KR20070094646A - Method for operating a passive matrix-addressable ferroelectric or electret memory device - Google Patents

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KR20070094646A
KR20070094646A KR1020077017982A KR20077017982A KR20070094646A KR 20070094646 A KR20070094646 A KR 20070094646A KR 1020077017982 A KR1020077017982 A KR 1020077017982A KR 20077017982 A KR20077017982 A KR 20077017982A KR 20070094646 A KR20070094646 A KR 20070094646A
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memory device
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passive
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KR1020077017982A
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크리스터 칼슨
괴란 구스타프슨
매츠 요한슨
페르 샌드스트룀
페르-에릭 노르달
한스 구데 구데센
조한 칼슨
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띤 필름 일렉트로닉스 에이에스에이
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Abstract

In a method for operating a passive matrix--addressable ferroelectric or electret memory device, a voltage pulse protocol based on a 1/3 voltage selection rule is used in order to keep disturb voltages at minimum, the voltage pulse protocol comprising cycles for read and write/erase bases on time sequence of voltage pulses with defined parameters. The method comprises a refresh procedure wherein cells for refresh are selected and refresh requests processed by a memory device controller, the refresh requests are monitored and processed in regard of ongoing or scheduled memory operations, and refresh voltage pulses with defined parameters are applied to the memory cells selected for refresh, while simultaneously ensuring that non-selected memory cells are subjected to zero voltage or voltages which do not affect the polarization state of these cells.

Description

수동 매트릭스-어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하기 위한 방법{METHOD FOR OPERATING A PASSIVE MATRIX-ADDRESSABLE FERROELECTRIC OR ELECTRET MEMORY DEVICE}METHOD FOR OPERATING A PASSIVE MATRIX-ADDRESSABLE FERROELECTRIC OR ELECTRET MEMORY DEVICE}

본 발명은 수동 매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 상기 메모리 장치는 히스테리시스를 나타내는 강유전체 또는 일렉트렛 박막 분극 가능 물질, 특히 강유전체 또는 일렉트렛 폴리머 박막의 형태인 메모리 셀들로 이루어진 하나 이상의 어레이 또는 매트릭스, 및 평행한 전극들로 각각 이루어진 제 1 세트와 제 2 세트를 포함하고, 장치 내의 워드라인(WL)들을 형성하는 제 1 세트의 전극들은 장치 내의 비트라인(BL)들을 형성하는 제 2 세트의 전극들과 실질적으로 직교하는 관계로 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 세트의 전극들은 메모리 셀들의 박막 물질과 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하여 제공되고, 이에 따라서 개별 메모리 셀들의 분극 상태는 전극들의 각각의 상기 제 1 및 제 2 세트 중 개별 전극에 적절한 전압을 인가함으로써 판독되거나, 소거되거나, 또는 기록될 수 있으며, 여기서 상기 방법은 1/3 전압 선택 규칙을 기초로 하여 전압 펄스 프로토콜을 구현하여, 어드레스 되지 않는 셀들에 스위칭 전압(VS)의 약 1/3을 초과하지 않게 이들 양단에 디스터빙(disturbing) 전압이 인가되며, 전압 펄스 프로토콜은 미리 정해진 진폭, 극성 및 길이를 가진 전압 펄스의 타임 시퀀스로 각각 이루어진 판독 사이클 및 기록/소거 사이클을 포함하고, 판독 사이클은 데이터가 메모리 셀들로부터 독출된 경우에 전극들의 각각의 상기 제 1 및 제 2 세트의 전극들에 전압 차들의 세트를 인가하는 것을 포함하고, 기록/소거 사이클은 전극들의 각각의 상기 제 1 및 제 2 세트의 전극들에 전압 차들의 다른 세트를 인가하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for operating a passive matrix addressable ferroelectric or electret memory device, wherein the memory device is in the form of a ferroelectric or electret thin film polarizable material exhibiting hysteresis, in particular in the form of a ferroelectric or electret polymer thin film One or more arrays or matrices of cells, and a first set and a second set of parallel electrodes, respectively, wherein the first set of electrodes forming word lines WL in the device are bitlines BL in the device. Are provided in a substantially orthogonal relationship with the second set of electrodes forming the electrodes, wherein the first and second sets of electrodes are provided in direct or indirect contact with the thin film material of the memory cells, thus providing separate memory The polarization state of the cells is characterized in that the first and first of each of the electrodes Can be read, erased, or written by applying an appropriate voltage to an individual electrode in two sets, wherein the method implements a voltage pulse protocol based on a 1/3 voltage selection rule to switch to unaddressed cells not to exceed about one-third of the voltage (V S) to the discharge ends thereof Tubingless (disturbing) voltage is applied, the voltage pulse protocol a predetermined amplitude, each consisting of a read to the time sequence of the voltage pulse having a polarity and cycle length And a write / erase cycle, wherein the read cycle includes applying a set of voltage differences to the first and second set of electrodes of each of the electrodes when data is read from the memory cells, and write / erase The cycle includes applying another set of voltage differences to the electrodes of the first and second set of electrodes respectively.

상술된 것과 같이 적절한 장치의 구성은 종래 기술에 잘 알려져 있으며, 일반적으로 수동 매트릭스-어드레스 가능한 메모리로 언급된다. 도 1에서 도시된 것과 같이, 매트릭스의 테두리에서 적절한 전극들을 선택적으로 여기(excitation) 시킴으로써 전기적인 개별 접근이 가능한 교차점들의 매트릭스를 생성하기 위해서, 서로 교차하는 평행한 전극들의 두 개의 세트들(mk(k=1→x), nl(l=1→y))을 통상적인 직교 방식으로 배치함으로써 일반적으로 구현된다. 강유전체 또는 일렉트렛 물질로 이루어진 기능성(예를 들어, 저장성) 매체 층(S)이 전극 세트들 사이 또는 위에 제공되며, 따라서 커패시터와 같은 구조들(2kl)이 (메모리 셀들과 같이 기능하는) 전극들(m, n)의 사이 또는 이들이 교차하는 물질 내에 형성된다. 이는 도 2에서 상세히 도시되며, 여기서 셀(2kl)은 전극들(mk와 nl) 간의 중첩 영역들(3과 4) 내에 각각 형성된다. 매트릭스 내의 개별 셀들의 선택은 도 3에 도시된다. 표준 관례(standard usage)에 따라서, 각각의 수평 전극은 이제부터 워드라인(WL)이라고 할 것이며, 각각의 수직 전극은 비트라인(BL)이라고 할 것이다. 게다가, 매트릭스 내의 하나의 셀 또는 한 세트의 셀들을 전기적으로 선택하는데 사용되는 전극들은 활성 워드라인(AWL)과 활성 비트라인(ABL)이라고 할 것이다. AWL과 ABL 사이에 전위차를 인가하면, 선택된 셀의 강유전체 또는 일렉트렛 물질에 전기장이 가해지며, 이 전기장은 히스테리시스 곡선 또는 이의 일부를 일반적으로 나타내는(tracing) 분극 응답을 생성한다. 전기장의 방향과 크기를 조종함으로써, 메모리 셀은 임의의 논리값에 대응하는 희망된 분극 상태로 존재하도록 할 수 있다. 이러한 형태의 배치로 이루어진 수동 어드레싱(passive addressing)은 용이한 제조와 고밀도 교차점을 가능하게 한다.The construction of a suitable device as described above is well known in the art and is generally referred to as a passive matrix-addressable memory. As shown in FIG . 1 , two sets of parallel electrodes intersecting with each other (m k) , in order to create a matrix of electrically separate accessible cross points by selectively excitation of the appropriate electrodes at the edge of the matrix. It is generally implemented by placing (k = 1 → x), n 1 (l = 1 → y) in a conventional orthogonal manner. A functional (eg, storage) media layer S made of ferroelectric or electret material is provided between or over the electrode sets, so that capacitor-like structures 2 kl are electrodes (functioning like memory cells). Between m and n or in the material in which they intersect. This is shown in detail in FIG . 2 , where the cells 2 kl are formed in overlapping regions 3 and 4, respectively, between the electrodes m k and n l . The selection of individual cells in the matrix is shown in FIG. 3 . According to standard usage, each horizontal electrode will now be referred to as a word line WL, and each vertical electrode will be referred to as a bit line BL. In addition, the electrodes used to electrically select one cell or a set of cells in the matrix will be referred to as the active word line AWL and the active bit line ABL. Applying a potential difference between AWL and ABL places an electric field on the ferroelectric or electret material of the selected cell, which produces a polarization response that typically represents a hysteresis curve or part of it. By manipulating the direction and magnitude of the electric field, the memory cells can be present in the desired polarization state corresponding to any logic value. Passive addressing with this type of arrangement allows for easy manufacturing and high density intersections.

메모리 물질로써 강유전체 또는 일렉트렛을 사용하면, 메모리 장치에 인가되는 전압이나 전류가 없더라도 논리 상태를 유지하는 특성을 이용해, 해당 메모리 장치가 비휘발성이 된다. 특히, 강유전체의 이러한 속성은 공지되어 있으며, 메모리 장치에 관한 종래 기술에서는 이를 개발하고자 하는 시도들이 있어왔다. 이러한 전기적 분극 가능 물질들은 외부 전기장이 없는 상태에서 자연 분극 벡터(spontaneous polarization vector)의 적어도 두 개의 균형 방향(equilibrium orientation)을 가진다는 사실에 기초한 것이다. 자연 분극 벡터는 전기장을 통해 이러한 두 개의 방향 간에 스위치 될 수 있다. 일 분극 상태는 논리 "1"로 간주되며, 다른 상태는 논리 "0"으로 간주된다. 도 4를 참조하면, 도시된 히스테리시스 곡선을 갖는 물질은, 보자력 장(coercive field: EC)을 초과하는 전기장을 적용하면 물질의 분극 방향이 변경된다(히스테리시스 곡선에서 가로축은 편의상 전기장이 아닌 셀 양단의 전압으로 도시됨). 포화 분극(PS)은 메모리 셀에 공칭(nominal) 스위칭 전압(VS)이 인가될 때 얻어진다. 인가된 전압이 0으로 감소됨에 따라서, 분극은 히스테리시스 곡선을 따라 잔류 값(remanence value: PR)에서 마감할 것이다. 인가된 전압의 극성에 따라서, 이러한 전기장이 0인 지점(zero field point)은 도면에서 "1" 또는 "0"으로 표시된 분극 상태 중 하나 일 수 있으며, 2개의 접근 가능한 논리 상태를 갖는 셀을 표현할 수 있다.When ferroelectrics or electrets are used as memory materials, the memory device becomes nonvolatile by using a characteristic that maintains a logic state even when no voltage or current is applied to the memory device. In particular, such properties of ferroelectrics are known, and attempts have been made in the prior art for memory devices. These electrically polarizable materials are based on the fact that they have at least two equilibrium orientations of spontaneous polarization vectors in the absence of external electric fields. Natural polarization vectors can be switched between these two directions via an electric field. One polarization state is considered a logic "1" and the other state is considered a logic "0". 4, the material having shown a hysteresis curve, the coercive force field (coercive field: E C) for applying an electric field greater than changes the polarization direction of the material (on the hysteresis curve the horizontal axis is the cell across the non-convenience field Shown in voltage). Saturation polarization P S is obtained when a nominal switching voltage V S is applied to a memory cell. As the applied voltage decreases to zero, the polarization will end at the remanence value (P R ) along the hysteresis curve. Depending on the polarity of the applied voltage, this zero field point may be one of the polarization states labeled "1" or "0" in the figures, and may represent a cell with two accessible logic states. Can be.

히스테리시스 곡선의 모양은 강유전체 및 일렉트렛 물질이 그 곡선을 순환하는 속도, 강유전체 셀을 생성하는데 사용되는 전극들의 특성, 및 기타 요소(예를 들어 온도)에 따라서 결정될 수 있다는 것을 알아야만 한다. 특히, 낮은 속도로 순환될 때에는, 많은 물질들이 도 4와 같은 히스테리시스 곡선을 나타내는 반면에, 전압 회전 속도(voltage slew rate)가 증가함에 따라서, 겉보기 보자력 장(apparent coercive field)이 증가할 수 있고, 겉보기 잔류 분극성이 줄어들 수 있다. 반대로, 매우 낮은 회전 속도에서, 겉보기 보자력 장은 급격히 감소되거나, 0에 근접할 수 있으며, 특히 분극성에 영향을 끼치는 강유전체가 없는 순수한 일렉트렛에서는 더욱 그러하다. 게다가, 전극 상에 저유전상수 층이 존재하거나 생성되는 경우(예를 들어, 일렉트렛 또는 강유전체 물질과 접촉하는 전극 경계면에서의 화학 반응으로 인해서), 겉보기 보자력 장을 증가시킬 것이다. 이는 "보자력 장(Coercive field)" 또는 "보자력 전압(Coercive voltage)" 및 "잔류 분극 성(Remanent polarization)"이란 용어가 다음에 사용될 때, 도 4에서 대응하는 양을 나타내는 것으로 이해되어야 할 것이며, 이들은 특정 동작 상태에서 본 문서의 내용(teaching)을 적용하는 동안 지배적으로 나타날 것이라는 것을 의미한다.It should be noted that the shape of the hysteresis curve can be determined depending on the rate at which ferroelectric and electret materials circulate, the characteristics of the electrodes used to create the ferroelectric cell, and other factors (eg, temperature). In particular, when cycled at low speeds, while many materials exhibit a hysteresis curve as shown in FIG. 4, as the voltage slew rate increases, the apparent coercive field may increase, The apparent residual polarization can be reduced. Conversely, at very low rotational speeds, the apparent coercive field can be drastically reduced or approach zero, especially in pure electrets without ferroelectrics that affect polarization. In addition, if a low dielectric constant layer is present on or generated on the electrode (eg, due to chemical reactions at the electrode interface in contact with the electret or ferroelectric material), the apparent coercive field will be increased. It should be understood that the terms "Coercive field" or "Coercive voltage" and "Remanent polarization" are used to refer to the corresponding amounts in FIG. 4 when used next, These mean that they will appear dominant while applying the teachings in this document under certain operating conditions.

여기에는 상업적으로 실용적인 장치들을 만들기 위해서 다루어져야만 하는 분극 물질에 관한 몇 가지 문제점들이 있으며, 이는 피로(fatigue), 임프린트(imprint) 및 디스터브(disturb)이다.There are some problems with polarizing materials that must be addressed to make commercially viable devices, such as fatigue, imprint and disturb.

피로는 주어진 메모리 셀에서의 분극 방향의 반복되는 스위칭으로 인해 발생하며, 이에 의해서 스위치 가능한 분극성은 점진적으로 감소하며, 결국은 너무 작아져 메모리의 적절한 작동을 할 수 없게 된다. 이러한 현상은 잘 알려져 있으며, 종래 기술에 일정한 해법이 존재한다. 그러나 상기 해법들은 일반적으로 특정 물질에 한정적이며, 상업적으로 실용적인 장치에 피로에 대한 내구성(fatigue resistance)을 제공하기엔 부적절하다. Fatigue occurs due to repeated switching in the polarization direction in a given memory cell, whereby the switchable polarization gradually decreases, eventually becoming too small to prevent proper operation of the memory. This phenomenon is well known and there are certain solutions in the prior art. However, these solutions are generally limited to specific materials and are inadequate to provide fatigue resistance to commercially viable devices.

임프린트는 일정 시간동안 주어진 논리 상태를 유지하도록 허용된 메모리 셀들에 영향을 끼친다. 이는 스위칭 특성의 변화로 나타나며, 즉 히스테리시스 곡선이 이동하여, 물질이 임프린팅 기간 동안 존재하였던 방향의 반대 방향으로 분극 방향을 스위칭 할 때 감지되는 보자력 장을 증가시킨다. 바꾸어 말하면, 분극성이 일정 시간 동안 존재하던 방향에서 이동하지 못하도록 되는 경향이 있다. Imprint affects memory cells that are allowed to maintain a given logic state for a period of time. This is manifested as a change in switching properties, ie the hysteresis curve shifts, increasing the coercive field detected when the material switches the polarization direction in the opposite direction to where it was during the imprinting period. In other words, polarization tends to prevent movement in the direction in which it has existed for some time.

디스터브는 셀이 반대 방향(즉, 예정되었던 방향에 대해 어느 정도까지(in a sense) 반대로 셀을 분극 시키고자 하는 경향이 있는 방향)의 극성을 가진 디스터빙 전압 펄스에 노출된 때, 주어진 분극 상태로 준비되었던 강유전체 또는 일렉트 렛 메모리 셀 내의 분극성 손실에 관한 것이다. 심지어 디스터빙 전압이 보자력 장에 해당하는 전압 이하로 온전히 있는 경우에도, 반복된 노출은 메모리 물질이 분극성 손실을 야기하는 부분적인 스위칭을 겪도록 할 수 있다. 부분적인 스위칭 범위는 물질 특성에 따르지만, 결국엔 잔류 분극 상태(PR 및 -PR)를 잘못 판독하는 결과를 발생시키는 범위까지 저하될 수 있다. Disturbance is a given polarization state when the cell is exposed to a disturbing voltage pulse with a polarity in the opposite direction (i.e., the direction in which it tends to polarize the cell in a sense against the intended direction). It relates to the polarization loss in the ferroelectric or electret memory cells that have been prepared. Even when the disturbing voltage is completely below the voltage corresponding to the coercive field, repeated exposures can cause the memory material to undergo partial switching causing polarization loss. The partial switching range depends on the material properties, but may eventually be reduced to the extent that results in misreading of the residual polarization states (P R and -P R ).

상기 언급한 세 가지 문제 분야에 있어서, 피로와 임프린트는 (이하에서 능동 매트릭스 장치라고 불리는)메모리 셀 당 하나 이상의 트랜지스터를 사용하는 장치와 상기 언급된 것과 같은 수동 매트릭스 장치 모두를 포함하는, 모든 형태의 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 구조와 관련된다. 종래 기술에 공지된 해결방법은 피로와 임프린트의 발생을 연기시키거나 감소시키기 위한 방법, 및 피로화 되고(fatigued) 임프린트된(imprinted) 셀들의 메모리 물질을 원래의 또는 덜 영향 받은 상태로 회복시키는 방법 및 장치를 포함한다. 후자의 과정을 일반적으로 통칭하여 "리프래시 (refresh)"라고 언급한다.In the three problem areas mentioned above, fatigue and imprint include all types of devices, including both devices using one or more transistors per memory cell (hereinafter referred to as active matrix devices) and passive matrix devices as mentioned above. Related to ferroelectric or electret memory structures. Solutions known in the art are methods for delaying or reducing the occurrence of fatigue and imprint, and for restoring the memory material of fatigued and imprinted cells to their original or less affected state. And devices. Typically collectively, the latter process is referred to as a "leaf lash (refresh)".

진행하기 전에, 본 발명은 상이한 형태들의 DRAM과 같은 휘발성 메모리 - 여기서 메모리 셀들은 일반적으로 매 64 msec마다 리프래시 됨 - 에 대해 종래 기술에서 사용되었던 것과는 다른 형태의 리프래시에 관한 것임을 강조하고자 한다. 이러한 형태의 "전통적인" 메모리 리프래시는, 전형적으로 선형 고-입실론 유전체를 포함하는 커패시터 내에 저장된 전하의 손실을 보상하기 위해서 수행되며, 따라서 각각의 메모리 셀에 저장된 논리값이 유지되도록 한다. 일반적으로, 전체 메모 리를 한 번에 리프래시 하는 것은 전력의 측면에서의 큰 서지(surge) 및 데이터 요청의 측면에서의 지연(stall)을 야기하기 때문에, 전체 메모리가 한 번에 리프래시 되지는 않는다. 이를 해결하기 위해서, 리프래시는 각각의 시간에 메모리의 한 행/블록으로 나뉘어 진행되며, 따라서 리프래시 주기는 예를 들어 64msec/행 수와 같아진다.Before proceeding, it should be emphasized that the present invention relates to a different type of reflash than that used in the prior art for volatile memory, such as DRAM of different types, wherein memory cells are generally refreshed every 64 msec. This type of "traditional" memory refresh is typically performed to compensate for the loss of charge stored in the capacitor, including the linear high-epsilon dielectric, thus allowing the logic value stored in each memory cell to be maintained. In general, refreshing entire memory at once will cause large surges in terms of power and stalls in terms of data requests. Do not. To solve this, the refresh is divided into one row / block of memory at each time, so the refresh period is equal to, for example, 64 msec / row.

수동 매트릭스 형태와는 반대로, 능동 매트릭스 형태의 강유전체 메모리의 경우, 피로와 임프린트와 같은 문제들이 더욱 현저하며, 적절한 수준으로 휘발성 분극을 유지하고, 강유전체 메모리 물질의 특성을 회복하기 위해서는 리프래시가 필요하다.Contrary to the passive matrix form, the active matrix form of the ferroelectric memory has more prominent problems such as fatigue and imprint, and requires a relash to maintain volatile polarization at an appropriate level and to restore the properties of the ferroelectric memory material. .

미국 특허 제 5550770(Kuroda)에서, 메모리 장치는 1T-NC 형태의 능동-매트릭스 블록 어드레싱 구성 내에, BaTiO 또는 PZT와 같은 세라믹 강유전체를 포함하는 것으로써 배타적으로 예시된, 강유전체 메모리 셀들의 어레이들로 구성된다. 간단한 Vs/2 선택 계획안(scheme)을 허용하기 위해서, N은 예를 들어 N=8과 같은 낮은 숫자이다. 기록 동작은 리프래시를 필요로 하는 것으로 간주되기 때문에, 강제적인 리프래시가 수행되기 전에 완료된 기록 동작의 수를 기억하는데 사용되는 메모리 블록 당 하나의 카운터가 존재한다. 이는 우선 메모리 블록의 모든 셀에 대한 파괴적인 판독을 실행하고, 다른 곳에 이러한 데이터를 일시적으로 저장함으로써 수행된다. 그리고 메모리 블록의 모든 셀은 리-폴링(re-poling)에 의한 리프래시를 달성하기 위해서 기록 전압보다 더 높은 전압에 노출된다. 결국, 일시적으로 저장된 데이터는 다시 기록되며, 따라서 분극은 이미 그 때에 바람직한 분극으 로 되어 있는 셀들을 제외한 셀들에 대해서만 스위치 된다. 리프래시 전압은 표준 판독/기록 액세스에서 사용되는 전압보다 더 높을 것이라는 상기 내용 외에, Kuroda는 펄스 모양, 기간, 과전압(overvoltage)의 정도, 극성 편이, 필요하다면, 개수 또는 대기 기간과 같은, 리프래시 전압 펄스 파라미터들에 대한 적절한 선택에 관한 어떠한 예시 또는 내용도 제공하진 않는다.In US Pat. No. 5,550,770 (Kuroda), the memory device consists of arrays of ferroelectric memory cells, exclusively illustrated as including a ceramic ferroelectric, such as BaTiO or PZT, in an active-matrix block addressing configuration of 1T-NC type. do. In order to allow a simple Vs / 2 selection scheme, N is a low number, for example N = 8. Since write operations are considered to require a refresh, there is one counter per memory block that is used to store the number of write operations completed before a forced refresh is performed. This is done by first performing a destructive read on all cells of the memory block and temporarily storing this data elsewhere. And every cell of the memory block is exposed to a voltage higher than the write voltage in order to achieve a retrace by re-polling. Eventually, the temporarily stored data is written back, so that the polarization is switched only for those cells except those that are already at the desired polarization at that time. In addition to the above, Kuroda also recommends that the retrace voltage be higher than the voltage used in the standard read / write access, as well as the pulse shape, duration, degree of overvoltage, polarity shift, if necessary, number or standby periods. It does not provide any examples or content regarding the proper selection of voltage pulse parameters.

미국 특허 제 5777921(Takata 등)에서, 각각의 메모리 블록 또는 메모리 셀에 대한 두 개의 카운터를 갖는 장치가 개시되며, 하나는 기록/판독의 일 형태의 논리 데이터를 위한 것이고, 다른 하나는 판독/기록의 다른 형태의 논리 데이터를 위한 것이며, 여기서 리프래시는 이러한 카운터들 중 하나가 미리 결정된 값에 도달하게 되면 초기화 된다. 리프래시를 초기화하는 카운터에 따라서, 인가된 리프래시 전압들은 상이하게 보일 것이며, 따라서 강유전체 물질은 자연 발생적인 전기장의 악화를 회복하기 위한, 즉 임프린트 효과를 제거하기 위한 공지된 방법이라고 주장되는, 완성된(complete) 히스테리시스 곡선을 경험할 것이다. 데이터 내용에 관심을 기울이기 때문에, 리프래시는 일 형태의 논리 데이터에 대해 시간의 관점에서 보다 효율적일 수 있으며, 리프래시 동안 다른 곳에 임시적으로 데이터를 저장할 필요가 없다. 메모리-셀 또는 작은 메모리 블록을 기초로 하는 리프래시의 경우에, 불필요한 리프래시를 위해 셀들이 할당되는 리던던시(redundancy)를 피할 수 있지만, 더 많은 카운터에 대한 대가를 치러야 한다.In US Pat. No. 5777921 (Takata et al.), An apparatus having two counters for each memory block or memory cell is disclosed, one for write / read one type of logical data, and the other for read / write. Is for other forms of logical data, where the refresh is initialized when one of these counters reaches a predetermined value. Depending on the counter that initiates the leaflash, the applied leaflash voltages will look different, so the ferroelectric material is claimed to be a known method for recovering from the deterioration of the naturally occurring electric field, i.e. eliminating the imprint effect. You will experience a complete hysteresis curve. By paying attention to the data content, the refresh can be more efficient in terms of time for one type of logical data, and there is no need to temporarily store the data elsewhere during the refresh. In the case of a refresh based on memory-cells or small memory blocks, redundancy in which cells are allocated for unnecessary refreshes can be avoided, but at the cost of more counters.

유럽 특허 제 0495572(Moazzami 등)에서, "통상보다 더 높은(higher than normal" 전압이 "분극 상태를 리프래시 또는 재-설정(refresh, or re-establish, the polarization state)"하기 위해서 주기적으로 "강유전체 컴포넌트(the ferroelectric components)"를 동작시키는데 사용되며, 리프래시는 미리 정의된 횟수의 메모리 액세스 사이클 및/또는 미리 정의된 기간 후에 추가로 초기화된다.In European Patent No. 0495572 (Moazzami et al.), The "higher than normal" voltage is periodically "refreshed or re-established, the polarization state" in order to "refresh or re-establish the polarization state." Used to operate the ferroelectric components ", and the refresh is further initialized after a predefined number of memory access cycles and / or a predefined period of time.

발견된 종래 기술에서는, 작동 중의 임프린트(imprint at power up)에 대한 문제, 즉 메모리가 일정 기간 동안 활성으로 사용되지 않았던 문제에 관해 특별히 관심을 기울이지 않는다. 상기 기간은 임의적으로 장기일 수도 있기 때문에, 실질적으로 임프린트라는 위험이 존재하며, 휴지 기간(inactive period)을 알지 못하는 경우에, 최대 임프린트의 상태를 가정하고, 이에 따라서 처리되어야만 한다.In the prior art found, no particular attention is paid to the problem of imprint at power up , ie the memory has not been used actively for a period of time. Since the period may be arbitrarily long, there is substantially a risk of imprint, and if the inactive period is not known, the state of maximum imprint should be assumed and should be dealt with accordingly.

수동 매트릭스 형태의 강유전체 메모리에 있어서, 각각의 셀 내의 능동 소자들이 없다는 것은 능동 매트릭스를 기반으로 하는 것보다 더 높은 집적 밀도, 더 낮은 전력 소모 및 더 낮은 복잡도를 가능하게 한다. 그러나 피로와 임프린트에 대한 문제가 처리되어야만 하며, 마찬가지로 상기 언급된 "디스터브"의 추가적인 손상을 일으키는 현상도 그러하다. 수동 매트릭스 메모리들은 기록/판독/소거 동작 중에 매트릭스 네트워크의 잔여부분(rest)과 각각의 메모리 셀을 연결/연결 해제 할 수 있는 트랜지스터와 같은 능동 소자들이 없으며, 하나의 셀 액세스를 포함하는 임의의 동작 중에, 어드레스 되지 않은 메모리 셀들에 디스터빙 전압이 인가되는 것을 피할 수 없다. 어드레스 되지 않은 셀들에 가해지는 상기 디스터빙 전압의 크기는, 매트릭스 내의 어드레스된 셀 뿐만 아니라 어드레스 되지 않은 셀들과 연결된 워드라인과 비트라인에 인가되는 전압의 타이밍과 크기에 달려 있으며, 종래 기술 문헌은 전압 펄스 프로토콜들 - 즉, 수동 매트릭스 어드레스된 메모리 어레이들의 동작 중에 모든 비트라인과 워드라인에 인가되는 전기 전위들 사이의 정확히 정의된 시간 관계 및 진폭 관계 - 의 사용에 의해 상기 문제들(complications)을 회피하거나 감소시킬 방법에 대한 내용을 포함한다. 여러 세트의 전압 펄스들을 인가, 감지 증폭기(sense amplifier)와 연결, 그라운드 등과 같은, 동작들의 정리된 시퀀스(coordinated sequence)들을 포함하는 펄스 프로토콜들의 예는, 미국 특허 제 3002182(Andersson), 미국 특허 제 4169258(Tannas Jr.) 및 공개된 국제 특허 출원 제 WO 02/05287(Thompson 등)에서 발견될 수 있다. In a passive matrix type ferroelectric memory, the absence of active elements in each cell allows for higher integration density, lower power consumption and lower complexity than based on an active matrix. However, the issues of fatigue and imprint must be addressed, as are the phenomena which cause further damage of the above-mentioned " disturb ". Passive matrix memories do not have active elements such as transistors that can connect / disconnect each memory cell with the rest of the matrix network during write / read / erase operations, and any operation involving one cell access In the meantime, it is inevitable to apply a distorting voltage to unaddressed memory cells. Of the force applied to the non-addressed cells display Tubingless voltage size, which depends on the addressed cells, as well as associated with the non-addressed cells, a word line and the timing and magnitude of the voltage applied to the bit lines in the matrix, the prior art document voltage Avoiding these complications by the use of pulsed protocols -that is, precisely defined time and amplitude relationships between electrical potentials applied to all bitlines and wordlines during operation of passive matrix addressed memory arrays. Include instructions on how to reduce or reduce it. Examples of pulse protocols that include coordinated sequences of operations, such as applying several sets of voltage pulses, connecting a sense amplifier, ground, and the like, are described in US Patent No. 3002182 (Andersson), US Patent No. 4169258 (Tannas Jr.) and published international patent application WO 02/05287 (Thompson et al.).

불행히도, 심지어 가장 잘 설계된 펄스 프로토콜들도 기본적인 제한에 구속되며, 디스터브의 근본 문제도 일반적으로 이러한 수단들을 이용해 단독으로 제거될 수 없다. 상기 인용된 WO 02/05287에서 개시되었듯이, 전압(VS)을 통한 판독 또는 기록과 관련된 단일 셀들로의 랜덤 액세스(random access to single cells)는, 어드레스 되지 않은 셀들에 약 VS/3과 비슷하거나 또는 이보다 높은 디스터빙 전압이 인가되는 것을 항상 내포할 것이다. 다음에서, 어드레스 되지 않은 셀들을 VS/2 또는 VS/3인 최대 디스터브 전압에 노출시키는 프로토콜은 각각 VS/2와 VS/3 프로토콜이라고 칭해질 것이다. VS/3이 일반적으로 셀들의 메모리 물질 내의 보자력 장을 초과하는데 필요한 전압보다 작으므로 괜찮다고 할지라도, 되풀이되는 노출은 분극성의 점진적인 손실과 이에 따른 내용 정보의 손실을 야기할 것이다. 디스터브 문제는 일반적으로 수천 개의 워드라인과 비트라인의 교차(crossing)를 갖는 커다란 매트릭스들을 사용함으로써 수동 매트릭스 어드레싱 개념의 최대 이익을 얻고자 하는, 고도의 메모리 장치에서 특히 치명적이다. 이는 매트릭스 내의 어드레스 되지 않은 셀들이 기록, 판독 또는 소거 동작을 위해 액세스 되는 각각의 시간 사이에 매우 많은 개수의 디스터빙 전압 펄스를 경험하도록 할 수 있다. 임의의 셀들이 판독 동작 중인 분극 스위칭의 크기가 논리 "0"과 논리 "1" 사이의 식별 임계 이하로 내려갈 정도까지의 분극 손실을 겪게 되는 것이, 이의 최종 결과가 될 수 있다.Unfortunately, even the best designed pulse protocols are subject to fundamental limitations, and the fundamental problem of disturb can generally not be eliminated by these means alone. As disclosed in above-cited WO 02/05287, random access to the single cells associated with the read or write via the voltage (V S) (random access to single cells) are, in the non-addressed cells approximately V S / 3, and It will always imply that similar or higher disturbing voltages are applied. In the following, V the non-addressed cells S / 2 or V S / 3 protocol for exposing a maximum disturbing voltage will be referred to as respectively V S / 2 and V S / 3 protocol. Although V S / 3 is generally fine because it is less than the voltage needed to exceed the coercive field in the memory material of the cells, repeated exposure will result in a gradual loss of polarity and hence loss of content information. The disturb problem is particularly fatal in highly memory devices, which generally seek to take full advantage of the passive matrix addressing concept by using large matrices with thousands of wordline and bitline crossings. This can result in a very large number of disturbing voltage pulses between each time an unaddressed cell in the matrix is accessed for a write, read or erase operation. It may be the end result that any cell suffers a polarization loss until the magnitude of the polarization switching during the read operation falls below the identification threshold between logic "0" and logic "1".

큰 수동 매트릭스 기반의 메모리에서 디스터브를 최소화하기 위한 한 가지 가능성은 각각의 큰 매트릭스를 물리적으로 또는 전기적으로 다수의 세그먼트들로 나누는 것이며, 여기서 각각의 상기 세그먼트 또는 "서브-매트릭스"는 그 자신의 수동 매트릭스처럼 보일 수 있다. 수동 서브-매트릭스의 적절한 정의는, 예를 들어 판독 또는 기록 동작 동안, 임의의 서브-매트릭스 내에 어드레스 되고 있는 메모리 셀이, 메모리 내의 다른 서브-매트릭스가 아닌 동일한 서브-매트릭스의 다른 메모리 셀들에 디스터브 전압을 일으키기만 할 것이라는 것이다. 분할(segmentation)은 종래 기술에서 제한된 범위로 기술되었으며, 주요한 관심은 큰 수동 매트릭스 구조의 전기적 응답을 지연시키고 악화시키는, 기생 커패시턴스 효과 및 스티크(sneak)/완화(relaxation) 전류 효과를 감소시키는데 있었다. 분할/구분(division)의 예는 본원의 계속중인 특허 출원 NO 20035225에 개시된다.One possibility to minimize disturb in a large passive matrix based memory is to divide each large matrix into multiple segments physically or electrically, where each said segment or "sub-matrix" is its own passive. It may look like a matrix. A proper definition of a passive sub-matrix is that a memory cell that is addressed within any sub-matrix, for example, during a read or write operation, may have a disturb voltage on other memory cells of the same sub-matrix rather than another sub-matrix in memory. Will only cause it. Segmentation has been described to a limited extent in the prior art, and the main concern has been to reduce parasitic capacitance effects and sneak / relaxation current effects, which delay and worsen the electrical response of large passive matrix structures. . Examples of divisions / divisions are disclosed in the ongoing patent application NO 20035225 herein.

수동 매트릭스 어드레스된 장치의 디스터브 문제를 악화시킨다는 것은, 셀이 분극된 상태에 놓인 후 매우 짧은 시간 척도(timescale)로 - 예를 들어, 보통의 기록/판독/소거 동작을 위한 프로토콜 하에서의 단일 펄스 시퀀스 동안 - 임프린트가 발달하기 시작한다는 사실이다. 따라서, 전압 펄스 프로토콜로 한 지점에서 분극 역전(polarization reversal)을 포함하는 동작을 최근에 경험하였던 메모리 셀들은, 동일한 전압 펄스 프로토콜로 다음 단계에서 역전-전(pre-reversal) 방향의 현저한 임프린트를 유지할 수 있으며, 따라서 추가적으로 디스터브하기 쉽다. 일반적으로 임프린트와 디스터브 모두 피로에 의해 영향을 받기 때문에, 이러한 현상들을 조절하기 위한 성공적인 전략은 이들 사이의 강한 상호관계(interrelationship)를 고려해야만 한다는 것은 명백하다.Exacerbating the disturb problem of passive matrix addressed devices is that, after a cell is in a polarized state, on a very short timescale-for example, during a single pulse sequence under a protocol for normal write / read / erase operations. Imprint is starting to develop. Thus, memory cells that have recently experienced operation involving polarization reversal at one point with the voltage pulse protocol will maintain significant imprint in the pre-reversal direction in the next step with the same voltage pulse protocol. Can therefore be further disturbed. Since both imprints and disturbs are generally affected by fatigue, it is clear that a successful strategy to control these phenomena must take into account strong interrelationships between them.

상기 고려사항의 관점에서, 본 발명의 주요 목적은, 수동 매트릭스 어드레스된 구성에서 일렉트렛 또는 강유전체를 기반으로 하는 메모리, 디스플레이, 또는 프로세싱 장치 내에서의 임플린트 및 디스터브의 유해한 효과를 회피하거나, 감소시키거나, 또는 반전시키기 위한 기본 전략을 제공하는 것이다.In view of the above considerations, a primary object of the present invention is to avoid or reduce the deleterious effects of implants and disturbs in memory, displays, or processing devices based on electrets or ferroelectrics in passive matrix addressed configurations. It provides a basic strategy to make or reverse.

본 발명의 다른 주요 목적은, 매우 임프린트된 일렉트렛 또는 강유전체 물질을 포함하는 메모리 셀들로부터 데이터를 추출하기 위한 특정 방법 및 절차를 개시하는 것이다.It is another main object of the present invention to disclose certain methods and procedures for extracting data from memory cells comprising highly imprinted electret or ferroelectric materials.

본 발명의 또 다른 주요 목적은, 임프린트가 발달된 후에 일렉트렛 또는 강유전체 물질을 조정하거나(conditioning) 또는 회복시키기 위한 특정 방법 및 절차를 개시하는 것이다.Another major object of the present invention is to disclose certain methods and procedures for conditioning or restoring electret or ferroelectric materials after imprint has developed.

본 발명의 또 다른 주요 목적은, 디스터브가 가해졌던 셀들 내의 일렉트렛 또는 강유전체의 분극 상태를 리프래시 또는 회복하기 위한 특정 방법 및 절차를 개시하는 것이다.It is another main object of the present invention to disclose certain methods and procedures for reflashing or restoring the polarization state of an electret or ferroelectric in cells to which a disturb has been applied.

본 발명의 또 다른 주요 목적은 상기 언급된 전략, 방법 및 절차를 구현하기 위한 장치를 개시하는 것이다.It is another main object of the present invention to disclose an apparatus for implementing the above-mentioned strategies, methods and procedures.

본 발명에 따른 상기 목적들은 임의의 전기 구동 프로토콜에 따라서 개별 셀들 내의 일렉트렛 또는 강유전체의 분극을 조절할 수 있도록 하는 방법들 및 구조들을 제공함으로써 실현되며, 후반부는 동일한 셀들에 끼친 전기적 환경적 영향들에 대한 이력, 및 셀들이 위치한 장치의 동작 필요요건(requirement)을 고려한다. The above objects according to the invention are realized by providing methods and structures which enable the polarization of electrets or ferroelectrics in individual cells according to any electric drive protocol, the latter being caused by electrical and environmental effects on the same cells. Consider the history of, and the operational requirements of the device in which the cells are located.

본 방법은 다음의 단계들을 포함한 리프래시 절차를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method is characterized by including a re-lash procedure including the following steps.

a) 메모리 장치 콘트롤러에 프로그램된 기준에 따라서, 리프래시를 위한 하나 이상의 셀을 선택하고, 상기 선택된 하나 이상의 셀들의 주소를 콘트롤러에서 처리된 리프래시 요청에 입력하는, 제 1 단계a) selecting the one or more cells for the refresh according to a criterion programmed in the memory device controller and inputting the addresses of the selected one or more cells into the relash request processed by the controller

b) 동작 중인 또는 예약된 메모리 동작 및 이에 할당된 우선순위(priority)를 고려하여, 리프래시 요청을 감시(monitoring) 및 처리(processing)하고, 리프래시 절차를 초기화하는, 제 2 단계b) a second step of monitoring and processing the refresh request and initiating the refresh procedure, taking into account active or reserved memory operations and priorities assigned thereto;

c) 모든 선택되지 않은 셀들에 보자력 전압에 비해 현저하게 작은 전압 또는 0 전압이 인가되는 반면에, 보자력 전압과 비슷하거나 이보다 높은 크기와 정의된 극성을 가진 전압 펄스를 리프래시를 위해 선택된 하나 이상의 셀에 동시에 인가하는, 제 3 단계c) One or more cells selected for relashing voltage pulses having a defined polarity with a magnitude equal to or higher than the coercive voltage and having a defined polarity, while a voltage that is significantly smaller than the coercive voltage is applied to all unselected cells. Applied at the same time, the third step

d) 모든 선택되지 않은 셀들에 보자력 전압에 비해 현저하게 작은 전압 또는 0V가 인가되는 반면에, 하나의 전압 펄스 또는 전압 펄스들의 트레인(train) - 상기 전압 펄스의 적어도 하나는 보자력 전압과 비슷하거나 이보다 높은 크기 및 단계 c)에서의 정위된 극성과 반대 극성을 가짐 - 을 모든 선택된 셀에 동시에 인가하는, 제 4 단계d) A train of one voltage pulse or voltage pulses-at least one of the voltage pulses being similar to or greater than the coercive voltage, while a significantly smaller voltage or 0 V is applied to all unselected cells relative to the coercive voltage. A fourth step, having a high magnitude and a polarity opposite to the positioned polarity in step c) simultaneously to all selected cells

본 발명의 다른 특징들과 이점들은 첨부된 독립 청구항들로부터 자명할 것이다.Other features and advantages of the invention will be apparent from the accompanying independent claims.

본 발명은 다음의 도면들을 참조로 일반 배경 기술에 대한 후술하는 논의와 다양한 바람직한 실시예들로부터 더욱 잘 이해될 것이다.The invention will be better understood from the following discussion of the general background and various preferred embodiments with reference to the following figures.

도 1은 상기 언급된 것과 같이 기본적인 수동 매트릭스 배치를 도시하며, 상기 다소 상세하게 기술된 것과 같이 수평 워드라인들과 수직 비트라인들은 교차하며, 셀들은 워드라인들과 비트라인들이 서로 교차하는 중첩된 영역(volume) 내에 위치한다.Figure 1 shows a basic passive matrix arrangement as mentioned above, with horizontal wordlines and vertical bitlines intersecting as described in more detail above, with cells superimposed with wordlines and bitlines intersecting with each other. Located in the volume.

도 2는 상기 언급된 것과 같이 도 1의 매트릭스에 속하는 셀들 중 하나의 단면을 도시한다.FIG. 2 shows a cross section of one of the cells belonging to the matrix of FIG. 1 as mentioned above.

도 3은 상기 언급된 것과 같이 선택된 셀에서 서로 교차하는 하나의 워드라인(활성 워드라인: AWL)과 하나의 비트라인(활성 비트라인: ABL)에 전위를 제어함으로서 달성되는 수동 매트릭스 내의 주어진 셀의 전기적인 선택을 도시한다.FIG. 3 shows a given cell in a passive matrix achieved by controlling the potential at one wordline (active wordline: AWL) and one bitline (active bitline: ABL) that intersect each other in the selected cell as mentioned above. The electrical choice is shown.

도 4는 상기 언급된 것과 같이, 임프린트 현상이 없는 경우의 일렉트렛 또는 강유전체로 채워진 커패시터에 대한 일반화된 히스테리시스 곡선을 도시한다. 보 자력 전압(VC)과 잔류 분극성(PR)을 포함하는 중요한 특징들이 지시된다.4 shows a generalized hysteresis curve for a capacitor filled with electret or ferroelectric in the absence of an imprint phenomenon, as mentioned above. Important features are indicated, including the coercive force voltage (V C ) and residual polarization (P R ).

도 5a) - f)는 +방향과 -방향의 잔류 분극성과 관련된 임프린트의 여러 가지 단계들에서의, 일렉트렛 또는 강유전체로 채워진 커패시터에 대한 일반화된 히스테리시스 곡선을 도시한다.5a) -f) show a generalized hysteresis curve for an electret or ferroelectric filled capacitor at various stages of imprint related to residual polarization in the + and − directions.

도 6은 워드라인 상의 전체 행 내의 모든 셀이 동시에 판독되는 수동 매트릭스 메모리를 도시한다.Figure 6 shows a passive matrix memory in which all cells in all rows on a wordline are read simultaneously.

도 7a) 및 b)는 판독/리프래시/기록 시퀀스를 수행하는 전압 펄스 프로토콜들에 대한 예시를 도시한다.7A) and b) show examples for voltage pulse protocols that perform a read / refresh / write sequence.

도 8a) 및 b)는 본 발명에서 사용되는 전압 펄스 시퀀스들에 대한 예시를 도시한다.8a) and b) show examples for voltage pulse sequences used in the present invention.

도 9a는 본 기술분야에 알려지고 본 발명에서 사용되는 1/3 전압 선택 규칙을 사용하는, 수동 매트릭스 메모리의 펄스 프로토콜의 응용에 대한 예시를 도시한다.9A shows an example of the application of the pulse protocol of a passive matrix memory, using the 1/3 voltage selection rule known in the art and used in the present invention.

도 9b는 어드레스 되지 않은 셀들 상에 디스터브가 없는 매트릭스 메모리에 대한 펄스 프로토콜의 응용 예를 도시한다.9B shows an application of the pulse protocol to a matrix memory without disturb on unaddressed cells.

도 10은 워드라인 매핑을 사용하고 분할된 매트릭스 메모리에 적용된 본 발명의 실시예를 도시한다.10 illustrates an embodiment of the invention using wordline mapping and applied to a partitioned matrix memory.

도 11은 메모리의 대부분이 오랜 시간동안 액세스되지 않은 경우의 매트릭스 메모리에 적용 가능한 본 발명의 실시예를 도시한다.Fig. 11 shows an embodiment of the present invention applicable to a matrix memory when most of the memory has not been accessed for a long time.

도 12는 매우 임프린트된 메모리 셀들의 리프래시에 적합한 본 발명의 실시예를 도시한다.Figure 12 illustrates an embodiment of the present invention that is suitable for the backlash of highly imprinted memory cells.

본 발명을 매우 상세히 설명하기 전에, 본 발명 사상의 일반적인 배경기술을 간단히 논의할 것이다.Before describing the invention in greater detail, the general background of the inventive idea will be discussed briefly.

임프린트 현상은 강유전체 기반의 메모리 장치 내의 지금까지 시도된 모든 강유전체 물질에 보편적으로 존재하는 것으로 생각되며, 여기서 상기 물질은 무기물(세라믹)과 유기물(중합체) 모두를 포함한다. 그러나 임프린팅의 엄격함(severity)은 넓은 범위에서 변하며, 프로세싱과 물질의 변경에 의해 영향을 받을 수 있다. 전형적으로, 물질이 주어진 방향으로 분극 될 때 임프린트는 빠르게 (수 밀리 세컨드 내지 수 초 이하로) 발달하며, 그 후, 일부의 경우에서는 매우 긴 시간( 수시간 내지 수년)까지 시간에 대한 로그적인 관계(logarithmic time dependence)를 따르고, 또한 다른 경우에서는 오랜 시간동안 고정된 값으로 평평해지는(flatten out) 것으로 보이며, 점점 천천히 점진적으로 발달한다.Imprint phenomena are believed to be universally present in all ferroelectric materials attempted so far in ferroelectric-based memory devices, where the materials include both inorganic (ceramic) and organic (polymeric) materials. However, the severity of imprinting varies over a wide range and can be affected by processing and material changes. Typically, the imprint develops rapidly (from a few milliseconds to several seconds) when the material is polarized in a given direction, and then in some cases a logarithmic relationship to time up to a very long time (hours to years). (logarithmic time dependence), and in other cases it appears to flatten out to a fixed value for a long time, gradually developing gradually.

임프린트 현상을 설명하기 위한 모델은 강유전체 셀의 내부 필드(internal field)에 응답하여 강유전체 및 이의 경계면 내의 전하 이동(migration)을 포함한다. 본 발명에서 기술된 것과 같은 개선방법을 제공하기 위해서, 근본적인 메커니즘의 상세한 이해가 필요하지 않지만, 이 주제는 여기서 더 이상 추구되지는 않을 것이다. 본 발명에 대한 기본적인 전제(premise)는 메모리 셀들의 일렉트렛 또는 강유전체 물질 내의 전기장 스트레스(electric field stress)를 분별 있게 이용함 으로써 임프린트가 경감될 수 있다는 것이다. 이는 일련의 관련 물질들에 대해 축적된 광범위한 실험 데이터에 기초한다.The model for describing the imprint phenomenon includes a ferroelectric and charge migration within its interface in response to an internal field of the ferroelectric cell. In order to provide a method of improvement as described in the present invention, a detailed understanding of the underlying mechanisms is not necessary, but this subject will not be pursued here any further. The basic premise for the present invention is that imprint can be mitigated by using the electric field stress in the electret or ferroelectric material of the memory cells discreetly. This is based on extensive experimental data accumulated for a series of related substances.

도 5a-f를 참조하면, 히스테리시스 곡선의 이동(shift)은 +Pr 또는 -Pr 상태로 분극된 메모리 물질과 관련된다. 셀은 도 5a에서 도시된 것과 같이 처음에는 잔류 분극 -Pr을 갖는 비-임프린트 상태(non-imprinted state)라고 가정한다. 이를 어떻게 달성하는지는 다음의 논의에서 필수적이지 않다. 일정 주어진 시간에서, 도 5b에서 도시된 것과 같이 +Pr로 스위치 되며, 이 상태로 유지하도록 허락된다. 그 후에, 임프린팅 프로세스는 점진적으로 왼쪽으로 히스테리시스 곡선을 이동시키며, 결국은 도 5c에서 도시된 것과 같이 완전히 이동하게 된다. 이 점에서, 임프린팅은 임프린트 상태(imprinted state)에서 분극을 고정시키려는 경향이 있다는 것을 알 수도 있다. : + 극성 방향의 전압을 인가하면 바로 히스테리시스 곡선의 포화된 최상부(즉, 비-스위칭(non-switching) 유전체 응답이 우세한 곡선의 부분)를 따라 편의 이동(excursion)을 유도할 것이며, 전압이 제거되면 분극은 +Pr 상태를 회복한다. - 극성 방향의 전압을 적용하는 것은, 전압의 크기가 도 5c에서 도시된 비-임프린트 보자력 전압(-VC)을 상당히 초과할 때까지는, +Pr 상태에서 어떠한 인지할 수 있는 스위칭도 야기하지 않을 것이다. - 극성의 충분히 높은 스위칭 전압이 인가된다면, 그 땐 0으로 회복되며, 도 5d에서 도시된 것과 같이, 셀은 스위칭하여, -Pr 상태로 종결될 것이다. 만약 이것이 임프린팅 프로세스와 비교할 때 짧은 시간 척도에서 발생한다면, 셀은 도 3d에 도시된 히스테리시스 곡선에 따라서 인가된 전압에 따라 처음에 응답할 것이다. 시간이 흐를수록, 히스테리시스 곡선은 점진적으로 오른쪽으로 시프트 할 것이며, 도 5e에서 도시된 것과 같이 일시적인 준 비-임프린트 상태로 전개되며, 결국엔 도 5f에서 도시된 것과 같이 -Pr 분극을 나타내는 새로운 임프린트 상태로 마감한다. 실제로, 상기 공정의 속도와 마지막 상태는 스위칭 펄스의 크기와 지속 시간뿐만 아니라 셀 구조를 생성하는데 사용되는 물질들과 프로세스를 포함한 다양한 기타 요소들에 따라 결정된다. 임프린트 및 디스터브 성질들이 해당 셀의 스위칭 이력(피로), 및 습도와 온도와 같은 환경 파라미터에 의해 영향을 받는다는 것이 많은 경우에 관찰되었다. 5A-F , the shift of the hysteresis curve is associated with the memory material polarized in the + P r or -P r state. The cell is initially assumed to be a non-imprinted state with residual polarization -P r as shown in FIG . 5A . How this is achieved is not essential in the following discussion. At some given time, it is switched to + P r as shown in FIG . 5B and allowed to remain in this state. Afterwards, the imprinting process gradually shifts the hysteresis curve to the left, eventually moving completely as shown in FIG . 5C . In this regard, it may be appreciated that imprinting tends to fix polarization in the imprinted state . Applying a voltage in the positive polarity direction will immediately induce excursion along the saturated top of the hysteresis curve (i.e., the portion of the curve where the non-switching dielectric response predominates) and the voltage is removed. When the polarization returns to + P r state. Applying a voltage in the polarity direction will not cause any perceptible switching in the + P r state until the magnitude of the voltage significantly exceeds the non-imprint coercive voltage (-V C ) shown in FIG. 5C. will be. If a sufficiently high switching voltage of polarity is applied then it will return to zero, and as shown in FIG . 5D , the cell will switch and terminate to the -P r state. If this occurs on a short time scale when compared to the imprinting process, the cell will initially respond according to the applied voltage according to the hysteresis curve shown in FIG. 3D. Over time, the hysteresis curve will gradually shift to the right, developing into a temporary, non-imprint state as shown in FIG . 5E , and eventually a new imprint showing -P r polarization as shown in FIG . 5F . Finish in the state. Indeed, the speed and final state of the process depends not only on the size and duration of the switching pulse, but also on various other factors, including the materials and processes used to create the cell structure. In many cases it has been observed that imprint and disturb properties are affected by the switching history (fatigue) of the cell and environmental parameters such as humidity and temperature.

상술된 내용의 중요한 결과는, 두 잔류 상태(+Pr 또는 -Pr )의 한 상태인 셀은, 만약 이러한 상태들 중 하나로 충분히 오랜 시간동안 유지되도록 둔다면, 항상 한 방향 또는 다른 방향으로 임프린트 될 것이다. 따라서, 분극은 셀들 내에서 항상 존재하고, 방향의 반전을 경험할 수는 있지만 0으로 감소되지는 않는, 정상적인 기록/판독/소거 프로토콜 하에서 동작되는 메모리 장치에서, 비-임프린트 상태는 분극의 부분적 또는 완전한 스위칭을 야기하는 펄스와 결합하여 동적 상태(dynamic situation)의 일부로써만 직면 된다. 결과적으로, 셀을 비-임프린트 되게 하는 과정(procedure)들은, 임프린트가 발달하는데 필요한 전형적인 시간에 비해 짧은 시간 척도로 동작들이 발생하는 경우에만 유용할 수 있다.(셀을 일시적으로 임프린트의 원 방향에 관계없이 본질적으로 비-임프린트 상태로 생성하기 위한 과정의 예시 는, 최초의 임프린트 상태에서 셀들을 향상(lift)시키기에 충분히 세기의 일련의 펄스들을 인가하는 것이며, 이는 임프린트가 어느 한 방향으로 발달할 시간이 없도록 빠르게 분극을 앞뒤로 스위치 한다.) 다른 한편으로, 목적(object)이 불특정한 이후 시간에 이러한 셀들 상에서 동작을 수행하는 것일 때, 셀들로부터 임프린트를 제거하는 리프레싱 과정을 통해 획득되는 적은 양이 존재한다.An important consequence of the above is that a cell that is in one of two residual states (+ P r or -P r ) will always be imprinted in one direction or the other if left in one of these states for a long enough time. will be. Thus, in a memory device operating under normal write / read / erase protocols where polarization is always present in the cells and may experience reversal of direction but not diminish to zero, the non-imprint state may be partial or complete in polarization. It is only faced as part of the dynamic situation in combination with the pulse causing the switching. As a result, procedures that cause the cell to be non-imprinted may only be useful if the operations occur on a short time scale relative to the typical time required for the imprint to develop (temporarily move the cell in the original direction of the imprint). An example of a process for creating an essentially non-imprint state irrespective of it is to apply a series of pulses of sufficient intensity to lift the cells in the original imprint state, which will cause the imprint to develop in either direction. On the other hand, when the object is performing an operation on these cells at an unspecified time, the small amount obtained through the refreshing process to remove the imprint from the cells exist.

도 5a-f로 되돌아가면, 임프린트와 디스터브가 깊게 연결되어 있다는 것을 발견하는 것은 간단하다: 만약 셀이 주어진 분극 상태로 준비되어, +Pr 상태에 대해 도 5c에서 도시된 것과 같이 임프린트 하도록 허락된다면, 이는 상기 상태로 효과적으로 고정되며, 분극성의 손실 없이 현저한 디스터브 전압 스트레스를 견딜 수 있다. 다른 한편으로, 셀이 최근에 임프린트 상태에서 스위치 되었고, 반대 분극 상태로 남겨진다면, 임프린트 상태로 다시 스위칭하는 것에 대한 효과적인 보자력 장은 -VC보다 매우 적다. 이는 도 5d에서 명백하게 관찰될 수 있으며, 여기서 + 방향의 알맞은 전압의 적용은 +Pr 상태로의 변환을 야기할 것이다. 따라서, 심지어 디스터빙 전압을 VS/3으로 제한하는 기록 프로토콜 하에서의 동작 시에도, 임프린트가 새로운 상태를 안정시키기에 충분하게 길게 새로운 상태로 셀이 변동 없이(unperturbed) 유지되도록 허락되지 않는 한, 잔류 분극의 결과적인 손실을 수반한 현저한 백-스위칭(back-switching)이 발생할 수 있다.(참조 5e, 5f)Returning to FIGS. 5A-F , it is simple to find that the imprint and the disturb are deeply connected: if the cell is ready for a given polarization state and is allowed to imprint as shown in FIG . 5C for the + P r state It is effectively fixed in this state and can withstand significant disturbance voltage stress without loss of polarization. On the other hand, if the cell was recently switched in the imprint state and left in the opposite polarization state, the effective coercive field for switching back to the imprint state is much less than -V C. This can be clearly seen in FIG. 5D , where the application of a suitable voltage in the + direction will result in a transition to the + P r state. Therefore, Even when under the recording protocol that limits the discharge Tubingless voltage to V S / 3 operation, the imprint is not allowed to be sufficiently long cells maintained (unperturbed) without change to the new state in stabilizing the new state, and the remaining Significant back-switching can occur with the resulting loss of polarization (see FIGS. 5E, 5F ).

상술된 내용에 따라서, 본 발명은 임프린팅 프로세스의 동적 성질(dynamic nature)이 펄스 시퀀스들의 분별 있는 선택을 통해서 메모리 셀들 상에서의 리프래 시 또는 회복 동작들을 초래할 수 있도록 한다는 지침(precept)을 기초로 하며, 리프래시는 판독 및 기록 동작을 허용하는 타임프레임(timeframe)들 내에 효과적이다.In accordance with the foregoing, the present invention is based on a precept that the dynamic nature of the imprinting process can result in reflash or recovery operations on memory cells through the sensible selection of pulse sequences. Relash is effective within timeframes that allow read and write operations.

상술된 목적들은 다-단계(multi-step) 리프래시 과정을 적용함으로써 달성되며, 이의 기본적인 엘리먼트는 다음과 같다: The above objects are achieved by applying a multi-step retrace process , the basic elements of which are as follows:

제 1 단계에서, 리프래시 하도록 복종되는 셀들이 선택된다. 이는 메모리 장치의 컨트롤러 내에 프로그램된 기준에 따라서 수행되며, 선택되는 셀들은 하나의 메모리 셀 또는 워드라인으로부터 전체 메모리 장치를 포함할 때 까지를 포함할 수 있다. 선택 후에, 리프래시 요청 상채가 컨트롤러 내에 설정된다.In the first step, cells that are subjected to retrace are selected. This is performed according to a criterion programmed in the controller of the memory device, and the selected cells may include from one memory cell or word line until the entire memory device is included. After the selection, the refresh request shark is set in the controller.

제 2 단계에서, 리프래시에 대한 요청이 진행 중인 또는 예정된 메모리 동작과 이들에 할당된 우선순위를 고려하여 처리되며, 리프래시 전압 펄스 시퀀스가 초기화된다.In a second step, a request for a refresh is processed taking into account ongoing or scheduled memory operations and priorities assigned to them, and the refresh voltage pulse sequence is initiated.

제 3 단계에서, 리프래시 시퀀스 내의 초기화 한 펄스가 선택된 셀들에 인가된다. 이러한 펄스가 펄스의 적용 전에 저장되었던 임의의 데이터를 파괴하기 때문에, 일시적인 저장에 대한 명령(예를 들어 다시-기록을 수반한 리프래시의 경우에) 또는 데이터 전송(독출의 경우에)이 제공되어야만 한다.In a third step, the initializing pulse in the refresh sequence is applied to the selected cells. Since these pulses destroy any data that was stored before the application of the pulse, a command for temporary storage (for example in the case of a refresh with re-write) or data transfer (in the case of reading) must be provided. do.

제 4 단계에서, 리프래시 시퀀스의 나머지 전압 펄스들이 인가된다.In a fourth step, the remaining voltage pulses of the refresh sequence are applied.

선택적으로, 일시적으로 저장된 도는 새로운 데이터가 리프래시된 셀들에 기록될 예정인 다음의 기록 단계에서, 전체 워드 또는 단일 셀 기록 프로토콜 중 하나를 사용하여 기록 펄스 시퀀스가 인가된다. 이 단계는 리프래시의 유익한 효과 가 여전히 남아 있을 때 수행되어야만 한다.Optionally, in the next writing step in which temporarily stored or new data is to be written to the refreshed cells, a write pulse sequence is applied using either a full word or single cell write protocol. This step must be performed when the beneficial effects of relash still remain.

이제 리프래시 과정의 제 1 단계가 논의될 것이다. 상술된 배경기술에 관한 설명으로부터 명백하다시피, 리프래시 될 셀들의 선택은 서로 동시에 그리고 상호 의존적으로 전개되는 프로세스들과 외부 파라미터를 고려하여야만 한다. 따라서 제 위치에 분극을 고정시키는 임프린트의 진보적인 발달이 존재하며, 파괴적인 독출 동안에 더 늦고 감소된 스위칭 응답을 야기한다. 이는 무엇보다도 시간 통합 효과(time integration effect)이며, 디스터브 전압 스트레스에 본질적으로 독립적이지만, 해당 셀들의 온도 및 피로 상태에 잠재적으로 의존적이다. 이러한 임프린트에 대한 디스터브 효과를 추가하면, 임프린트의 동적 발달은 짧은 시간 척도뿐만 아니라 긴 시간 척도에도 중요해진다. 결국, 매우 많은 되풀이되는 디스터브들은 분극의 점진적인 쇠퇴를 야기할 수 있으며, 심지어 매우 임프린트-안정 셀들에서도 마찬가지다. 메모리 장치를 동작시키기 위한 주어진 임의의 펄스 프로토콜 - 예를 들어, VS/3 기록 프로토콜을 통합함 - 과 매우 많은 디스터브들을 갖춘 상태에서, 언제 리프래시 동작을 수행할지에 대한 결정은 전형적으로 디스터브 이벤트의 수에 의해 정해질 것이다. The first stage of the relash process will now be discussed. As is evident from the description of the background above, the selection of cells to be refreshed must take into account external parameters and processes that are deployed simultaneously and interdependently with each other. Thus there is a progressive development of imprint that holds polarization in place, resulting in a slower and reduced switching response during disruptive readout. This is above all a time integration effect and is essentially independent of disturb voltage stress, but potentially dependent on the temperature and fatigue state of the cells concerned. Adding this disturb effect to the imprint, the dynamic development of the imprint becomes important not only for the short time scale but also for the long time scale. After all, so many repetitive disturbs can cause a gradual decline of polarization, even in very imprint-stable cells. Given any pulse protocol for operating a memory device (eg, incorporating a V S / 3 write protocol) and with so many disturbances, the decision as to when to perform a refresh operation is typically a disturb event. It will be determined by the number of.

본 발명에 따라서, 세 가지 형태의 결정 모드가 리프래시 될 예정인 셀들을 선택하기 위해 발동될 수 있다. 이들은 디폴트 모드(Default mode), 예측 모드(Predictive mode), 및 피드백 모드(Feedback mode)와 같은 카테고리 하에서 기술될 것이다.In accordance with the present invention, three types of decision modes can be invoked to select the cells to be refreshed. These will be described under categories such as Default mode, Predictive mode, and Feedback mode.

1) 디폴트 모드 : 바람직한 실시예.1) Default mode: preferred embodiment.

이 모드에서, 본 발명에 따른 리프래시/회복 동작들은 자동적으로, 즉 리프래시 되고 있는 셀들 내의 임프린트와 디스터브의 임의의 평가 또는 인지 수준에 종속적이지 않게 구현된다.In this mode, the reflash / recovery operations according to the present invention are implemented automatically, i.e., independent of any evaluation or cognitive level of imprints and disturbs in the cells being refreshed.

본 발명의 일 바람직한 실시예에 따라서, 이는 매트릭스 또는 메모리 장치 - 매트릭스는 메모리 장치의 일부임 - 가 휴면중이거나, 오프 상태로 스위치 된 기간 후에, 명령어가 데이터를 판독하거나 기록하기 위해 수신될 때마다 일 것이다. 이의 예시로서, 리프래시 과정의 구현은, 부팅(boot-up) 후에, 부팅 이벤트 전의 매트릭스의 사용 이력에 독립적으로 발생하는, 제 1 판독 또는 기록 동작과 결합하여 자동적으로 수행된다.According to one preferred embodiment of the present invention, this means that whenever a matrix or memory device, where the matrix is part of the memory device, is idle or after a period of time switched off, the instruction is received to read or write data. would. As an example of this, the implementation of the refresh process is automatically performed in combination with the first read or write operation, which occurs after boot-up, independent of the usage history of the matrix before the boot event.

디폴트 모드를 포함하는 다른 바람직한 실시예에 따라서, 리프래시/회복 동작들은, 절대 시간 또는 누적된 시스템 동작 시간을 보여주는 내부 또는 외부 시계(clock)에 의해 결정되듯이, 임의의 시간 마크(time marks)에서 초기화 된다. 예시들은 매 시간에 한번 또는 매 일/주/달 한번일 수 있다.According to another preferred embodiment, including the default mode, the refresh / recovery operations are any time marks, as determined by an internal or external clock showing absolute time or accumulated system operating time. Initialized at Examples may be once every hour or once every day / week / month.

- 이러한 바람직한 실시예들의 일 하위-카테고리에서, 리프래시 과정은 판독 또는 기록 액세스를 위해 어드레스된 워드라인 또는 워드 라이들에만 인가된다.In one sub-category of these preferred embodiments, the refresh process is only applied to the addressed word line or word lie for read or write access.

- 이러한 바람직한 실시예들의 다른 하위-카테고리에서, 완전한 매트릭스 또는 그 일부는, 단계로 된(stepped) 시퀀스에서 워드라인 마다, 다시-기록(write-back) 단계를 포함한 리프래시 과정을 실행함으로 리프래시된다. 각각의 워드라인 상의 데이터 내용은 메모리 장치 내의 다른 곳에 일시적으로 저장된다.In another sub-category of these preferred embodiments, the complete matrix, or a portion thereof, is refreshed by executing a refresh process including a write-back step, per wordline, in a stepped sequence. do. The data content on each wordline is temporarily stored elsewhere in the memory device.

- 이러한 바람직한 실시예들의 또 다른 하위-카테고리에서, 완전한 매트릭스 또는 그 일부는, 다시-기록 단계를 포함한 리프래시 과정을 실행함으로 리프래시 되며, 둘 이상의 워드라인을 병행하여(in parallel) 포함하는 블록들을 기록한다. 각각의 워드라인 상의 데이터 내용은 메모리 장치 내의 다른 곳에 일시적으로 저장된다.In another sub-category of these preferred embodiments, the complete matrix or a part thereof is refreshed by performing a rewrite process including a re-write step, and including in parallel two or more word lines. Record them. The data content on each wordline is temporarily stored elsewhere in the memory device.

2) 예측 모드 : 바람직한 실시예.2) Prediction mode: preferred embodiment.

이 모드에서, 임프린트와 디스터브는, 매트릭스의 사용 이력으로부터 수치상으로 정의되고 결정될 수 있는 메트릭(metrics)과 관련하여 예상 가능 방법(predictable manner)으로 발달한다고 가정된다.In this mode, it is assumed that imprints and disturbs develop in a predictable manner with respect to metrics that can be defined and determined numerically from the history of use of the matrix.

상기 메트릭을 포함한 바람직한 실시예들은 다음을 기초로 한다:Preferred embodiments including the metric are based on:

기록 단계를 포함한 리프래시 과정이 매트릭스 내의 주어진 셀 또는 셀들의 그룹 상에서 수행된 후로의 경과 시간(elapsed time). 여기서, 경과 시간은 메모리 장치가 오프로 스위치 되었던 등의 기간을 포함하거나 또는 포함하지 않는 것으로 정의될 수 있다.Elapsed time after the reflash process including the write step has been performed on a given cell or group of cells in the matrix. Here, the elapsed time may be defined as including or not including a period in which the memory device is switched off.

상기 셀들 또는 셀들의 그룹이 기록되었거나 리프래시된(재-기록된) 후로의, 주어진 셀 또는 셀들의 그룹에 의해 저하된(suffered) 기록 디스터브 이벤트의 수.The number of write disturb events that have been suffered by a given cell or group of cells since the cells or group of cells have been recorded or refreshed (re-written).

상기 셀들 또는 셀들의 그룹이 마지막으로 기록/리프래시된 후로의, 예를 들어, 시간에 의해 가중된 주어진 셀 또는 셀들의 그룹에 디스터브 이벤트들을 추가함으로서 결정되는 축적된 디스터브 스트레스와 같은, 결합된 입력 데이터를 기초로 한 메트릭. 결합된 형태의 메트릭의 중요한 클래스는 환경 파라미터, 특히 온 도가 입력 변수로서 사용되는 경우이다: 경험적으로, 임프린트의 시간적 발달은 일렉트렛 또는 강유전체 내의 온도에 현저하게 의존될 수 있으며, 전형적으로 높은 온도에서 더 빠르게 발달한다.Combined input, such as accumulated disturb stress, determined by adding disturb events to a given cell or group of cells weighted by time, e.g., after the cells or group of cells were last written / refreshed Metrics based on data. An important class of metrics in the combined form is where environmental parameters, especially temperature, are used as input variables: empirically, the temporal development of the imprint can be significantly dependent on the temperature in the electret or ferroelectric, typically at high temperatures. Develop faster.

예측 모드에서, 리프래시/회복 과정은 전형적으로 디폴트 모드에서보다 덜 빈번하게 구현되며, 시스템 자원을 덜 요구하도록 한다.In the prediction mode, the refresh / recovery process is typically implemented less frequently than in the default mode, and requires less system resources.

3) 피드백 모드 : 바람직한 실시예.3) Feedback mode: preferred embodiment.

이는 관련된 셀 응답 파라미터들 - 예를 들어, 표준화된 펄스 프로토콜에 대한 분극 스위칭 응답(속도 및 크기) - 을 측정함으로써 주어진 셀 또는 셀들의 그룹 내의 업무(affair)들의 실제 상태를 확인하는 것을 의미한다. 후자는 시간 지연(time delay)들에 의해 분리된, 다양한 진폭을 갖는 펄스들을 포함할 수 있다.This means confirming the actual state of the affairs within a given cell or group of cells by measuring the relevant cell response parameters-for example polarization switching response (speed and magnitude) for a standardized pulse protocol. The latter may include pulses of various amplitudes separated by time delays.

바람직한 실시예들의 일 클래스에서, 측정은 메모리 장치의 일상적인 동작 중의 기록/판독 동작의 목표가 되는 셀 또는 셀들의 그룹들 상에서 수행된다. 이는 그렇지 않았을 경우의 예정된 판독추출 또는 리프래시와 관련된 리프래시 과정의 제 3 단계 동안, 진단 특성(diagnostic feature)을 스위치 된 전하의 식별(detection) 내로 삽입함으로써 가능하다. 이는 보통의 펄스 프로토콜에 시간과 복잡화(complication)를 추가하기 때문에, 모든 시간에서 수행될 필요는 없지만, 메모리 장치 컨트롤러가, 예를 들어 상기 2) 예측 모드 하에서 기술된 것과 같이 액세스 이벤트들의 카운팅에 응답하여 그와 같이 결정할 때, 구현될 수 있다.In one class of preferred embodiments, the measurement is performed on the cell or groups of cells that are the target of the write / read operation during the normal operation of the memory device. This is possible by inserting a diagnostic feature into the detection of the switched charge during the third phase of the refresh process associated with scheduled readout or re-flash if not otherwise. Since this adds time and complexity to the normal pulse protocol, it does not have to be performed at all times, but the memory device controller responds to the counting of access events as described, for example, under 2) prediction mode. And when so determined, may be implemented.

관련된 바람직한 실시예에서, 단계 3이, 판독 명령에 응답하여 실행될 때, 스위칭 속도 측정과 같은 진단 특징들을 포함하도록, 리프래시 과정의 제 1의 세 단계들은 결합된다. 리프래시 컨디션에 대한 필요를 약화시키는 단계 1 및 2 에 따라서, 리프래시 과정에서의 이하의 단계들이 다음에 이어질 것이다.In a related preferred embodiment, the first three steps of the refresh process are combined such that when step 3 is executed in response to a read command, it includes diagnostic features such as switching speed measurement. In accordance with steps 1 and 2, which weaken the need for a refresh condition, the following steps in the refresh process will follow.

또 다른 바람직한 실시예에서, 유사한 동작 이력을 갖는 다른 셀 또는 셀들의 그룹이 참조로써 기능하는데 이용된다. 동작 이력이 실질적으로 유사하다는 것을 보증하기 위해서, 선택된 참조 셀 또는 셀들은, 이 셀 또는 셀들이 잠재적인 리프래시를 위해 감시됨에 따라, 동일한 워드라인 또는 워드라인들의 그룹에 위치될 수 있어서, 디스터브 효과 및 스위칭 액세스의 수가 감소될 것이다.In another preferred embodiment, another cell or group of cells with similar operating history is used to serve as a reference. To ensure that the operation history is substantially similar, the selected reference cell or cells can be placed in the same wordline or group of wordlines, as these cells or cells are monitored for potential refresh. And the number of switching accesses will be reduced.

또 다른 바람직한 실시예에서, 메모리 장치 내의 컨트롤 유닛은, 예를 들어, 상술된 것과 같은 서브-매트릭스의 형태인, 관련 메모리 셀들 또는 메모리 셀들의 그룹에 대한 동작 이력을 기록하고, 상기 목적을 위해 할당된 매트릭스의 일부에 "쉐도우(shadow)" 또는 "슬레이브(slave)" 존재를 통한 동일한 동작 이력이 적절하게 가해졌던, 참조 셀들에 대한 측정을 수행한다.In another preferred embodiment, the control unit in the memory device records the operation history for the associated memory cells or group of memory cells, for example in the form of a sub-matrix as described above, and assigns for this purpose. A measurement is made for reference cells, in which the same operating history with the presence of "shadow" or "slave" was appropriately applied to a portion of the matrix.

리프래시 과정의 제 2 단계는 이제 논의될 것이다: 리프래시 및 다시-기록 과정은 수행하는데 시간이 걸리며, 메모리 장치의 많은 자원을 요구한다. 이는 메모리 장치의 정규 동작과의 충돌 - 예를 들어, 매트릭스와 보조 하드웨어에 대한 일시적인 액세스 우선순위에 관한 -을 최소화하기 위해서는 특별한 관리가 필요하다는 것을 내포한다. 게다가, 본 발명에 따른 보자력 측정 구현하기 위한 성능은 물리적 복잡도에 대한 결과와 메모리 장치의 비용을 갖는다. 추가적으로, 상술된 결정 모드(decision mode)들은 전형적으로 해당 장치의 기술적 성능 및 기대되는 사용 프로파일에 적합한 우선순위 계층도(priority hierarchy)의 일부일 것이다. 이 목적을 위해서, 이후의 전략들 중 하나 또는 모두가 이하에 후술될 수 있다: The second stage of the refresh process will now be discussed: The refresh and re-write process takes time to perform and requires a lot of resources of the memory device. This implies that special care is needed to minimize conflicts with the normal operation of the memory device, e.g. regarding temporary access priorities for the matrix and auxiliary hardware. In addition, the performance for implementing coercive force measurement according to the present invention has consequences for physical complexity and the cost of memory devices. In addition, the decision modes described above will typically be part of a priority hierarchy suitable for the technical performance of the device and the expected usage profile. For this purpose, one or all of the following strategies can be described below:

독출에서의 에러율과 저장된 데이터 무결(integrity)을 위한 최소 요구사항을 충족시키는 동안의, 가능한 적은 리프래시/회복 동작들의 수행. 이러한 연결에서, 상기 1), 2), 3)의 결정 모드들은 메모리 장치의 일반적인 동작들에 대한 점진적으로 적어진 방해를 허용하도록 구성될 수 있다.Perform as few refresh / recovery operations as possible while meeting the minimum requirements for error rate in reads and stored data integrity. In this connection, the decision modes of 1), 2) and 3) can be configured to allow progressively less disturbance to the general operations of the memory device.

해당 매트릭스 또는 서브-매트릭스를 포함하는 기록/소거/판독 명령어들이 실행되고 있지 않을 때의 유휴 시간(idle time)의 사용을 생성.Create use of idle time when write / erase / read instructions containing the corresponding matrix or sub-matrix are not running.

우선순위 계층도에 관련된 결정들은, 입력 명령어, 매트릭스 내의 진행 중인 동작, 순간적인 피로, 매트릭스 또는 그 서브-유닛들의 디스터브 및 임프린트 상태, 가능한 관련 환경 파라미터들(온도) 등을 기록하는, 컨트롤러 유닛에 의해 생성된다.Decisions related to the priority hierarchy diagram can be made to the controller unit, recording input instructions, ongoing operations in the matrix, instantaneous fatigue, disturb and imprint status of the matrix or its sub-units, possible relevant environmental parameters (temperature), and the like. Is generated by

컨트롤러 기능을 통제하는 하나의 결정적인 요소는 데이터가 손실되지 않을 것이라는 것이다. 각각의 리프래시/회복 동작에서의 임의의 시간동안, 다시-기록을 기다리는 동안 장치 내에 일시적인 저장장치에 데이터가 존재할 수 있다. 임의의 환경에서, 이러한 데이터들은 만약 리프래시/회복 동작이 중단되거나 너무 일찍 종결된다면 손실될 것이다. 따라서, 들어오는 기록/소거/판독 명령이 예정된 리프래시/회복 동작에 비해 높은 우선순위를 가지는 것으로 정의될 수 있을 지라도, 후자가 이의 과정을 완성되도록 허용되어야만 하는 경우에는 인스턴스(instance)들이 직면될 수 있다. 다른 한편으로, 만약 우선화된 메모리 액세스가 들어온다면, 진행중인 리프래시/회복 과정들은, 이것이 데이터 내요을 절충하지 않는, 사이클에서 가장 가까운 지점에서 억제될 수 있으며, 그리고 메모리 액세스가 완성될 때까지 중지 상태로 잔류할 수 있다. 이러한 예시는 예를 들어 완성된 매트릭스의 전체적인 리프래시 동안의 일시적인 중단일 것이며, 여기서 매트릭스는 단계로 된 시퀀스 내의 워드라인 마다, 다시-기록 단계를 포함한 리프래시 과정에 구속된다. 이 경우에, 리프래시/회복 프로세스는 하나의 워드라인 리프래시/회복과 다음의 사이에서 일시적으로 연기될 수 있다. 만약 리프래시/회복 프로세스가 완성될 수 있기 전에, 우선화된 메모리 액세스를 매우 많이 중단시키는 일이 발생한다면, 이러한 우연성(contingency)은 적절하게 프로그램된 컨트롤러에 의해 조종될 수 있다. 다시 단계 1을 참조하면, 리프래시 동작은 예를 들어 리프래시 과정이 목표하는 셀들이 마지막으로 리프래시된 후 trefresh초에서 시작이 허용되도록, 시간적인 간격을 두고 초기화 될 수 있다. 만약 시간(trefresh)에 도달하였을 때에도 데이터가 여전히 제어되고 신뢰할 수 있는 방법으로 판독되고 기록될 수 있도록 시간(trefresh)이 선택된다면, 다른 더 높은 우선순위의 활동이 메모리를 간섭하고 액세스하도록 허용하기 위해서, 또 다른 한정된 기간 동안 초기화된 리프래시 과정을 중단하는 것이 가능할 것이다. 그러나 리프래시 과정이 완성될 때까지 판독 및 기록이 오랫동안 허락되지 않을 수도 있는 경우에는 임의의 시간 제한이 항상 있을 것이다. 이러한 시간 제한 후의 임의의 시간, 즉 tforce에 그리고 리프래시 과정이 완성되기 전에, 리프래시 과정은 가장 높은 우선순위로 강행되어야만 한다. 임의의 메모리 적용에 있어서 trefresh < tforce인 적절한 값을 선택함으로써, 리프래시 과정은, 가장 높은 우선순위를 항상 요구하는 리프래시 과정을 포함한 상황과 비교할 때, 대부분의 경우에 일반적인 메모리 액세스들을 위해 투명해 질 수 있다. 명백하게, 한편의 메모리 장치 내의 데이터 내용에 대한 부드럽고, 빠르고 투명한 액세스를 달성하는 것과, 다른 한편의 컨트롤러 내의 복잡하고 무거운 프로세싱 및 메모리 기능들을 피하는 것 사이에는 트레이드-오프(trade-off)가 존재한다. 지연된 메모리 액세스의 발생이 문제없는 어플리케이션에서는, 일반적인 액세스들이 리프래시/회복 중에 우선순위를 갖지 않도록 하는 것이 간단한 해법이다.One decisive factor in controlling the controller function is that no data will be lost. During any time in each refresh / recovery operation, there may be data in temporary storage in the device while waiting for re-write. In some circumstances, such data will be lost if the refresh / recovery operation is interrupted or terminated too early. Thus, although an incoming write / erase / read command can be defined as having a higher priority than a scheduled refresh / recovery operation, instances may be faced if the latter must be allowed to complete its process. have. On the other hand, if a prioritized memory access comes in, ongoing re-flash / recovery processes can be suppressed at the closest point in the cycle, which does not compromise data content, and is suspended until memory access is complete. May remain. This example would be, for example, a temporary interruption during the entire refresh of the completed matrix, where the matrix is constrained to a refresh process including a re-write step, for each wordline in the sequence of steps. In this case, the refresh / recovery process may be temporarily delayed between one wordline refresh / recovery and the following. If contingency occurs so much that prioritized memory access occurs before the refresh / recovery process can be completed, this contingency can be controlled by a properly programmed controller. Referring back to step 1, the refresh operation may be initialized at a time interval such that, for example, the refresh process is allowed to start at t refresh seconds after the target cells are finally refreshed . If the time (t refresh) even when reaching the data is still controlled, so that it can be read and written with reliable way time (t refresh) is selected, the other more acceptable activity of the higher priority so as to interfere with and access the memory In order to do so, it may be possible to abort the reset reinitialization process for another finite period of time. However, there will always be an arbitrary time limit if reading and writing may not be allowed for a long time until the refresh process is completed. At any time after this time limit, i.e. at t force and before the refresh process is completed, the refresh process must be forced to the highest priority. By choosing an appropriate value with t refresh <t force for any memory application, the refresh process is for most memory accesses in most cases when compared to situations involving a refresh process that always requires the highest priority. Can be transparent. Clearly, there is a trade-off between achieving smooth, fast and transparent access to the data content in the memory device on the one hand and avoiding complicated and heavy processing and memory functions in the controller on the other. In applications where there is no problem with the occurrence of delayed memory accesses, it is a simple solution to ensure that normal accesses do not have priority during the refresh / restore.

이제 리프래시 과정의 제 3 단계가 논의될 것이다: 도 6의 일 실시예의 일 예에서 도시된 것과 같이, 선택된 워드라인("활성 워드라인", 도면에서 AWL)상의 모든 셀들에게 전압 펄스가 인가되며, 이 전압 펄스는 이에 의해 생성된 필드의 방향에 반대로 분극된 상기 셀들을 스위치하기에 충분한 세기와 미리 정해진 극성을 갖는다. 이는 도시된 것과 같인 선택된 워드라인에 연결된 신호 소스와 증폭기에 의해 달성된다. 동시에, 모든 다른 워드라인들(비활성 워드라인들, 도면에서 IWL)과 모든 비트라인들(능동 비트라인들, 도면에서 ABL)은, 선택된 워드라인의 전압에 비해 모든 다른 셀들의 양단 전압이 0 또는 거의 0이도록 보장하는 전위에서 유지된다.(비트라인 전위는 도면에서 부호로써 도시되는 감지 증폭기 회로에 의해서 가상 그라운드에서 능동적으로 유지된다.) 이 방법에서, 어드레스 되지 않은 셀들, 즉 매트릭스 내의 AWL에 연결되지 않은 셀들의 양단에는 디스터빙 전압이 나타나지 않는다. 만약 이 제 3 단계가 판독 동작의 일부로써 수행된다면, 전압 펄스의 적용으로부터 야기되는 스위칭 전류는 각각의 비트라인에 연결된 감지 증폭기에 의해서 동시에 기록되며, 선택된 워드라인 상의 스위치 된 셀들의 대응하는 논리 상태들은 결정된다. 이 과정은 종래 기술의 "전체 행 판독(full row read)"을 생각나게 하며, 여기서 수동 매트릭스 어드레스된 메모리 어레이로부터 디스터브가 없는, 높은 병렬 독출을 제공하는데 사용된다. 그러나 셀들이 동작 전에 매우 임프린트될 수도 있는 가능성에 특별한 관심이 있는 이러한 경우에, 활성 워드라인 상의 셀들에 인가된 전압 펄스가 상당한 한계(margin)을 초과하는 크기 및/또는 지속시간을 갖도록 선택될 수 있으며, 이러한 한계는 도 4에서 도시된 스위칭 전압(VS)로 지시되며, 임프린트 되지 않은 셀에서 잔류 분극 상태들(+Pr 및 -Pr) 사이의 변경을 달성하는데 필요하다. 만약 이 제 3 단계가 리프래시 또는 프리-셋(pre-set) 동작의 일부로서만 수행된다면, 스위칭 전류는 여전히 기록될 필요가 있으며, 다시-기록을 기다리는 동안 일시적으로 저장된 데이터는, 셀들이 리프래시 되거나 프리-셋 될 예정이라면, 그렇지 않으면 손실될 정보들을 포함한다. 만약 어떠한 데이터도 저장할 필요가 없다면, 비트라인들은 도 6에서 도시된 것과 같은 가상 그라운드로 유지되는 대신에 스위치에 의해 실제 그라운드로 강제될 수도 있다. 당해 기술분야의 당업자가 쉽게 알 수 있듯이, 도 6에서 도시된 것과 같은 전위들의 정확한 선택은 오직 설명적 이유를 위해서이다. 동일한 판독 계획안(scheme)들이 고안될 수 있으며, 여기서 전위들은 도 6에서 도시된 것들과 비교하여 균일하게 이동되거나 교환되고, 예를 들어 워드라인 전위를 그라운드에 배치하고, 모든 다른 라인들을 스위칭 전압에 대응하는 전압에 의해 그라운드로부터 상이해진 전위에 배치한다. The third step of the reflash process will now be discussed: As shown in an example of one embodiment of FIG . 6 , a voltage pulse is applied to all cells on a selected word line (“active word line”, AWL in the figure). This voltage pulse has a predetermined polarity and sufficient intensity to switch the cells polarized opposite to the direction of the field generated thereby. This is accomplished by a signal source and an amplifier connected to the selected wordline as shown. At the same time, all other word lines (inactive word lines, IWL in the figure) and all bit lines (active bit lines, ABL in the figure) have zero or both voltages across all other cells relative to the voltage of the selected word line. It is held at a potential that guarantees to be almost zero. (The bitline potential is actively held at virtual ground by the sense amplifier circuit shown by reference in the figures.) In this method, it connects to unaddressed cells, AWL in the matrix. Disturbing voltage does not appear across cells that are not. If this third step is performed as part of the read operation, the switching current resulting from the application of the voltage pulses is simultaneously written by a sense amplifier connected to each bit line and the corresponding logic state of the switched cells on the selected word line. Are determined. This process is reminiscent of the prior art "full row read", where it is used to provide high parallel reads without disturb from passive matrix addressed memory arrays. However, in this case of particular interest in the possibility that the cells may be very imprinted prior to operation, the voltage pulse applied to the cells on the active wordline may be chosen to have a magnitude and / or duration that exceeds a significant margin. This limit is indicated by the switching voltage V S shown in FIG . 4 and is necessary to achieve a change between residual polarization states (+ Pr and -Pr) in the non-imprinted cell. If this third step is performed only as part of a re -flash or pre-set operation, the switching current still needs to be written, and the data temporarily stored while waiting for re-write will cause the cells to leaf. If it is to be lashed or pre-set, it contains information that would otherwise be lost. If there is no need to store data, the bit line may be forced to the actual ground by a switch, instead of being maintained at a virtual ground, such as that illustrated in FIG. As will be readily appreciated by one skilled in the art, the correct selection of potentials as shown in FIG. 6 is for illustrative purposes only. The same read schemes can be devised, where the potentials are evenly shifted or exchanged compared to those shown in FIG . 6 , for example placing the word line potentials at ground and all other lines to the switching voltage. It is arranged at a potential different from the ground by a corresponding voltage.

종결하기 위해서, 이 제 3 단계는 이 단계에서 인가된 펄스의 방향에 반대로 임프린트된 셀들을 해제(unlocking)하고, 이들을 일 방향으로 분극 한다. 이는 판독 명령에 응답하여, 또는 모든 어드레스된 셀들을 동일한 방향으로 분극시키는 것을 원하는 경우에, 또는 매우 임프린트된 셀들을 해제하기 위한 초기화 단계로서 수행될 수 있다. 이후의 단계들과 함께, 이 단계는 셀들을 이 동작들 이후의 임의의 시간 길이(time-span)이내에 낮은 임프린트를 전기적으로 나타내도록 조절한다.To terminate, this third step unlocks the imprinted cells as opposed to the direction of the pulse applied in this step and polarizes them in one direction. This can be done in response to a read command, or if you want to polarize all addressed cells in the same direction, or as an initialization step to release very imprinted cells. In conjunction with subsequent steps, this step adjusts the cells to electrically represent a low imprint within any time-span after these operations.

이제 리프래시 과정에서 제 4 단계가 논의될 것이다: 일련의 펄스들이 미리 정의된 프로토콜에 따라서 선택된 워드라인에 인가되며, 여기서 셀들 내의 임프린트를 감소시키거나 제거하고 이후의 기록/판독 동작을 용이하게 하기 위해서, 펄스 트레인(pulse train)의 개별 펄스들의 수, 세기, 지속 기간 및 극성이 선택된다. 동시에, 모든 다른 워드라인들과 모든 비트라인들 상의 전위는 제어되어, 상기 제 3 단계 하에서 기술된 경우와 유사하게, 선택된 워드라인 상의 전압보다 모든 다른 셀들의 양단 전압이 거의 0이거나 또는 적어도 스위칭 역치(threshold) 이하이다. The fourth step in the refresh process will now be discussed: a series of pulses is applied to the selected wordline according to a predefined protocol, where it reduces or eliminates imprints in the cells and facilitates subsequent write / read operations. In order to do this, the number, intensity, duration and polarity of the individual pulses of the pulse train are selected. At the same time, the potential on all other word lines and all bit lines is controlled such that the voltage across all other cells is near zero or at least the switching threshold, similar to the case described under the third step above, than the voltage on the selected word line. It is less than (threshold).

임프린트 현상은 복잡하고 다양하지만, 임프린트된 일렉트렛 또는 강유전체 상의 전기장의 효과에 관한 상당한 양의 경험적 지식이 존재한다. 이와 관련해서 특별한 관련성은 도 1과 2에서 도시된 것과 같은 메모리 셀들에서 임프린트를 감소시키거나 제거시키기 위해 인가될 수 있는 전압 펄스 시퀀스들이다. 진행하기 전에, 도 5e를 참조하는 것은 유용할 수 있으며, 도 5e는 주어진 분극의 임프린트 상 태에서 반대 분극성을 갖는 새로운 상채로 스위치 된 후의 장래 임의의 순간에 단일 셀에 대한 상태(situation)를 도시한다: 임의의 시간에서, 얼마나 빨리 임프린트가 발달하는지에 따라서, 셀은 이후에 인가된 전기 펄스에 응답하여 외관상으로 임프린트가 없게(imprint-free) 될 것이다.Imprint phenomena are complex and varied, but there is a significant amount of empirical knowledge regarding the effects of electric fields on imprinted electrets or ferroelectrics. Of particular relevance in this regard are voltage pulse sequences that can be applied to reduce or eliminate imprints in memory cells such as those shown in FIGS . 1 and 2 . Before proceeding, may also be useful to refer to 5e, Figure 5e is a state (situation) of the single cell at any instant the future after the switch to the new sangchae of opposite polarized in the imprinting status of a given polarization Shows: At any time, depending on how quickly the imprint develops, the cell will later be imprint-free in appearance in response to an applied electrical pulse.

임프린트가 동시에 많은 셀들로부터 제거될 때, 워드라인 상의 셀들의 전체 행이 동시에 조절되는 경우에서, 셀들이 상이한 방향으로 임프린트 될 수 있다는 것을 고려해야한 하며, 단일 단극 펄스는 부적합할 것이다. 경험적으로, 양극 펄스의 시퀀스가 초기 임프린트 방향에 상관없이 임프린트를 제거하는데 효과적일 수 있다는 것을 알고 있다. 이러한 양극 펄스 시퀀스의 예는 도 7에서 개념적으로 도시된다. 여기서, 어드레스된 워드라인 상의 셀들의 양단에 나타나는 전압만을 도시한다: 단계 3에서의 양극 펄스 다음에, 단계 4("리프래시")의 양극 펄스들의 트레인이 뒤따르며, 이후에 전형적으로 이후의 기록 단계를 위한 스테이지를 설정하는 미리 정해진 극성을 가진 마지막 펄스로 종결된다. 단계 4에서의 펄스의 수는 하나에서 수천 개까지일 수 있으며, 일반적으로는 수백일 것이 요구된다. 높은 스위칭 전압이 요구되지 않거나, 얻기 불가능한 상황에서, 동일한 스위칭 효과는 더 적은 크기이지만 더 긴 지속기간을 갖는 펄스들에 의해 얻어질 수 있다. 일반적으로, 이러한 상황이 항상 유지될 것이 필요한 것은 아닐지라도, 단계 4에서의 펄스들의 각각은 +Pr 과 -Pr 사이에서 전후로 분극을 스위칭 하기에 충분한 크기와 지속기간을 가질 것이다:When the imprint is removed from many cells at the same time, it should be taken into account that the cells may be imprinted in different directions when the entire row of cells on the wordline is adjusted at the same time, and a single unipolar pulse would be inappropriate. Empirically, it is understood that a sequence of bipolar pulses can be effective for removing imprints regardless of the initial imprint direction. An example of such a bipolar pulse sequence is shown conceptually in FIG . 7 . Here, only the voltage appearing across the cells on the addressed wordline is shown: following the bipolar pulse in step 3, followed by the train of bipolar pulses in step 4 ("refresh"), which is typically followed by subsequent writing. It ends with the last pulse with a predetermined polarity that sets the stage for the step. The number of pulses in step 4 can be from one to several thousand, and typically needs to be hundreds. In situations where a high switching voltage is not required or not obtainable, the same switching effect can be obtained by pulses of smaller magnitude but with a longer duration. In general, although this situation does not always need to be maintained, each of the pulses in step 4 will have a magnitude and duration sufficient to switch the polarization back and forth between + Pr and -Pr:

또한, 강한 스위칭 펄스가 약한 펄스와 결합된 시퀀스를 포함한, 더 복잡한 펄스 시퀀스도 관련될 수 있다. 펄스 시퀀스들의 일부 추가 예시들이 도 8에서 도시된다. 도 8a에서, 단계 4는 단계 3에서와는 반대되는 극성, 및 단계 3의 방향으로 임프린트된 셀들이(단계 3에서의 펄스에 의해 흐트러지지 않게 존속될 수도 있는) 해제되어 스위치 된다는 것을 보증하기에 충분한 크기와 지속기간을 가진 단일 펄스로 구성된다. 따라서, 단계 3과 단계 4에서 형성된 양극 펄스는 어느 방향으로든 임프린트된 셀들을 해제할 것이다. 타이밍은 중요하지만, 만약 단계 4에서의 펄스가 단계 3에서의 펄스 후에 매우 바로 뒤따르고, 해당 셀이 단계 3의 펄스에 의해 임프린트 상태에서 스위치 되었다면, 히스테리시스 곡선의 점진적인 이동에서 고유의 단계 3의 펄스의 디-임프린팅 효과는 아직 전개될 시간을 가지고 있지 못하였으며, 단계 2의 펄스는 셀을 다시 임프린트 상태로 스위치 할 것이다. 따라서, 임의의 대기 시간(τwait)은 전형적으로 두 펄스 사이에 규정될 것이며, 여기서 τwait는 셀 내의 분극 안정성(polarization stabilization)에 대한 임의의 측정을 허용할 수 있을 정도로 충분히 길어야 하지만, 장치의 동작을 늦출 정도로 길어서는 안 된다. 도 8b도 8a에서의 시퀀스의 변형을 도시하며, 여기서는 이제 양극 스위칭 펄스의 트레인이 추가된다. 이 예시에서, 마지막 펄스는 프리-세팅된 셀에 사용되는 것에 대응한 미리 정해진 극성을 갖는다. 양극 펄스의 트레인은 관련된 물질과 동작 상태에 따라서 선택되어야만 한다. 또한 이는 중간 펄스 이격(interpulse spacing: τoff)과 펄스 폭(τon)에 적용된다.More complex pulse sequences may also be involved, including sequences in which strong switching pulses are combined with weak pulses. Some further examples of pulse sequences are shown in FIG. 8 . In FIG. 8A , step 4 is of opposite polarity to that in step 3, and of sufficient size to ensure that the cells imprinted in the direction of step 3 are released and switched (which may remain undisturbed by the pulse in step 3). It consists of a single pulse with and duration. Thus, the bipolar pulse formed in steps 3 and 4 will release the imprinted cells in either direction. Timing is important, but if the pulse in step 4 follows very soon after the pulse in step 3 and the cell has been switched in imprint by the pulse in step 3, then the pulse of intrinsic step 3 in the gradual movement of the hysteresis curve The de-imprinting effect of has not yet had time to develop, and the pulse of step 2 will switch the cell back to the imprint state. Thus, any wait time τ wait will typically be defined between two pulses, where τ wait should be long enough to allow any measurement of polarization stabilization in the cell, but It should not be long enough to slow down the movement. FIG. 8B shows a variant of the sequence in FIG. 8A , where a train of positive switching pulses is now added. In this example, the last pulse has a predetermined polarity corresponding to that used for the pre-set cell. The train of bipolar pulses should be selected according to the materials involved and the operating conditions. This also applies to interpulse spacing (τ off ) and pulse width (τ on ).

도 7과 8은 어드레스 되지 않은 셀들의 양단 전압을 제외한 어드레스된 셀들 의 양단에 나타난 전압만을 도시한다. 후자는 전체 매트릭스를 위한 펄스 프로토콜의 선택에 달려있을 것이다. 도 9a와 9b는 두 상이한 프로토콜에 따른 워드라인과 비트라인에 인가되는 전압들의 예시를 도시한다 : 도 9a에서 어드레스 되지 않은 셀들은 VS/3 디스터브 펄스에 노출된다. 도 9b에서는, 심지어 강한 펄스가 어드레스된 셀들에 인가되는 경우에도, 어드레스 되지 않은 셀들은 디스터브 펄스에 노출되지 않는다. 각각의 주어진 경우에서 어떤 계획안(scheme)이 선택될 것인지는, 해당 셀들의 디스터브 특성과 해당 장치를 위한 성능과 비용 설명서에 따른다. 7 and 8 show only the voltages across the addressed cells except the voltage across the unaddressed cells. The latter will depend on the choice of pulse protocol for the entire matrix. 9A and 9B show examples of voltages applied to word lines and bit lines according to two different protocols: Unaddressed cells in FIG. 9A are exposed to a V S / 3 disturb pulse. In FIG. 9B , even if a strong pulse is applied to the addressed cells, the unaddressed cells are not exposed to the disturb pulse. Which scheme is chosen in each given case depends on the disturbance characteristics of the cells and the performance and cost specifications for the device.

이제 선택적인 기록 단계를 개시하고자 한다. 이는 리프래시 과정을 통해 조절되었던 셀들 안으로 데이터를 기록하거나, 또는 나중 동작 중에 특정 분극 상태로 셀들을 프리-세팅하기 위해 제공된다. 도 7a에서, 시퀀스는 셀을 논리 상태(0)(예를 들어, +Pr 분극 상태에 대응하는)로 두는 마지막 기록 단계를 포함하며, 반면에 7b에서는, 논리(1)(예를 들어 -Pr 분극 상태에 대응하는)를 기록하기 위한 대응하는 펄스 시퀀스가 도시된다. 후자의 경우에, 기록 단계에서 음-극성 기록 펄스는 점선으로 표시되며, 여기에 도시된 것과 같은 단계 4에서의 마지막 펄스는 음이며, 희망하는 논리 상태(1)로 셀을 분극시킬 것이기 때문이며, 셀은 기록 단계 동안 유지될 것이다. 기록이 어드레스 되지 않은 셀들에 디스터브 전압들을 항상 유도할 것이며, 따라서 균일하고 임프린트가 없는 어드레스된 셀들의 기록 특성으로부터 이익이 생길 것이라는 것을 알아야만 한다. 따라서, 표준 VS/3 기록 프로토콜은 과전압 또는 여분의 넓은 기록 펄스에 대한 필요 없이도 사용될 수 있으 며, 과전압 또는 여분의 넓은 기록 펄스는 그렇지 않은 경우 어드레스 되지 않은 셀들에 과도한 디스터브를 야기할 수 있다. 셀들의 프리-세팅 또는 공백화(blanking)는 원칙적으로 동시에 하나 이상의 전체 워드라인을 직접 분극시킴으로서 디스터브 없는 방법으로 수행될 수 있다. 여전히, 어떤 경우에는 주어진 워드라인의 일부, 그러나 전체는 아닌, 셀들을 프리-셋하는 것이 희망될 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명에 따른 전체 3-단계 과정을 동작하는 것은 바람직한 디폴트 과정일 수 있으며, 이는 프리-셋 셀들의 어떤 임프린트도 오직 프리-세팅 동작 이후에 전개되는 것으로 제한 될 것이라는 보증과 디스터브를 최소화하기 때문이다. 이러한 임프린트는 프리-셋 셀들 사이에서 크기와 방향이 균일할 것이다.Now we want to start an optional recording step . This is provided for writing data into cells that have been regulated through the reflash process, or for pre-setting the cells to a specific polarization state during later operation. In FIG. 7A , the sequence includes a final write step that puts the cell in logic state 0 (eg, corresponding to the + P r polarization state), while in FIG. 7B , logic 1 (eg, The corresponding pulse sequence for recording -P r polarization state) is shown. In the latter case, the negative-polar write pulse in the write step is indicated by the dotted line, since the last pulse in step 4 as shown here is negative and will polarize the cell to the desired logic state (1), The cell will be maintained during the recording phase. It should be noted that write will always induce disturb voltages in the unaddressed cells, and thus will benefit from the write characteristics of uniform, imprint-free addressed cells. Thus, the standard V S / 3 write protocol can be used without the need for overvoltage or extra wide write pulses, which can otherwise cause excessive disturbance in unaddressed cells. Pre-setting or blanking of the cells can in principle be performed in a disturb-free manner by directly polarizing one or more entire word lines simultaneously. Still, in some cases it may be desirable to preset some, but not all, of the cells of a given wordline. In such a case, operating the entire three-step process according to the present invention may be a preferred default process, which guarantees that any imprint of the pre-set cells will be limited to developing only after the pre-setting operation and discontinuity. Because it minimizes. This imprint will be uniform in size and direction between the preset cells.

본 발명에 따라서, 기록은 리프래시 과정이 끝난 후에 그리고 임의의 현저한 임프린트도 셀 내에 스스로 재-생성되기 전에 발생할 것이다. 일반적으로, 이는 즉시, 예를 들어 도 7에서 도시된 것과 같은 단일 펄스 시퀀스의 일부와 같이, 수행된다. 다른 경우에, 임프린트 발달은 메모리 장치 내의 다른 동작들, 유휴 기간 또는 동작 정지(shut-down) 기간이 다음의 기록 또는 조절된 셀들의 프리-세팅 전에 발생할 수 있도록 충분히 느릴 수 있다.In accordance with the present invention, the recording will occur after the reflash process is over and before any significant imprint is re-created in the cell itself. In general, this is done immediately, for example as part of a single pulse sequence as shown in FIG . 7 . In other cases, the imprint development may be slow enough so that other operations, idle periods or shut-down periods in the memory device may occur before the next write or adjusted cell pre-setting.

본 발명의 범위 내에서, 개시된 리프래시 과정은 몇 가지 특정 목적들을 달성하기 위해서 상세히 설명되고 연장될 수 있다. 특정 예시들은 임의의 바람직한 실시예들의 일부로서 하기에 주어질 것이다.Within the scope of the present invention, the disclosed relash process may be described and extended in detail to achieve some specific purposes. Specific examples will be given below as part of any preferred embodiments.

이제 설명은 임의의 바람직한 실시예들에 의해 주어질 것이다.The description will now be given by any preferred embodiments .

바람직한 실시예에서, 특히 부팅 상황에서, 강력하게 임프린트 될 수도 있는 셀들에 저장된 데이터는 판독되며, 이후 동일한 셀들은 리프래시된다:In a preferred embodiment, especially in boot situations, data stored in cells that may be strongly imprinted is read, and then the same cells are refreshed:

이 경우에, 단계 1) 내지 4)가 실시된다. 강력한 독출 펄스는 매트릭스 내의 다른 곳에 어떠한 디스터브도 야기하지 않고서 제 3 단계에서 사용될 수 있기 때문에, 신뢰할 수 있는 독출은 선택된 워드라인 상의 개별 셀들의 초기 임프린트 상태에 상관없이 달성된다. 게다가, 제 4 단계는 제 3 단계에서의 강력한 독출 펄스에 의해 생성된 잔류 프리-판독 임프린트 또는 새로운 임프린트가 어드레스된 워드라인 상의 모든 셀로부터 제거된다는 것을 보증한다.In this case, steps 1) to 4) are carried out. Since a strong read pulse can be used in the third step without causing any disturb elsewhere in the matrix, reliable read is achieved regardless of the initial imprint state of the individual cells on the selected wordline. In addition, the fourth step ensures that the residual pre-read imprint or new imprint generated by the powerful read pulse in the third step is removed from all cells on the addressed wordline.

제 2 바람직한 실시예에서, 하나는 과한 임프린트에 의해 자발적이거나, 또는 예를 들어 기록 또는 리프래시와 관련된, 스위칭 펄스가 인가된 동일한 매트릭스 내의 다른 곳의 셀들로부터의 디스터브에 의해 생성된, 방금 기록되었던 임프린트된 셀 내에서 분극의 플립-백(flip-back)을 피한다. In a second preferred embodiment, one has just been written, either spontaneously by excessive imprint or generated by disturbs from cells elsewhere in the same matrix to which a switching pulse has been applied, for example associated with writing or relashing. Avoid flip-back of polarization in the imprinted cell.

이 경우에서, 기록 단계를 포함한 모든 단계가 실시된다. 셀들이 기록 단계에 앞서 리프래시 단계 동안 균일하고 본질적으로 임프린트가 없게 제공되도록 기록될 예정이기 때문에, 새롭게 기록된 셀들은 더 이상 플립-백을 야기할 수 있는 임프린트에 의해 강하게 편향되지 않는다. 매트릭스 내의 어드레스 되지 않은 셀들은 일반적으로 선택된 기록 프로토콜(예를 들어: VS/3)에 적합한 최소 디스터브 스트레스가 가해질 것이다.In this case, all steps including the recording step are performed. Since the cells are to be written so that they are provided uniformly and essentially free of imprint during the refresh phase prior to the write phase, the newly written cells are no longer strongly biased by the imprint which may cause flip-back. Unaddressed cells in the matrix will generally be subjected to a minimum disturb stress suitable for the selected write protocol (eg V S / 3).

바람직한 실시예들의 제 1 클래스에서, 하나는 예를 들어 기록 또는 리프래시 동작과 관련된 스위칭 펄스들이 인가되는 동일한 매트릭스 내의 다른 곳의 셀들 로부터의 디스터브들로 인해 셀들 내의 데이터의 가능한 손실과 점진적인 분극 쇠퇴를 피한다: 워드라인 또는 워드라인들의 블록을 나타내는 주어진 단일 셀을 참조하면, 제 1 리프래시 단계 하에서의 선택을 위한 기준은, 마지막으로 기록되거나 리프래시된 후로 셀이 경함한 디스터브 이벤트의 수가 임의의 수를 초과하는 것이다. 리프래시 후에, 다시-기록 단계가 포함되고 수행된다:In the first class of preferred embodiments, one avoids possible loss and gradual polarization decline of data in the cells, for example due to disturbs from cells elsewhere in the same matrix to which switching pulses related to the write or rewrite operation are applied. Avoid: Referring to a given single cell representing a wordline or a block of wordlines, the criterion for selection under the first refresh step is that the number of disturb events that the cell has experienced since the last time it was written or refreshed should be any number. It is exceeding. After the refresh, a re-write step is included and performed:

데이터는 매트릭스 내의 이들의 원 물리적 위치에 다시 기록될 수 있다. 임의의 경우에, 리프래시 전에 상기 위치에 기록되었던 것과 반대 극성으로 할당되는 논리(1 및 0)들로의 인코딩을 사용하는 것이 희망될 수 있다. 이것이 메모리 장치 내에 일정한 양의 내부 부기(bookkeeping)를 수반할 것임에 반하여, 이는 단계(3 및 4)가 속도 이점을 위해 수정되거나 단순화되도록 할 수 있다.The data can be written back to their original physical location in the matrix. In any case, it may be desirable to use encoding into logics 1 and 0 that are assigned with the opposite polarity as was recorded at the location before the re-flash. While this will involve a certain amount of internal bookkeeping in the memory device, this may allow steps 3 and 4 to be modified or simplified for speed advantage.

선택적으로, 다시-기록은 비워지고 리프래시된 매트릭스 내의 다른 물리적 위치에서 발생한다. 이 경우에, 메모리 장치 컨트롤러는 관련 위치에서의 마지막 리프래시 후의 경과 시간을 기록해야만 한다. Optionally, the re-write occurs at other physical locations in the emptied and refreshed matrix. In this case, the memory device controller must record the elapsed time since the last refresh in the relevant position.

바람직한 실시예들의 제 2 클래스에서, 도 10에서 도시되듯이, 분할된 메모리(N 세그멘트들)는, 알맞은 임의의 순간에, 데이터를 포함하고 있지 않은 세그먼트 당 n개의 워드라인이 존재하는 방식으로 구성된다. 정규 시간 간격(trefresh)(특정 메모리 필름의 디스터브 특성과 임프린트 속도에 의해 결정된)에, 리프래시 동작은 이 워드라인들에서 초기화된다. 디-임프린트 동작은, 일반적으로 셀이 이용 가능한 펄스 지속기간에 완전히 스위치 되기에 충분히 높은 전압과, τ1 (예를 들어 10us) 지속기간, τ2 (예를 들어 10 us) 휴지 시간으로 전체 워드라인에 가해지는 Npulses,1 (예를 들어 500) 양극 펄스를 포함한다. 모든 UAWL-UABL 쌍은 특별한 타이밍 다이어그램을 사용하여 디스터브를 피하기 위해서 0 전압으로 유지된다. 리프래시 과정 후에 즉시, 데이터는 세그먼트(1)의 제 1 워드라인으로부타 판독되고, 세그먼트(2)의 최근에 리프래시된 n 워드라인들의 제 1 워드라인에 기록된다. 이러한 동작에 뒤이어 즉시, 세그먼트(3)의 제 1 워드라인으로부터의 데이터는 세그먼트(4)의 n개의 최근에 리프래시된 워드라인들 중 제 1 워드라인에 기록된다. 이 프로세스는 모든 n개의 워드라인으로부터의 데이터를 다른 세그먼트의 n개의 리프래시된 워드라인에 전달할 때까지 지속된다. 일단 이것이 수행되면, 모든 세그먼트의 최근이 판독된 n개의 워드라인들은 상술된 방식으로 리프래시된다. 그리고 N개의 세그먼트의 n개의 새로운 워드라인의 새로운 데이터는, 모든 세그먼트의 모든 워드라인이 리프래시 될 때까지 최근에 리프래시된 워드라인 등으로 전달된다.In the second class of preferred embodiments, as shown in FIG. 10, the partitioned memory (N segments) is constructed in such a way that there are n word lines per segment that do not contain data at any suitable moment. do. At regular time intervals t refresh (determined by the disturb characteristics and the imprint speed of a particular memory film), the refresh operation is initiated in these word lines. The de-imprint operation is typically a full word with a voltage high enough for the cell to switch fully to the available pulse duration, τ 1 (eg 10us) duration, τ 2 (eg 10 us) pause time. Contains N pulses, 1 (eg 500) bipolar pulses applied to the line. All UAWL-UABL pairs are kept at zero voltage to avoid disturb using a special timing diagram. Immediately after the refresh process, data is read from the first wordline of segment 1 and written to the first wordline of the recently refreshed n wordlines of segment 2. Immediately following this operation, data from the first wordline of segment 3 is written to the first wordline of the n most recently refreshed wordlines of segment 4. This process continues until data from all n word lines is transferred to n refreshed word lines in another segment. Once this is done, the most recently read n wordlines of all segments are refreshed in the manner described above. New data of n new word lines of N segments is transferred to a recently refreshed word line or the like until all word lines of all segments are refreshed.

동일한 방법이 trefresh보다 긴 기간 동안 휴지(전원이 내려간) 상태로 있는 메모리를 리프래시 하는데 사용될 수 있다. 그러나 이 경우, 보다 많은 사이클이 적용될 것이다. 또한 여전히 완벽한 스위치를 포함하기 위해서, 펄스 길이를 연장하거나, 및/또는 전압을 증가시키는 것이 필수적일 수 있다.The same method can be used to refresh memory that has been idle (powered down) for longer than t refresh . In this case, however, more cycles will be applied. It may also be necessary to extend the pulse length and / or increase the voltage to still include a complete switch.

이러한 구현의 하나의 주요 이점은, 심지어 매우 많은 스위치들이 임프린트를 제거하는데 필요하다고 하여도, 리프래시에 소비되는 총 시간이 적게 유지될 수 있다는 것이다.One major advantage of this implementation is that even if very many switches are needed to eliminate the imprint, the total time spent in the relash can be kept small.

다른 주요 이점은, 이 방법이 많은 양의 데이터가 버퍼 메모리에 저장되어 있는 경우일 수도 있는, 데이터 손실 없는 예상치 못한 전원 불량을 조절할 수 있다는 것이다.Another major advantage is that this method can handle unexpected power failures without data loss, which may be the case when large amounts of data are stored in buffer memory.

도 11에서 도시되듯이, 메모리의 대부분이 오랜 시간 동안 액세스되지 않은 메모리 어플리케이션에 적합한, 제 3 바람직한 실시예에서, 모든 워드라인의 액세스 상태에 관한 정보는 레지스터에 저장된다. 정규 시간 간격(trefresh)에서, 모든 워드라인 또는 워드라인들의 그룹을 목표로 정하고, 워드라인 매핑(mapping) 개념을 따른 어드레싱 계획안(scheme)을 사용하여 초기화된다.(워드라인 매칭은 본 출원인에 의해 출원된 노르웨이 특허 출원 제 NO20035225호에 개시된다). 두 가지 상이한 리프래시 방법이 적용된다. trefresh에 도달하게 될 때, 임프린트가 간격(trefresh) 동안 액세스 되지 않은 셀들을 위한 임의의 공지된 제한으로만 전개될 수 있도록, 간격(trefresh)은 선택될 것이며, 즉 trefresh는 특정 메모리 필름의 디스터브 특성과 임프린트 속도에 따라서 선택되어야만 한다. 지금부터는 하드 리프래시(hard refresh)를 참조한 일 방법은, 전체 워드라인의 판독 및 최근에 리프래시된 다른 세그멘트 또는 버퍼 메모리 내의 정보 저장 장치를 포함하며, 셀이 이용 가능한 펄스 지속기간 내에 완전히 스위치 되기에 충분히 높은 전압과, τ3 (예를 들어 10us) 지속기간, τ4 (예를 들어 10 us) 휴지 시간으로 전체 워드라인에 가해지는 Npulses,2 (예를 들어 500) 양극 펄스가 뒤를 잇는다. 모든 UAWL-UABL 쌍은 디 스터브를 피하기 위해서 0 전압으로 유지된다. 만약 이러한 워드라인에 원래 저장된 데이터가 버퍼 안에 저장되었다면, 동일한 데이터가 다시 기록된다. 임프린트 반전(reversal)을 참조한 다른 방법은, 이전 방향의 반대 방향(데이터 비트들의 역(inversion))으로의 다시 기록이 뒤 있는 판독을 포함한다.As shown in Figure 11, in a third preferred embodiment, where most of the memory is suitable for memory applications that have not been accessed for a long time, information regarding the access status of all word lines is stored in a register. At regular time intervals (t refresh ), all word lines or groups of word lines are targeted and initialized using an addressing scheme following the concept of word line mapping. Disclosed in Norwegian patent application No. NO20035225. Two different relash methods are applied. When t refresh is reached, the interval t refresh will be selected so that the imprint can only be deployed with any known limit for cells not accessed during the interval t refresh , ie t refresh is specified memory It should be chosen according to the distort characteristics of the film and the imprint speed. One method, now referred to as hard refresh, involves reading the entire wordline and storing information in another recently refreshed segment or buffer memory, where the cell is fully switched within the available pulse duration. Followed by N pulses applied to the entire wordline with a sufficiently high voltage, τ 3 (e.g. 10us) duration, τ 4 (e.g. 10us) dwell time, and 2 (e.g. 500) bipolar pulses. . All UAWL-UABL pairs are kept at zero voltage to avoid disturb. If the data originally stored on these word lines is stored in the buffer, the same data is written again. Another method of referring to imprint reversal involves a readout followed by a write back in the opposite direction of the previous direction (inversion of the data bits).

마지막 trefresh 간격 동안 액세스 되지 않은 워드라인들에 대해, 임프린트 반전이 적용된다. 마지막 trefresh 간격 동안 액세스 되었던 워드라인들에 대해, 하드 리프래시가 적용된다.For wordlines that were not accessed during the last t refresh interval, imprint inversion is applied. For wordlines that were accessed during the last t refresh interval, hard refresh is applied.

이러한 실시예의 하나의 주요 이점은, 심지어 매우 많은 스위치들이 하드 리프래시에 필요할지라도 리프래시에 소비되는 총 시간이 적게 유지될 수 있다는 것이다.One major advantage of this embodiment is that the total time spent in refreshing can be kept low, even if very many switches are needed for hard refresh.

제 4 바람직한 실시예에서, trefresh 보다 더 긴 시간 동안 유휴하고 있었던(예를 들어 부팅 상태 중인) 메모리에 요청된 내용은, 셀들의 전체 스위치(달성된 분극의 95%)를 수행할 수 있기에 충분히 긴 펄스 지속 시간을 사용하여 워드라인(모든 어드레스 되지 않은 워드라인들을 비트라인들에 대해 0 전압 또는 0 전압에 근접하게 유지함) 마다 판독 된다. 그리고 데이터는 이전 방향의 반대 방향(데이터 비트들의 역)으로 다시 기록된다. 모든 요청된 데이터들이 독출되고, 메모리에 재 기록된 후에, 하드 리프래시는 전체 메모리에 수행된다. 하드 리프래시는 전체 워드라인의 판독 및 최근에 리프래시된 다른 세그멘트 또는 버퍼 메모리 내의 정보 저장 장치를 포함하며, 셀이 이용 가능한 펄스 지속기간 내에 완전히 스위치 되기 에 충분히 높은 전압과, τ3 (예를 들어 10us) 지속기간, τ4 (예를 들어 10 us) 휴지 시간으로 전체 워드라인에 가해지는 Npulses,2 (예를 들어 500) 양극 펄스가 뒤를 잇는다. 모든 UAWL-UABL 쌍은 디스터브를 피하기 위해서 0 전압으로 유지된다. 만약 이러한 워드라인에 원래 저장된 데이터가 버퍼 안에 저장되었다면, 동일한 데이터가 다시 기록된다. In a fourth preferred embodiment, the content requested in memory that has been idle (eg booting up) for longer than t refresh is sufficient to perform the entire switch of cells (95% of the achieved polarization). The long pulse duration is used to read every word line (keeping all unaddressed word lines close to zero voltage or zero voltage for the bit lines). The data is then written back in the opposite direction (the inverse of the data bits) in the previous direction. After all requested data has been read and written back to memory, hard refresh is performed to the entire memory. And hard leaf lash comprises a data storage device in the leaf lash the other segment or buffer memory to read out and the latest full word line, and a sufficiently high voltage to the cell to fully switch in the available pulse duration, τ 3 (e. For example, 10us) is followed by N pulses, 2 (e.g. 500) bipolar pulses applied to the entire wordline with a duration of τ 4 (e.g. 10us). All UAWL-UABL pairs are kept at zero voltage to avoid disturb. If the data originally stored on these word lines is stored in the buffer, the same data is written again.

이 방법을 사용하는 이점은, 메모리 판독이, 모든 워드라인 또는 워드라인들의 블록에 대한 결합된 판독/리프래시이어야만 한 경우보다, 매우 높은 속도로 발생될 수 있다는 것이다. 다른 이점은, 판독되고 재-기록되는 메모리 셀들은 분극 반전을 통해서 판독이 끝나고 하드 리프래시가 시작될 때까지의 시간 동안 스스로 디-임프린트된다는 것이다.The advantage of using this method is that the memory read can occur at a much higher rate than if it had to be a combined read / refresh for every wordline or block of wordlines. Another advantage is that memory cells that are read and re-written are de-imprinted themselves for a period of time from the end of the read through the polarization reversal until the hard refresh begins.

제 5 실시예에서, 도 12에서 도시되듯이, 제 4 단계는 효과적인 리프래시를 달성하기 위해서 다수의 양극 스위칭 펄스를 포함한다. 매우 임프린트된 셀들을 포함하는 임의의 경우에, 수백에서 수천까지의 펄스가 필요하며, 이들은 많은 시간을 소비한다는 것이 알려져 있다. 이러한 분극 사이클 동안, 수행된 스위치 횟수가 커질수록 임프린트 효과가 점진적으로 감소하기 때문에, 일반적으로 단계 4의 펄스 시퀀스의 처음에 분극 스위칭을 달성하는 것은 매우 어렵다. 따라서 도 12에서 개념적으로 도시된 것과 같이, 상기 바람직한 실시예는 심지어 매우 임프린트된 셀들도 스위칭 할 수 있고, 셀들을 여전히 스위칭하면서 펄스의 폭을 계단형으로 또는 점진적으로 감소시키면서, 하나 이상의 넓은 펄스를 포함한 단계 4의 펄스 시 퀀스를 시작하도록 제공한다. 포함된 많은 펄스들로 인해, 이는 단계 4에서 소비된 전체 시간을 감소시킬 것이다.In the fifth embodiment, as shown in FIG. 12, the fourth step includes a plurality of anode switching pulses to achieve an effective retrace. In any case involving very imprinted cells, it is known that hundreds to thousands of pulses are required, which consume a lot of time. During this polarization cycle, it is generally very difficult to achieve polarization switching at the beginning of the pulse sequence of step 4 because the imprint effect gradually decreases as the number of switches performed is larger. Thus, as conceptually shown in FIG. 12, the preferred embodiment can switch even very imprinted cells, and at least one wide pulse while stepping or gradually decreasing the width of the pulse while still switching cells. Provide to begin the pulse sequence of step 4, including. Due to the many pulses involved, this will reduce the total time spent in step 4.

Claims (26)

수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법으로서, 상기 메모리 장치는 히스테리시스를 나타내는 강유전체 또는 일렉트렛 박막 분극 가능 물질 - 특히, 강유전체 또는 일렉트렛 폴리머 박막 - 의 형태인, 메모리 셀들을 포함하는 하나 이상의 어레이 또는 매트릭스, 및 각각 평행한 전극들의 제 1 및 제 2 세트를 포함하며, 상기 장치 내에서 워드라인들(WL)을 형성하는 상기 제 1 세트의 상기 전극들은, 상기 장치 내에서 비트라인들(BL)을 형성하는 상기 제 2 세트의 상기 전극들과 실질적으로 직교하는 관계로 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 세트의 상기 전극들은, 상기 메모리 셀들의 상기 박막 물질과 직접 또는 간접적으로 접촉하도록 제공되며, 따라서 개별 메모리 셀들의 분극 상태는 전극들의 각각의 상기 제 1 및 제 2 세트의 상기 개별 전극들에 적절한 전압들을 인가함으로써 판독, 소거 또는 기록될 수 있으며, 상기 방법은 1/3 전압 선택 규칙을 기초로 한 전압 펄스 프로토콜을 구현하며, 따라서 어드레스되지 않은 셀들은 그 양단에 상기 스위칭 전압(VS)의 대략 1/3을 초과하지 않는 디스터빙 전압(disturbing voltage)들이 가해지며, 상기 전압 펄스 프로토콜은 미리 정해진 진폭, 극성 및 길이를 갖는 전압 펄스들의 타임 시퀀스들을 각각 포함하는 판독 사이클 및 기록/소거 사이클을 포함하며, 상기 판독 사이클은 데이터가 상기 메모리 셀들로부터 독출되는 경우에 전극들의 각각의 상기 제 1 및 제 2 세트의 전극들에 전 압 차들의 일 세트를 인가하는 단계를 포함하며, 상기 기록/소거 사이클은 전극들의 각각의 상기 제 1 및 제 2 세트의 전극들에 전압 차들의 다른 세트를 인가하는 단계를 포함하며, A method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device, the memory device comprising memory cells in the form of a ferroelectric or electret thin film polarizable material exhibiting hysteresis, in particular a ferroelectric or electret polymer thin film. One or more arrays or matrices, and first and second sets of parallel electrodes, respectively, wherein the electrodes of the first set forming wordlines WL in the device are bits in the device. Provided in a substantially orthogonal relationship with the second set of electrodes forming lines BL, wherein the first and second sets of electrodes are directly or indirectly with the thin film material of the memory cells. And a polarization state of the individual memory cells is thus provided in each of said first and Can be read, erased or written by applying appropriate voltages to the second set of individual electrodes, the method implementing a voltage pulse protocol based on a 1/3 voltage selection rule, so that unaddressed cells are Disturbing voltages are applied at both ends not exceeding approximately one third of the switching voltage V S , and the voltage pulse protocol respectively applies time sequences of voltage pulses having a predetermined amplitude, polarity and length. Including a read cycle and a write / erase cycle, wherein the read cycle applies a set of voltage differences to the first and second sets of electrodes of each of the electrodes when data is read from the memory cells. Wherein the write / erase cycle is different from the voltage differences to the first and second sets of electrodes of each of the electrodes. Comprising the step of applying an agent, 상기 방법은, The method, a) 메모리 장치 컨트롤러 내에 프로그램된 기준에 따라서 리프래시를 위한 하나 이상의 셀들을 선택하고, 상기 컨트롤러에서 처리된 리프래시 요청에 상기와 같이 선택된 하나 이상의 셀들의 어드레스를 입력하는, 제 1 단계,a) selecting one or more cells for a refresh according to a criterion programmed in a memory device controller and inputting the addresses of the one or more cells selected as described above in the refresh request processed by the controller; b) 진행중인 또는 예정된 메모리 동작들과 이에 할당된 우선순위들을 고려하여, 상기 리프래시 요청들을 감시 및 처리하고, 리프래시 과정을 초기화하는, 제 2 단계,b) monitoring and processing the refresh request and initiating a refresh process in view of ongoing or scheduled memory operations and priorities assigned thereto; c) 모든 비선택된 메모리 셀에는 0 전압이 가해지거나 보자력 전압(coercive voltage)에 비해 현저하게 작은 전압이 가해지는 반면에, 리프래시를 위해 선택된 상기 하나 이상의 셀들에는 정해진 극성 및 상기 보자력 전압에 대응하거나 이보다 큰 크기를 가진 전압 펄스를 동시에 인가하는, 제 3 단계, 및c) all non-selected memory cells are subject to zero voltage or significantly less than the coercive voltage, while the one or more cells selected for relash correspond to a defined polarity and the coercive voltage; A third step of simultaneously applying a voltage pulse having a magnitude greater than this, and d) 모든 비선택된 셀에는 0 전압이 가해지거나 상기 보자력 전압에 비해 현저하게 작은 전압이 가해지는 반면에, 모든 선택된 셀들에는 하나의 전압 펄스 또는 전압 펄스들의 트레인(train) - 상기 전압 펄스들의 적어도 하나는 상기 보자력 전압에 대응하거나 이보다 큰 크기를 갖고, 단계 c)의 상기 정해진 극성에 반대 극성을 가짐 - 을 동시에 인가하는, 제 4 단계를 포함하는 상기 리프래시 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트 렛 메모리 장치를 동작하는 방법.d) zero voltage is applied to all unselected cells or significantly less than the coercive voltage, whereas all selected cells are trained with one voltage pulse or voltage pulses-at least one of the voltage pulses. And wherein said relash process comprises a fourth step, simultaneously applying a coercive voltage having a magnitude greater than or equal to said coercive voltage and having an opposite polarity to said predetermined polarity of step c). A method of operating a matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 리프래시를 위해 선택된 상기 하나 이상의 셀들 상에 상기 전압 펄스 프로토콜의 상기 기록 사이클에 의해 정해진 기록 동작을 수행하는 추가적인 단계를 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.And performing a write operation defined by the write cycle of the voltage pulse protocol on the one or more cells selected for re-flash. 19. A method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 하나 이상의 셀이 단계 a)에서 선택되며, 상기 선택된 셀들은 상기 메모리 장치의 전체 행에 대응하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.At least one cell is selected in step a), wherein the selected cells correspond to the entire row of the memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 하나 이상의 셀이 단계 a)에서 선택되며, 상기 선택된 셀들은 상기 메모리 장치의 둘 이상의 행의 셀들의 블록에 대응하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.At least one cell is selected in step a), wherein the selected cells correspond to a block of cells in at least two rows of the memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 단계 d)는 둘 이상의 펄스를 포함하며(encompass), 미리 정의된 프로토콜에 따라서 상기 진폭, 펄스 길이 및 중간 펄스(interpulse) 지연이 선택되는, 동일한 또는 상이한 시간 프로파일을 갖는 펄스들을 사용하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Step d) comprises using pulses with the same or different time profile, comprising at least two pulses, wherein the amplitude, pulse length and interpulse delay are selected according to a predefined protocol. Operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 미리 정해진 전위를 하나의 선택된 워드라인(WL)에 인가하고, 상기 동일한 수동 매트릭스 또는 이의 세그먼트에 속하는 모든 다른 워드라인들과 모든 비트라인들에 상이한 그러나 서로 본질적으로는 동일한 전위를 동시에 인가함으로써, 제 1 항의 단계 c)의 상기 전압 펄스들을 생성하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.By applying a predetermined potential to one selected wordline WL and simultaneously applying different but essentially identical potentials to all other wordlines and all bitlines belonging to the same passive matrix or segment thereof, Generating the voltage pulses of step c) of claim 1, the method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 하나의 선택된 워드라인 또는 선택된 워드라인들의 세트를 제외한 모든 라인 상의 전위들이 서로 본질적으로 동일한 방식으로, 상기 동일한 수동 매트릭스 또는 이의 세그먼트에 속하는 모든 워드라인 및 비트라인에 일련의 시간에 종속적인 전위 레벨들을 인가함으로써 제 1 항의 단계 d)의 상기 전압 펄스들을 생성하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.A series of time-dependent potential levels are applied to all wordlines and bitlines belonging to the same passive matrix or segment thereof, in such a way that the potentials on all lines except one selected wordline or set of selected wordlines are essentially the same. Generating said voltage pulses of step d) of claim 1. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 단계 c)에서 적어도 하나의 워드라인 상의 선택된 셀들로부터 저장된 데이터를 추출하고, 상기 추출된 데이터를 일시적으로 상기 메모리 장치의 다른 곳에 저장하고, 그 후 다음의 추가적인 기록 단계 동안 상기 적어도 하나의 워드라인에 상기 동일한 데이터를 다시 기록하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Extracting stored data from selected cells on at least one wordline in step c), temporarily storing the extracted data elsewhere in the memory device, and then storing the extracted data in the at least one wordline during the next additional writing step. And rewriting the same data. 19. A method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 각각의 비트를 상기 제 1 판독 또는 소거 단계 전에 이들이 위치하였던 곳과 동일한 물리적 위치에, 그러나 반전된 분극 방향으로 다시 기록하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Operating each passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device, characterized in that each bit is written back to the same physical location where they were located prior to the first read or erase step, but in the reversed polarization direction . Way. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 단계 a)는 부팅(boot-up) 후의 제 1 판독 또는 기록 동작이 가해지는 상기 메모리 장치의 모든 셀을 리프래시 하기 위해 선택하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Step a) selects to re-flash all cells of the memory device subjected to a first read or write operation after boot-up, wherein the passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device is selected. How it works. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 단계 a)는 미리 정해진 시간을 초과하는 기간 동안 유휴 상태였던 상기 메모리 장치의 모든 셀을 리프래시 하기 위해 선택하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트 릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Step a) is selected to re-flash all cells of the memory device that have been idle for a period of time exceeding a predetermined time period. 20. A method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,The method of claim 10 or 11, 상기 선택된 셀들은 적어도 두 개의 워드라인을 포함하는 매트릭스의 블록 또는 세그먼트를 구성하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.And wherein said selected cells constitute a block or segment of a matrix comprising at least two word lines. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 적어도 하나의 환경적 및/또는 사용 이력 메트릭(metric)으로부터 산출된 입력 파라미터들을 수반한 알고리즘에 의해, 단계 c) 및 d)의 펄스 진폭 및 타이밍을 정의하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Passive-matrix addressable, characterized by defining the pulse amplitude and timing of steps c) and d) by an algorithm involving input parameters calculated from at least one environmental and / or usage history metric. A method of operating a ferroelectric or electret memory device. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 환경적 메트릭을, 상기 메모리 장치의 근처, 위 또는 안의 하나 이상의 지점에서의 순간적인 온도 또는 온도 이력으로 선택하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Selecting the environmental metric as an instantaneous temperature or temperature history at one or more points in the vicinity, above or in the memory device, the method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 사용 이력 메트릭을, 상기 리프래시 펄스 프로토콜의 마지막 적용 이후 에, 단일 워드라인 또는 매트릭스 세그먼트가 경험한 기록 및/또는 판독 이벤트들의 수로 선택하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.A passive-matrix addressable ferroelectric or electret, characterized in that the usage history metric is selected as the number of write and / or read events experienced by a single wordline or matrix segment since the last application of the refresh pulse protocol. How to operate a memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 적어도 하나의 셀이 하나 이상의 미리 정해진 기준에 상응하는 분극 스위칭 성능을 나타내는 워드라인 상의 모든 셀을 단계 a)에서 리프래시를 위해 선택하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device, characterized in that all cells on a wordline at least one cell exhibiting polarization switching performance corresponding to at least one predetermined criterion are selected for relash in step a). How to operate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 하나의 워드라인 상의 적어도 하나의 셀이 하나 이상의 미리 정해진 기준에 상응하는 분극 스위칭 성능을 나타내는 매트릭스 내의 블록 또는 세그먼트에 속하는 모든 셀을 단계 a)에서 리프래시를 위해 선택하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Passive-selecting, in step a), all cells belonging to a block or segment in a matrix in which at least one cell on one wordline exhibits polarization switching performance corresponding to one or more predetermined criteria. A method of operating a matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, The method according to claim 16 or 17, 상기 기준 내에, 분극 스위칭 속도를 미리 정해진 임계 이하로 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.And within said criterion, reducing the polarization switching speed to a predetermined threshold or less. 10. A method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, The method according to claim 16 or 17, 상기 기준 내에, 분극 스위칭 전하를 미리 정해진 임계 이하로 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.And within said criterion, reducing the polarization switching charge to a predetermined threshold or less. 16. A method of operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, The method according to claim 16 or 17, 상기 메모리 장치 내의 상기 선택된 메모리 셀들은 상기 메모리 장치의 정규 판독, 소거 또는 기록 동작 중에 어드레스되는 메모리 셀들인 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.And the selected memory cells in the memory device are memory cells addressed during a normal read, erase or write operation of the memory device. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, The method according to claim 16 or 17, 상기 메모리 장치 내의 상기 선택된 메모리 셀들은 참조 또는 제어 목적을 위해 특별히 할당된 메모리 셀들인 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.And said selected memory cells in said memory device are memory cells specifically allocated for reference or control purposes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 단계 b)에서 할당된 상기 우선순위는 각각의 매트릭스 세그먼트 내의 워드라인과 비트라인으로의 전자 액세스를 포함하는 우선순위들의 미리 정해진 계층을 기 초로 한 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.The passive-matrix addressable ferroelectric or elective, characterized in that the priority assigned in step b) is based on a predetermined layer of priorities, including electronic access to wordlines and bitlines in each matrix segment. How to operate a let memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 주어진 워드라인 또는 워드라인들의 세트 상에서 시작되어, 상기 단계 c) 및 d)를 완료하고, 독출된 데이터가 상기 독출 명령에 따라서 상기 메모리 장치에 저장되거나 다른 곳으로 전송된 경우에만, 우선 단계 c)에 데이터 독출을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Starting on a given wordline or set of wordlines, completing steps c) and d), and only if the read data has been stored or transferred elsewhere in the memory device in accordance with the read command; And read data into the passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 장치 또는 이의 하부-유닛에서 유휴 기간 동안 디폴트에 의해 상기 리프래시 과정을 실행하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.And executing the refresh process by default during the idle period in the memory device or sub-unit thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 장치 내의 미리 정해진 매트릭스들 또는 매트릭스 블록들 또는 세그멘트들을 포함하기 위해서, 미리 정해진 프로그램에 따라 상기 리프래시 과정을 구현하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.Operating a passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory device, characterized in that to implement the refresh process in accordance with a predetermined program, to include predetermined matrices or matrix blocks or segments in the memory device. Way. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 4 단계 동안 양극 펄스 트레인(train) - 상기 펄스의 폭은 펄싱(pulsing)이 진행함에 따라 점차적으로 또는 단계적으로 감소됨 - 을 선택하는 것을 특징으로 하는, 수동-매트릭스 어드레스 가능한 강유전체 또는 일렉트렛 메모리 장치를 동작하는 방법.A passive-matrix addressable ferroelectric or electret memory, characterized in that during the fourth stage, a bipolar pulse train is selected, the width of the pulse being gradually or stepwise reduced as pulsing proceeds. How to operate the device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100913424B1 (en) * 2008-07-01 2009-08-21 한국과학기술원 A passive matrix-addressable memory apparatus
KR100934159B1 (en) * 2008-09-18 2009-12-31 한국과학기술원 Ferroelectric or electret memory apparatus
CN115295048A (en) * 2022-07-28 2022-11-04 山东华芯半导体有限公司 Screening method for optimal fixed voltage axis of nand flash

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