필드를 강유전성 캐패시터에 인가하지 않고 판독이 수행 된다.
본 발명은 강유전성 메모리의 중요한 개선을 제공한다. 레이머-드랩 효과의 이용은 진실한 NDRO 메모리 셀이 구성되게 한다. 메모리 셀은 여러 방식으로 기록 및 판독될 수 있으며, 필요에 따라 다양한 변형들이 수행될 수 있다. 비록 본 발명의 특정 실시예가 설명을 위해 상세히 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 범위에 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 향상이 가능하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위를 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (10)

  1. 메모리 유닛(memory unit)에 있어서, 제로 필드 정전 용량(zero field capaci tance)이 미치는 전기적 충전 경로에 의해서 제어가 가능한 상기 제로 필드 정전 용량에 의해 특성이 부여되는 강유전성 물질(ferroelectric material)로 형성된 절연체를 갖는 강유전성 캐패시터; 서로 다른 시간에 서로 다른 데이타 저장값들을 반영하는 2개의 서로 다른 정전 용량 상태들을 상기 강유전성 캐패시터로 제어 가능하게 기록하는 기록 회로; 및 상기 강유전성 캐패시터의 정전 용량을 판독하는 판독 회로를 포함하는 메모리 유닛.
  2. 제1항에 있어서,상기 메모리 유닛은 상기 강유전성 캐패시터와 병렬이며 상기 강유전성 캐패시터의 강유전성 물질과 동일한 물질 특성들을 가진 절연체를 갖는 제2 강유전성 캐패시터를 더 포함하는 메모리 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메모리 유닛은 상기 강유전성 캐패시터와 병렬인 제2 선형 캐패시터를 더 포함하는 메모리 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메모리 유닛은 상기 강유전성 캐패시터와 병렬인 제2 캐패시터를 더 포함하며, 상기 기록 회로는 상기 강유전성 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터에 서로 다른 정전 용량 상태를 기록하는 회로를 포함하는 메모리 유닛.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 회로는 상기 제 1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 어느 것이 더 높은 정전 용량을 갖는지를 판정하는 회로를 포함하는 메모리 유닛.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 회로는 상기 강 유전성 캐패시터의 정전 용량 및 상기 제2 캐패시터의 정전 용량을 결정하는 회로를 포함하는 메모리 유닛.
  7. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강유전성 물질은, 제1 분극 방향으로 인가된 제1 인가 전압에 의한 분극의 포화 이후의 제1 제로 필드 정전 용량; 및 상기 제1 분극 방향으로 인가된 상기 제1 인가 전압에 의한 상기 분극의 포화 이후에 상기 제1 분극 방향과 반대 방향으로 인가된 제2 전압에 의한 부분적 분극 이후의 제2 제로 필드 정전 용량에 의해 특성이 부여되는 메모리 유닛.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 회로는 상기 강 유전성 캐패시터의 충전 상태를 스위칭하지 않고 상기 강유전성 캐패시터에 DC 바이어스 전계를 인가하지 않으면서 상기 강유전성 캐패시터의 정전 용량을 판독하는 회로를 포함하는 메모리 유닛.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강유전성 물질은 적층된 초격자 강 유전성 물질(layered superlattice ferroelectric material)을 포함하는 메모리 유닛.
  10. 데이타를 저장 및 복구하기 위한 방법에 있어서, 제로 필드 정전 용량이 미치는 전기적 충전 경로에 의해서 제어가 가능한 상기 제로 필드 정전 용량에 의해 특성이 부여되는 강유전성 물질로 형성된 절연체를 가지는 강유전성 캐패시터를 제공하는 단계; 상기 강유전성 캐패시터에 상기 강유전성 캐패시터의 분극을 포화시키기에 충분한 제1 전압을 제1 분극 방향으로 인가함으로써 기록되는 제1 정전 용량 상태와, 상기 강유전성 캐패시터의 분극을 포화시키기에 충분한 제1 전압을 상기 제1 분극 방향으로 인가함으로써 기록되는 제2 정전 용량 상태 중 어느 하나를 기록한 후, 상기 강유전성 캐패시터의 부분적인 복극(depolarization)을 달성하도록 상기 제1 분극 방향의 반대 방향으로 제2 전압을 인가하는 단계; 및 상기 강유전성 캐패시터의 상기 기록된 정전 용량 상태를 판독하는 단계를 포함하는 데이타의 저장 및 복구 방법.
KR1019950026528A 1994-08-26 1995-08-25 레이머-드랩 효과를 이용하는 비-파괴성 판독 강유전성 메모리 셀과 데이타 저장 및 복구 방법 KR100218133B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/296,835 US5729488A (en) 1994-08-26 1994-08-26 Non-destructive read ferroelectric memory cell utilizing the ramer-drab effect
US8/296,835 1994-08-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR960008843A KR960008843A (ko) 1996-03-22
KR100218133B1 true KR100218133B1 (ko) 1999-09-01

Family

ID=23143779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950026528A KR100218133B1 (ko) 1994-08-26 1995-08-25 레이머-드랩 효과를 이용하는 비-파괴성 판독 강유전성 메모리 셀과 데이타 저장 및 복구 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5729488A (ko)
JP (1) JP3040700B2 (ko)
KR (1) KR100218133B1 (ko)
GB (1) GB2292852B (ko)
TW (1) TW283235B (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW514918B (en) * 2000-11-17 2002-12-21 Macronix Int Co Ltd Method and structure for sensing the polarity of ferro-electric capacitor in the ferro-electric memory
NO316580B1 (no) * 2000-11-27 2004-02-23 Thin Film Electronics Asa Fremgangsmåte til ikke-destruktiv utlesing og apparat til bruk ved fremgangsmåten
US6842357B2 (en) * 2002-04-23 2005-01-11 Intel Corporation Nondestructive sensing mechanism for polarized materials
US20040061990A1 (en) * 2002-09-26 2004-04-01 Dougherty T. Kirk Temperature-compensated ferroelectric capacitor device, and its fabrication
US6803794B2 (en) 2003-02-26 2004-10-12 Raytheon Company Differential capacitance sense amplifier
US7102908B2 (en) * 2003-08-29 2006-09-05 Infineon Technologies Ag Reliable ferro fuse cell
US7821808B2 (en) * 2009-01-30 2010-10-26 Seagate Technology Llc Multilayer ferroelectric data storage system with regenerative read
DE102011012738B3 (de) * 2011-02-24 2012-02-02 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zum nichtdestruktiven Auslesen resistiver Speicherelemente und Speicherelement

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL179593B (nl) * 1953-07-03 Ciba Geigy Werkwijze voor het omhullen van pigmentdeeltjes.
NL94487C (ko) * 1953-10-01
US3132326A (en) * 1960-03-16 1964-05-05 Control Data Corp Ferroelectric data storage system and method
US3401377A (en) * 1967-05-23 1968-09-10 Bliss E W Co Ceramic memory having a piezoelectric drive member
GB1283607A (en) * 1969-05-23 1972-08-02 Plessey Co Ltd Improvements in and relating to optical switching arrangements
US4791611A (en) * 1985-09-11 1988-12-13 University Of Waterloo VLSI dynamic memory
US4914740A (en) * 1988-03-07 1990-04-03 International Business Corporation Charge amplifying trench memory cell
US4980734A (en) * 1988-05-31 1990-12-25 Texas Instruments Incorporated Dynamic memory cell using silicon-on-insulator transistor with trench capacitor
DE4110407A1 (de) * 1990-03-30 1991-10-02 Toshiba Kawasaki Kk Halbleiter-speicheranordnung
US5151877A (en) * 1990-12-19 1992-09-29 The Charles Stark Draper Lab., Inc. Ferroelectric space charge capacitor memory system
US5309390A (en) * 1990-12-19 1994-05-03 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Ferroelectric space charge capacitor memory
US5218566A (en) * 1991-08-15 1993-06-08 National Semiconductor Corporation Dynamic adjusting reference voltage for ferroelectric circuits
KR930015015A (ko) * 1991-12-20 1993-07-23 윌리엄 이. 힐러 강유전성 캐패시터를 갖는 메모리 셀
US5375085A (en) * 1992-09-30 1994-12-20 Texas Instruments Incorporated Three-dimensional ferroelectric integrated circuit without insulation layer between memory layers
JP3222243B2 (ja) * 1993-01-25 2001-10-22 株式会社日立製作所 半導体記憶装置とそれを用いた情報処理システム
US5432731A (en) * 1993-03-08 1995-07-11 Motorola, Inc. Ferroelectric memory cell and method of sensing and writing the polarization state thereof
US5406510A (en) * 1993-07-15 1995-04-11 Symetrix Corporation Non-volatile memory

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08212788A (ja) 1996-08-20
GB2292852A (en) 1996-03-06
KR960008843A (ko) 1996-03-22
GB2292852B (en) 1998-08-05
JP3040700B2 (ja) 2000-05-15
US5729488A (en) 1998-03-17
TW283235B (ko) 1996-08-11
GB9516273D0 (en) 1995-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2736072B2 (ja) データ記憶回路および方法
US7193882B2 (en) Semiconductor memory device
KR100200465B1 (ko) 강유전 성인터럽터블 판독 메모리
JPH0845268A (ja) 強誘電性メモリ・セルおよびその分極状態を検出し書き込む方法
JPH08180673A (ja) 強誘電体メモリセル及びそのアクセス装置
KR19980702849A (ko) 비파괴 판독 강유전성 메모리 셀
KR100218133B1 (ko) 레이머-드랩 효과를 이용하는 비-파괴성 판독 강유전성 메모리 셀과 데이타 저장 및 복구 방법
US5966318A (en) Nondestructive readout memory utilizing ferroelectric capacitors isolated from bitlines by buffer amplifiers
US7266007B2 (en) Device structure of ferroelectric memory and nondestructive reading method
AU2002343260B8 (en) A method for reading a passive matrix-addressable device and a device for performing the method
US7031180B2 (en) Method of reading data in ferroelectric memory device and ferroelectric memory device
EP1464057A1 (en) System and method for inhibiting imprinting of capacitor structures of a memory
JPH0660635A (ja) 強誘電体メモリ装置
CA2429366C (en) A method for non-destructive readout and apparatus for use with the method
JP2989902B2 (ja) 強誘電体メモリー
Kraus et al. A 42.5 mm/sup 2/1 Mb nonvolatile ferroelectric memory utilizing advanced architecture for enhanced reliability
US6574134B1 (en) Non-volatile ferroelectric capacitor memory circuit having nondestructive read capability
US7208786B2 (en) Memory device
US6385077B1 (en) Non-volatile memory cell and sensing method
JP2006032526A (ja) 強誘電体メモリ装置
JP2002520764A (ja) 直列接続されたメモリセルを有する強誘電体書き込み／読み出しメモリ（ｃｆｒａｍ）
US6545901B2 (en) Semiconductor memory device having a supplemental element for reading data stored in a memory element
JPH0590609A (ja) 強誘電体メモリ及び読出し装置
JP6201539B2 (ja) メモリ
JPH04336477A (ja) 強誘電体メモリ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130520

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140521

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150518

Year of fee payment: 17

EXPY Expiration of term