DE102005008392B4 - FeRAM memory cell, FeRAM memory circuit and method for storing a datum value in a FeRAM memory cell - Google Patents
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Abstract
FeRAM-Speicherzelle
mit einem Auswahltransistor und einem ferroelektrischen Speicherelement
zum Speichern von Daten umfassend:
– eine erste und eine zweite
Kondensatorelektrode (23; 11; 12);
– einen ersten ferroelektrischen
Bereich (14) aus einem ersten ferroelektrischen Material, der sich
in einem ersten Abschnitt (A1) zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode
(2, 3) erstreckt und in dem ersten Abschnitt (A1) eine erste Koerzitivspannung
(Vc1)und eine erste remanente Polarisationsladung
(Pr1) bewirkt;
– einen zweiten ferroelektrischen
Bereich (5) aus einem zweiten ferroelektrischen Material, der sich
in einem zweiten Abschnitt (A2) zwischen der ersten und zweiten
Kondensatorelektrode (2, 3; 11, 12) erstreckt und in dem zweiten
Abschnitt (A2) eine zweite Koerzitivspannung (VC2)
und eine zweite remanente Polarisationsladung (Pr2)
bewirkt;
wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich
(4) so gestaltet sind, dass die erste und zweite Koerzitivspannung
(VC1, VC2) und die
erste und zweite remanente Polarisationsladung (Pr1,
Pr2) jeweils unterschiedlich sind, so dass...An FeRAM memory cell having a selection transistor and a ferroelectric memory element for storing data comprising:
A first and a second capacitor electrode (23; 11; 12);
A first ferroelectric region (14) of a first ferroelectric material which extends in a first section (A1) between the first and second capacitor electrodes (2, 3) and in the first section (A1) a first coercive voltage (V c1 ) and causing a first remanent polarization charge (P r1 );
A second ferroelectric region (5) of a second ferroelectric material extending in a second section (A2) between the first and second capacitor electrodes (2, 3; 11, 12) and in the second section (A2) a second coercive voltage (V C2 ) and a second remanent polarization charge (P r2 ) causes;
wherein the first and second ferroelectric regions (4) are configured so that the first and second coercive voltages (V C1 , V C2 ) and the first and second remanent polarization charges (P r1 , P r2 ) are different, respectively. ,
Description
Die Erfindung betrifft eine FeRAM-Speicherzelle zum Speichern von Daten in Form einer remanenten Polarisation eines ferroelektrischen Bereichs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine FeRAM-Speicherschaltung und Verfahren zum Speichern eines Datumwertes in einer FeRAM-Speicherzelle.The The invention relates to a FeRAM memory cell for storing data in the form of a remanent polarization of a ferroelectric region. The The invention further relates to a FeRAM memory circuit and method for storing a date value in a FeRAM memory cell.
Ferroelektrische Speicherzellen umfassen üblicherweise eine Kondensatorstruktur mit Kondensatorelektroden, zwischen denen ein ferroelektrisches Material angeordnet ist. Entsprechend einer geeigneten Schreibspannung, die an die Kondensatorelektroden angelegt wird, kann die Polarisation des ferroelektrischen Materials eingestellt werden, wodurch ein Zustand in der ferroelektrischen Speicherzelle gespeichert werden kann. Das Auslesen des Zustandes aus der ferroelektrischen Speicherzelle erfolgt durch Anlegen einer bestimmten Lesespannung, wobei durch das Auftreten oder Nicht-Auftreten einer plötzlichen Ladungsänderung der Kondensatorstruktur festgestellt wird, ob sich die Polarisation der ferroelektrischen Speicherzelle bei Anlegen der Lesespannung ändert oder nicht. Je nach dem, ob festgestellt wird, dass sich die Polarisation ändert oder nicht, wird ein bestimmter Zustand in der ferroelektrischen Speicherzelle erkannt.ferroelectric Memory cells usually include a capacitor structure with capacitor electrodes, between which a ferroelectric material is arranged. According to a suitable Write voltage applied to the capacitor electrodes, can adjust the polarization of the ferroelectric material which causes a state in the ferroelectric memory cell can be stored. Reading out the state from the ferroelectric Memory cell is done by applying a certain reading voltage, being characterized by the occurrence or non-occurrence of a sudden charge change the capacitor structure is determined, whether the polarization the ferroelectric memory cell changes when the read voltage is applied or Not. Depending on whether it is determined that the polarization changes or not, becomes a certain state in the ferroelectric memory cell recognized.
Die Polarisation des ferroelektrischen Materials bewirkt ein Hystereseverhalten einer Polarisations-Spannungs-Kennlinie. Das Hystereseverhalten wird durch die remanente Polarisation bewirkt, d. h. die Polarisationsladung des ferroelektrischen Materials, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist. Die Polarisation des ferroelektrischen Materials wechselt bei einer entsprechend angelegten elektrischen Feldstärke, die der Polarisation entgegen gerichtet ist. Die Spannung, bei der die Polarisation umschlägt, wird Koerzitivspannung genannt.The Polarization of the ferroelectric material causes a hysteresis behavior a polarization-voltage characteristic. The hysteresis behavior becomes caused by the remanent polarization, d. H. the polarization charge of the ferroelectric material when no electric field applied is. The polarization of the ferroelectric material changes a correspondingly applied electric field strength, the the polarization is directed against. The tension at which the Polarization changes, is called coercive stress.
Im Vergleich zu anderen Arten von nichtflüchtigen Speicherzellen, wie beispielsweise EEPROM-Speicherzellen oder Flash-Speicherzellen ist bei einer integrierten Aufbauweise die benötigte Fläche für eine FeRAM-Speicherzelle mehr als doppelt so groß, so dass bislang vergleichbare Speicherdichten mit FeRAM-Speicherzellen nicht erreicht werden können.in the Comparison to other types of non-volatile memory cells, such as For example, EEPROM memory cells or flash memory cells is integrated with one Building the needed area for one FeRAM memory cell more than twice as large, so that so far comparable Storage densities can not be achieved with FeRAM memory cells.
Aus
der Druckschrift
Aus
der
Die
Druckschrift
Aus
der Druckschrift
Aus
der Druckschrift
Auch
die Druckschrift
Aus
der Druckschrift
In
Um
bei der Ausführungsform
der
In
den
Aufgabe der Erfindung ist es eine FeRAM-Speicherzelle, eine FeRAM-Speicherschaltung und ein Verfahren zum Speichern eines Datumwertes in der Fe-RAM-Speicherzelle bereitzustellen, mit denen sich die Speicherdichte von Daten erhöhen lässt und ein zuverlässiges Ein- und Auslesen gewährleistet wird.task In the invention, it is a FeRAM memory cell, a FeRAM memory circuit and a method of storing a date value in the Fe-RAM memory cell to increase the storage density of data and a reliable one Reading and reading guaranteed becomes.
Diese Aufgabe wird durch die FeRAM Speicherzelle nach Anspruch 1, die FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 7 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.These The object is achieved by the FeRAM memory cell according to claim 1, which FeRAM memory circuit according to claim 7 and by the method solved according to claim 13.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein ferroelektrisches Speicherelement zum Speichern von Daten vorgesehen. Das ferroelektrische Speicherelement umfasst eine erste und eine zweite Kondensatorelektrode, zwischen denen ein erster ferroelektrischer Bereich und ein zweiter ferroelektrischer Bereich angeordnet sind. Der erste ferroelektrische Bereich erstreckt sich in einem ersten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode und bewirkt in dem ersten Abschnitt eine erste Koerzitivfeldstärke und eine erste remanente Polarisation. Der zweite ferroelektrische Bereich befindet sich in einem zweiten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode und bewirkt in den zweiten Abschnitt eine zweite Koerzitivfeldstärke und eine zweite remanente Polarisation. Der erste und der zweite ferroelektrische Bereich sind aus unterschiedlichem Material gestaltet, so dass die erste und die zweite Koerzitivfeldstärke und die erste und die zweite remanente Polarisation jeweils unterschiedlich sind, so dass die durch die Kondensatorelektroden gebildete Konden satorstruktur eine stufige Hysteresecharakteristik in einer Polarisations-Spannungs-Kennlinie des ferroelektrischen Speicherelements aufweist.According to a first aspect of the present invention, a ferroelectric memory is ment for storing data. The ferroelectric memory element comprises a first and a second capacitor electrode, between which a first ferroelectric region and a second ferroelectric region are arranged. The first ferroelectric region extends in a first section between the first and second capacitor electrodes and effects a first coercive field strength and a first remanent polarization in the first section. The second ferroelectric region is located in a second portion between the first and second capacitor electrodes and effects a second coercive force and a second remanent polarization in the second portion. The first and second ferroelectric regions are made of different materials so that the first and second coercive forces and the first and second remanent polarizations are different, so that the capacitor structure formed by the capacitor electrodes has a stepped hysteresis characteristic in a polarization voltage Characteristic of the ferroelectric memory element.
Das ferroelektrische Speicherelement gemäß der vorliegenden Erfindung, ermöglicht es mehr als zwei Zustände einzunehmen, und somit mehr als ein Bit zu speichern. Dies wird durch mehrere ferroelektrische Bereiche ermöglicht, die zwischen den beiden Kondensatorelektroden im Wesentlichen nebeneinander bezüglich einer Richtung, die senkrecht zur Abstandsrichtung der beiden Kondensatorelektroden verläuft, angeordnet sind. Darüber hinaus sind der erste und der zweite ferroelektrische Bereich mit unterschiedlichen ferroelektrischen Materialien ausgebildet. Die ferroelektrischen Bereiche weisen verschiedene Koerzitivfeldstärken und verschiedene remanente Polarisationen auf, die vorzugsweise bei verschiedenen Koerzitivspannungen eingenommen werden. Somit ist es möglich, die ferroelektrischen Bereiche unabhängig voneinander mit einer gleichgerichteten oder gegengerichteten Polarisation zu belegen, so dass im besten Fall vier verschiedene Zustände in dem ferroelektrischen Speicherelement eingenommen werden können.The ferroelectric memory element according to the present invention, allows it's more than two states take, and thus more than one bit to save. this will through several ferroelectric areas that allows between the two Capacitor electrodes substantially side by side with respect to a Direction, which is perpendicular to the distance direction of the two capacitor electrodes, arranged are. About that In addition, the first and the second ferroelectric region with formed of different ferroelectric materials. The ferroelectric regions have different coercivities and various remanent polarizations, preferably at different Coercive voltages are taken. Thus it is possible the ferroelectric areas independently from each other with a rectified or opposite polarization to prove, so that in the best case four different states in the ferroelectric memory element can be taken.
Es kann vorgesehen sein, dass in dem ersten und zweiten ferroelektrischen Bereich die Abstände zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode unterschiedlich sind, um den Betrag der jeweiligen Koerzitivfeldstärke einzustellen, und/oder die Flächen der Kondensatorelektroden, die im ersten und zweiten Abschnitt unterschiedlich sind, um den Betrag der jeweiligen remanenten Polarisation einzustellen.It can be provided that in the first and second ferroelectric Area the distances different between the first and second capacitor electrodes are to adjust the amount of each coercive force, and / or the surfaces the capacitor electrodes, which are different in the first and second sections are to adjust the amount of each remanent polarization.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite ferroelektrische Bereich so gestaltet, dass sich die Beträge der ersten und der zweiten Koerzitivfeldstärke um einen Faktor von mindestens zwei unterscheiden. Weiterhin sind der erste und der zweite ferroelektrische Bereich vorzugsweise so gestaltet, dass sich die Beträge der ersten und der zweiten remanenten Polarisation um einen Faktor von mindestens zwei unterscheiden.Preferably the first and second ferroelectric regions are designed that the amounts the first and the second coercive force by a factor of at least two different. Furthermore, the first and the second are ferroelectric Area preferably designed so that the amounts of the first and the second remanent polarization by a factor of at least two differ.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine FeRAM-Speicherschaltung zum Speichern eines Datums in einem derartigen ferroelektrischen Speicherelement vorgesehen. Das ferroelektrische Speicherelement weist eine Schreibschaltung auf, die so gestaltet ist, dass nacheinander eine von einem zu speichernden Datum abhängige erste und zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird, um eine erste und eine zweite Polarisationsladung des ersten bzw. zweiten ferroelektrischen Bereichs abhängig von dem zu speichernden Datum einzustellen. Auf diese Weise kann ein zweiphasiger Schreibvorgang durchgeführt werden, bei dem zunächst die Polarisation des ferroelektrischen Bereiches mit der größeren Koerzitivfeldstärke und anschließend die Polarisation des ferroelektrischen Bereichs mit der niedrigeren Koerzitivfeldstärke festgelegt wird.According to one Another aspect of the present invention is a FeRAM memory circuit for storing a date in such a ferroelectric Storage element provided. The ferroelectric memory element has a write circuit which is designed so that one after the other one of a date to be stored dependent first and second writing voltage is applied to the ferroelectric memory element to a first and a second polarization charge of the first and second ferroelectric, respectively Area dependent from the date to be stored. This way you can a two-phase write process are performed, in which first the polarization of the ferroelectric field with the larger coercive field and subsequently the polarization of the ferroelectric region with the lower one coercivity is determined.
Vorzugsweise kann der Betrag der ersten Schreibspannung größer sein als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und der Betrag der zweiten Schreibspannung größer sein als die kleinere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und kleiner als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärke bewirken, sein.Preferably For example, the magnitude of the first write voltage may be greater than the larger of the voltages. the coercivities cause, and the amount of the second write voltage to be greater as the smaller of the voltages that cause the coercivities, and smaller than the larger of the Tensions that cause the coercive force to be.
Insbesondere kann die Schreibschaltung so gestaltet sein, dass ein erstes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung angelegt wird, dass ein zweites Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung und die zweite Schreibspannung als negative Spannung angelegt werden, dass ein drittes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, und dass ein viertes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung und die zweite Schreibspannung positive Spannung angelegt werden.Especially For example, the writing circuit may be designed to have a first date is stored in the ferroelectric memory element by the first write voltage is applied as a positive voltage that a second datum is stored in the ferroelectric memory element is determined by the first write voltage as a positive voltage and the second write voltage is applied as a negative voltage, a third date in the ferroelectric memory element is stored by the first write voltage as a negative voltage is applied, and that a fourth date in the ferroelectric Memory element is stored by the first write voltage as negative voltage and the second writing voltage positive voltage be created.
Vorzugsweise ist das ferroelektrische Speicherelement an einer Wortleitung und einer Bitleitung angeordnet und durch einen zugeordneten Auswahltransistor auswählbar, wobei die Schreibschaltung ein Auswahlsignal generiert, das an die Wortleitung anlegbar ist. Auf der Bitleitung wird ein Schreibpotential bereitgestellt, wobei der Auswahltransistor abhängig von dem Auswahlsignal das ferroelektrische Speicherelement mit der Bitleitung verbindet, um die erste und die zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement anzulegen. Insbesondere kann das ferroelektrische Speicherelement an einer Potentialleitung angeschlossen sein, über die ein weiteres Schreibpotential bereitgestellt wird, so dass die erste und die zweite Schreibspannung als Differenzspannung zwischen dem Schreibpotential und dem weiteren Schreibpotential gebildet werden.Preferably, the ferroelectric memory element is arranged on a word line and a bit line and selectable by an associated selection transistor, wherein the write circuit generates a selection signal which can be applied to the word line. A write potential is provided on the bit line, wherein the selection transistor connects the ferroelectric memory element to the bit line depending on the selection signal apply first and second write voltage to the ferroelectric memory element. In particular, the ferroelectric memory element may be connected to a potential line, via which a further writing potential is provided, so that the first and the second writing voltage are formed as a difference voltage between the writing potential and the further writing potential.
Vorzugsweise kann eine Ausleseschaltung vorgesehen sein, die so gestaltet ist, dass beim Auslesen eine erste Lesespannung, dessen Betrag größer ist als die kleinere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und kleiner ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird und ein Maß der ersten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird und dass anschließend eine zweite Lesespannung, deren Betrag größer ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an dem ferroelektrischen Speicherelement angelegt wird und ein Maß eines zweiten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird. Auf diese Weise wird ein zweiphasiger Auslesevorgang durchgeführt, bei dem zunächst die Polarisationsladung des ferroelektrischen Bereichs mit der geringeren der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und anschließend die Polarisationsladung des ferroelektrischen Bereichs mit der höheren Koerzitivspannung bestimmt wird.Preferably may be provided a readout circuit which is designed that when reading a first reading voltage whose amount is greater as the smaller of the voltages that cause the coercivities, and smaller than the larger one Voltages that cause the coercive field strengths to the ferroelectric Memory element is applied and a measure of the first charge flow is detected at the ferroelectric memory element and that subsequently a second reading voltage whose magnitude is greater than the larger of the Voltages that cause the coercive field strengths at the ferroelectric Memory element is applied and a measure of a second charge flow is detected at the ferroelectric memory element. To this A two-phase read-out process is carried out at at first the polarization charge of the ferroelectric region with the lower the voltages that cause the coercive field strengths, and then the Polarization charge of the ferroelectric region with the higher coercive voltage is determined.
Vorzugsweise kann die Ausleseschaltung abhängig von dem Maß des ersten Ladungsflusses und von dem Maß des zweiten Ladungsflusses das in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherte Datum bestimmen.Preferably the readout circuit may be dependent from the measure of first charge flow and the extent of the second charge flow the date stored in the ferroelectric memory element determine.
Insbesondere kann die Ausleseschaltung mit der Schreibschaltung so gekoppelt sein, um nach dem Auslesen das ausgelesene Datum in das ferroelektrische Speicherelement erneut gemäß einem Schreibvorgang zu speichern. Dies ist sinnvoll, wenn das ausgelesene Datum weiterhin in der Speicherzelle bereitgestellt werden soll, da durch den Auslesevorgang die zuvor gespeicherte Information verloren geht.Especially For example, the readout circuit may be coupled to the write circuit be to read the read-out date into the ferroelectric after reading out Memory element again according to a write operation save. This is useful if the read-out date continues is to be provided in the memory cell, as by the read-out process the previously stored information is lost.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Speichern eines Datums in einem ferroelektrischen Speicherelement vorgesehen. Gemäß dem Verfahren werden nacheinander eine von einem zu speichernden Datum abhängige erste und/oder zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement angelegt, um die erste und die zweite Polarisationsladung des ersten und zweiten ferroelektrischen Bereichs abhängig von dem zu speichernden Datum einzustellen.According to one Another aspect of the present invention is a method for Storing a date in a ferroelectric memory element intended. According to the procedure are successively one dependent on a date to be stored first and / or second writing voltage to the ferroelectric memory element applied to the first and the second polarization charge of the first and the second ferroelectric region depending on the one to be stored Set date.
Insbesondere wird ein erstes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert, in dem die erste Schreibspannung als positive Spannung angelegt wird, wobei ein zweites Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung und die zweite Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, wobei ein drittes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, in dem die erste Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, und wobei ein viertes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung und die zweite Schreibspannung als positive Spannung angelegt werden.Especially a first date is stored in the ferroelectric memory element, in which the first writing voltage is applied as a positive voltage with a second datum in the ferroelectric memory element is stored by the first write voltage as a positive voltage and the second writing voltage is applied as a negative voltage, a third datum in the ferroelectric memory element is stored, in which the first write voltage as a negative voltage is applied, and wherein a fourth date in the ferroelectric Memory element is stored by the first write voltage as negative voltage and the second writing voltage as positive Voltage to be applied.
Vorzugsweise wird beim Auslesen eine erste Lesespannung, dessen Betrag größer ist als die kleinere der Koerzitivspannungen und kleiner ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an das ferroelektrische Speicherelement angelegt und ein Maß des ersten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert. Anschließend wird eine zweite Lesespannung, dessen Betrag größer ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an dem ferroelektrischen Speicherelement angelegt und ein Maß eines zweiten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert. Vorzugsweise wird das in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherte Datum abhängig von dem Maß des ersten Ladungsflusses und von dem Maß des zweiten Ladungsflusses bestimmt.Preferably when reading a first reading voltage whose amount is greater as the smaller of the coercive voltages and smaller than the larger one of the Voltages that cause the coercive field strengths to the ferroelectric Memory element applied and a measure of the first charge flow detected at the ferroelectric memory element. Subsequently, will a second read voltage whose magnitude is greater than the greater of the voltages, the coercivities cause, applied to the ferroelectric memory element and a measure of one second charge flow to the ferroelectric memory element detected. Preferably, in the ferroelectric memory element stored date dependent from the measure of first charge flow and the extent of the second charge flow certainly.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:
In
Ferroelektrische Materialien sind bei Anlegen eines elektrischen Feldes polarisierbar. Befindet sich ein ferroelektrisches Material zwischen Kondensatorelektroden eines Kondensators, so kann dieses Material je nach Polarisationsladung ein zwischen den Kondensatorplatten bestehendes elektrisches Feld verstärken oder abschwächen. Dabei kann das ferroelektrische Material im Wesentlichen zwei extreme Polarisationszustände einnehmen, die durch einen remanenten Polarisationswert Pr angegeben werden. Der remanente Polarisationswert Pr entspricht einer durch das ferroelektrische Material bewirkten Feldstärke, wenn keine Spannung an die Kondensatorelektroden angelegt ist. Der Betrag der remanenten Polarisation ist im Wesentlichen unabhängig von dem Vorzeichen, so dass je nach Zustand des ferroelektrischen Materials zwischen den Kondensatorelektroden eine positive remanente Polarisation +Pr oder eine negative remanente Polarisation –Pr vorliegt. Die remanente Polarisation Pr eines ferroelektrischen Materials lässt sich ändern, wenn eine der Polarisation entgegen gerichtete elektrische Feldstärke zwischen den Kondensatorelektroden angelegt wird, wobei sich das Vorzeichen der remanenten Polarisation Pr des ferroelektrischen Materials im Wesentlichen bei einer bestimmten Koerzitivfeldstärke sprunghaft ändert.Ferroelectric materials are polarizable upon application of an electric field. If a ferroelectric material is located between capacitor electrodes of a capacitor, this material can amplify or attenuate an electric field existing between the capacitor plates, depending on the polarization charge. In this case, the ferroelectric material can essentially assume two extreme states of polarization, which are indicated by a remanent polarization value P r . The remanent polarization value P r corresponds to a field strength caused by the ferroelectric material when no voltage is applied to the capacitor electrodes. The amount of remanent polarization is substantially independent of the sign, so that depending on the state of the ferroelectric material between the capacitor electrodes a positive remanent polarization + P r or a negative remanent polarization -P r is present. The remanent polarization P r of a ferroelectric material can be changed when a polarization-opposing electric field strength is applied between the capacitor electrodes, wherein the sign of the remanent polarization P r of the ferroelectric material changes substantially at a certain coercive force.
Der Spannungswert (bzw. elektrische Feldstärke), bei dem es zu einer sprunghaften Änderung der Polarisierung des ferroelektrischen Materiales kommt, wird Koerzitivspannung Vc (Koerzitivfeldstärke) genannt. Der Betrag der Koerzitivspannung Vc beim Wechsel von einer negativen zu einer positiven Polarisation sowie bei einem Wechsel von einer positiven zu einer negativen Polarisation ist im Wesentlichen konstant und weist je nach Polarisationswechsel ein unterschiedliches Vorzeichen auf.The voltage value (or electric field strength) at which there is a sudden change in the polarization of the ferroelectric material is called coercive voltage V c (coercive field strength). The amount of the coercive voltage V c when changing from a negative to a positive polarization and a change from a positive to a negative polarization is substantially constant and has a different sign depending on the polarization change.
Man
erkennt, dass die Polarisation und die an den Kondensatorelektroden
angelegte Spannung eine Hysteresekennlinie bilden, wie sie in den
Das
gezeigte ferroelektrische Speicherelement wird also durch einen
Kondensator gebildet, der zwei verschiedene ferroelektrischen Materialien
aufweist. Die beiden ferroelektrischen Materialien sind bezüglich einer
Richtung, die senkrecht zur Abstandsrichtung verläuft, nebeneinander
zwischen den Kondensatorelektroden
Beim
Vergleich der Hysteresekennlinien der
Bei
einer Anordnung, wie sie in der Ausführungsform der
Als ferroelektrische Materialien mit niedriger Koezitivfeldstärke, kommt SrBi2Tr2O9 (Strontium-Wismut-Tantalat, SBT), Blei-Zirkonat-Titanat (BZT) und dergleichen in Betracht. Bevorzugt sind als ferroelektrische Materialien mit niedriger Koerzitivfeldstärke solche Materialien zu wählen, die eine Koerzitivfeldstärke von 10–50 kV/cm aufweisen. Als ferroelektrische Materialien mit hoher Koerzitvfeldstärke sind Lithiumniobat (LiNbO3 und Lithiumtantalat LiTaO3) zu nennen. Diese haben vorzugsweise eine Koerzitivfelstärke zwischen 150–300 kV/cm, vorzugsweise 200 kV/cm.As low coercive field strength ferroelectric materials, SrBi 2 Tr 2 O 9 (strontium bismuth tantalate, SBT), lead zirconate titanate (BZT) and the like come into consideration. Preferably, ferroelectric materials having a low coercive field strength are materials to be selected which have a coercive force of 10-50 kV / cm. As ferroelectric materials with high Koerzitvfeldstärke lithium niobate (LiNbO 3 and lithium tantalate LiTaO 3 ) are mentioned. These preferably have a coercive field strength between 150-300 kV / cm, preferably 200 kV / cm.
In
Im
Folgenden wird mit Bezug auf die
Dies
ist jedoch nur dann notwendig, wenn die Polarisationsladung des
ersten ferroelektrischen Bereiches zu der Polarisationsladung des
zweiten ferroelektrischen Bereiches ein inverses Vorzeichen aufweist.
Soll ein Zustand in das Speicherelement
In
den
Um
die jeweilige Schreibspannung über
das Speicherelement
Das
nacheinander erfolgende Anlegen der beiden Schreibspannungspulse
an das ferroelektrische Speicherelement
Zum
Auslesen einer FeRAM-Speicherzelle, wie sie in
Die
Ausleseschaltung
Anschließend wird
ein zweiter Lesespannungspuls an das Speicherelement
Beim
Auslesen einer FeRAM-Speicherzelle wird durch Anlegen einer Lesespannung,
die höher ist
als die Koerzitivspannungen der ferroelektrischen Bereiche der FeRAM-Speicherzelle
die darin enthaltenen Information beim Auslesen zerstört. Nach
dem Auslesen ist daher ein Zurückschreiben
der ausgelesenen Informationen notwendig, die vorzugsweise durch
die Schreibschaltung
- 11
- ferroelektrisches Speicherelementferroelectric storage element
- 22
- erste Kondensatorelektrodefirst capacitor electrode
- 33
- zweite Kondensatorelektrodesecond capacitor electrode
- 44
- erster ferroelektrischer Bereichfirst ferroelectric range
- 55
- zweiter ferroelektrischer Bereichsecond ferroelectric range
- A1A1
- erster Abschnittfirst section
- A2A2
- zweiter Abschnittsecond section
- 1010
- ferroelektrisches Speicherelementferroelectric storage element
- 1111
- erste Kondensatorelektrodefirst capacitor electrode
- 1212
- zweite Kondensatorelektrodesecond capacitor electrode
- A1A1
- erster Abschnittfirst section
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- erster Abstandfirst distance
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- zweiter Abstandsecond distance
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- Auswahltransistorselection transistor
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- ferroelektrisches Bauelementferroelectric module
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- WortleitungsdecoderWord line decoder
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