NO317905B1 - Fremgangsmate for a operere ferroelektrisk eller elektret minneinnretning og en innretning av denne art - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å operere en ferroelektrisk eller elektret minneinnretning, hvor minneinnretningen omfatter minneceller i form av en ferroelektrisk eller elektret tynnfilm av polarisert materiale som viser hysterese, spesielt en ferroelektrisk eller elektret polymertynnfilm, og et første og et annet sett av respektive parallelle elektroder, hvor elektrodene i det første sett er anordnet i et hovedsakelig ortogonalt forhold til elektrodene i det annet sett, hvor elektrodene i det første sett og det annet sett er anordnet i direkte eller indirekte kontakt med tynnfilmmaterialet i minnecellene, hvor en polarisasjonstilstand i individuelle minneceller kan leses, oppfriskes, slettes eller skrives ved å påtrykke passende spenninger til de individuelle elektroder i henholdsvis det første og annet sett av elektroder, hvor fremgangsmåten implementerer en spenningspulsprotokoll som omfatter henholdsvis en lese- og skrive/oppfriskingssyklus med tidssekvenser av spenningspulser med forhåndsdefinerte amplituder og lengder, hvor en lesesyklus omfatter å påtrykkes sett av spenningsdifferanser til elektroder i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data leses ut fra minnecellene, hvor skrive/oppfriskingssyklusen av spenningspulsprotokollen omfatter å påtrykke et annet sett av spenningsreferanser til elektrodene i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data skrives/oppfriskes i minnecellene, hvor sett av spenningsforskjeller svarer til et forhåndsdefinert sett av potensialnivåer slik at det forhåndsdefinerte sett av potensialnivåer har minst tre separate verdier.

Oppfinnelsen angår også en ferroelektrisk eller elektret minneinnretning for å implementere fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor minneinnretningen omfatter minneceller i form av en ferroelektrisk eller elektret tynnfilm av polymeriserbart materiale som viser hysterese, spesielt en ferroelektrisk eller elektret polymertynnfilm, og et første og et annet sett av henholdsvis parallelle elektroder, hvor elektrodene i det første sett er anordnet i hovedsakelig ortogonalt forhold til elektrodene i det annet sett, hvor elektrodene i det første og annet sett er anordnet i direkte og indirekte kontakt med tynnfilmmaterialet i minnecellene, hvorved en polarisasjonstilstand i de individuelle minneceller kan leses, oppfriskes, slettes eller skrives ved å påtrykke faste spenninger til de individuelle elektroder i henholdsvis det første og annet sett av elektroder, hvor fremgangsmåten implementerer en spenningspulsprotokoll som henholdsvis omfatter en lese- og skrive/ oppfriskingssyklus med tidssekvenser av spenningspulser med forhåndsdefinerte amplituder og lengder, hvor en lesesyklus omfatter å påtrykke et sett av spenningsforskjeller til elektrodene i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data leses ut fra minnecellene, hvor skrive/oppfriskingssyklusen i spenningsprotokollen omfatter å påtrykke et annet sett av spenningsforskjeller til elektrodene i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data skrives/oppfriskes til minnecellene, hvor settene av spenningsforskjeller svarer til et forhåndsbestemt sett av potensialnivåer slik at det forhåndsbestemte sett av potensialnivåer har minst tre separate verdier, og hvor en driver/kontrollenhet er anordnet for å påtrykke via driverkretser det forhåndsbestemte sett av potensialnivåer til elektrodene for å bevirke de ovennevnte operasjoner på valgte minneceller i henhold til spenningspulsprotokollen for lese- og skrive/oppfriskingsoperasjoner.

Ferroelektriske materialer er elektrisk polariserbare materialer hvor den spontane polarisasjonsvektor besitter minst to likevektsorienteringer i fravær av et ytre elektrisk felt og hvor den spontane polarisasjonsvektor kan svitsjes mellom disse orienteringer av et elektrisk felt. Minneeffekten som frembys av materialer med slike bistabile tilstander av remanent polarisasjon, kan benyttes i minneapplikasjoner. En av polarisasjonstilstandene betraktes som en logisk "1" og den annen tilstand som logisk "0". Typiske applikasjoner av passive matriseadresserte minner implementeres ved å la to sett av parallelle elektroder krysse hverandre, vanligvis ortogonalt for å danne en matrise eller gruppe av krysningspunkter som individuelt kan aksesseres elektrisk ved selektiv eksitasjon av de passende elektroder fra kanten av matrisen. Et lag av ferroelektrisk materiale er anordnet mellom eller over elektrodesettene slik at kondensatorlignende strukturer (som virker som minneceller) dannes i materialet mellom eller ved krysningen av elektrodene. Når potensialforskjeller påtrykkes mellom elektrodene, blir det ferroelektriske materiale i cellen utsatt for et elektrisk felt som generer en polarisasjonsrespons som generelt følger en hysteresekurve eller et parti av denne. Ved å manipulere retningen og størrelsen av det elektriske felt kan minnecellen settes i en ønsket logisk tilstand. Den passive adressering av denne type arrangement fører til enkel fremstilling av en høy tetthet av krysningspunkter.

Med henvisning til fig. 1 forandrer et materiale med en hysteresesløyfe 100 sin polarisasjonsretning ved påtrykking av et elektrisk felt som overstiger koersitivfeltet Ec. Hysteresesløyfen er hensiktsmessig vist med spenning fremfor feltet langs absisseaksen. Spenningen beregnes ved å multiplisere feltet med tykkelsen av det ferroelektriske materiallag. En metningspolarisasjori Ps fas hver gang en minnecelle utsettes for nominell svitsjespenning Vs. 1 praksis vil imidlertid en partiell svitsjing finne sted ved påtrykking av elektriske felter under denne verdi. Graden av partiell svitsjing avhenger av materialegenskapene, men gjentatt påtrykking av elektriske felter, til og med om de er lavere enn koersitivfeltet, vil til syvende og sist redusere de remanente polarisasjonstilstander +Pr 110 og -Pr 112 i den grad at feilaktige leseresultater senere kan forekomme. Det er svitsjeprotokollen, også kjent som spenningspulsprotokollen, som bestemmer de elektriske feltene ved å påtrykke spenninger til minnematrisen under lese- og skriveoperasjoner. En passende svitsjeprotokoll er nødvendig for å unngå å forstyrre andre celler når en individuell celle i en minnegruppe leses eller skrives. For dette formål foreskriver og påtrykker spenningspulsprotokollen forhåndsbestemte spenningsnivåer til elektrodene for å velge en minnecelle for adressering og utføre en adresseringsoperasjon, samtidig som forstyrrelsen av ikke-valgte celler holdes på et minimum. En rekke spenningspulsprotokoller er blitt utviklet for å redusere den sistnevnte virkning. "Noen få eksempler kan finnes i US patent nr. 3 002 182 (Andersson), US patent nr. 4 169 258 (Tannas Jr.) og den publiserte internasjonale patentsøknad nr. WO 02/05287 (Thompson & al.).

Ferroelektriske og elektrete materialer viser generelt en polarisasjonsoppførsel avhengig av miljøfaktorer og også adresseringshistorien. Dette kan utgjøre et problem når disse materialer benyttes i minneinnretninger som utsettes for forskjellige miljø- og driftsbetingelser. I den forbindelse skal det bemerkes at ferroelektriske materialer strengt tatt utgjør en underklasse av elektreter, og er kjennetegnet ved å være permanent polariserbare tit én av to permanente polarisasjonstilstander og ved å vise hysterese. I den følgende drøftelse av kjent teknikk så vel som foretrukne utførelser av oppfinnelsen skal minnematerialet for å lette forståelsen av oppfinnelsen generelt bli ansett og betegnet som ferroelektrisk, slik at det både viser hysterese og di polar polarisasjonsoppførsel.

Spesielt kan polarisasjonsoppførselen påvirkes av omgivelsestemperaturen som det ferroelektriske materialet utsettes for. De fleste ferroelektriske materialer gjennomgår en strukturell faseovergang fra en høytemperaturs ikke-ferroelektrisk fase til en lavtemperaturs ferroelektrisk fase. Overgangen skjer ved en temperatur Tc kalt curie-temperaturen. Blytitanatzirkonat er et populært ferroelektrisk uorganisk materiale og har en curie-temperatur på 360°C. Driftstemperaturen til en ferroelektrisk minnematrise er normalt vesentlig lavere enn dette og frembyr derfor færre og mindre problemer, om noen. Hvis det ferroelektriske materialet imidlertid er en polymer, kan en økning i polymerens temperatur eller en økning i innretningens arbeidstemperatur bli en viktig forstyrrelsesfaktor. Fig. 2 påviser en mulig effekt av øket temperatur på hysteresekurven 100. Den mindre kurve representerer de ferroelektriske egenskaper til et materiale ved en høyere temperatur. En øket følsomhet overfor det elektriske felt kan bemerkes da koersitivspenningen Vcl ved en lavere temperatur er høyere enn koersitivspenningen Vch ved en høyere temperatur. Hvis det elektriske feltet som påtrykkes, forblir ujustert til tross for en temperaturforandring, vil spenningen over ikke-adresserte krysningspunkter øke risikoen for uønsket omvending av polarisasjonsretningen. Også svitsjehastigheten til et ferroelektrisk minnemateriale vil generelt være avhengig av dets temperatur og øker etter hvert som temperaturen blir høyere.

Det velkjente faktum at hysteresekurven har en temperaturavhengighet, er omtalt i US patent nr. 5 487 029 (Kuroda). For å forhindre uønsket feilskriving i et ferroelektrisk minne på grunn av en temperaturforandring, angir Kuroda at det er nødvendig å justere en skrivespenning med en negativ temperaturavhengighet som svarer til temperaturkarakteristikken for hysteresekurven. For dette formål viser Kuroda bruken av en spenningsgenerator for å skaffe en skrivespenning som stabiliseres av en zenerdiode med negativ temperaturerkarakteristikk. Zenerdioden justerer følgelig skrivespenningen og tilpasser den til den negative temperaturavhengighet hos de ferroelektriske kondensatorer. Det er imidlertid en vanskelig oppgave å avstemme karakteristikkene til en zenerdiode med negativ temperaturkarakteristikk til temperaturkarakteristikken for hysteresekurven for et ferroelektrisk minnemateriale, og Kuroda medgir at temperaturkompensasjonen vil kunne baseres på andre fremgangsmåter enn denne, men gir ingen anvisning på egnede alternativer.

Det bør bemerkes at kjent teknikk på dette området er blitt utviklet i samband med uorganiske, keramiske, ferroelektriske materialer som typisk beholder sin fysiske integritet og ferroelektrisk levedyktighet i et temperaturområde som går langt utover det som påtreffes i praktiske minneinnretninger. Et eksempel er blyzirkonattitanat, PZT, som har et curie-punkt på 360°C, over hvilken den spontane polarisasjonen forsvinner. I motsetning til dette har det oppstått en klasse minneinnretninger basert på ferroelektriske, organiske polymerer med curie- og/eller smeltetemperaturer under 200°C. Disse materialene tilbyr meget betydelige fordeler med hensyn til prosesserbarhet, kostnad, teknisk fleksibilitet etc, men kan i visse tilfeller by på problemer på grunn av en forandring i deres elektriske karakteristikker når temperaturen varierer over området av spesifiserte driftstemperaturer.

Det er imidlertid fra den foreliggende søkers arbeid med ferroelektriske minnematerialer og matriseadresserbare ferroelektriske minner fremkommet at minnematerialer i form av ferroelektriske polymerer ikke forandrer sine svitsjekarakteristikker avhengig av temperaturen på en likefrem måte, men at svitsjekarakteristikkene til ferroelektriske polymerer kan være avhengig av forandringer i deres driftstemperatur på en mer komplisert måte og at en temperaturøkning ikke alltid forårsaker en tilsvarende økning i svitsjehastigheten, slik det kunne forventes. I tillegg er det blitt funnet at andre miljøfaktorer enn temperaturen kan forandre svitsjehastigheten til minnematerialet. Slike faktorer kan skyldes miljøpåvirkninger innbefattet temperatur, men er ikke begrenset til dette, da f.eks. atmosfærefuktighet, mekaniske spenninger eller elektriske spenninger så vel som den tidligere adresseringshistorie for minnecellene fremstilt med en ferroelektrisk polymer påvirker den ferroelektriske oppførsel til minnematerialet. Generelt kan det sies at en dynamisk minnecellerespons vil være avhengig av en rekke faktorer, og selv om det ikke er nødvendig å isolere de separate bidrag fra disse faktorer, er det meget klart at deres samlede bidrag på et eller annet vis påvirker det dynamiske aspekt av minnecelleresponsen. For å avbøte slike påvirkninger på altomfattende måte ville det være nærliggende å overvåke en minnecellerespons på en adresseringsoperasjon ved å sammenligne en momentan respons med en empirisk bestemt referanserespons, f.eks. igjen skaffet under omhyggelig kontrollerte betingelser, og deretter å justere parameterne til spenningspulsprotokollen som benyttet for adresseringsoperasjoner i et passivt, matriseadresserbart minne med en ferroelektrisk polymer som minnemateriale.

Spesifikt bestemmer spenningspulsprotokollen også spenningsnivåene som skal anvendes i en tidsstyringssekvens for de respektive aktive og inaktive ord- og bitlinjer under en adresseringsoperasjon, og følgelig skal spenningspulsprotokollene i denne henseende ikke bare bestemme pulslengdene, men også pulsintervallene. Kort sagt ville parameterne til spenningspulsprotokollen ceteris paribus være bestemt som angitt og innstilt for adresseringsoperasjoner. Søkerens undersøkelser har imidlertid gjort det klart at en minnecelles respons, som målt av en passende parameter, f.eks. svitsjehastigheten eller dennes tidsderiverte, er dynamisk og forandrer seg tidsavhengig med de forskjellige faktorer nevnt ovenfor og av hvilke i tillegg adresseringshistorien kan være av vesentlig betydning. Som angitt, innbefatter disse minnematerialets virkelige driftstemperåtur som upresist er blitt ansett som omgivelsestemperaturen, gitt at innretningen er i termisk likevekt, men dette er ikke nødvendigvis alltid tilfellet. Driftstemperaturen til f.eks. en minnecelle kan være avhengig av både pågående adresseringsoperasjoner og adresseringshistorien, så vel som varme avgitt fra tilstøtende elektroniske kretser.

Det er således en hovedhensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en fremgangsmåte for å eliminere eller redusere problemene forårsaket av forandringer i hysteresekurven, koersitivspenningen og svitsjehastigheten med hensyn til adresseringsoperasjoner i ferroelektriske eller elektrete minneinnretninger. Hovedhensikten tar følgelig sikte på å avbøte en forandring eller drift i responsen i minneceller på grunn av miljøpåvirkninger, adresseringshistorie og forskjellige påkjenninger frembrakt i driften av ferroelektriske eller elektrete minner, uansett om påkjenningen er av elektrisk, mekanisk, kjemisk eller termisk art eller kombinasjoner derav.

Det er også en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en fremgangsmåte for å kompensere svitsjehastighet uten å benytte spenningsstabiliserende kretser som er utsatt for temperatureffekter og drift.

Enda mer spesielt er det en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en temperaturkompensasjonsmetode som kan benyttes på

spenningspulsprotokollparameterne og som skal være spesielt egnet for bruk med ferroelektrisk eller elektret minnemateriale av polymer i form av tynne filmer.

Endelig er det en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en ferroelektrisk eller elektret minneinnretning hvori fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan implementeres.

De ovennevnte hensikter så vel som ytterligere trekk og fordeler realiseres i henhold til oppfinnelsen med en fremgangsmåte som er kjennetegnet ved trinn for

a) å bestemme minst én parameter som er indikativ for en forandring i en minnecellerespons på de påtrykte spenningsdifferanser; b) å bestemme minst én korreksjonsfaktor for spenningspulsene som gitt av spenningspulsprotokollen på basis av minst den ene parameter som er indikativ for en forandring i minnecelleresponsen på de påtrykte spenningsforskjeller; c) å velge for en tilpasning av spenningspulsprotokollen minst én av de følgende pulsprotokollparametere, nemlig pulsamplituder, pulslengder og pulsintervaller; og d) å justere én eller flere parameterverdier for minst én av de valgte pulsprotokollparametere i samsvar med den minst ene korreksjonsfaktor, hvorved én

eller flere pulsamplituder, én eller flere pulslengder og én eller flere pulsintervaller justeres enten separat eller i kombinasjon i samsvar med en detektert forandring i minnecelleresponsen.

I henhold til oppfinnelsen er det i ethvert tilfelle foretrukket å justere verdien av pulsamplituden og/eller puislengden til en svitsjespenningspuls i pulsspenningsprotokollen.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåtene i henhold til oppfinnelsen bestemmes den minst ene parameter som er indikativ for en responsforandring i trinn a) ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for en svitsjehastighet i det ferroelektriske minne, og å bestemme den minst ene korreksjonsfaktor i trinn b) for å bestemme en svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor.

I denne utførelse er det ansett som fordelaktig å bestemme den minst ene parameter indikativ for svitsjehastigheten i trinn a) ved å måle en momentan svitsjehastighet for minneinnretningen. Foretrukket kan da svitsjehastigheten måles ved å måle svitsjehastigheten til én eller flere referanseminneceller eller ved å analysere pågående adresseringsoperasjoner innbefattet en svitsjing av minneceller i minneinnretningen.

I denne utførelse er det også ansett fordelaktig å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for svitsjehastigheten i trinn a) ved kontinuerlig å overvåke svitsjehastigheten til minneinnretningen og påtrykke minst én svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor til spenningspulsprotokollen som implementerer de påtrykte spenningsforskjeller, å tilpasse spenningspulsprotokollen i sanntid til en forandring i responsen på de påtrykte spenningsdifferanser, og å benytte den sanntidstilpassede spenningspulsprotokoll for å justere minst én av parameterverdiene til pulsprotokollparametrene i trinn d), og i den forbindelse foretrukket å justere alle parameterverdier for minst én av pulsprotokollparameterne i trinn d).

Foretrukket kan en svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor i trinn b) bestemmes ved en beregning eller ved lesning av en oppslagstabell. Alternativt kan en første og annen svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor bestemmes i trinn b).

I en annen fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen bestemmes den minst ene parameter som er indikativ for en responsforandring i trinn a) ved å bestemme minst én parameter som er indikativ for en temperatur i minneinnretningen, og å bestemme den minst ene korreksjonsfaktor i trinn b) ved å bestemme minst én temperaturavhengig korreksjonsfaktor.

Foretrukket bestemmes den minst ene parameter som er indikativ for temperaturen i trinn a) ved å detektere en driftstemperatur for minneinnretningen direkte, og en temperaturavhengig korreksjonsfaktor kan da bestemmes i trinn b) ved en beregning eller ved en lesning av en oppslagstabell. Alternativt blir en første og annen temperaturavhengig korreksjonsfaktor bestemt i trinn b) og da blir den første temperaturavhengige korreksjonsfaktor foretrukket bestemt som en temperaturkoeffisient, idet temperaturkoeffisienten benyttes til å justere alle parameterverdier for minst én av pulsprotokollparameterne i trinn d), men like foretrukket blir den annen temperaturavhengige korreksjonsfaktor bestemt som en offsetspenning, idet offsetspenningen benyttes tii å justere minst én amplitudeverdi eller et potensialnivå i trinn d).

I denne annen utførelse er det ansett fordelaktig å justere parameterverdiene i trinn

d) ved først å utføre en første justering i samsvar med den første temperaturavhengige korreksjonsfaktor og deretter utføre en annen justering i

samsvar med den annen temperaturavhengige korreksjonsfaktor, eller alternativt utføre en første justering i samsvar med den annen temperaturavhengige korreksjonsfaktor etterfulgt av en annen justering i samsvar med den første temperaturavhengige korreksjonsfaktor.

I nok en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen bestemmes den minst ene parameter som er indikativ for en responsforandring i trinn a) ved å bestemme minst én parameter som er indikativ for temperaturen til minneinnretningen ved å måle en svitsjehastighet for minnecellen i innretningen og benytte en forhåndsbestemt korrelasjon mellom den målte svitsjehastighet og den virkelige temperatur i minnematerialet i cellene for å bestemme den sistnevnte.

I den forbindelse blir svitsjehastigheten foretrukket målt ved å måle svitsjehastigheten til én eller flere referanseminneceller, eller ved å analysere pågående adresseringsoperasjoner, innbefattet en svitsjing av minneceller i minneinnretningen.

De ovennevnte hensikter så vel som ytterligere trekk og fordeler blir også realisert i henhold til oppfinnelsen med en ferroelektrisk minneinnretning som er kjennetegnet ved å omfatte en anordning for å bestemme minst en parameter som er indikativ for en forandring i minnecelleresponsen til de påtrykte spenningsforskjeller, et kalibreringsminne forbundet med en utgang på anordningen for å bestemme minst én korreksjonsfaktor basert på parameteren som er indikativ for en forandring i minnecelleresponsen, og én eller flere kontrollkretser forbundet med en utgang på kalibreringsminnet for å påtrykke en justering av én eller flere parameterverdier for minst en spenningspulsprotokollparameter, idet én eller flere kontrollkretser er forbundet med kontrollinnganger på en minnekontrollenhet og/eller driverkontrollenhet, hvorved spenningspulsprotokollen med én eller flere parametere justert i samsvar med en forandring i minnecelleresponsen kan benyttes på elektrodene i minneinnretningen via driverkretser og dekoderkretser forbundet mellom utgangene på driverkontrollenheten og elektrodene.

Foretrukket er anordningen forbundet med ett eller flere par av referanseminnecetler i minneinnretningen, og like foretrukket er en signalanalysator anordnet forbundet mellom et deteksjonsforsterkersett og kalibreringsminnet for å utføre en analyse av responsen til minnecellene på lese- eller skri ve/opp friskingsoperasj oner utført på disse.

I minneinnretningen i henhold til oppfinnelsen er det ansett fordelaktig at anordningen omfatter en temperatursensor for å detektere en driftstemperatur for den ferroelektriske minneinnretning, og da kan temperatursensoren, kalibreringsminnet og et sett av driverkretser alle foretrukket være anordnet innenfor en temperaturkompensasjonskrets. I den forbindelse kan temperaturkompensasjonskretsen være en analogkrets eller alternativt en digitalkrets.

Den foreliggende oppfinnelse skal nå forklares mer detaljert ved hjelp av en drøftelse av eksemplifiserende utførelser derav og i samband med den vedføyde tegning, på hvilken

fig. 1 viser, som nevnt i innledningen, en skjematisk hysteresekurve for et ferroelektrisk minnemateriale;

fig. 2 som nevnt i innledningen, en sammenligning av to hysteresekurver for det samme ferroelektriske minnematerialet, men registrert ved forskjellige temperaturer;

fig. 3 et blokkdiagram som illustrerer en minnekrets som benyttet ved den foreliggende oppfinnelse;

fig. 4a en prinsipptegning av et passivt matriseadresseringsarrangement med kryssende elektrodelinjer;

fig. 4b en prinsippskisse av en passiv matrise med celler som inneholder ferroelektrisk materiale plassert mellom overlappingen av kryssende elektrodelinjer;

fig. 5 en lese- og skrivespnningssvitsjeprotokoll med fire separate potensialnivåer som skal styres på ordlinjene og bitlinjene;

fig. 6a skjematisk størrelsen av potensialnivåene i en svitsjeprotokoll slik de varierer med temperaturen i henhold til en første foretrukket utførelse;

fig. 6b skjematisk størrelsen av potensialnivåene i en svitsjeprotokoll slik de varierer med temperaturen i henhold til en annen foretrukket utførelse;

fig. 6c skjematisk størrelsen av potensialnivåene i en svitsjeprotokoll slik de varierer med temperaturen i henhold til en tredje foretrukket utførelse,

fig. 7a et blokkdiagram som illustrerer en analog temperaturkompensasjonskrets i henhold til oppfinnelsen;

fig. 7b et blokkdiagram som illustrerer en digital temperaturkompensasjonskrets i henhold til oppfinnelsen;

fig. 8 et blokkdiagram som illustrerer en utvidelse av kompensasjonskretsene på fig. 7a eller 7b for å bestemme en virkelig svitsjehastighet i henhold til oppfinnelsen; og fig. 9 en passiv, matriseadresserbar minneinnretning hvor fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan implementeres.

Før den foreliggende oppfinnelse forklares med henvisning til de foretrukkede utførelser, skal det gis en kort oversikt over den generelle bakgrunn og med spesiell henvisning til strukturen av matriseadresserbare ferroelektriske minner og hvordan de generelt kan adresseres.

Med henvisning til fig. 3 viser denne på forenklet blokkdiagramform strukturen og/eller funksjonelle elementer i et matriseadresserbart ferroelektrisk minne og som kan tilpasses for den foreliggende oppfinnelses formål. En minnemakro 310 består av en minnematrise 300, rad- og kolonnedekodere 32; 302, deteksjonsforsterkere 306, datalåser 308 og redundante ord- og bitlinjer 304; 34. Rad- og kolonnedekoderne 32; 302 dekoder adressene til minnecellene, mens deteksjon utføres av deteksjonsforsterkere 306. Datalåsene 308 holder dataene inntil en del eller samtlige data er overført til minnekontrollogikken 320. Dataene lest fra minnemakroen 310 vil ha en viss bitfeilrate (BER) som kan reduseres ved å erstatte defekte ord- og bitlinjer i minnematrisen 300 med redundante ord- og bitlinjer 304;

34. For å utføre feildeteksjon kan minnemakroen 310 ha datafelt som inneholder informasjon om feilkorreksjonskoder (ECC). Minnekontrollogikken 320 skaffer et digitalt grensesnitt for minnemakroen 310 og styrer skriving og lesing av minnegruppen 300. Minneinitialisering og logikk for å erstatte defekte ord- og bitlinjer med redundante ord- og bitlinjer 304; 34 vil likeledes finnes i minnekontrollogikken 320. Innretningens kontrollanordning 330 forbinder minnekontrollogikken 320 med eksterne busstandarder. En

ladningspumpemekanisme 340 kan være anordnet for å generere noen av spenningene som er nødvendig for å lese og skrive minnecellene. En separat klokkeinngang, gitt av innretningens kontrollanordning 330 via en oscillator (ikke vist), vil bli benyttet av ladningspumpemekanismen 340 ettersom det passer for å tillate ladningspumping som er uavhengig av bitraten for applikasjonen som benytter minnemakroen 310. Imidlertid vil generelt funksjonen til ladningspumpemekanismen skaffes av driverkretser som vist på fig. 9.

Da fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse angår spenningspulsprotokoller benyttet for å adressere passive, matriseadresserbare ferroelektriske minner eller elektrete minner hvor minnematerialet henholdsvis er en ferroelektrisk eller elektret polymer, skal slike protokoller nå drøftes mer fullstendig for å belyse den foreliggende oppfinnelse.

Spenningspulsprotokollene som benyttet til adressering av passive, matriseadresserbare, ferroelektriske minner eller elektrete minner hvor minnematerialet er en ferroelektrisk eller elektret polymer, omfatter bestemte pulssekvenser med amplituder innstilt relativt til en referansespenning som kan være null og som strekker seg fra denne verdi til en passende svitsjespenning, idet valget av denne kan avhenge av det angjeldende minnematerialet, men den vil i ethvert tilfelle være høyere enn koersitivspenningen. Det virkelige antall spenningsnivåer som angis av spenningspulsprotokollen kan være tre eller endog mer, og fraksjonelle spenninger, dvs. spenningsnivåer som ligger mellom svitsjespenning og f.eks. en nullspenning, velges i henhold til en såkalt spenningsseleksjonsregel og foretrukket blir enten en halv- eller enda bedre en tredjedels-seleksjonsregel benyttet. Spenningsseleksjonsregelen sikrer at ikke-adresserte celler og inaktive ordlinjer og bitlinjer ikke utsettes for spenninger eller elektriske felter større enn en gitt brøkdel av svitsjespenningen Vs, og at aktiveringen av ordlinjen og bitlinjen foretrukket bare innebærer potensialjusteringer lik en av de valgte fraksjonelle spenninger. I realiteten er det blitt vist av søkeren at det gjennomsnittelige minimums spenningsnivå på ikke-valgte ordlinjer og bitlinjer i minnematrisen ikke kan være mindre enn Vs/3 og det er følgelig ingen ting å hente ved å benytte spenningsseleksjonsregler med fraksjonelle spenningsnivåer mindre enn dette, f.eks. ved å benytte en fjerdedels-seteksjonsregel osv.

Spesielt kan det være nyttig å forklare anvendelsen av spenningspulsprotokollen og funksjonen til de foretrukkede utførelser på en generell måte, med henvisning til matrisen vist på fig. 4a og 4b. For å følge standard terminologi, er det i det følgende referert til de horisontale (rad-) elektrodelinjer som ordlinjer 400, forkortet WL, og til de vertikale (søyle-) elektrodelinjer som bitlinjer 410, forkortet BL. Disse befinner seg innenfor f.eks. minnematrisen 300. Det er ønsket å benytte en spenning som er tilstrekkelig høy til å svitsje en gitt celle 420, for enten å definere en gitt polarisasjonsretning i denne cellen (skriving), eller for å overvåke den forhåndsinnstilte polarisasjonsretning (lesing). Det ferroelektriske materialet anordnet mellom elektrodene virker som en ferroelektrisk kondensator 422. Følgelig velges cellen 420 ved å sette potensialet til den forbundne ordlinje 402 og bitlinje 412 (de aktive linjer) slik at

Samtidig må de tallrike ordlinjer 400 og bitlinjer 410 som krysser ved celler 420 som ikke adresseres, styres med hensyn til potensial slik at forstyrrelsesspenningene på disse celler 420 holdes under terskelen for partiell svitsjing. Hver av disse inaktive ordlinjer 400 og bitlinjer 410 krysser den aktive ordlinje (AWL) 402 og den aktive bitlinje (ABL) 412 ved en ikke-adressert celle 420. Fire distinkte klasser av celler 420 kan defineres i matrisen i henhold til de foreliggende spenninger over cellene 420, nemlig

i) V; <=> ØaktivBi - Oaktivwi (aktiv ordlinje som krysser aktiv bitlinje),

ii) Vn <=><<>DinaktivBL - ^aktivWL (aktiv ordlinje som krysser inaktiv bitlinje),

iii) Viu<=> OaktivBL - <DinaktivWL (inaktiv ordlinje som krysser aktiv bitlinje), og iv) Viv <=> ^inaktivBL - ^inaktivWL (inaktiv ordlinje som krysser inaktiv bitlinje).

Her refererer i) til en valgt eller adressert celle 430, mens ii) - iv) refererer til ikke-valgte eller ikke-adresserte celler 420, vist på fig. 4.

I praktiske innretninger hvor det er ønsket å minimere kostnad og kompleksitet er det av primær interesse å betrakte spesialtifellet hvor alle inaktive ordlinjer 400 befinner seg på et felles potensial <PjnaktivWL og tilsvarende alle inaktive bitlinjer 410 på et felles potensial <J>jnaktivBL. Ved å summere spenningene over en lukket sløyfe i matrisens gitter gjelder de følgende betingelser, nemlig

Gitt verdien Vs= Vs, vil minimumsspenningen som kan oppnås over ikke-adresserte celler således være

Minst fire separate potensialer er nødvendig for å oppnå det, dvs. G>o, Oo+Vs/3, O0+2Vs/3, <Do+Vs, hvor 3>o er et referansepotensial. Potensialene må legges på elektrodene i matrisen, og enhver forandring i potensial på én av elektrodene må koordineres med justeringer i andre potensialer slik at ingen celler 420 utsettes for en spenning som overstiger Vs/3. I praksis må en rekke andre faktorer også tas hensyn til, f.eks. relatert til å minimere svitsjetransienter (ladnings- eller utladningsstrømmer) og redusere kompleksiteten til driverkretsene.

Det finnes også andre svitsjeprotokoller, f.eks. en trenivås protokoll med Vs/2 som spenningen over ikke-adresserte celler 420, gitt at Vs/2 er mindre enn Vc i dette bestemte tilfellet. Imidlertid vil ikke arten av svitsjeprotokoll som benyttes, begrense oppfinnelsen på noen måte. Svitsjeprotokollen skal nå drøftes i ytterligere detalj.

Fig. 5 viser en firenivås svitsjeprotokoll som omfatter en lesesyklus og en skrive-eller oppfriskingssyklus. Det vil være klart fra eksemplet at ingen ikke-adressert celle utsettes for en spenning som overstiger en tredjedel av den nominelle svitsjespenning. Tidsmarkørene 0 ... 10 angir forskjellige aktiviteter i svitsjeprotokollen gjengitt på fig. 5. Det er antatt at <D0 er lik 0 V. Disse aktivitetene skal nå beskrives.

to er hviletilstanden hvor alle ordlinjer og alle bitlinjer befinner seg på to tredjedeler av den nominelle svitsjespenning, nemlig 2Vs/3.

Ved t[ blir de inaktive bitlinjer 410 justert fra hvilespenningen til V$/3. Dette resulterer i spenninger over cellene slik at Vjj = Vjv = -Vs/3.

Ved t2 blir de aktive bitlinjer 412 justert til Vs, noe som resulterer i at V; — Vjjj Vs/3. Alle krysningspunkter utsettes nå for en absoluttverdi på en tredjedel av den nominelle svitsjespenning. Tidsforsinkelsen fra ti til t2 er vilkårlig og null eller negative tidsverdier er også akseptable.

t3 er starten på lese forsinkelsen som varer inntil U hvor den aktive linje 402 trekkes ned til et potensial på 0 V. Vj er nå lik Vs og muliggjør lesingen av de adresserte celler. Vin forblir på Vs/3, mens Vjj og Viv forblir på -Vs/3.

Ved t* er leseforsinkelsen opphørt og den aktive ordlinje returneres til 2Vs/3 og gjenoppretter dermed situasjonen etter t2.

Ved t5 blir alle bitlinjer returnert til hvilepotensial. Dette trinnet er det motsatte av trinnet t2 og t3 tatt sammen. Lesesyklusen er blitt fullført og alle ordlinjer og alle bitlinjer er blitt returnert til hviletilstanden lik to.

Ved ^ blir de inaktive ordlinjer 400 senket fra hvileverdien til Vs/3 som et første trinn i en skrive- eller oppfriskingssyklus. Dette resulterer i spenning over cellene slik at ViM = Viv = Vs/3.

Ved tj blir de aktive bitlinjer som skal skrives til logisk tilstand "1" justert til 0 V potensial, mens aktive bitlinjer som skal forbli i den logiske tilstand "0", holdes på hvileDOtensialet 2V<;/3. Ved nå bare å se Då skrive- eller oDDfriskincssvklusen vil de inaktive bitlinjer, idet forskjellen er at under lesesyklusen var disse de aktive bitlinjer. Dette er et mindre problem av lingvistisk karakter som vil forekomme innenfor destruktivt utleste minnesystemer. Dette resulterer i spenninger over celler slik at Vislate"r = -2Vs/3 mens Vi<State>"°" = Vh = 0 og VVlismt" r = -Vs/3 og endelig Viii<slate>"°" = V,v = Vs/3. (Det kan ses at Vjstalc"'" er nå klart større enn Vs/3 og en svitsjing i polarisasjonsretningen kunne ha blitt påbegynt. Imidlertid er dette ikke et problem da nettopp de samme celler var ment å skulle skrives i neste trinn).

ts er starten på skrive- eller oppfriskingsforsinkelsen som varer inntil t? og hvor den aktive ordlinje trekkes opp til et potensial på Vs. VjState 1 nå er lik -Vs og muliggjør dermed skriving eller oppfrisking av de ønskede celler. Vj<Slate>"° og Vjj <=> trekkes nå ned til -Vs/3 hvor de går sammen med Vjij<Statc>Viii<St>ate "°"og Viv er fortsatt ved Vs/3.

Ved tg har skrive- eller oppfriskingsforsinkelsen opphørt og alle bitlinjene er returnert til 2Vs/3, noe som fører til Vj = Vu = -Vs/3 og V™ = Viv = Vs/3.

Ved tio er alle ordlinjer retunert til hvilepotensialet. Dette trinnet er det omvendte av trinnene t6 og tg tatt sammen. Skrive- eller oppfriskingssyklusen er fullført og alle ordlinjene og bitlinjene er blitt returnert til hviletilstandene, som ved to og t5.

Svitsjeprotokollen beskrevet i fig. 5 kan inverteres slik at alle ordlinjer og alle bitlinjer befinner seg på en tredjedel av den nominelle svitsjespenningen, nemlig Vs/3 i hviletilstanden. De aktive ordlinjer vil bli satt på Vs under lesesyklusen og på 0 V under skrive- eller oppfriskingssyklusen. Tilsvarende kunne de inaktive ordlinjer og bitlinjer bli modifisert på samme måte. Bortsett fra de spesifikke spenningsnivåer er grunntrekkene i alle svitsjeprotokoller de samme, uansett antall nivåer, og selv om fire nivåer er benyttet for å beskrive foretrukne utførelser, skal det være innlysende at systemer med færre eller flere nivåer kan likeledes dra nytte av oppfinnelsen. 1 forbindelse med utførelser av den foreliggende oppfinnelse som anvendt med svitsje- eller spenningspulsprotokoller omtalt i det foregående, skal det nedenfor med tanke på å belyse sentrale trekk ved den foreliggende oppfinnelse drøftes utførelseseksempler i relasjon til håndtering av det spesifikke problem som utgjøres av en forandring i svitsjeegenskapene til ferroelektriske minnematerialer etter som temperaturen varierer.

Spesielt fremtrer dette forhold som en reduksjon av koersitivspenningen eller -feltet etter hvert som temperaturen øker eller også generelt som en økning i svitsjehastigheten med temperaturen, slik som angitt i innledningen. I det tilfelle hvor det ferroelektriske materialet er en polymertynnfilm, has det problem at den kan være tilbøyelig til å ha mindre polarisasjon etter hvert som man nærmer seg curie-punktet. Også den tidligere svitsjehistorie til det ferroelektriske minnemateriale kan dessuten påvirke de momentane ferroelektriske egenskaper, spesielt som uttrykt ved egenskapene til hysteresesløyfen. Velkjente fenomener som utmatting og avtrykk som har en ødeleggende virkning på svitsjeegenskapene til et ferroelektrisk materiale kan i tilfelle de forekommer, resultere i at det ferroelektriske minnematerialet får en svitsjehistorie som ikke kan neglisjeres når svitsjeegenskapene ved høy temperatur skal tas i betraktning.

Den generelle løsning på den temperaturrelaterte økning i svitsjehastigheten eller reduksjon i koersitivspenningen til en ferroelektrisk minneinnretning er som foreslått i den foreliggende oppfinnelse, å benytte en passende temperaturkompensasjon i potensialnivåer som svarer til den påtrykte spenningsreferanse i pulsprotokoller for å adressere minnet. Dette forutsetter at en temperatur i minnet er bestemt enten ved direkte måling eller ved bestemmelse gjennom en indirekte metode. En direkte temperaturmåling av arbeids- eller driftstemperaturen til en ferroelektrisk minneinnretning kan foretas ved å montere en temperatursensor i minnekretsen eller på minnekretskortet, slik det vil omtales nedenfor. Temperatursensoren vil da detektere arbeids- eller omgivelsestemperaturen til den ferroelektriske minnekrets. Ideelt vil omgivelsestemperaturen ikke nødvendigvis kunne settes lik en virkelig driftstemperatur til minnematerialet selv i en adresseringssyklus. Det er f.eks. velkjent at svitsjingen av eksempelvis ferroelektriske minneceller i et polymermateriale kan frembringe termomekaniske spenninger i det egentlige minnemateriale. Spesielt i stablede minnearkitekturer som kjent i teknikken, kan både dissipasjonen av frembrakt varme og dempingen av mekaniske oscillasjoner forårsake problemer, og på hvilket som helst tidspunkt kan driftstemperaturen til minnematerialet på grunn av langsom varmedissipasjon faktisk være høyere enn omgivelsestemperaturen til kretsen selv. Det kan imidlertid være upraktisk å utføre direkte deteksjon av temperaturen i laget av minnemateriale, men da temperaturen er relatert til en svitsjehastighet for en minnecelle, kunne svitsjehastigheten måles i en adresseringsoperasjon og deretter kunne en forhåndsbestemt korrelasjon mellom svitsjehastigheten og temperaturen til minnematerialet benyttes til å bestemme den sistnevnte. I det følgende skal foretrukne utførelser som alle muliggjør en temperaturkompensasjon på én eller flere potensialnivåer i spenningspuisprotokollene, bli beskrevet uten spesifikk henvisning til en spesielt foretrukket temperaturbestemmelse, dvs. at temperaturen enten kan måles direkte eller den kan bestemmes på en indirekte måte som ovenfor beskrevet.

I en første utførelse blir problemet med å ha en driftstemperatur forholdsvis nær curie-punktet til det ferroelektriske materialet håndtert ved å implementere en temperaturkoeffisient ks(T) for å endre den nominelle svitsjespenning Vs. De fire forhåndsdefinerte potensialnivåer V!} V2, V3, V4 er vist på fig. 5 som strekpunkterte, horisontale Jinjer og henholdsvis betegnet 610, 620, 630 og 640, som vist på fig. 6a,b. Som benyttet her skai det være klart at Vj, Vji, Vjij og VjV er spenningene som foreligger over cellene 420, mens V], V2, V3 og V4 er de aktuelle potensialer, hvilket betyr at V| er lik Oo, V4 lik <Do+Vs osv. En temperaturkoeffisient ks(T) blir benyttet på alle potensialer som vist i de nedenstående formler.

Den enkleste form for temperaturkoeffisient er en som har en lineær relasjon til temperaturen. Fig. 6a er et eksempel på en slik temperaturkoeffisient som kan skrives i formatet ks(T) = a+b<*>T. Potensialene 621, 631, 641 utledet fra henholdsvis V2, V3 og V4 og kompensert for temperaturen, befinner alle seg på den samme relative avstand fra hverandre. Avhengig av egenskapene til det angjeldende ferroelektriske materiale kan temperaturkoeffisienten ha ikke-lineære relasjoner med temperaturen så som ks(T) = a+b<*>T<0,9> eller ks(T) = a+b<*>e<c*T>. En annen mulighet er å benytte forskjellen mellom driftstemperaturen og curie-temperaturen. Disse mer sofistikerte løsninger kan være nødvendig da forskjellen mellom driftstemperaturen og curie-temperaturen er meget mindre for ferroelektriske polymerer. Følgelig er det ikke anbefalt å basere seg på den relative temperaturavhengighet til en zenerdiode som vist i US patent nr. 5 487 029. De matematiske operasjoner for å bestemme temperaturkoeffisienten på hvilket som helst tidspunkt kan utføres innenfor den ferroelektriske minneinnretning, f.eks. i minnekontrollogikken 320 eller finne sted utenfor den ferroelektriske minneinnretning og ganske enkelt innbefattes i form av oppslagstabeller. Hvis den angjeldende minneinnretning er liten, kan oppslagstabellene reduseres.

I en annen foretrukket utførelse blir problemet med å ha en driftstemperatur relativt nær curie-punktet til det ferroelektriske materialet håndtert ved å tilføre en offsetspenning på én eller flere av potensialnivåene. Ett eksempel på bruk av offsetspenninger er gitt i den publiserte internasjonale patentsøknad nr.

WO 02/05287 hvor en lav parasittisk strømlast på bitlinjen eller leseoperasjonene kompenseres ved å tilføye en offsetspenning til de inaktive ordlinjer 400 og inaktive bitlinjer 410. Resultatet er at V^ blir Vu+5 og at V\u blir Vui-5. Imidlertid må størrelsen av 6 omhyggelig velges da den foreliggende spenning over celler 420 hvor inaktive linjer krysser aktive linjer i hver av kombinasjonene, blir til visse tider større og øker dermed risikoen for uønsket omvending av po 1 ari sasj on sretn i n gen.

Den foreliggende oppfinnelse tilføyer derimot en offsetspenning 8V til en eller to potensialnivåer. I de nedenstående formler er en offsetspenning SV blitt tilføyd til V2 for å redusere den foreliggende spenning over cellene 420 hvor inaktive ordlinjer 400 krysser inaktive bitlinjer 410. Slike krysninger utgjør hoveddelen av minnematrisen 300 og er til størst hjelp for å redusere uønsket omvending av polarisasjonsretningen, selv om størrelsen av 8 fortsatt omhyggelig må velges. 1 fig. 6b er den tilføyde offsetspenning SV vist i en økning i det justerte potensial 622 til over den strekpunkterte gjengivelse av det opprinnelige potensial 620. Alternativt kan det has en samtidig reduksjon i potensialet 630 med en offsetspenning SV som resulterer i et justert potensial 632. I likhet med temperaturkoeffisienten i den første foretrukne utførelse kan offsetspenningen variere med temperaturen. Denne variasjonen fremkommer i det justerte potensial 632 som vist på fig. 6b. Til forskjell fra den første foretrukkede utførelse er potensialene 622, 632 kompensert for temperaturen ikke lenger på den samme relative avstand fra hverandre.

I en tredje foretrukket utførelse av oppfinnelsen benyttes en kombinasjonen av en temperaturkoeffisient ks(T) og en offsetspenning SV. Fig. 6c viser virkningen av temperaturkoeffisienten på de justerte potensialer 621, 631, 641 tilsvarende de på fig. 6a, mens den samlede effekt, også med offsetspenningen SV, er gitt som de ytterligere justerte potensialer 623, 633.

De tre foretrukkede utførelser beskrevet ovenfor, kan alle anordnes i kretser svarende til fig. 7a og 7b hvor en temperatursensor benyttes for å detektere en arbeidstemperatur eller omgivelsestemperatur som ville være egnet til å bestemme arbeidstemperaturen for en krets. Fig. 7a viser en analog temperaturkompensasjonskrets 700 som f.eks. kunne anordnes innenfor ladningspumpemekanismen 340. Et kalibreringsminne 702 gir informasjon om temperaturkoeffisienten og/eller offsetspenningen eller spenninger til en digital-til-analog omformer (DAC) 704. Sammen med innsignalet fra en temperatursensor 706 blir den omformede informasjon kjørt gjennom et sett av komparatorer 708, 710, 712. Som en følge av dette, styrer ladningspumper 714, 716, 718 potensialene V2, V3 og V4. Det er vanlig å forbinde V] til jord slik at <D0 = 0 V.

Fig. 7b viser en digital temperaturkompensasjonskrets 720 som også kunne være anordnet eksempelvis innenfor ladningspumpemekanismen 340. Inngangssignalet fra temperatursensoren 706 sendes til kalibreringsminnet 702 via en analog-til-digital omformer ( ADC) 722. Data fra den korrigerte adresse i kalibreringsminnet 702 gis til digital-til-analog omformeren (DAC) 704 og kjøres gjennom settet av komparatorer 708, 710, 712. Igjen styrer ladningspumper 714, 716, 718 potensialene V2, V3 og V4, mens Vi er forbundet til jord, slik at <X>o - 0 V.

Kretsene på fig. 7a og 7b kan endres for å tillate svitsjeprotokoller med flere eller færre nivåer så vel som svitsjeprotokoller hvor ®o ikke er lik null. Det skal være

klart at antallet komparatorer 708, 710, 712 eller ladningspumper 714, 716, 718 kan variere som en følge av hvorvidt antallet nivåer og hvorvidt <J>o er lik null eller ikke.

Som angitt ovenfor, kan de tre foretrukkede utførelser også benyttes i samband med en indirekte bestemmelse av en driftstemperatur, hvilket i dette tilfellet ville være

en virkelig driftstemperatur til minnemediet selv under en adresserings- eller svitsjeoperasjon. Dette skal finne sted ved hjelp av en indirekte prosedyre basert på å måle svitsjehastigheten til minnecellene, slik det skal forklares med henvisning til fig. 8.

Fig. 8 viser et system for indirekte bestemmelse av driftstemperaturen til den ferroelektriske minneinnretning. To minneceller 420A, 420B benyttes som referanseceller. Disse referanseceller kan være anbrakt i minnematrisen 300 eller anbrakt på en separat minnematrise. En av cellene er satt til logisk "0" og den annen celle er satt til logisk "1". Under drift blir begge referanseceller utlest. En nivådetektor 800 subtraherer kontinuerlig ladningstettheten til referansecellen med logisk "1", fra ladningstettheten til referansecellen med logisk "0". Dette arrangementet er blitt beskrevet i publisert internasjonal patentsøknad nr. WO 02/05288 (Nordal & al.). Forskjellen mellom ladningstetthetene øker med tid etter hvert som utlesningen skrider fremad. Imidlertid blir forskjellen mellom ladningstettheten også påvirket av driftsmiljøet, f.eks. temperatur, fuktighet etc. En komparator 810 sammenligner forskjeller mellom ladningstetthetene med en forhåndsbestemt verdi og sender et stoppsignal til en teller 820. Telleren 820 begynner å telle når utlesningsoperasjonen starter. Tiden som medgår, blir sendt til kalibreringsminnet 702 for å bestemme driftstemperaturen som svarer til tiden som det vil ta for at forskjellen mellom ladningstetthetene når det forhåndsbestemte nivå.

Nå skal det beskrives en fjerde utførelse av oppfinnelsen hvor justeringen av spenningspulsene som benyttet i en spenningspulsprotokoll ikke utføres på amplitudene, men på pulslengdene. Spenningspulsprotokollen blir med andre ord justert på en slik måte at minst én svitsjepulslengde reduseres i proporsjon til en økning i svitsjehastigheten. Denne økningen kunne naturligvis være en temperaturavhengig økning i svitsjehastigheten, men generelt kan svitsjehastigheten benyttes som en parameter for en minnecelles respons som påvirkes av resultatet av den utførte adresseringsoperasjonen, forandringer i minnecellens egenskaper og forskjellige miljøfaktorer i tillegg til temperaturen. Ved f.eks. å redusere pulslengdene etter hvert som svitsjehastigheten øker, vil et utlesningssignal ikke i større grad reduseres ved høy temperatur, samtidig som virkningen av forstyrrelsesspenninger til ikke-adresserte minneceller reduseres. For å oppnå en pulslengdekontroll må minneinnretningen omfatte en pulslengdekontrollenhet som justerer pulslengdene i spenningspulsprotokollene og foretrukket vil dette gjøres som reaksjon på informasjon om den virkelige svitsjehastighet. Da en gitt pulsprotokoll naturligvis omfatter sekvenser av pulser med forskjellige pulsparametere så som lengder, polariteter, pulsintervaller, kan justeringen av pulslengden variere med arten av den benyttede puls i en gitt pulsprotokoll. I praksis kunne justeringen av pulslengden også ses som en justering av tidsstyringssekvensen i en pulsprotokoll eller i det minste en del av denne tidsstyringssekvens; eksempelvis kan justering av pulslengdene kombineres med justering i pulsintervallene, dvs. tidsrommet mellom forskjellige pulser i protokollen. Som før kan justeringene gjøres på basis av temperaturmålinger ved ganske enkelt å benytte en sensor som ovenfor angitt og måle temperaturen direkte, mens pulslengdejusteringen da finnes ved å benytte en oppslagstabell. Enda mer foretrukket kan svitsjehastigheten bestemmes ved å adressere og overvåke én eller flere referanse- eller testminneceller forbundet i matrisen på samme måte som minnecellene benyttet for ordinær datalagring, og svitsjehastigheten vil da kunne benyttes som en parameter indikativ for minnecellens respons som bestemt ved ganske enkelt å utføre en adresseringsoperasjon eller leseoperasjon, eller adresseringsoperasjon for referanseminnecellene. Fordelen ved å benytte svitsjehastighet er at forandringen i denne vil innbefatte virkningen av andre faktorer i en temperatur, så som fuktighet, trykk og mekaniske spenninger osv.

Med henvisning til fig. 9 skal det nå gis en drøftelse av en ferroelektrisk minneinnretning innrettet for å implementere fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Noen av dens komponenter er allerede blitt omtalt i forbindelse med fig. 3 og skal følgelig bare kort nevnes. Som før omfatter minnematrisen 300 minneceller 420 mellom eller ved krysningen av ordlinjer WL og bitlinjer BL i matrisen. Matrisen er vist som en m-n matrise, dvs. det er m ordlinjer WL og n bitlinjer BL. Bitlinjer BL er forbundet med en deteksjonsforsterkergruppe 306 som omfatter en rekke deteksjonsforsterkere SA og hver er forbundet med en bitlinje BL, slik at det kan fås en helradsutlesning. For imidlertid å redusere antallet deteksjonsforsterkere kan ordlinjene segmenteres slik at hvert segment omfatter et visst antall n/k bitlinjer BL og tilsvarende vil deteksjonsforsterkersettet 306 da omfatte n/k deteksjonsforsterkere. Dette innebærer at en multiplekser 905 må være anordnet for å forbinde hver bitlinje på et adressert segment med én av deteksjonsforsterkerne SA for å muliggjøre en skriving eller lesing til alle minneceller i et ordlinjesegment, alt etter som. Med andre ord skal multipiekseren 905 ikke være anordnet i tilfelle minneinnretningen støtter en helradsadressering, dvs. til alle minneceller på en ordlinje parallelt. Driverkretsene, dvs. x-driveren 901 og y-driveren 902 kan erstatte ladningsmekanismen på fig. 3, men er generelt anordnet for å påtrykke spenningspulser i henhold til den gitte spenningspulsprotokoll til henholdsvis ordlinjene WL og bitlinjene BL. Valget av minneceller 420 for eksempelvis en skrive- eller leseoperasjon finner sted direkte i adresseringsoperasjonen via x-dekoderen 32 og y-dekoderen 302, hvorved foretrukket ordlinjer WL eller bitlinjer BL kan velges som aktive ved henholdsvis x trekkes opp på eller trekkes ned fra den samme permanente hvilespenningsnivået valgt som en brøkdel av svitsjespenningen Vs referert til null (eller flytende jord), mens inaktive ordlinjer og bitlinjer befinner seg på hvilepotensial eller settes på en annen fraksjonell spenning referert til V$. På bitlinjene BLI og BL2 er henholdsvis vist to referanseminneceller 420A og 420B som kan stilles til henholdsvis den første og annen polarisasjonstilstand, dvs. med andre ord representere en logisk "0" og en logisk "I". Referansecellene 420A og 420B er forbundet med henholdsvis bitlinjer BLI og BL2 og utgjør en del av minnematrisen på samme måte som de andre minneceller 420 og vil følgelig utsettes for samme forstyrrende påvirkninger eller dynamiske forandringer som kan forekomme i andre minneceller, uansett om det skyldes adresseringsoperasjoner, miljøfaktorer osv. - Det skal forstås at et par av referanseceller kan være anordnet på hver ordlinje på lignende måte. - Referanseminnecellene 420A og 420B adresseres i en leseoperasjon og resultatet detekteres via deteksjonsforsterkersettet 306 og gis ut til enheten 900 for å bestemme en svitsjehastighet. Svitsjehastigheten gis ut til kalibreringsminnet 702 som har en utgang forbundet med en pulslengdekontrollinnretning 903, mens en annen utgang, som før, er forbundet med pulsamplitudekontrollinnretningen 904, idet begge kontroll innretninger 903, 904 naturligvis er forbundet med minnekontrollogikken 320. Minneinnretningen kan i tillegg omfatte en temperatursensor 700 for å detektere en arbeidstemperatur for minnet og naturligvis tilsvarende med sin utgang forbundet med kalibreringsminnet 702.

Som et valgfritt trekk er det vist en signalanalysator 906 forbundet med utgangen fra referanseminnecellene 420A og 420B og som kan benyttes for å utføre en mer sofistikert analyse, ikke bare av svitsjehastighetskarakteristikkene, men også eksempelvis med hensyn til polarisasjonsresponskarakteristikkene for minnecellene. Utgangen på signalanalysatoren 906 er forbundet med kalibreringsminnet 702.

Kalibreringsminnet 702 vil nå lagre de målte referanseverdier, muligvis eventuelt også en historievektor for de samme som refererer til adresserings- og referanseoperasjoner utført tidligere, og vil dessuten utlede korreksjonsverdier for pulslengder eller pulsintervaller eller pulsamplituder, idet verdiene gis inn til pulslengdekontrollenheten 903 eller pulsamplitudekontrollenheten 904, alt ettersom. Pulslengdene vil være justert med en størrelse +8t, mens pulsamplitudene tilsvarende vil være justert med en størrelse +5V. Det skal forstås at f.eks. en pulsgenerator skal levere pulser med bestemt amplitude og/eller lengde til driverkontrollenheten 330, og kontroll parameterne utledet fra pulslengdekontrollenheten 903 og pulsamplitudekontrollenheten 904 kunne benyttes direkte på en pulsgenerator for å påtrykke de aktuelle kon tro 11 verd i er til amplituden, pulslengden eller begge som angitt, og det er innlysende at en samtidig justering av både pulsamplituden og pulslengden kan utføres når kontrollenhetene 903, 904 drives synkronisert. Det skal også forstås at komponenten 900 på fig. 9 vil være identisk eller mer eller mindre lik komponentdiagrammet som er vist på fig. 8, mens kalibreringsminnet 702 vil være felles for begge typer styringsoperasjon. Dette impliserer at kontrollenhetene 903, 904 fordelaktig begge vil utgjøre komponenter i en pulsgenerator som justerer pulslengden og pulsamplituden med korreksjonsverdier som utledet i kalibreringsminnet 702. Pulslengden kan passende innstilles ved å benytte en tidsstyring som kjent i teknikken, mens pulsamplitudekontrollen kan oppnås ved hjelp av ladningspumper innstilt til å justere spenningen med en kontroll verdi som svarer til +8 V, alt etter som. - I praksis blir ladningspumpefunksjonen her implementert av driverkretser, dvs. x-driveren 901 eller y-driveren 902 under styring av driverkontrollenheten 320 som mater forsyningsspenningen Vcc fra en passende kilde.

Vedrørende andre komponenter i minneinnretningen på fig. 9 skal de svare til tilsvarende komponenter på fig. 3. Imidlertid er det tatt for gitt at deres funksjon i minneinnretninger av denne art vil være innlysende for fagfolk og følgelig ikke behøver å utdypes nærmere. Endelig bør det bemerkes at en justering av spenningsprotokollen avhengig av forandringer i minnecelleresponsen vil tjene til å redusere forstyrrelsesspenninger (dvs. transiente spenninger generert f.eks. ved kapasitive koplinger eller snikstrømmer i krysspunktmatrisen) til ikke-adresserte minneceller under en adresseringsoperasjon. Det skal også bemerkes at tilvarende prosedyrer vil tjene til å avbøte virkningen av både utmatting og avtrykk, hvortil en minnecelle kan være langt mer tilbøyelig ved høyere svitsjehastighet, eller av reduksjonen i koersitivfeltet, f.eks. på grunn av en økning i temperaturen.

Selv om de forskjellige foretrukkede utførelser omtalt i det foregående spesielt refererer til ferroelektriske materialer, skal det forstås at den foreliggende oppfinnelse mutatis mutandis kan anvendes på hvilket som helst elektret materiale som viser en generell bipolar polarisasjonsoppførsel og hvor polarisasjonsresponsen forandrer seg på en systematisk måte under driften av minneinnretningen, uansett hvorvidt dette er forårsaket av miljøfaktorer eller den virkelige adresseringshistorie.

Claims (29)

1. Fremgangsmåte for å operere en ferroelektrisk eller elektret minneinnretning, hvor minneinnretningen omfatter minneceller (420) i form av en ferroelektrisk eller elektret tynnfilm av polarisert materiale som viser hysterese, spesielt en ferroelektrisk eller elektret polymertynnfilm, og et første og et annet sett av respektive parallelle elektroder (WL; BL), hvor elektrodene (WL) i det første sett er anordnet i et hovedsakelig ortogonalt forhold til elektrodene (BL) i det annet sett, hvor elektrodene i det første sett og det annet sett er anordnet i direkte eller indirekte kontakt med tynnfilmmaterialet i minnecellene (420), hvor en polarisasjonstilstand i individuelle minneceller kan leses, oppfriskes, slettes eller skrives ved å påtrykke passende spenninger til de individuelle elektroder (402, 412) i henholdsvis det første og annet sett av elektroder (WL; BL), hvor fremgangsmåten implementerer en spenningspulsprotokoll som omfatter henholdsvis en lese- og skrive/oppfriskingssyklus med tidssekvenser av spenningspulser med forhåndsdefinerte amplituder og lengder, hvor en lesesyklus omfatter å påtrykkes sett av spenningsdifferanser til elektroder i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data leses ut fra minnecellene (420), hvor skrive/oppfriskingssyklusen av spenningspulsprotokollen omfatter å påtrykke et annet sett av spenningsreferanser til elektrodene (WL; BL) i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data skrives/oppfriskes i minnecellene (420), hvor sett av spenningsforskjeller svarer til et forhåndsdefinert sett av potensialnivåer slik at det forhåndsdefinerte sett av potensialnivåer har minst tre separate verdier, og hvor fremgangsmåten er karakterisert ved trinn for a) å bestemme minst én parameter som er indikativ for en forandring i en minnecellerespons på de påtrykte spenningsdifferanser; b) å bestemme minst én korreksjonsfaktor for spenningspulsene som gitt av spenningspulsprotokollen på basis av minst den ene parameter som er indikativ for en forandring i minnecelleresponsen på de påtrykte spenningsforskjeller; c) å velge for en tilpasning av spenningspulsprotokollen minst én av de følgende pulsprotokollparametere, nemlig pulsamplituder, pulslengder og pulsintervaller; og d) å justere én eller flere parameterverdier for minst én av de valgte pulsprotokollparametere i samsvar med den minst ene korreksjonsfaktor, hvorved én eller flere pulsamplituder, én eller flere pulslengder og én eller flere pulsintervaller justeres enten separat eller kombinasjon i samsvar med en detektert forandring i minnecelleresponsen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved i ethvert tilfelle å justere verdien av pulsamplituden og/eller pulslengden til en svitsj espenningspuls i pulsspenningsprotokollen.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for en responsforandring i trinn a) ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for en svitsjehastighet i det ferroelektriske minne, og å bestemme den minst ene korreksjonsfaktor i trinn b) for å bestemme en svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved å bestemme den minst ene parameter indikativ for svitsjehastigheten i trinn a) ved å måle en momentan svitsjehastighet for minneinnretningen.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved å måle svitsjehastigheten ved å måle svitsjehastigheten til én eller flere referanseminneceller.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved å måle svitsjehastigheten ved å analysere pågående adresseringsoperasjoner innbefattet en svitsjing av minneceller i minneinnretningen.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for svitsjehastigheten i trinn a) ved kontinuerlig å overvåke svitsjehastigheten til minneinnretningen og påtrykke minst én svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor til spenningspulsprotokollen som implementerer de påtrykte spenningsforskjeller, å tilpasse spenningspulsprotokollen i sanntid til en forandring i responsen på de påtrykte spenningsdifferanser, og å benytte den sanntids tilpassede spenningspulsprotokoll for å justere minst én av parameterverdiene til pulsprotokollparameterene i trinn d).

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert ved å justere alle parameterverdier for minst én av pulsprotokollparameterne i trinn d).

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved å bestemme en svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor i trinn b) ved en beregning.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved å bestemme en svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor i trinn b) ved lesing av en oppslagstabell.

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved å bestemme en første og en annen svitsjehastighetsavhengig korreksjonsfaktor i trinn b).

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for en responsforandring i trinn a) ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for en temperatur i minneinnretningen, og ved å bestemme minst én korreksjonsfaktor i trinn b) ved å bestemme minst én temperaturavhengig korreksjonsfaktor.

13. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, karakterisert ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for temperaturen i trinn a) ved å detektere en driftstemperatur for den ferroelektriske minneinnretning direkte.

14. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, karakterisert ved å bestemme en temperaturavhengig korreksjonsfaktor i trinn b) ved en beregning.

15. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, karakterisert ved å bestemme en temperaturavhengig korreksjonsfaktor i trinn b) ved lesing av en oppslagstabell.

16. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, karakterisert ved å bestemme en første og en annen temperaturavhengig korreksjonsfaktor i trinn b).

17. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, karakterisert ved å bestemme den første temperaturavhengige korreksjonsfaktor som en temperaturkoeffisient, idet temperaturkoeffisienten benyttes til å justere alle parameterverdier for minst én av pulsprotokollparameterne i trinn d).

18. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, karakterisert ved å bestemme den annen temperaturavhengige korreksjonsfaktor som en offsetspenning, idet offsetspenningen benyttes til å justere minst én amplitudeverdi eller et potensialnivå i trinn d).

19. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, karakterisert ved å justere parameterverdiene i trinn d) ved først å utføre en første justering i samsvar med den første temperaturavhengige korreksjonsfaktor og deretter utføre en annen justering i samsvar med den annen temperaturavhengige korreksjonsfaktor, eller alternativt utføre en første justering i samsvar med den annen temperaturavhengige korreksjonsfaktor etterfulgt av en annen justering i samsvar med den første temperaturavhengige korreksjonsfaktor.

20. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å bestemme den minst ene parameter som er indikativ for en responsforandring i trinn a) ved å bestemme minst én parameter som er indikativ for temperaturen til minneinnretningen ved å måle en svitsjehastighet for minnecellellen i innretningen og benytte en forhåndsbestemt korrelasjon mellom den målte svitsjehastighet og den virkelige temperatur i minnematerialet i cellene for å bestemme den sistnevnte.

21. Fremgangsmåte i henhold til krav 20, karakterisert ved å måle svitsjehastigheten ved å måle svitsjehastigheten til én eller flere referanseminneceller.

22. Fremgangsmåte i henhold til krav 20, karakterisert ved å måle svitsjehastigheten ved å analysere pågående adresseringsoperasjoner, innbefattet en svitsjing av minneceller i minneinnretningen.

23. En ferroelektrisk eller elektret minneinnretning, hvor minneinnretningen omfatter minneceller (420) i form av en ferroelektrisk eller elektret tynnfilm av polymeriserbart materiale som viser hysterese, spesielt en ferroelektrisk eller elektret polymertynnfilm, og et første og et annet sett av henholdsvis parallelle elektroder (WL; BL), hvor elektrodene (WL) i det første sett er anordnet i hovedsakelig ortogonalt forhold til elektrodene (BL) i det annet sett, hvor elektrodene i det første og annet sett er anordnet i direkte og indirekte kontakt med tynnfilmmaterialet i minnecellene (420), hvorved en polarisasjonstilstand i de individuelle minneceller kan leses, oppfriskes, slettes eller skrives ved å påtrykke faste spenninger til de individuelle elektroder (402, 412) i henholdsvis det første og annet sett av elektroder (WL; BL), hvor fremgangsmåten implementerer en spenningspulsprotokoll som henholdsvis omfatter en lese- og skrive/oppfriskingssyklus med tidssekvenser av spenningspulser med forhåndsdefinerte amplituder og lengder, hvor en lesesyklus omfatter å påtrykke et sett av spenningsforskjeller til elektrodene i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data leses ut fra minnecellene, hvor skrive/oppfriskingssyklusen i spenningsprotokollen omfatter å påtrykke et annet sett av spenningsforskjeller til elektrodene i henholdsvis det første og annet sett av elektroder i tilfelle data skrives/oppfriskes til minnecellene, hvor settene av spenningsforskjeller svarer til et forhåndsbestemt sett av potensialnivåer slik at det forhåndsbestemte sett av potensialnivåer har minst tre separate verdier, og hvor en driver/kontrollenhet (330) er anordnet for å påtrykke via driverkretser (901, 902) det forhåndsbestemte sett av potensialnivåer til elektrodene (WL, BL) for å bevirke de ovennevnte operasjoner på valgte minneceller i henhold til spenningspulsprotokollen for lese- og skrive/oppfriskingsoperasjoner, karakterisert ved å omfatte en anordning (700; 900; 906) for å bestemme minst en parameter som er indikativ for en forandring i minnecelleresponsen til de påtrykte spenningsforskjeller, et kalibereringsminne (702) forbundet med en utgang på anordningen (700; 900; 906) for å bestemme minst én korreksjonsfaktor basert på parameteren som er indikativ for en forandring i minnecelleresponsen, og én eller flere kontrollkretser (903; 904) forbundet med en utgang på kalibreringsminnet (702) for å påtrykke en justering av én eller flere parameterverdier for minst en spenningspulsprotokollparameter, idet én eller flere kontrollkretser (903, 904) er forbundet med kontrollinnganger på en minnekontrollenhet (320) og/eller driverkontrollenhet (330), hvorved spenningspulsprotokollen med én eller flere parametere justert i samsvar med en forandring i minnecelleresponsen kan benyttes på elektrodene (WL, BL) i minneinnretningen via driverkretser (901, 902) og dekoderkretser (32, 302) forbundet mellom utgangene på driverkontrollenheten (330) og elektrodene (WL, BL).

24. Minneinnretning i henhold til krav 23, karakterisert ved at anordningen er forbundet med ett eller flere par av referanseminneceller (420A, 420B) i minneinnretningen.

25. Minneinnretning i henhold til krav 23, karakterisert ved at en signalanalysator (908) er anordnet forbundet mellom et deteksjonsforsterkersett (306) og kalibreringsminnet (702) for å utføre en analyse av respons til minnecellene (420) på lese- eller skrive/oppfriskingsoperasjoner utført på disse.

26. Minneinnretning i henhold til krav 23, karakterisert ved at anordningen omfatter en temperatursensor (706) for å detektere en driftstemperatur for den ferroelektriske minneinnretning.

27. Minneinnretning i henhold til krav 15, karakterisert ved at temperatursensoren (706), kalibreringsminnet (702) og et sett av driverkretser (714, 716, 718) alle er anordnet innenfor en temperaturkompensasjonskrets (720).

28. Minneinnretning i henhold til krav 26, karakterisert ved at temperaturkompensasjonskretsen (720) er en analogkrets.

29. Minneinnretning i henhold til krav 26, karakterisert ved at temperaturkompensasjonskretsen (720) er en digitalkrets.