Фотоэлектрическое или электретное запоминающее устройство и способ управления подобным устройством

Фотоэлектрическое или электретное запоминающее устройство и способ управления подобным устройством

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в широком смысле к способу управления ферроэлектрическим или электретным запоминающим устройством, содержащим ячейки памяти на основе тонкопленочного поляризуемого ферроэлектрического или электретного материала, обладающего гистерезисом и предпочтительно представляющего собой тонкую ферроэлектрическую или электретную полимерную пленку. Устройство содержит также первый и второй наборы электродов, взаимно параллельных в пределах одного набора. При этом электроды первого набора расположены, по существу, ортогонально по отношению к электродам второго набора; кроме того, электроды первого и второго наборов находятся в прямом или непрямом контакте с тонкопленочным материалом, образующим ячейки памяти. Поляризационное состояние индивидуальных ячеек памяти можно считывать, обновлять или записывать путем подачи соответствующих напряжений на индивидуальные электроды первого и второго наборов. Способ по изобретению реализует протокол подачи импульсов напряжения заданной амплитуды и длительности, включающий циклы считывания и записи/обновления, состоящие из временных последовательностей импульсов напряжения заданной амплитуды и длительности. При осуществлении считывания данных из ячеек памяти цикл считывания предусматривает приложение набора разности напряжений к электродам первого и второго наборов. При осуществлении записи/обновления данных, хранящихся в ячейках памяти, цикл записи/обновления в составе протокола подачи импульсов напряжения предусматривает приложение к электродам первого и второго наборов иного набора разности напряжений. Указанные наборы разностей напряжений соответствуют заданному массиву значений потенциалов, причем этот заданный массив содержит, по меньшей мере, три отдельных значения потенциала.

Изобретение относится также к ферроэлектрическому или электретному запоминающему устройству для осуществления способа согласно изобретению. Данное устройство содержит ячейки памяти на основе тонкопленочного поляризуемого ферроэлектрического или электретного материала, обладающего гистерезисом, например, на основе тонкой ферроэлектрической или электретной полимерной пленки, а также первый и второй наборы электродов, взаимно параллельных в пределах одного набора. Электроды первого и второго наборов расположены, по существу, ортогонально по отношению к электродам другого набора и находятся в прямом или непрямом контакте с тонкопленочным материалом, образующим ячейки памяти. Поляризационное состояние индивидуальных ячеек памяти может быть считано, обновлено или записано путем подачи соответствующих напряжений на индивидуальные электроды первого и второго наборов.

Подача напряжений производится с использованием протокола подачи импульсов напряжения, включающего циклы считывания и записи/обновления, состоящие из временных последовательностей импульсов напряжения заданной амплитуды и длительности. Цикл считывания предусматривает приложение набора разности напряжений к электродам первого и второго наборов с осуществлением считывания данных из ячеек памяти. Цикл записи/обновления в составе протокола подачи импульсов напряжения предусматривает приложение к электродам первого и второго наборов иного набора разности напряжений с осуществлением записи/обновления данных, хранящихся в ячейках памяти. При этом указанные наборы разностей напряжений соответствуют заданному массиву значений потенциалов, причем этот заданный массив содержит, по меньшей мере, три отдельных значения потенциала.

Устройство по изобретению снабжено также блоком управления драйверами для приложения к электродам через драйверные контуры заданного массива значений потенциалов с целью осуществления указанных операций по отношению к выбранным ячейкам памяти в соответствии с протоколом подачи импульсов напряжения, предусматривающим операции считывания и записи/обновления.

Уровень техники

Ферроэлектрики - это электрически поляризуемые материалы, которые при отсутствии электрического поля обладают, по меньшей мере, двумя равновесными ориентациями вектора спонтанной поляризации, причем переключение вектора спонтанной поляризации между этими равновесными ориентациями может быть осуществлено под действием электрического поля. Эффект памяти, имеющий место в подобных материалах с двумя стабильными состояниями остаточной поляризации, может быть использован в запоминающих устройствах. Одно из указанных состояний поляризации рассматривается как логическая "1", а другое - как логический "0". Типичные схемы с пассивной матричной адресацией могут быть реализованы с применением двух взаимно скрещивающихся (предпочтительно ортогональных) наборов электродов (взаимно параллельных в пределах каждого набора). Такие наборы электродов образуют матрицу или массив точек скрещивания, индивидуальный доступ к которым может быть осуществлен селективным возбуждением соответствующих электродов с краев матрицы.

Слой ферроэлектрического материала помещают между наборами электродов с образованием за счет этого в данном материале, в зонах скрещивания электродов, конденсатороподобных структур, действующих в качестве ячеек памяти. При приложении разности потенциалов между двумя электродами ферроэлектрический материал подвергается воздействию электрического поля. Это вызывает поляризационный отклик, как правило, следующий за кривой гистерезиса или ее частью. Задавая направление и напряженность электрического поля можно привести ячейку в желаемое логическое состояние, в котором она будет оставаться. Пассивная адресация описанного типа обеспечивает простоту изготовления и высокую плотность расположения точек скрещивания.

Как показано на фиг.1, материал, обладающий кривой 100 гистерезиса, изменяет направление своей поляризации при приложении к нему электрического поля, которое превосходит коэрцитивное поле Е_c. Из соображений удобства приведенная кривая гистерезиса построена с откладыванием по оси абсцисс не напряженности электрического поля, а напряжения. Значения напряжения рассчитываются путем умножения значений напряженности на толщину слоя ферроэлектрического материала. Поляризация P_s насыщения достигается каждый раз, когда ячейка памяти подвергается воздействию номинального переключающего напряжения V_s. Однако на практике в случае приложения более слабых электрических полей будет иметь место частичное переключение. Степень частичного переключения зависит от свойств материала, однако многократное приложение электрических полей, даже имеющих напряженность меньшую, чем напряженность коэрцитивного поля, в конце концов приведет к ухудшению состояний 110, 112 остаточной поляризации +Р_R, -P_R в такой степени, что впоследствии это может привести к ошибкам считывания.

Значения напряженности электрических полей задаются протоколом переключений (называемым также протоколом подачи импульсных напряжений), обеспечивающим подачу напряжений к запоминающему массиву в процессе операций считывания и записи. Выбор соответствующего протокола необходим для того, чтобы при считывании информации из индивидуальной ячейки или при записи в нее избежать возмущающих воздействий на другие ячейки. С этой целью протокол подачи импульсных напряжений предусматривает и обеспечивает подачу определенных заданных напряжений на электроды таким образом, чтобы осуществить выбор ячейки для адресации и произвести операцию адресации, в то же самое время удерживая мешающие влияния на другие ячейки на минимальном уровне. С целью минимизации мешающих воздействий было разработано множество протоколов подачи импульсных напряжений. Некоторые примеры подобных протоколов можно найти в патенте США №3002182, в патенте США №4169258 и в международной заявке WO 02/05287.

Поляризационные свойства ферроэлектрических и электретных материалов, как правило, зависят от факторов окружающей среды, а также от предыдущих адресаций. Это может приводить к проблемам, когда подобные материалы используются в запоминающих устройствах, работающих в различных условиях и в различных рабочих режимах. В этой связи следует отметить, что собственно ферроэлектрические материалы образуют подкласс электретов и характеризуются способностью иметь постоянную поляризацию, соответствующую одному из двух состояний устойчивой поляризации, а также наличием гистерезиса. При дальнейшем рассмотрении уровня техники и предпочтительных вариантов осуществления изобретения в целях облегчения понимания будет, как правило, подразумеваться, что запоминающий материал представляет собой ферроэлектрик, т.е. обладает как гистерезисом, так и двумя поляризациями различной полярности.

Как уже упоминалось, поляризационные свойства могут подвергаться влиянию температуры окружающей среды, в которой находится ферроэлектрический материал. Большинство ферроэлектрических материалов претерпевают структурный фазовый переход из высокотемпературной неферроэлектрической фазы в низкотемпературную ферроэлектрическую фазу. Этот переход имеет место при температуре Т_с, называемой точкой Кюри. Для титаната-цирконата свинца, популярного неорганического ферроэлектрического материала, точка Кюри соответствует 360°С. Рабочая температура ферроэлектрического запоминающего устройства обычно существенно ниже данного значения, так что никаких проблем, связанных с точкой Кюри, практически не возникает.

Однако, если ферроэлектрический материал представляет собой полимер, повышение его температуры или повышение температуры устройства в целом становится важным возмущающим фактором. Фиг.2 иллюстрирует одно из возможных влияний, которое повышение температуры оказывает на гистерезисную кривую 100. Более узкая кривая представляет ферроэлектрические свойства материала при повышенной температуре. При этом можно заметить повышение чувствительности к электрическому полю, поскольку коэрцитивное напряжение V_CL при низкой температуре является более высоким, чем коэрцитивное напряжение V_СН при высокой температуре. Если приложенное электрическое поле остается неизменным, несмотря на изменение температуры, риск нежелательного изменения направления поляризации на обратное под действием напряжения, приложенного к неадресуемым точкам скрещивания, будет возрастать. Кроме того, скорость переключения поляризации в ферроэлектрическом запоминающем материале будет возрастать по мере повышения температуры.

Хорошо известный факт наличия температурной зависимости гистерезисной кривой отмечается в патенте США №5487029. Здесь утверждается, что для того, чтобы предотвратить нежелательную ошибочную запись в ферроэлектрическую память в результате изменения температуры, необходимо настраивать используемое при записи напряжение в соответствии с отрицательной зависимостью от температуры, что соответствует температурным характеристикам гистерезисной кривой. В этой связи рассматривается использование генератора напряжения, вырабатывающего напряжение для записи, которое стабилизировано зенеровским диодом (стабилитроном) с отрицательной температурной характеристикой. Таким образом, стабилитрон обеспечивает корректировку напряжения, адаптируя его к отрицательной температурной зависимости ферроэлектрических конденсаторов. Однако согласование характеристик стабилитрона с гистерезисной кривой ферроэлектрического материала представляет собой сложную задачу. В связи с этим в указанном патенте признается, что для температурной компенсации могут быть использованы и другие методы, однако никаких приемлемых альтернатив не приводится.

Следует также отметить, что техника в рассматриваемой области развивалась в контексте неорганических керамических ферроэлектрических материалов. Такие материалы, как правило, сохраняют свою физическую целостность и ферроэлектрические свойства в температурном интервале, существенно превышающем температуры, при которых работают реальные запоминающие устройства. В качестве примера можно еще раз указать на титанат-цирконат свинца (PZT), у которого точка Кюри, выше которой исчезает спонтанная поляризация, соответствует 360°С. Значительный контраст с подобными свойствами проявляет развивающийся класс запоминающих устройств, основанных на использовании ферроэлектрических органических веществ (полимеров), у которых точка Кюри и/или точка плавления лежат ниже 200°С. Подобные материалы обладают существенными преимуществами в терминах обрабатываемости, стоимости, гибкости в техническом аспекте и др. Вместе с тем, в некоторых случаях они могут создавать проблемы в связи с изменением их электрических характеристик вследствие изменения температуры в пределах заданного рабочего интервала температур.

Кроме того, исследования ферроэлектрических запоминающих материалов и ферроэлектрической памяти с пассивной матричной адресацией, проведенные заявителем настоящего изобретения, обнаружили, что характеристики переключения запоминающих материалов в виде ферроэлектрических полимеров не имеют простой зависимости от температуры. При этом зависимость данных характеристик от рабочей температуры может носить более сложный характер и проявляться в том, что повышение температуры не всегда вызывает, как это можно было бы ожидать, соответствующее повышение скорости переключения

В дополнение к этому было обнаружено, что изменения скорости переключения запоминающего материала могут иметь место и под действием других факторов окружающей среды, отличных от температуры. Другими словами, такие факторы могут быть связаны с влиянием окружающей среды, включая ее температуру, но не ограничиваясь ею. Так, влияние на ферроэлектрические свойства полимера могут оказывать, например, атмосферная влажность, механические напряжения, электрические напряжения, а также предыдущая история адресации к ячейкам памяти. В общем случае можно утверждать, что динамический отклик ячейки памяти будет зависеть от большого количества факторов. При этом, хотя и не требуется изолировать отдельные вклады от данных факторов, совершенно ясно, что их суммарный вклад влияет тем или иным образом на динамические показатели отклика запоминающего материала. Для того чтобы в общем виде устранить подобное влияние, следовало бы отслеживать отклик ячейки памяти на операцию адресации путем сравнения мгновенного отклика с эмпирически определенным опорным откликом, т.е. с откликом, полученным при тщательно контролируемых условиях. После этого следует настроить параметры импульсного напряжения, подаваемого в рамках протокола, применяемого при осуществлении операций адресации в памяти с пассивной матричной адресацией, в которой в качестве запоминающего материала используется ферроэлектрический полимер.

Говоря более конкретно, протокол подачи импульсов напряжения задает уровни напряжения, которые должны подаваться в определенной временной последовательности на соответствующие активные и неактивные линии управления и линии данных при выполнении операции адресации. Таким образом, в этом своем аспекте протокол подачи импульсов напряжения определяет длительности не только импульсов, но и интервалов между ними. Другими словами, при прочих равных условиях параметры протокола подачи импульсов напряжения должны рассматриваться как выбранные и зафиксированные применительно к осуществлению операций адресации. Однако исследования, проведенные заявителем настоящего изобретения, ясно показали, что отклик ячейки памяти, характеризуемый соответствующим параметром (например, скоростью переключения или ее производной по времени), представляет собой динамичную величину. Иначе говоря, этот отклик изменяется во времени в зависимости от различных факторов, рассмотренных выше. Кроме того, важным фактором может являться предыдущая история адресации. Как уже отмечалось, в число факторов входит и реальная рабочая температура запоминающего материала (которая ранее упрощенно принималась равной температуре окружающей среды при условии, что устройство находится в состоянии теплового равновесия; однако такое равенство не всегда имеет место). При этом рабочая температура, в частности ячейки памяти, может зависеть как от текущих операций адресации, так и от истории адресации, а также от теплоты, рассеиваемой сопутствующими электронными контурами.

Раскрытие изобретения

В связи с изложенным основной задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка способа, обеспечивающего устранение или ослабление проблем, вызываемых изменениями гистерезисной кривой, коэрцитивного напряжения и скорости переключения применительно к операциям адресации в ферроэлектрических или электретных запоминающих устройствах. Таким образом, указанная основная задача, по существу, состоит в устранении изменений или дрейфа отклика ячеек памяти под влиянием окружающей среды, истории адресации и различных напряжений, возникающих в процессе работы ферроэлектрической или электретной памяти, независимо от того, обусловлены ли указанные напряжения механическими, электрическими, химическими или тепловыми факторами или их комбинацией.

Задача, поставленная перед изобретением, заключается также в разработке способа компенсации изменений скорости переключения без применения контуров для стабилизации напряжения, которые обычно являются чувствительными к температурным эффектам и которым присущ дрейф. Более конкретно, задача состоит в разработке способа температурной компенсации, применимого к параметрам протокола подачи импульсов напряжения и особенно эффективного при использовании применительно к полимерным ферроэлектрическим или электретным запоминающим материалам в виде тонких пленок.

И, наконец, задачей, поставленной перед изобретением, является разработка ферроэлектрического или электретного запоминающего устройства, реализующего способ по изобретению.

Решение перечисленных задач, а также достижение других особенностей и преимуществ обеспечено созданием способа, который характеризуется операциями:

(а) определения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего изменение отклика ячеек памяти на прикладываемые к ним разности напряжений;

(б) определения, по меньшей мере, одного корректирующего фактора для импульсов напряжения, входящих в состав протокола подачи импульсов напряжения, на основе указанного, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего изменение отклика ячеек памяти на прикладываемые к ним разности напряжений;

(в) выбора для корректировки протокола подачи импульсов напряжения, по меньшей мере, одного из следующих параметров указанного протокола: амплитуд импульсов, длительностей импульсов и интервалов между импульсами;

(г) корректировки одного или более значений, по меньшей мере, одного из выбранных параметров протокола подачи импульсов напряжения в соответствии с указанным, по меньшей мере, одним корректирующим фактором, с обеспечением тем самым корректировки одной или более амплитуд импульсов, одной или более длительностей импульсов и одного или более интервалов между импульсами либо по отдельности, либо в комбинации в соответствии с обнаруженным изменением отклика ячеек памяти.

В соответствии с изобретением представляется предпочтительным корректировать значения амплитуд импульсов и/или длительностей импульсов напряжения, обеспечивающих переключение, в составе протокола подачи импульсов напряжения.

В одном из желательных вариантов способа согласно изобретению определение, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего изменение отклика, при выполнении операции (а) осуществляют путем определения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего скорость переключения в ферроэлектрическом запоминающем устройстве, а определение, по меньшей мере, одного корректирующего фактора при выполнении операции (б) осуществляют путем определения корректирующего фактора, зависящего от скорости переключения.

В данном варианте рекомендуется определять, по меньшей мере, один параметр, характеризующий скорость переключения, при выполнении операции (а) путем измерения мгновенной скорости переключения в ферроэлектрическом запоминающем устройстве. В этом случае измерение скорости переключения предпочтительно осуществляют путем измерения скорости переключения одной или более опорных ячеек памяти или, альтернативно, путем анализа текущих операций адресации, включающих переключение ячеек памяти в ферроэлектрическом запоминающем устройстве.

Кроме того, в данном варианте рекомендуется определять, по меньшей мере, один параметр, характеризующий скорость переключения, при выполнении операции (а) путем непрерывного мониторинга скорости переключения в ферроэлектрическом запоминающем устройстве. При этом корректируют протокол подачи импульсов напряжения посредством создания с помощью, по меньшей мере, одного корректирующего фактора, зависящего от скорости переключения, прикладываемых разностей напряжения. Указанный протокол настраивают в реальном времени в соответствии с изменением в отклике на приложенные разности напряжений, причем настроенный в реальном времени протокол подачи импульсов напряжения применяют для корректировки, по меньшей мере, одного из значений параметра протокола подачи импульсов напряжения при выполнении операции (г).

Корректирующий фактор, зависящий от скорости переключения, при выполнении операции (б) может быть предпочтительно определен путем вычислений или считывания из таблицы соответствия. Альтернативно, при выполнении операции (б) могут быть определены первый и второй корректирующие факторы, зависящие от скорости переключения.

Согласно другому предпочтительному варианту способа по изобретению определение, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего изменение отклика, при выполнении операции (а) может быть осуществлено путем определения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего температуру запоминающего устройства. Соответственно определение, по меньшей мере, одного корректирующего фактора при выполнении операции (б) может быть осуществлено путем определения, по меньшей мере, одного корректирующего фактора, зависящего от температуры.

В данном варианте желательно, чтобы определение, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего температуру, при выполнении операции (а) осуществлялось путем прямого определения рабочей температуры ферроэлектрического запоминающего устройства. Соответственно определение корректирующего фактора, зависящего от температуры, при выполнении операции (б) осуществляют путем вычислений или считывания из таблицы соответствия.

В качестве альтернативы при выполнении операции (б) осуществляют определение первого и второго корректирующих факторов, зависящих от температуры. В таком случае первый корректирующий фактор предпочтительно определяют как температурный коэффициент. Данный коэффициент используют при выполнении операции (г) для корректировки всех значений, по меньшей мере, одного из параметров протокола подачи импульсов напряжения. Второй корректирующий фактор предпочтительно определяют как напряжение смещения, которое используют при выполнении операции (г) для корректировки, по меньшей мере, одного значения амплитуды или значения (уровня) потенциала.

В рамках рассматриваемого варианта представляется желательным корректировку значений параметра при выполнении операции (г) сначала осуществлять путем первой корректировки в соответствии с первым корректирующим фактором, зависящим от температуры, а затем путем второй корректировки в соответствии со вторым корректирующим фактором, зависящим от температуры. В той же мере желательным представляется осуществлять указанную корректировку сначала путем первой корректировки в соответствии со вторым корректирующим фактором, зависящим от температуры, а затем путем второй корректировки в соответствии с первым корректирующим фактором, зависящим от температуры.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом способа по изобретению определение, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего изменение отклика, при выполнении операции (а) осуществляют путем определения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего температуру запоминающего устройства, посредством измерения скорости переключения ячеек памяти в запоминающем устройстве и использования установленной корреляции между измеренной скоростью переключения и действительной температурой запоминающего материала ячеек памяти для определения указанной действительной температуры.

В этой связи измерение скорости переключения осуществляют путем измерения скорости переключения одной или более опорных ячеек памяти. Альтернативно, данное измерение осуществляют путем анализа текущих операций адресации, вызывающих переключение ячеек памяти в ферроэлектрическом запоминающем устройстве.

Решение перечисленных выше задач, поставленных перед изобретением, а также реализация дополнительных особенностей и преимуществ достигнуты также созданием ферроэлектрического или электретного запоминающего устройства. Устройство по изобретению характеризуется тем, что содержит:

средство для определения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего изменение отклика ячеек памяти на прикладываемые к ним разности напряжений;

калибровочную память, присоединенную к выходу указанного средства для определения, на основе указанного параметра, характеризующего изменение отклика ячеек памяти, по меньшей мере, одного корректирующего фактора,

один или более контроллеров, присоединенных к выходу калибровочной памяти для осуществления корректировки одного или более значений, по меньшей мере, одного параметра протокола подачи импульсов напряжения, причем контроллеры присоединены также к управляющим входам управляющего блока и/или блока управления драйверами.

Устройство по изобретению снабжено также декодерами строк и столбцов, включенными между выходами блока управления драйверами и электродами. При этом оно выполнено с возможностью подачи импульсов напряжения в составе протокола, скорректированного в соответствии с изменением отклика ячеек памяти, через драйверные контура и декодеры строк и столбцов на электроды.

В предпочтительном варианте указанное средство соединено с одной или более парами опорных ячеек памяти. Желательно также, чтобы между набором усилителей считывания и калибровочной памятью был включен анализатор сигналов для проведения анализа отклика ячеек памяти при осуществлении применительно к ним операций считывания или записи/обновления.

Представляется, кроме того, желательным, чтобы в запоминающем устройстве по изобретению указанное средство содержало датчик температуры для определения рабочей температуры ферроэлектрического запоминающего устройства. В этом случае датчик температуры, калибровочная память и драйверные контуры могут быть выполнены в составе контура температурной компенсации. Данный контур температурной компенсации может представлять собой как аналоговый, так и цифровой контур.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет пояснено далее более подробно при рассмотрении вариантов его осуществления, приводимых в качестве примеров и сопровождающихся ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1, как уже упоминалось, схематично представлена кривая гистерезиса для ферроэлектрического запоминающего материала.

На фиг.2, как уже упоминалось, дано сопоставление двух кривых гистерезиса, принадлежащих одному ферроэлектрическому запоминающему материалу и зарегистрированных при различных температурах.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую запоминающий контур в соответствии с предпочтительным вариантом его выполнения.

Фиг.4а поясняет принцип построения памяти с пассивной матричной адресацией.

Фиг.4b поясняет принцип построения пассивной матричной памяти, ячейки которой содержат ферроэлектрический материал, локализованный между взаимно налагающимися скрещенными электродами.

Фиг.5 иллюстрирует протокол подачи импульсов напряжения при считывании и записи с четырьмя различными значениями потенциала, подаваемого на управляющие линии и на линии данных.

На фиг.6а схематично показаны значения потенциала, используемые в протоколе переключения и изменяющиеся в зависимости от температуры в соответствии с первым предпочтительным вариантом изобретения.

На фиг.6b схематично показаны значения потенциала, используемые в протоколе переключения и изменяющиеся в зависимости от температуры в соответствии со вторым предпочтительным вариантом изобретения.

На фиг.6с схематично показаны значения потенциала, используемые в протоколе переключения и изменяющиеся в зависимости от температуры в соответствии с третьим предпочтительным вариантом изобретения.

Фиг.7а представляет собой блок-схему, иллюстрирующую аналоговый контур температурной компенсации согласно изобретению.

Фиг.7b представляет собой блок-схему, иллюстрирующую цифровой контур температурной компенсации согласно изобретению.

Фиг.8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую систему, соответствующую дальнейшему развитию контуров температурной компенсации по фиг.7а и 7b для определения действительной скорости переключения согласно изобретению.

На фиг.9 представлено устройство с пассивной матричной адресацией, в котором может быть реализован способ по изобретению.

Осуществление изобретения

Прежде чем настоящее изобретение будет пояснено со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления, приводится краткое рассмотрение его основных принципов со ссылкой на структуру ферроэлектрических запоминающих устройств с матричной адресацией и на основы адресации в подобных устройствах.

Фиг.3 иллюстрирует в форме упрощенной блок-схемы структуру и функциональные элементы ферроэлектрического запоминающего устройства с матричной адресацией, которое может быть адаптировано для целей настоящего изобретения, т.е. которое может быть реализовано с использованием способа согласно изобретению. Блок 310 памяти содержит запоминающую матрицу 300, декодеры 32 и 302 строк и столбцов соответственно, усилители 306 считывания, защелки 308 данных и избыточные управляющие линии и линии данных 304, 34. Декодеры 32, 302 строк и столбцов декодируют адреса ячеек памяти, тогда как считывание осуществляется посредством усилителей 306 считывания. Защелки 308 данных удерживают считываемые данные до тех пор, пока их часть или все данные не будут перенесены в управляющий (логический) блок 320. Данные, считанные из блока 310 памяти, будут характеризоваться некоторой частотой появления ошибок по битам, которая может быть уменьшена путем замены дефектных управляющих линий и линий данных в запоминающей матрице 300 на избыточные управляющие линии и линии данных 304, 34. Для того чтобы осуществлять обнаружение ошибок, блок 310 памяти может иметь поля данных, содержащих код с исправлением ошибок.

Управляющий блок 320 обеспечивает цифровой интерфейс для блока 310 памяти и осуществляет управление операциями записи и считывания в запоминающей матрице 300. В управляющем блоке 320 имеются также средства инициализации памяти и логические средства для замещения дефектных управляющих линий и линий данных избыточными управляющими линиями и линиями данных. Блок 330 управления драйверами запоминающего устройства связывает управляющий блок 320 с внешними шинами. Может быть предусмотрен также генератор 340 подкачки заряда для генерирования некоторых из напряжений, которые необходимы для выполнения операций записи и считывания в ячейках памяти. Может быть предусмотрен также отдельный синхронизирующий вход, связанный с блоком 330 управления драйверами через осциллятор (не изображен). Этот вход будет использоваться генератором 340 подкачки заряда для того, чтобы обеспечить подкачку заряда независимо от скорости передачи данных в приложении, использующем блок 310 памяти. При этом, однако, выполнение общих функций подкачки заряда будет задаваться драйверными контурами, как это будет пояснено со ссылкой на фиг.9.

Поскольку способ согласно изобретению приложим к протоколам подачи импульсов напряжения, используемым для пассивной адресации ферроэлектрических или электретных запоминающих устройств с матричной адресацией, в которых запоминающим материалом является ферроэлектрический или электретный полимер, далее подобные протоколы будут описаны более подробно.

Протоколы подачи импульсов напряжения, используемые при пассивной адресации к ферроэлектрическим или электретным запоминающим матрицам, запоминающий материал которых представляет собой ферроэлектрический или электретный полимер, представляют собой последовательности импульсов. Амплитуды этих импульсов задаются относительно опорного напряжения, которое может быть равным нулю. Указанные амплитуды импульсов находятся в интервале от опорного напряжения до соответствующего напряжения переключения. При этом выбор данного напряжения может зависеть от используемого запоминающего материала; однако в любом случае оно должно превышать коэрцитивное напряжение. Реальное количество уровней напряжения, предусматриваемых протоколом подачи импульсов напряжения, может равняться трем и даже превышать это значение. Дробные значения напряжения, т.е. значения, лежащие между напряжением переключения и нулевым напряжением, выбираются в соответствии с так называемым правилом (схемой) выбора напряжения.

Предпочтительно используется правило выбора половины или, даже более предпочтительно, одной трети напряжения. Выполнение данного правила гарантирует, что неадресуемые ячейки памяти и неактивные управляющие линии и линии данных не подвергаются действию напряжений или электрических полей, превышающих выбранную долю напряжения V_s переключения. Гарантируется также, что активация управляющих линий и линий данных предпочтительно предусматривает только изменение потенциала, соответствующее одному из выбранных дробных значений напряжения. Заявителем было показано, что в действительности минимальное среднее напряжение на любой невыбранной управляющей линии и линии данных в запоминающей матрице не может быть меньше, чем V_s/3. Следовательно, использование правил выбора напряжения, соответствующих дробным значениям напряжения, меньшим чем V_s/3, т.е. правил выбора одной четверти напряжения и т.д., не дает никакого выигрыша.

Представляется желательным пояснить далее в общем виде применение протоколов подачи импульсов напряжения и функционирование предпочтительного варианта изобретения со ссылкой на матрицу, представленную на фиг.4а и 4b. В соответствии с принятой терминологией горизонтальные электроды (соответствующие строкам матрицы) будут далее именоваться управляющими линиями (word lines, WL) и обозначаться как 400. Вертикальные электроды (соответствующие столбцам матрицы) будут далее именоваться линиями данных (bit lines, BL) и обозначаться, как 410. Названные электроды находятся в пределах запоминающей матрицы 300. Представляется желательным осуществлять подачу напряжения, которое является достаточно большим, чтобы обеспечить переключение направления поляризации в выбранной ячейке 420 памяти (т.е. в ячейке 430). Такое переключение может быть произведено либо с целью задать конкретное требуемое направление поляризации в ячейке (что соответствует операции записи), либо для отслеживания направления поляризации (что соответствует операции считывания). Ферроэлектрический материал, расположенный между электродами, как уже упоминалось, функционирует, как ферроэлектрический конденсатор 422 (см. фиг.4b). Следовательно, выбор ячейки 420 памяти осуществляется созданием потенциалов на ассоциированных с ней управляющей линии 402 и линии 412 данных, т.е. на активной управляющей лини