新型铁电存储器设计及其读写方法研究

发布时间：2023-03-30 03:41

　　为了适应现代社会对具有优良特性的存储器件的需求,我们急需一种读写速度快的非易失性存储器,而铁电存储器便是一种符合以上需求的新型存储器件。铁电存储器的核心是一种具有极化特性的铁电材料,将铁电材料制备成为跟CMOS工艺相兼容的铁电电容,就可以利用铁电材料的特性来实现非易失性存储的功能。本文使用具有铁电性的新型的氧化铪材料制备铁电电容,并且使用2T2C型存储单元。目前铁电存储器读写电路设计中存在以下问题,一是铁电材料存在极化疲劳失效、印记失效、保持损失失效以及老化现象,这些问题会导致存储器寿命减少;二是不合理的存储阵列结构会使位线电压差减小,从而影响灵敏放大器的工作;三是阈值损失效应会使铁电电容极化电压减小;四是不同的读出方式会减弱铁电电容的剩余极化强度或者加速铁电材料的失效;最后是在写入数据时,如果新写入的数据与存储阵列中原有数据相同,则会造成重复写入,从而加速铁电材料的疲劳,但是由于ECC电路的存在,要求存储器在每一次写入前,都要先将对应的数据读出,这样就可以在写入数据之前明确存储阵列中的数据内容,从而避免重复写入。为解决以上问题,本文分别设计并优化了以下电路结构。一是对存储阵列的优化,...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外发展现状
    1.3 本文主要内容和结构安排
第二章 铁电存储器的工作原理
    2.1 铁电材料及铁电电容
        2.1.1 铁电材料及铁电性
        2.1.2 铁电电容
        2.1.3 用于存储器的铁电材料的选择
    2.2 铁电存储器的基本存储单元
        2.2.1 基本存储单元的构成
        2.2.2 存储单元读写时序
    2.3 铁电存储器基本架构
    2.4 本章总结
第三章 铁电存储器读写电路设计中存在的问题
    3.1 铁电材料的失效机理
        3.1.1 极化疲劳失效
        3.1.2 保持损失失效
        3.1.3 印记失效
        3.1.4 铁电老化现象
        3.1.5 几种失效机理对存储器读写电路设计的影响
    3.2 阵列结构对位线电压的影响
    3.3 阈值损失效应对存储单元读写操作的影响
    3.4 板线脉冲对铁电电容极化的影响
        3.4.1 铁电存储器的脉冲后读出方法
        3.4.2 脉冲后读出方法的缺点
        3.4.3 两种读出方法的比较
    3.5 外围电路对存储单元的影响
    3.6 本章小结
第四章 铁电存储器的读写关键电路的优化设计
    4.1 阵列结构优化设计
    4.2 字线升压电路设计
        4.2.1 基本电荷泵工作原理
        4.2.2 用于消除阈值损失的电荷泵结构
    4.3 板线驱动电路优化设计
        4.3.1 板线驱动电路结构
        4.3.2 板线驱动电路仿真
    4.4 提升铁电存储器读写次数的电路优化设计
        4.4.1 减少重复写入的电路结构设计
        4.4.2 减少重复写入的电路结构仿真
    4.5 本章总结
第五章 铁电存储器读写电路设计及仿真
    5.1 1Mbit铁电存储器完整电路框图
    5.2 灵敏放大器设计
    5.3 铁电存储器读写控制电路设计及仿真
        5.3.1 级联时延电路设计
        5.3.2 可编程时序产生电路的基本单元
        5.3.3 可编程时序产生电路的仿真
    5.4 铁电存储器整体电路仿真
        5.4.1 铁电存储器写入时序仿真
        5.4.2 铁电存储器脉冲中读出时序仿真
        5.4.3 铁电存储器脉冲后读出时序仿真
    5.5 本章总结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3775116