NO314524B1 - Fremgangsmåte til lesing av celler i en passiv matriseadresserbar innretning, samt innretning for utförelse av fremgangsmåten - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til lesing av en passiv, matriseadresserbar innretning, spesielt en minneinnretning eller en sensorinnretning med individuelt adresserbare celler for å lagre en logisk verdi som representerer en til en celle gitt ladningsverdi, hvor innretningen omfatter et elektrisk polariserbart materiale som viser hysterese, spesielt et ferroelektrisk materiale, hvor innretningen omfatter et første og et annet elektrodesett med parallelle elektroder som henholdsvis utgjør ordlinjer og bitlinjer i innretningen, hvor ordlinjeelektrodene og bitlinjeelektrodene er anordnet innbyrdes ortogonale og i kontakt med det polariserbare materiale ved motsatte overflater av dette, slik at innretningens celler utgjør kondensatorlignende strukturer definert i et volum av det polariserbare materiale i eller ved krysningen mellom ordlinjer og bitlinjer, hvor en celle i innretningen kan innstilles på én av to polarisasjonstilstander eller svitsjes mellom disse ved å påtrykke en spenning Vs større enn det polariserbare materialets koersitivspenning Vc mellom en ordlinje og bitlinje som adresserer cellen, hvor hver bitlinje er forbundet med en deteksjonsanordning, hvor fremgangsmåten omfatter en spenningspulsprotokoll med en lesesyklus slik at hver deteksjonsanordning under lesesyklusen detekterer ladninger som går mellom dens forbundne bitlinje og celler forbundet med denne bitlinje; samt en innretning for å utføre fremgangsmåten til lesing av en passiv, matriseadresserbar innretning, spesielt en minneinnretning eller en sensorinnretning med individuelt adresserbare celler som lagrer en logisk verdi som representerer en til en celle gitt lagringsverdi, hvor innretningen omfatter et elektrisk polariserbart materiale som viser hysterese, spesielt et ferroelektrisk materiale, hvor innretningen omfatter et første og et annet elektrodesett med respektive parallelle elektroder som henholdsvis utgjør ordlinjer og bitlinjer i innretningen, hvor ordlinjeelektrodene og bitlinjeelektrodene er anordnet innbyrdes ortogonale og i kontakt med det polariserbare materiale ved motsatte overflater av dette, slik at innretningens celler utgjør kondensatorlignende strukturer i et volum av det polariserbare materiale i eller ved krysningen mellom ordlinjer og bitlinjer, hvor en celle i innretningen kan innstilles på én av to polarisasjonstilstander eller svitsjes mellom disse ved å påtrykke en spenning Vs større enn det polariserbare materialets koersitivspenning Vc mellom en ordlinje og bitlinje som adresserer cellen, hvor hver bitlinje er forbundet med en deteksjonsanordning, og hvor fremgangsmåten omfatter en spenningspulsprotokoll med en lesesyklus slik at hver deteksjonsanordning under lesesyklusen detekterer ladninger som går mellom dens tilknyttede bitlinjer og celler forbundet med denne bitlinje.

Spesielt omfatter den foreliggende oppfinnelse som ovenfor nevnt, en framgangsmåte for å lese samtlige celler koblet mellom en valgt ordlinje og de kryssende bitlinjer i parallell, en såkalt helradsutlesning. Dette er kjent fra blant annet US patent 6 157 578 som angår en innretning og fremgangsmåte til å aksessere en rad av data i en halvlederminneinnretning i en eneste operasjon, altså i parallell.

Som eksempel på teknikkens stand når det gjelder aktive matriseadresserbare innretninger, kan det vises til A. Sheikholeslami og P. Glenn Gulak, "Survey of Circuit Innovations in Ferroelectric Random-Access Memories", Proceedings of the IEEE, bind 88, nr. 5, pp. 667-689, mai 2000. Denne artikkelen omhandler aktive minneinnretninger og fremgangsmåter til dere adressering og spesielt slike aktive ferroelektriske minneinnretninger hvor hver celle er utført som en kondensatorlignende struktur koblet i serie til en såkalt aksessrransistor som kontrollerer aksess til kondensatoren. Materialet i den kondensatorlignende struktur er et ferroelektrisk materiale som kan polariseres og viser hysterese. Slike aktive minneceller tilkoblet en transistor benevnes som celler av typen 1T-IC, men kan også omfatte to transistorer og to kondensatorer osv. Eventuelt kan også et større antall n kondensatorer være koblet til en eneste transistor, slik at den aktive minnecelle benevnes som en celle av typen lT-nC. Hensikten er at kondensatoren i minnecellen når denne ikke adresseres, kan kobles ut og dermed være upåvirket av matrisens blindkapasitans som kan gi opphav til spenningsforstyrrelser og snikstrømmer når en annen celle i matrisen skal adresseres.

Matriseadresserbare innretninger med aktive celler har dermed åpenbare fordeler, men også ulemper. Bruken av svitsjetransistorer medfører et høyere strømforbruk og resulterer i lavere integrasjonstetthet, noe som f.eks. reduserer lagringstettheten i minneinnretninger.

I passive matriseadresserbare minneinnretninger vil samtlige celler, eksempelvis minnecellene i en minnematrise, hele tiden være koblet i nettverket dannet av matrisens elektroder, vanligvis kalt ordlinjer og bitlinjer, idet hver celle er anordnet ved eller mellom en ordlinje og en kryssende bitlinje og således danne den kapasitive struktur. En enkelt passiv celle av denne art adresseres ved å påtrykke spenning på den angjeldende ordlinje og/eller bitlinje, slik at det fås en potensialforskjell over minnecellen mellom disse elektroder. Avhengig av størrelsen på denne potensialforskjellen vil det være mulig å påvirke cellens polarisasjonstilstand, f.eks. ved å innstille en permanent positiv polarisasjon i cellen eller en permanent negativ polarisasjon i cellen. Ved å påtrykke en tilstrekkelig stor potensialforskjell svarende til en spenningsforskjell Vs som må være større enn koersitivspenningen Vc til det ferroelektriske materiale, vil det være mulig å svitsje fra den ene polarisasjonstilstand til den andre.

Skriving av data i en slik celle omfatter å polarisere en jomfruelig celle, altså en upolarisert celle, til én av de to permanente polarisasjonstilstander eller å reversere polarisasjonen som allerede er satt i cellen ved å svitsje den fra en permanent positiv til en permanent negativ polarisasjonstilstand eller omvendt. Ved lesing detekteres polarisasjonstilstanden i cellen på tilsvarende måte, eksempelvis ved å legge ordlinjen på spenningsnivået Vs, mens den tilsvarende bitlinje holdes på nullpotensial. Avhengig av polarisasjonstilstanden blir polarisasjonen i cellen endret eller svitsjet, noe som henholdsvis gir en lav eller høy ladningsstrøm på bitlinjen. Ladningsstrømmen kan detekteres som en strømverdi, og cellens logiske tilstand eksempelvis leses som respektive en logisk 0 eller en logisk 1, avhengig av polariteten. Denne teknikken for utlesning som i praksis hittil har vist seg som den eneste gjennomførbare, er destruktiv i den forstand at den ødelegger det opprinnelige datainnhold lagret i cellen når dens polarisasjonstilstand svitsjes til polarisasjonstilstanden med motsatt polaritet. Dette gir en sikker deteksjon av den logiske verdi, men den medfører samtidig at den opprinnelige logiske verdi alt ettersom må tilbakeskrives til cellen ved å gjennomføre en skriveoperasjon som ovenfor omtalt.

Både ved skriving og lesing til cellen er det nødvendig med relativt store potensialforskj eller, og i en passiv matrise medfører dette at det ved adresseringsoperasjoner til en enkelt celle fås forstyrrelsesspenninger og snikstrømmer i det passive nettverk av celler, slik at deres polarisasjonstilstand kan påvirkes. Skal f.eks. adressering skje i parallell til flere celler, eksempelvis samtlige celler koblet til en bestemt ordlinje, forsterkes problemet med forstyrrelser i det passive matriseadresserbare nettverk og problemet aksentueres ytterligere ved at matrisen er stor, eksempelvis med flere millioner celler.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er således å avbøte de problemer som ikke-destruktiv utlesing av celler i en passiv, matriseadresserbar innretning medfører, og spesielt er hensikten å eliminere forstyrrelsesspenninger og snikstrømmer som påvirker de ikke-adresserte celler i den passive, matriseadresserbare innretning under en leseoperasjon.

Ytterligere er også hensikten å kunne gjennomføre lesing av flere celler i parallell og da spesielt en såkalt helradsutlesning, slik at alle celler koblet til en ordlinje kan leses i parallell, men med minimal forstyrrelse av de øvrige, ikke-adresserte celler i passive, matriseadresserbare innretninger.

Endelig er det også hensikten med den foreliggende oppfinnelse å avbøte tilsvarende problemer forbundet med skriving til slike celler i et passivt, matriseadresserbart nettverk og da spesielt tilbakeskriving til leste celler etter leseoperasjonen, slik at den opprinnelige polarisasjonstilstand før lesing i disse celler gjenopprettes eller de lagrede logiske verdier eller dataverdier tilbakestilles til sine opprinnelige verdier.

De ovennevnte hensikter og andre trekk og fordeler oppnås med en fremgangsmåte som i henhold til den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved å styre de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer på en tidskoordinert måte i henhold til spenningspulsprotokollen, idet spenningspulsprotokollen omfatter tidsstyringssekvenser for de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer, hvorved en ordlinje under i det minste en del av lesesyklusen aktiveres ved at den påtrykkes et potensial som relativt til samtlige kryssende bitlinjers potensial minst svarer til spenningen Vs og de logiske verdier lagret i de enkelte celler som er koblet til den aktive ordlinje, bestemmes ved å detektere cellenes ladningsverdier i deteksjonsanordningen.

I fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det ansett fordelaktig å benytte deteksjonsforsterkere som deteksjonsanordninger.

Det er også ansett fordelaktig at det i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen benyttes fire forskjellige spenningsverdier under styringen av de elektriske potensialer, og i den forbindelse benyttes fortrinnsvis spenningsverdiene 0, Vs/3, 2Vs/3 og Vs.

De ovennevnte hensikter samt ytterligere trekk og fordeler oppnås også med en innretning i henhold til den foreliggende oppfinnelse som er kjennetegnet ved at ordlinjene og bitlinjene er forbundet med en kontrollanordning som styrer de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer på en tidskoordinert måte og implementerer en spenningspulsprotokoll som omfatter tidsstyringssekvenser for de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer, idet kontrollanordningen er innrettet til å aktivere en ordlinje under i det minste en del av lesesyklusen, slik at den påtrykkes et potensial som relativt til samtlige kryssende bitlinjers potensial minst svarer til spenningen Vs.

I innretningen i henhold til oppfinnelsen er det ansett fordelaktig at det polariserbare materiale er en ferroelektrisk polymer.

Det er også ansett fordelaktig at deteksjonsanordningene i innretningen i henhold til oppfinnelsen er deteksjonsforsterkere.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere med henvisning til en redegjørelse til den generelle bakgrunn for utførelsen av passive, matriseadresserbare innretninger og hvordan de adresseres i henhold til oppfinnelsen, samt med drøfting av utførelseseksempler, alt med henvisning til den ledsagende tegning, hvor

fig. 1 viser hysteresløyfen for et polariserbart materiale, in casu et ferroelektrisk minnemateriale,

fig. 2 skjematisk en passiv matriseadresserbare innretning,

fig. 3 en første utførelse av en spenningspulsprotokoll for helradsutlesning med påfølgende tilbakeskrivings/oppfriskingssyklus, og fig. 4 en annen utførelse av en spenningspulsprotokoll for helradsutlesning med en påfølgende tilbakeskrivings/oppfriskingssyklus.

Fig. 1 viser hysteresesløyfen for et polariserbart materiale. Generelt vil ferroelektriske og elektrete materialer ha hysteresesløyfer av denne art. På hysteresesløyfen angir -Pr og +Pr henholdsvis den positive og negative remanente polarisasjon, mens Ps vist på y-aksen er den såkalte metningspolarisasjon. På x-aksen angir -Vc og +VC henholdsvis den positive og negative koersitivspenning, mens Vs angir en valgt svitsj espenning større enn koersitivspenningen Vc og verdien 1/3 Vs angir i henhold til den foreliggende oppfinnelse et fraksjonelt spenningsnivå som inngår i den benyttede spenningspulsprotokoll og som skal omtales nærmere nedenfor. Antas det at det polariserbare materiale initialt ikke er polarisert, polariseres det ved at det påtrykkes en spenning, eksempelvis vesentlig større enn Vc og fortrinnsvis svarende til Vs. Polarisasjonen vil da bevege seg fra 0 til den når punktet Ps på hysteresesløyfen. Dette punkt angir materialets ferroelektriske eller elektrete metningspolarisasjon Ps, og da har det ingen hensikt å øke spenningen Vs ytterligere. Når den påtrykte spenning fjernes, dvs. at det ligger et nullpotensial over det polariserbare materiale, vil polarisasjonen P drive tilbake langs hysteresesløyfen til den remanente eller permanente polarisasjon Pr der hvor hysteresesløyfen krysser y-aksen. Tilsvarende kan det påtrykkes en stor negativ spenning Vs for å polarisere materialet til den remanente polarisasjonstilstand -Pr. Polarisasjonstilstanden kan endres fra +Pr til -Pr ved at det påtrykkes en spenning -Vs og tilsvarende endres polarisasjonstilstanden -Pr til +Pr ved at det påtrykkes en tilsvarende stor positiv spenning +VS. Dette svarer til protokollen for skriving og lesing i en passiv, matriseadresserbar innretning som omfatter et slikt polariserbart materiale, og det vil være innlysende at for å oppnå dette, må potensialforskjellen over cellen, altså den kondensatorlignende struktur, svare til det benyttede spenningsnivå +VS eller -Vs, noe som oppnås ved å legge en angjeldende ordlinje på denne spenning og holde én eller flere av bitlinjene på nullpotensial. Skal bare én av cellene knyttet til den aktive ordlinje leses eller skrives, må det sørges for at potensialet på de øvrige bitlinjer som kontakterer ikke-adresserte celler, legges på samme spenning som den aktive ordlinje, slik at potensialforskjellen over disse celler dermed blir lik nullpotensialet.

Fig. 2 viser skjematisk utførelsen av en passiv, matriseadresserbar innretning. Et første elektrodesett består av parallelle elektroder WL som utgjør ordlinjer i matrisen. Det kan f.eks. være m slike ordlinjer WL. Et annet elektrodesett består av parallelle elektroder BL som krysser ordlinjene WL ortogonalt. De førnevnte utgjør bitlinjer BL i matrisen og kan være anordnet i et antall n slik at det fås en m-n matrise av adresserbare celler. Hvert av elektrodesettene er anordnet i respektive parallelle plan og det polariserbare materiale kan være anordnet som et globalt sjikt i sandwich mellom elektrodesettene, eventuelt over elektrodesettene, hvis ordlinjene WL og bitlinjene BL er anordnet i brokonfigurasjon med en innbyrdes, mellomliggende isolasjon i hvert krysningspunkt. Dermed fås det en passiv, matriseadresserbar innretning hvor hver enkelt celle nå er definert i det aktive materiale som befinner seg i eller ved krysningen mellom ordlinjene WL og bitlinjene BL. Den passive adresserbare matrise blir dermed en matrise med m-n adresserbare celler

(matrisen kan naturligvis være kvadratisk slik at m = n). Både ordlinjer og bitlinjer WL;BL er koblet til felles dekoderanordninger samt driver- og kontrollkretser for seleksjon og adressering. Disse er ikke nærmere vist, men deres bruk i både aktive og passive matriseadresserbare innretninger er velkjent for fagfolk og de er derfor utelatt på fig. 2. Videre er hver av bitlinjene koblet til en deteksjonsanordning, som i praksis fordelaktig kan være utført som en deteksjonsforsterker.

Ved adressering velges en ordlinje og påtrykkes en bestemt spenning. Denne ordlinje er vist som en aktiv ordlinje AWL på fig. 2, mens alle de øvrige ordlinjene betegnes som inaktive ordlinjer IWL. Has det nå en potensialforskjell mellom den aktive ordlinje AWL og de bitlinjer BL som krysser denne ordlinje, kan det utføres en adresseringsoperasjon til minnecellen i krysningspunktet mellom ordlinjen AWL og bitlinjene BL. I en såkalt helradsadressering (helradsutlesning) vil den samme potensialforskjell ligge over samtlige celler som er koblet til den aktive ordlinje AWL og for lesing kan ladninger som går i bitlinjene BL da detekteres av de respektive deteksjonsanordninger eller deteksjonsforsterkere.

I en foretrukket utførelse av en innretning for å utføre fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det polariserbare materiale en ferroelektrisk polymer. Ethvert ferroelektrisk polymermateriale kan benyttes, innbefattet, men ikke begrenset til polyvinylidendifluorid (PVDF). Som ytterligere eksempler kan nevnes polyamider (odde nyloner), cyanopolymerer, kopolymerer av vinylidendifluorid (VDF) og trifluoroetylen (TrFE), polyureaer, polytioureaer, biopolymerer så som polypeptider og cyanoetylcellulose. Den ferroelektriske polymertynnfilm kan avsettes ved bruk av velkjente metoder så som spinnbelegging, f.eks. avsetting av VDF-TrFE (75/25) kopolymer fra et passende løsningsmiddel, f.eks. dimetylformamid (DMF), cykloheksanon eller metyletylketon (MEK).

Det skal nå beskrives forskjellige utførelser av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

En første utførelse er illustrert ved diagrammet på fig. 3 som viser en spenningspulsprotokoll med spenningsnivåer mellom 0 og Vs og tidsmarkeringer for tidspunkter nummerert fra 0 til 6 i overkant av figuren som vist. I henhold til spenningspulsprotokollen på fig. 3 holdes alle ordlinjer WL og bitlinjer BL i innretningen på en hvilespenning lik 0 når ingen adresseringsoperasjon foregår, dvs. når det ikke leses og skrives til noen celler i matrisen. Under lesesyklusen påtrykkes en spenning Vs mellom tidsmarkeringene 1 og 2 til en aktiv ordlinje AWL, mens de inaktive ordlinjer IWL holdes på nullpotensial. I en celle som befinner seg i den remanente polarisasjonstilstand +Pr, medfører påtrykkingen av en stor positiv spenning +VS ingen vesentlig forandring i cellens polarisasjonstilstand, og det vil med andre ord ikke gå noen ladning i bitlinjen BL, eventuelt bare en liten ladning som representerer forskjellen mellom metningspolarisasjonen Ps og den remanente polarisasjon +Pr som vist på fig. 1. Befinner derimot cellen seg i den remanente polarisasjonstilstand -Pr, vil nå polarisasjonstilstanden i henhold til protokollen svitsje til +Pr, og det fås en stor ladningsstrøm i bitlinjen BL og et høyt utgangssignal til deteksjonsanordningen. Representerer f.eks. den positive polarisasjonstilstand +Pr en logisk 0, er det ikke nødvendig med noen oppfrisking eller tilbakeskriving, men i cellen som befant seg i den negative remanente polarisasjon -Pr, vil lesingen medføre en svitsjing til den positive remanent polarisasjonstilstand +Pr og den logiske verdi i cellen må gjenvinnes ved at det skrives tilbake til minnecellen. Dette oppnås ved å holde den aktive ordlinje på 0 og legge den angitte bitlinje på et potensial som påtrykker en spenning lik -Vs over cellen. Under skrivesyklusen holdes samtidig inaktive ordlinjer på 2Vs/3 og inaktive bitlinjer på Vs/3. Utelukkende potensialforskjellen mellom en aktiv ordlinje AWL og en bitlinje BL aktivert for oppfrisking vil dermed være lik Vs, mens alle inaktive ordlinjer IWL holdes på samme potensial, f.eks. 2Vs/3 og alle inaktive bitlinjer tilsvarende på potensialet Vs/3. Potensialforskjellen mellom inaktive ordlinjer og inaktive bitlinjer vil dermed være betydelig mindre enn Vs og dette bidrar til å redusere forstyrrelsesspenninger og kapasitive koblinger etc. i matrisen under adresseringsoperasjonen for tilbakeskriving.

Som det vil ses, benyttes det fire spenningsnivåer, nemlig 0, Vs/3 og 2Vs/3 og Vs i spenningspulsprotokollen på fig. 3. De fraksjonelle nivåer av spenningen Vs, nemlig Vs/3 og 2Vs/3, følger av en såkalt spenningsseleksjonsregel eller -skjema som benyttes til å modifisere pulsprotokollene med valgte spenningsverdier mellom 0 og Vs for å redusere forstyrrelsesspenninger og snikstrømmer og andre forhold som kan påvirke minnecellenes polarisasjonstilstand på en uheldig måte. I det foreliggende tilfelle kalles den benyttede seleksjonsregel såkalt 1/3-seleksjon. Det lar seg vise at Vs/3 er det minste gjennomsnittlige spenningsnivå som kan foreligge på samtlige ord- og bitlinjer i matrisen under en adresseringsoperasjon.

Hva forøvrig angår den teoretiske bakgrunn for bruken av spenningspulsprotokoller og spenningsseleksjonsregler, kan det henvises til nærværende søkers norske patent nr. 312 699 som gir den teoretiske bakgrunn for spenningspulsprotokoller og deres anvendelse, uavhengig om adresseringen skal skje til enkeltceller eller til flere celler i parallell i store passive, matriseadresserbare minneinnretninger med et ferroelektrisk eller elektret minnemateriale.

Fig. 4 viser en annen spenningspulsprotokoll i henhold til oppfinnelsen og med tilsvarende markering av tidspunkter. Også den benytter fire spenningsnivåer fra 0 til Vs og en såkalt 1/3-seleksjonsregel, men til forskjell fra protokollen på fig. 3 holdes nå samtlige ordlinjer og bitlinjer når ingen celle i matrisen leses og skrives på, en hvilespenning Vs/3. Dette medfører den fordel at ved en adresseringsoperasjon for lesing eller skriving vil det spenningsnivå som i hvert tilfelle må påtrykkes eksempelvis en aktiv ordlinje AWL eller en aktiv bitlinje BL være vesentlig mindre enn Vs, eksempelvis høyst utgjøre 2Vs/3, og dette har igjen åpenbare fordeler med tanke på forstyrrelsesspenninger og snikstrømmer i nettverket og vil samtidig redusere aksesstiden. Således vil i protokollens lesesyklus den aktive ordlinje svitsjes fra 2Vs/3 til Vs/3 ved markeringen 2 og ordlinjene fra Vs/3 til nullspenning. Samtidig legges også inaktive ordlinjer IWL på nullspenning, slik at det mellom inaktive ordlinjer IWL og aktive bitlinjer BL ikke has noen potensialforskjell. Etter lesesyklusen, som kan utføres parallelt, skjer gjenoppfriskingen ved å stille samtlige ord- og bitlinjer tilbake til hvilespenningen Vs/3 og i selve syklusen for tilbakeskriving eller oppfrisking påtrykkes den aktive ordlinje AWL med en nullspenning, mens de bitlinjer BL som adresserer minneceller som skal tilbakestilles eller oppfriskes, påtrykkes potensialet Vs, underforstått med den nødvendige polaritet, for å bevirke den aktuelle tilbakestilling. De inaktive bitlinjer, dvs. de som kontakterer celler hvor ingen gjenoppfrisking skal finne sted, holdes på Vs/3, mens de inaktive ordlinjer IWL legges på 2Vs/3. Potensialforskjellen mellom inaktive ordlinjer og en aktiv bitlinje vil dermed være Vs/3 og mellom den inaktive ordlinjer og en inaktiv bitlinje likeledes Vs/3, mens potensialforskjellen mellom den aktive ordlinje AWL og den aktive bitlinje for tilbakeskriving naturligvis nok nå blir lik Vs (eventuelt -Vs).

Potensialforskjellen mellom en aktiv ordlinje AWL og en inaktiv bitlinje hvor ingen tilbakeskriving finner sted, er Vs/3.

Spenningspulsprotokollen i utførelsen vist på fig. 3 gir en svært enkelt lesing av den matriseadresserbare innretning, og dette medfører at de ikke viste driverkretser for ordlinjene og bitlinjene WL;BL kan utføres relativt enkle, mens den noe mer kompliserte spenningspulsprotokoll vist i utførelsen på fig. 4, krever at potensialet på samtlige ord- og bitlinjer endres i henhold til protokollen, men samtidig bedres nå innretningens immunitet overfor spenningsforstyrrelser og snikstrømmer i betydelig grad. Det skal forstås at under skrivesyklusen kan de aktuelle potensialer på aktive bitlinjer være positive eller negative betinget av hvilken logisk verdi som skal tilbakeskrives og cellenes initiale tilstand etter den destruktive utlesningsoperasjon. Det skal også bemerkes at de på figurene angitte tidspunkter for tidsstyringssekvensene kan velges forholdsvis fritt og det kan vises til at tidsintervallene 2-1 og 4-3 på fig. 4 eksempelvis kan være 0 eller negative, likeledes at tidsverdiene vil avhenge av det polariserbare materialets dynamiske egenskaper, f.eks. av tidskonstanten for hysteresesløyfen til det valgte materiale. Det skal også forstås at spenningsnivåenes absolutte verdi og antallet spenningsnivåer selv i henhold til pulsprotokollen kan velges vilkårlig så sant forutsetningene for å utføre en såkalt helradsutlesning oppnås, nemlig Vs over hver celle på den aktive ordlinje og nullspenning over de ikke-adresserte celler på inaktive ordlinjer IWL. Det vil også være mulig å benytte en vesentlig høyere spenning enn Vs for å aktivere cellene, uten at det naturligvis kan påvirke det remanente polarisasjonstilstanden til minnematerialet. Det skal i den forbindelse også bemerkes at et fenomen som utmatting, dvs. en gradvis reduksjon av de remanente polarisasjonsverdier til en minnecelle ved et meget stort antall adresseringssykler, vil tilta og by på problemer for lesning av cellene. Likeledes vil såkalt "imprint" gjøre seg gjeldende, nemlig det forhold at en celle som i lengre tid har befunnet seg i en bestemt polarisasjonstilstand, vil være tilbøyelig til å opprettholde denne polarisasjonstilstand og derfor kreve høyere spenninger eller lengre spenningspulser når en eventuell adresseringsoperasjon skal gjennomføres.

Helradsutlesning blir således utført når alle bitlinjer BL i den passive matrise leses under den samme lesesyklus med bruk av en passende spenningspulsprotokoll. Bare én av m ordlinjer er aktiv under det samme tidsrom hvor alle n bitlinjer BL er aktive. For å oppnå dette må hver bitlinje i matrisen være forbundet med en deteksjonsforsterker. Helradsutlesning kan også benyttes når en matrise av en eller annen grunn deles i et antall undermatriser. Begrepet helradsutlesning er derfor ment å innbefatte det forhold hvor alle celler på en fullstendig ordlinje i en undermatrise leses under den samme lesesyklus. Helradsutlesningen gir en rekke fordeler sammenlignet med delradsutlesning eller enkeltcelleutlesing, nemlig

a) under lesesyklusen vil alle ikke-adresserte celler utsettes for et nullpotensial, noe som vil redusere antall forstyrrelsessignaler som kunne

resultere i tap av datainnhold (logisk verdi) så vel som eliminere alle forstyrrelser under en leseoperasjon og som kunne gi opphav til bakgrunnsstrømmer;

b) dataoverføringsraten vil være den maksimale rate som tillates av antallet bitlinjer i en matrise eller undermatrise; c) utlesingspenningen Vs kan velges meget høyere enn koersitivspenningen uten å frembringe partiell svitsjing av ikke-adresserte celler, hvilket gjør at svitsjehastighetene kan være den høyest mulige svitsjehastighet for det polariserbare materiale i cellene; og d) utlesningsopplegget er kompatibelt med store matriser og matrisegrupper.

For utlesing av data settes potensialforskjellen mellom den aktive ordlinjen

AWL og bitlinjene BL på potensialet Vs, hvilket vil få ladning til å strømme fra cellene og gjennom de kontakterende bitlinjer på velkjent måte. Ladningsverdien (eller strømstyrken) avhenger av polarisasjonstilstanden i hver celle og detekteres av deteksjonsforsterkere, én for hver bitlinje. Ved bruk av målekretser kan den logiske tilstand til hver celle således bestemmes.

Som angitt i søknadens innledning, kan den passive matriseadresserbare innretning være en minneinnretning og benyttes til lagring av data slik at polarisasjonstilstanden i hver celle enten representerer en logisk 1 eller en logisk 0. En tilsvarende innretning kan også benyttes som en sensorinnretning slik at de logiske verdier som lagres i hver celle knyttes til verdien av hvert enkelt sensorelement i sensorinnretningen. I prinsippet vil imidlertid ikke være noen forskjell med hensyn til fremgangsmåten for å lese/oppfriske data lagret i cellene hverken i den ene eller den andre applikasjon.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til lesing av en passiv, matriseadresserbar innretning, spesielt en minneinnretning eller en sensorinnretning med individuelt adresserbare celler for å lagre en logisk verdi som representerer en til en celle gitt ladningsverdi, hvor innretningen omfatter et elektrisk polariserbart materiale som viser hysterese, spesielt et ferroelektrisk materiale, hvor innretningen omfatter et første og et annet elektrodesett med parallelle elektroder som henholdsvis utgjør ordlinjer og bitlinjer i innretningen, hvor ordlinjeelektrodene (WL) og bitlinjeelektrodene (BL) er anordnet innbyrdes ortogonale og i kontakt med det polariserbare materiale ved motsatte overflater av dette, slik at innretningens celler utgjør kondensatorlignende strukturer definert i et volum av det polariserbare materiale i eller ved krysningen mellom ordlinjer og bitlinjer, hvor en celle i innretningen kan innstilles på én av to polarisasjonstilstander eller svitsjes mellom disse ved å påtrykke en spenning Vs større enn det polariserbare materialets koersitivspenning Vc mellom en ordlinje (WL) og bitlinje (BL) som adresserer cellen, hvor hver bitlinje (BL) er forbundet med en deteksjonsanordning, hvor fremgangsmåten omfatter en spenningspulsprotokoll med en lesesyklus slik at hver deteksjonsanordning under lesesyklusen detekterer ladninger som går mellom dens forbundne bitlinje og celler forbundet med denne bitlinje, og hvor fremgangsmåten er karakterisert ved å styre de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer på en tidskoordinert måte i henhold til spenningspulsprotokollen, idet spenningspulsprotokollen omfatter tidsstyringssekvenser for de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer, hvorved en ordlinje under i det minste en del av lesesyklusen aktiveres ved at den påtrykkes et potensial som relativt til samtlige kryssende bitlinjers potensial minst svarer til spenningen Vs og de logiske verdier lagret i de enkelte celler som er koblet til den aktive ordlinje bestemmes ved å detektere cellenes ladningsverdier i deteksjonsanordningen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det benyttes deteksjonsforsterkere som deteksjonsanordninger.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det benyttes fire forskjellige spenningsverdier under styringen av de elektriske potensialer.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved at de benyttede spenningsverdier henholdsvis er 0, <V>s</>3, 2Vs/3 og Vs.

5. Innretning for å utføre fremgangsmåten til lesing av en passiv, matriseadresserbar innretning, spesielt en minneinnretning eller en sensorinnretning med individuelt adresserbare celler som lagrer en logisk verdi som representerer en til en celle gitt ladningsverdi, hvor innretningen omfatter et elektrisk polariserbart materiale som viser hysterese, spesielt et ferroelektrisk materiale, hvor innretningen omfatter et første og et annet elektrodesett med parallelle elektroder som henholdsvis utgjør ordlinjer (WL) og bitlinjer (BL) i innretningen, hvor ordlinjeelektrodene (WL) og bitlinjeelektrodene (BL) er anordnet innbyrdes ortogonale og i kontakt med det polariserbare materiale ved motsatte overflater av dette, slik at innretningens celler utgjør kondensatorlignende strukturer i et volum av det polariserbare materiale i eller ved krysningen mellom ordlinjer (WL) og bitlinjer (BL), hvor en celle i innretningen kan innstilles på én av to polarisasjonstilstander eller svitsjes mellom disse ved å påtrykke en spenning Vs større enn det polariserbare materialets koersitivspenning Vc mellom en ordlinje (WL) og bitlinje (BL) som adresserer cellen, hvor hver bitlinje (BL) er forbundet med en deteksjonsanordning (SA), hvor fremgangsmåten omfatter en spenningspulsprotokoll med en lesesyklus slik at hver deteksjonsanordning (SA) under lesesyklusen detekterer ladninger som går mellom dens forbundne bitlinje (BL) og celler forbundet med denne bitlinje, og hvor innretningen er karakterisert ved at ordlinjene (WL) og bitlinjene (BL) er forbundet med en kontrollanordning som styrer de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer (WL;BL) på en tidskoordinert måte og implementerer en spenningspulsprotokoll som omfatter tidsstyringssekvenser for de elektriske potensialer på alle ord- og bitlinjer, idet kontrollanordningen er innrettet til å aktivere en ordlinje (AWL) under i det minste en del av lesesyklusen, hvorved ordlinjen (AWL) påtrykkes et potensial som relativt til samtlige kryssende bitlinjers (BL) potensial minst svarer til spenningen Vs.

6. Innretning i henhold til krav 5, karakterisert ved at det polariserbare materiale er en ferroelektrisk polymer.

7. Innretning i henhold til krav 5, karakterisert ved at deteksjonsanordningene (SA) er deteksjonsforsterkere.