Бимодальный режим функционирования ферроэлектрических и электретных ячеек памяти и запоминающих устройств на их основе

Изобретение относится к способу адресации к ферроэлектрической или электретной ячейке памяти путем выполнения операции считывания из ячейки или записи в нее. Техническим результатом является повышение качества хранения данных в краткосрочной перспективе. При осуществлении начальной операции записи ячейку памяти устанавливают в одно из двух устойчивых поляризационных состояний, которым приписывают соответствующие логические значения. Затем на ячейку памяти подают один или более импульсов напряжения для того, чтобы обеспечить релаксацию состояния импринтинга. После этого может быть проведена операция недеструктивного считывания путем подачи на ячейку одного или более соответствующих импульсов напряжения. Операция записи может быть осуществлена подачей аналогичных импульсов напряжения для записи на записанное значение того же или противоположного логического значения. Один или более аналогичных импульсов напряжения могут быть также поданы на ячейку, находящуюся в условиях импринтинга, без обеспечения ее релаксации, но таким образом, чтобы можно было считать недеструктивным образом логическое значение, записанное в нее первоначально. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу адресации к ферроэлектрической или электретной ячейке памяти, причем адресация включает операции считывания и операции записи или возвращения в исходное состояние, а при осуществлении начальной операции записи ячейку памяти устанавливают в первое или второе стабильное поляризационное состояние, которым приписывают соответствующие логические значения, после чего обеспечивают ячейке памяти возможность достичь состояния импринтинга. Изобретение относится также к способам логического значения, хранящегося в ферроэлектрической или электретной ячейке памяти, устанавливаемой при осуществлении начальной операции записи в первое или второе устойчивое поляризационное состояние, которым приписывают соответствующие логические значения, после чего обеспечивают ячейке памяти возможность достичь состояния импринтинга. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу хранения и обеспечения доступа к данным в ферроэлектрическом запоминающем устройстве, содержащем группу ячеек памяти, с записью данных, как поляризационных состояний, в соответствующие ячейки памяти, после чего обеспечивают указанным ячейкам возможность достичь состояния импринтинга.

В последние годы был предложен ряд новых концепций хранения информации, основанных на использовании в качестве запоминающей среды поляризуемых диэлектрических материалов, в частности ферроэлектрических или электретных материалов, которым может придаваться одно из двух поляризационных состояний. В этой связи следует отметить, что ферроэлектрические материалы являются подклассом электретных материалов, обладающим коэрцитивным полем и гистерезисом. Запоминающему материалу обычно придается структура микроскопических ячеек памяти, причем каждая ячейка ведет себя как конденсатор. Это означает, что она способна хранить электрический заряд при приложении к запоминающему материалу электрического поля, поляризующего данный материал в одном из двух противоположных направлениях. Данные направления можно рассматривать как представляющие логический ноль и логическую единицу.

Ферроэлектрические или электретные материалы могут быть неорганическими или органическими; при этом ячейки памяти предпочтительно организуются в массив с матричной адресацией. Для этого они могут быть помещены, например, между первым набором параллельных ленточных электродов (именуемых управляющими линиями) и вторым набором параллельных ленточных электродов (именуемых линиями данных), которые обычно расположены ортогонально электродам первого набора. Формируемая таким образом матрица называется матрицей с активной адресацией, если с каждой ячейкой (т.е. с конденсатороподобной структурой) связано переключающее средство типа транзистора. Такое средство предотвращает вне цикла адресации постоянный контакт запоминающего материала хотя бы с одним электродом. Альтернативно, матрица называется матрицей с пассивной адресацией, если запоминающий материал ячеек постоянно находится в контакте с электродами, представляющими управляющую линию и линию памяти. В этом случае ячейки памяти образованы в цельном слое материала, находящегося между электродами, так что наборы электродов и запоминающий материал образуют структуру типа сэндвича. Возможны и другие альтернативные структуры.

Запоминающие устройства, основанные на ферроэлектрических или электретных запоминающих материалах, являются энергонезависимыми, поскольку они сохраняют свой заряд (т.е. записанные в них данные) в отсутствие приложенного электрического напряжения. Однако такие устройства несвободны от недостатков, особенно в связи с тем, что считывание логического значения, хранящегося в ячейке памяти, обычно является деструктивным. В операции деструктивного считывания имеет место переключение поляризационного состояния, т.е. изменение направления поляризации на противоположное, с разрушением первоначального логического значения ячейки памяти. Поэтому указанное значение необходимо записать повторно, если представляется желательным сохранить считанные данные. Более конкретно, процесс деструктивного считывания характеризуется приложением к ячейке памяти переключающего напряжения с целью считывания данных. При этом для того, чтобы получить при считывании легкодетектируемый сигнал, переключающее напряжение обычно выбирают существенно превышающим коэрцитивное напряжение ячейки памяти. Если направление поляризации совпадает с направлением приложенного электрического поля, поляризация ячейки памяти достигает уровня насыщения, а затем возвращается к исходному (остаточному) уровню. Однако, если приложенное поле не совпадает с направлением поляризации ячейки памяти, происходит переключение этой ячейки, т.е. направление ее поляризации изменяется и ячейка переходит в противоположное поляризационное состояние.

Специфическая особенность ферроэлектрических ячеек памяти состоит в том, что, если они не будут подвергнуты недеструктивному считыванию или повторной операции записи в течение достаточно короткого временного интервала, а будут оставлены в приданном им поляризационном (логическом) состоянии в течение длительного периода времени, они "застынут" в данном состоянии. Это означает, что их поляризацию будет очень трудно изменить при приложении электрического поля, даже если это поле заметно превышает коэрцитивное поле запоминающего материала. Данное явление, которое изменяет динамический отклик при попытке выполнить операцию считывания или записи, обычно именуется "импринтингом".

Следует отметить, что, когда к ячейке памяти прикладывают электрическое поле, изменение поляризации не происходит мгновенно, но следует кривой динамического отклика. Данное свойство уже получило практическое применение в попытке обеспечить, по меньшей мере, частично недеструктивное считывание из массива ферроэлектрических или электретных ячеек памяти с матричной адресацией (см. международную заявку WO 02/05288, поданную заявителем настоящего изобретения). Известное решение предусматривает ограничение степени поляризации поляризуемого запоминающего материала во время каждого цикла считывания/записи до значения, задаваемого устройством управления, и последующее управление операцией считывания и записи с использованием указанного значения. Это значение выбирается в интервале от нуля до верхнего предела, соответствующего или приближающегося к насыщению поляризации. При этом данное значение должно быть согласовано с заданным критерием надежного считывания логического состояния ячейки памяти и в то же время не приводить к обращению поляризации в случае, когда электрическое поле, подаваемое для считывания, не совпадает с направлением поляризации, установленным в ячейке.

Однако данный метод рассчитан на использование применительно к ячейкам, свободным от импринтинга, который обычно рассматривается как серьезная трудность для обеспечения требуемого функционирования запоминающих устройств с матричной адресацией на ферроэлектрических или электретных ячейках памяти. Вместе с тем, поскольку рассматриваемый недостаток обусловлен самой сущностью ферроэлектрических или электретных запоминающих материалов, он будет иметь место во всех случаях, когда ячейка памяти остается в одном и том же поляризационном состоянии в течение достаточно длительного периода времени без осуществления с достаточно высокой частотой, повторной регенерации (обновления) ее содержимого или без повторных операций. Признание этого обстоятельства делает желательным превратить свойство импринтинга в достоинство и практически использовать его для того, чтобы усилить у ферроэлектрических или электретных запоминающих устройств с матричной адресацией способность к хранению данных.

Раскрытие изобретения

В связи с изложенным первая техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа, обеспечивающего временную релаксацию импринтинга поляризационного состояния ячейки памяти и за счет этого усиление ее способности к хранению данных в краткосрочной перспективе.

Следующая задача, решаемая изобретением, состоит в использовании условия импринтинга ячейки памяти для того, чтобы обеспечить недеструктивное считывание.

Еще одна задача, решаемая изобретением, заключается в том, чтобы обеспечить возможность создания запоминающего устройства, в котором состояние импринтинга используется для хранения данных.

Решение перечисленных задач, а также достижение других особенностей и преимуществ обеспечено созданием способа, характеризующегося тем, что на ячейку памяти подают один или более импульсов напряжения, параметры которого (которых), включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия достижения релаксации состояния импринтинга. После этого осуществляют либо операцию считывания с получением сигнала, соответствующего логическому значению, представленному поляризационным состоянием ячейки, либо выполняют операцию записи путем подачи на ячейку памяти одного или более импульсов напряжения. Параметры импульса (импульсов) напряжения, включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия осуществления записи на записанное в ячейке поляризационное состояние или переключения ее поляризационного состояния, установленного на начальной операции записи, в результате чего на логическое значение, хранившееся в ячейке, накладывают то же самое или противоположное логическое значение.

Другие особенности и преимущества данного способа станут ясны из зависимых пунктов 2, 3 формулы изобретения.

Решение перечисленных задач, как и достижение других особенностей и преимуществ, обеспечено также созданием способа недеструктивного считывания. Данный способ характеризуется тем, что на ячейку памяти подают один или более импульсов напряжения, параметры которого (которых), включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия получения сигнала считывания, соответствующего логическому значению, приписанному остаточной поляризации ячейки памяти, но без релаксации состояния импринтинга или изменения остаточной поляризации указанной ячейки, и детектируют сигнал считывания, полученный при выполнении операции недеструктивного считывания, с обеспечением возможности определения логических значений, хранящихся в ячейке памяти.

В случае осуществления операции недеструктивного считывания описанного типа с использованием более чем одного импульса предпочтительно использовать биполярные и, желательно, асимметричные импульсы.

Кроме того, решение перечисленных задач, а также достижение других особенностей и преимуществ обеспечено созданием способа хранения и обеспечения доступа к данным. Данный способ характеризуется тем, что на выбранные ячейки памяти из группы ячеек подают один или более импульсов напряжения, параметры которого (которых), включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия достижения релаксации состояния импринтинга при сохранении невыбранных ячеек памяти указанной группы в состоянии импринтинга. Отрелаксированным ячейкам приписывают первое логическое значение, а ячейкам в состоянии импринтинга - второе логическое значение, обеспечивая тем самым кратковременное хранение указанной группой ячеек памяти соответствующих бинарных логических значений в виде отрелаксированного состояния и состояния импринтинга. Затем на ячейки памяти указанной группы подают один или более импульсов напряжения, которые генерируют динамический отклик, отличающий отрелаксированные ячейки от ячеек в состоянии импринтинга. Тем самым обеспечивается возможность считывания логических значений, временно хранящихся в группе ячеек памяти, посредством операции недеструктивного считывания во временном окне, определяемом временем жизни отрелаксированного состояния.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет более понятным из нижеследующего описания различных (приводимых только в качестве примеров) вариантов изобретения, причем это описание должно рассматриваться совместно с прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 показана гистерезисная кривая для ферроэлектрического запоминающего материала.

На фиг.2а представлена последовательность импульсов напряжения, которая в соответствии с изобретением может быть использована для обеспечения релаксации (снятия) импринтинга поляризационного состояния; приведен также отклик ячейки после релаксации.

На фиг.2b представлены динамические кривые отклика при считывании для ячейки, прошедшей релаксацию импринтинга согласно изобретению, и неотрелаксированной ячейки.

Фиг.3 иллюстрирует сравнение динамических откликов при считывании для ячейки памяти в состоянии импринтинга и аналогичных откликов, полученных после подачи на ячейку последовательностей импульсов напряжения с увеличением количества циклов.

На фиг.4 схематично изображен массив ячеек памяти с матричной адресацией, используемый при осуществлении настоящего изобретения.

Фиг.5а схематично иллюстрирует, как происходит, в соответствии с изобретением, запись данных в форме байта в строку ячеек памяти и хранение этих данных в условиях импринтинга.

На фиг.5b приведен пример того, как данные в форме байта записываются на ранее записанные данные в строку ячеек памяти по фиг.5а для временного (нестабильного) хранения.

Осуществление изобретения

Далее краткое описание базовых принципов, используемых в настоящем изобретении, будет дано со ссылкой на фиг.1, где показана гистерезисная кривая для ферроэлектрического запоминающего материала, например для органического сополимера, такого как сополимер поливинилиденфторида с трифторэтиленом. Данный сополимер в настоящее время представляется наиболее перспективным запоминающим материалом среди органических ферроэлектрических полимеров.

Для упрощения дальнейшего описания в качестве запоминающего материала будет рассматриваться ферроэлектрический запоминающий материал, т.е. материал, способный находиться в одном из двух возможных поляризационных состояний и обладающий коэрцитивным полем и гистерезисом. Однако должно быть понятно, что ферроэлектрические материалы образуют подкласс электретных материалов, причем их отличительными особенностями являются вышеупомянутые способность проявлять гистерезис и наличие коэрцитивного поля. При этом ферроэлектрические свойства проявляются ниже температуры Кюри, тогда как выше этой температуры данные материалы теряют свои ферроэлектрические свойства и превращаются в параэлектрики. Гистерезисная кривая, приведенная на фиг.1, построена в координатах напряжение (абсцисса)-поляризация (ордината). Применительно к ферроэлектрическим запоминающим материалам поляризация обычно измеряется в мкКл/см².

Вместо напряжения по оси абсцисс может откладываться также напряженность электрического поля. Однако из соображений удобства обычно используется напряжение, поскольку это более практично в отношении ячейки памяти. Кроме того, параметры напряжения могут быть легко рассчитаны по напряженности коэрцитивного электрического поля и толщине запоминающего материала в ячейке памяти, т.е. по расстоянию между электродами, используемыми для адресации к ячейке. Эти электроды (управляющая линия и линия данных) контактируют с запоминающим материалом и образуют вместе с ним конденсатороподобную структуру. Данные записывают в ячейку памяти, поляризуя ее запоминающий материал, т.е. переводя его в одно из двух состояний остаточной поляризации, а именно +Pr и -Pr, соответствующих противоположным направлениям электрического поля. Состояние остаточной поляризации запоминающего материала ячейки памяти является стабильным и может быть использовано для представления запоминаемого логического значения (элемента данных), например "0" или "1", как это показано на фиг.1. В отсутствие повторной подачи на ячейку памяти электрических полей это значение, будучи записанным в ячейку, может храниться в ней бесконечно долго в энергонезависимом стабильном состоянии. Типичное значение остаточной поляризации ячейки памяти составляет порядка 10-20 мкКл/см².

Уровни, соответствующие насыщению поляризации, обозначены на фиг.1 как +Ps и -Ps, тогда как разности между уровнями (Ps и Pr) насыщения поляризации и остаточной поляризации называются непереключающими поляризациями и обозначаются как , точнее как или . Абсолютная разность между уровнями, соответствующими состояниям остаточной поляризации, обозначается как Р*; она называется переключающей поляризацией. Эта величина соответствует изменению поляризации, индуцируемому при изменении поляризации на противоположную в результате операции переключения, т.е. при приложении электрического поля, напряженность которого достаточна для осуществления такого переключения. Данное коэрцитивное электрическое поле должно соответствовать коэрцитивным напряжениям, т.е. значениям напряжения, составляющим +Vc и -Vc и соответствующим точкам пересечения гистерезисной кривой с абсциссой.

Перевод ферроэлектрической ячейки памяти из ее первоначального (неполяризованного) состояния в желательное поляризационное состояние осуществляется прикладыванием к запоминающему материалу разности потенциалов (или разности напряжений), превышающей коэрцитивное напряжение Vc (обычно это превышение соответствует не менее 50% Vc). Данный уровень напряжения называется переключающим напряжением и обозначается как Vs. Если напряжение Vs соответствует направлению поляризации, которое рассматривается как положительное (на фиг.1 оно обозначено как +Vs), поляризация сначала достигнет уровня +Ps насыщения, а затем релаксирует до состояния +Pr остаточной поляризации, которое на фиг.1 показано соответствующим логическому "0". Аналогично, при подаче отрицательного переключающего напряжения -Vs произойдет переход ячейки памяти в состояние остаточной поляризации -Pr (см. фиг.1), которое представляет логическую "1".

Сразу же после этого появляется возможность считывания записанного логического значения путем опроса ячейки памяти импульсом напряжения, который обычно соответствует переключающему напряжению Vs. В случае, если ячейка памяти находится в состоянии положительной остаточной поляризации +Pr и хранит логический 0", то положительное переключающее напряжение +Vs переведет поляризацию ячейки памяти в состояние насыщения +Ps, а после снятия переключающего напряжения +Vs ячейка релаксирует в состояние остаточной поляризации +Pr. Индуцированное изменение поляризации в этом случае соответствует непереключающей поляризации . Оно обычно проявляется в появлении на электроде линии данных малого сигнала тока, соответствующего индуцированному изменению поляризации.

Если ячейки памяти находятся в состоянии отрицательной остаточной поляризации -Pr, т.е. хранят логическую "1", большое положительное переключающее напряжение +Vs переведет ячейки памяти в состояние насыщенной положительной поляризации +Ps. Соответственно, при снятии переключающего напряжения +Vs ячейки памяти будут релаксировать к состоянию противоположной остаточной поляризации +Pr. Другими словами, направление поляризации или электрического поля меняется на противоположное, так что элемент данных - логическая "1" заменяется логическим "0". Конкретное логическое значение, разумеется, будет зависеть от заданного или выбранного протокола, т.е. от принятых начальных условий. В данном случае изменение поляризации соответствует переключающей поляризации Р*, причем оно приводит к считыванию довольно значительного сигнала на линии данных, так что в ходе операции считывания различия между записанными логическими значениями "0" и "1" легкоразличимы. Однако, если первоначальный элемент данных был уничтожен в процессе так называемого деструктивного считывания, он может быть сохранен только путем выполнения операции записи в ячейку памяти для того, чтобы еще раз изменить в ней направление поляризации. Данная операция производится подачей отрицательного переключающего напряжения -Vs на ячейку, находящуюся в состоянии положительной остаточной поляризации +Pr. В результате ячейка перейдет в состояние насыщенной отрицательной поляризации -Ps, а затем, после снятия переключающего напряжения -Vs, будет релаксировать к исходному состоянию отрицательной остаточной поляризации -Pr. Тем самым будет восстановлено первоначально записанное логическое значение "1".

В приведенном обсуждении принималось, что ячейка памяти свободна от импринтинга, т.е. данные хранятся в ней постоянно, но считывание и переключение осуществляются легко, например путем подачи единственного переключающего напряжения в ходе операции считывания, а уничтоженные данные очень легко восстанавливаются путем подачи на ячейку памяти переключающего напряжения Vs, но с противоположным знаком. Однако, если к ячейке памяти после первоначальной записи в нее данных в течение некоторого времени не производилось никаких обращений, она будет склонна к импринтингу, т.е. к тому, чтобы в большей или меньшей степени постоянно находиться в приданном ей состоянии остаточной поляризации. Как следствие, она не будет реагировать на приложение к ней нормального переключающего напряжения. Вместе с тем, условие импринтинга может быть ослаблено и содержимое ячейки памяти может быть считано или переустановлено путем подачи на нее одного или более импульсов напряжения, имеющих очень большую амплитуду или достаточно большую длительность. Подобные импульсы вызывают отклик ячейки, т.е., в конечном итоге, осуществление деструктивного считывания или возврат в исходное состояние. Другими словами, выполнение операции адресации применительно к ячейке памяти, подвергнувшейся импринтингу, требует приложения к ней импульсов напряжения соответствующей формы и/или достаточной длительности для того, чтобы ослабить (снять) импринтинг ячейки памяти. Такая операция по ослаблению импринтинга именуется также регенерацией, поскольку ее выполнение делает ячейку памяти снова доступной в нормальном режиме, причем при соответствующей частоте последующих обращений она может оставаться свободной от импринтинга. Другими словами, импринтинга можно избежать проведением повторяющихся циклов регенерации с достаточно высокой частотой.

Поляризационное состояние ячейки памяти, подвергнувшейся импринтингу, может быть изменено различными путями. Однако согласно предпочтительному варианту изобретения импринтинг снимается путем подачи быстрой последовательности биполярных импульсов напряжения весьма малой длительности с напряжением, сравнимым с переключающим напряжением или даже превышающим его. Такая процедура будет устранять состояние импринтинга, так что содержимое ячейки может быть считано обычным образом. Предпочтительная последовательность импульсов напряжения для обеспечения релаксации описанного типа в ячейке памяти, подвергнувшейся импринтингу, показана на фиг.2а. Представленная последовательность была использована для обеспечения релаксации и последующего считывания содержимого ячейки памяти при 25°С после пребывания ячейки в состоянии импринтинга в течение 1000 с. Указанная последовательность (изображенная тонкой линией) включает начальный импульс с длительностью около 30 мкс, за которым следует серия значительно более коротких импульсов противоположной полярности. Отклик при считывании (изображенный на фиг.2а жирной линией) имеет форму последовательности при реверберации, включающей, например, импульс длительностью 30 мкс, соответствующий поляризации между 10 и 12 мкКл/см², за которым следует серия очень узких импульсов противоположной полярности, но приблизительно с такими же значениями поляризации, как у первого импульса. Следует отметить, что амплитуды импульсов на фиг.2а соответствуют достигаемым значениям поляризации, тогда как короткие линии, перпендикулярные оси абсцисс, обозначают интервалы по временной оси.

Фиг.2b иллюстрирует последовательности импульсов, соответствующие откликам ячейки памяти, свободной от импринтинга, и ячейки памяти в состоянии импринтинга. Тонкими линиями изображена последовательность импульсов считывания при 25°С для ячейки памяти, освобожденной от импринтинга, имевшего место в течение 1000 с. Жирными линиями показана аналогичная последовательность для ячейки памяти в состоянии импринтинга. Можно видеть существенное различие в значениях зарядов как в отношении амплитуд первых импульсов каждой последовательности, так и в отношении последующих отрицательных импульсов. Таким образом, можно легко различить считывание сигнала из ячейки памяти после релаксации от импринтинга и из ячейки памяти в состоянии импринтинга. Как и на фиг.2а, линии, перпендикулярные оси абсцисс, разбивают шкалу времени на определенные интервалы. Первый импульс, запускающий последовательность, имеет напряжение 14 В, которое может рассматриваться как обычное переключающее напряжение, но, разумеется, вызывающее только краткосрочные изменения поляризации, поскольку не происходит никакого постоянного ее изменения. В этом отношении данную операцию можно рассматривать как недеструктивное считывание, т.е. исходное состояние поляризации сохраняется после считывания, а также если оно переносится из временно отрелаксированного поляризационного состояния.

Вместе с тем, истинные или мгновенные значения поляризации ячейки памяти будут осциллировать относительно значений остаточной поляризации с периодами, зависящими от временных параметров последовательности подаваемых импульсов и от постоянной времени динамического поляризационного отклика.

При этом сигнал считывания с ячейки, находящейся в отрелаксированном состоянии, будет существенно отличаться от сигнала, который может быть получен от ячейки в состоянии импринтинга, как это иллюстрируется фиг.3. Здесь верхняя кривая соответствует динамическому поляризационному отклику для неотрелаксированной ячейки (обладающей импринтингом) при подаче считывающего импульса длительностью 5 мкс. Следующие (сверху вниз) кривые соответствуют отклику при подаче указанного количества (от 6 до 5556) биполярных импульсов напряжения длительностью 30 мкс при напряжении первого импульса 14 В на ячейку памяти, находившуюся в состоянии импринтинга в течение 52 дней. Легко видеть, что использование, например, последовательности из 56 подобных биполярных импульсов (кривая с) дает кривую, существенно отличающуюся по величине сигнала как от неотрелаксированной ячейки (ячейки с импринтингом), так и от отрелаксированной ячейки. В первом случае поляризация через 5 мкс составляет около -6 мкКл/см²; а во втором - около -11 мкКл/см², что соответствует разности сигналов около 5 мкКл/см². Эта неожиданно большая разность в интенсивности сигналов может быть использована для усиления способности ячеек памяти в отношении хранения данных совершенно новым и неочевидным способом, который будет подробно описан далее.

На фиг.4 очень схематично в виде массива ячеек памяти показана структура запоминающего устройства, которое может использоваться для осуществления изобретения. В целях упрощения описания запоминающее устройство на фиг.4 представлено в виде пассивной матрицы, имеющей только 8 управляющих линий (word lines, WL) и только 8 линий данных (bit lines, BL), т.е. всего 64 ячейки памяти. Обычно количество как управляющих линий, так и линий данных измеряется тысячами, а количество ячеек памяти, находящихся на их пересечениях, составляет миллионы.

В предположении, что во все ячейки данных запоминающего устройства по фиг.4 записаны данные и ячейки оставлены в таком состоянии в течение времени, которое может составлять от долей секунды до неопределенного длительного периода, ячейки придут в состояние импринтинга. Как следствие, для того чтобы вызвать отклик таких ячеек (например, для считывания или переключения ячеек в противоположное поляризационное состояние), понадобится существенно большая энергия. Далее будет рассмотрена ситуация, когда в устройстве с матричной адресацией по фиг.4 в полную строку ячеек памяти, находящихся в состоянии импринтинга, будет записана новая информация. На фиг.5 приведена диаграмма, представляющая строку ячеек памяти в ситуации, когда на активной линии данных (active word line, AWL) было записано информационное слово или байт 01011001. Поляризационные состояния восьми ячеек, образующих строку, последовательно представлены вдоль горизонтальной оси, тогда как на вертикальной оси отложены уровни поляризации. Каждая ячейка памяти представлена стрелкой, характеризующей остаточную поляризацию. Таким образом, как показано на фиг.5, байт данных 01011001 записан в строке ячеек памяти с использованием двух поляризационных состояний, которые соответствуют состояниям импринтинга ячеек.

Далее представляется желательным временно записать поверх указанного байта, подвергнувшегося импринтингу, новое информационное слово (новый байт данных) 10101110. Такая запись осуществляется обеспечением релаксации поляризационного состояния в первой ячейке памяти при сохранении поляризационного состояния во второй ячейке в условиях импринтинга, обеспечением релаксации поляризационного состояния в третьей ячейке памяти при сохранении поляризационного состояния в четвертой ячейке в условиях импринтинга, обеспечением релаксации поляризационного состояния в пятой, шестой и седьмой ячейках при сохранении поляризационного состояния в последней, восьмой, ячейке в условиях импринтинга. Ячейки памяти, оставленные в состоянии импринтинга, независимо от того, в каком (положительном или отрицательном) состоянии остаточной поляризации они находятся, теперь рассматриваются как хранящие логический "0", в то время как все отрелаксированные ячейки памяти рассматриваются как хранящие логическую "1". Такой подход позволяет использовать очень простой протокол повторной записи, поскольку исходные состояния поляризации не имеют никакого значения.

Соответствующий протокол требует только, чтобы первое логическое состояние (в данном случае логический "0") приписывалось ячейкам памяти в состоянии импринтинга, тогда как второе логическое состояние (в данном случае логическая "1") приписывалось отрелаксированным ячейкам памяти. Последующее считывание реализуется очень просто - подачей начального биполярного импульса достаточно высокого напряжения, например, превышающего 10 В. В этом случае наличие импринтинга будет обнаруживаться по очень медленному динамическому отклику или по его отсутствию, тогда как отрелаксированные ячейки памяти, как это видно из фиг.2b, будут иметь значительно более сильный динамический отклик. Разумеется, если в пределах временного окна, соответствующего времени жизни отрелаксированного поляризационного состояния, не будет выполняться никакого доступа к данным ячейкам, они вернутся в исходные условия импринтинга, так что записанная в них новая информация будет потеряна.

Как будет показано далее, считывание из отрелаксированных ячеек памяти происходит недеструктивным образом и без переключения состояния поляризации - просто путем мониторинга динамического отклика в цикле считывания. Данный вариант, который был предложен в вышеупомянутой заявке WO 02/05288, является стандартным режимом считывания в контексте настоящего изобретения. Таким образом, для процесса считывания важным является именно динамический отклик, при этом именно обнаруженные различия в динамическом отклике позволяют отличать хранящиеся в памяти логические значения. Следует отметить, что, хотя релаксация ячейки памяти, подвергнувшейся импринтингу, соответствующая операции записи в ячейку, является медленной по сравнению со временем случайного доступа, возможность параллельной записи будет способствовать значительному повышению производительности. Данные, хранящиеся с использованием отрелаксированных ячеек памяти, с течением времени будут потеряны; однако, как уже упоминалось, существует много ситуаций, в которых требуется или представляется желательным временное хранение данных, в частности в течение всего нескольких секунд или доли секунды. Типичным примером является временное хранение промежуточных данных, которые генерируются в операции обработки данных и которые будут считаны на ближайшем последующем шаге этой операции. Для этих целей могут быть использованы высокоскоростные кэши (буферные памяти), однако они должны быть выделены также и для постоянной записи данных других типов, в частности исходных кодов, которые используются в операциях обработки данных и которые должны сохраняться. Это обстоятельство, разумеется, уменьшает объем памяти, доступный в известных устройствах для временного хранения данных, что может рассматриваться как недостаток при крупномасштабной обработке данных, когда необходимость как в долгосрочном, так и во временном хранении данных во внутренней памяти требует больших объемов памяти.

Как должно быть очевидно специалистам в данной области, использование ферроэлектрического запоминающего устройства согласно изобретению с применением ячеек памяти, находящихся в стабильном (устойчивом) состоянии импринтинга, и отрелаксированных ячеек (находящихся в нестабильном состоянии) требует выполнения недеструктивных операций адресации, т.е. какое-либо переключение поляризации при этом отсутствует. Такую ситуацию можно сравнить с операциями адресации в запоминающем устройстве, свободном от импринтинга, когда в операции считывания будет переключено в среднем 50% ячеек памяти в строке (в предположении о распределении нулей и единиц в примерно равных количествах). Поскольку считывание почти всегда должно производиться в режиме считывания всей строки (т.е. при параллельном считывании из всех ячеек, соответствующих активной управляющей линии, причем информационное слово соответствует количеству ячеек памяти (линий данных) на одну строку), при считывании генерируется помеха, состоящая в подаче нежелательных импульсов напряжения на неадресуемые ячейки памяти на неактивных управляющих линиях.

Данный недостаток в значительной степени может быть устранен за счет использования соответствующего протокола подачи импульсов напряжения. В соответствии с подобным протоколом на управляющие линии и линии данных, находящиеся вне цикла считывания, подаются напряжения, которые соответствуют выбранной доле (обычно половине или одной трети) переключающего напряжения, с защелкиванием неактивных управляющих линий в течение цикла считывания, например, на тот же уровень напряжения, который используется для активных линий данных. Тем самым устраняется разность потенциалов между неактивными управляющими линиями и линиями данных, благодаря чему уменьшается эффект мешающих напряжений. Аналогичные протоколы используются также, когда нужно произвести переключение ячеек памяти, в которых было проведено деструктивное считывание, к их исходному поляризационному состоянию, т.е. к начальному логическому значению. Данная операция требует использования более сложного протокола, включающего регенерацию, в среднем только половины ячеек в строке (с применением протоколов подачи импульсов напряжения, соответствующих операциям адресации в ферроэлектрических запоминающих устройствах, - см. международную заявку WO 02/05287). Согласно настоящему изобретению все неадресуемые ячейки памяти, разумеется, находятся в условиях импринтинга. Поэтому любые операции записи/считывания, которые обычно могут выполняться в режиме записи/считывания полной строки, всегда являются недеструктивными и не должны приводить к генерированию каких-либо различимых помех. При этом ячейки, обладающие импринтингом, в любом случае будут малодоступны для подобных помех.

Изобретение обеспечивает создание способа, который позволит реализовать память, полностью предназначенную для постоянного хранения данных, и одновременно обеспечит возможность записывать поверх этих данных данные для временного хранения. Очевидно, что такое решение позволяет, по существу, удвоить емкость ферроэлектрических или электретных запоминающих устройств, используемых совместно с изобретением. Недолговечные (отрелаксированные) состояния могут после того, как данные были считаны или записаны в очередной промежуточной операции, снова вернуться в свои начальные состояния импринтинга, тогда как доступ к данным, записанным для постоянного хранения, может производиться так, как это было описано выше.

Однако может представляться желательным сохранять данные, которые были записаны во втором режиме, т.е. с применением нестабильного хранения в отрелаксированных ячейках памяти. Это может быть осуществлено путем проведения повторного регенерирования отрелаксированных ячеек памяти с частотой, равной, например, 10-1000 Гц, так что эти ячейки будут оставаться в своем нестабильном (отрелаксированнном) состоянии. В альтернативном варианте считанные данные могут быть перенесены в другую часть того же самого запоминающего устройства и записаны там в виде двух поляризационных состояний, возможно с предоставлением возможности для их импринтинга. В последнем случае перед тем, как осуществить обычное деструктивное считывание, потребуется проведение регенерации. Вместе с тем, специалистам должно быть понятно, что с целью обеспечения оптимального управления хранением данных могут быть использованы, по мере необходимости, соответствующие процедуры картографирования памяти. Следует также отметить, что повторные операции регенерирования для удерживания данных, хранящихся в отрелаксированных ячейках, аналогичны операциям регенерирования, которые необходимы для сохранения данных в динамических оперативных запоминающих устройствах (dynamic random access memory, DRAM), и в этом аспекте ферроэлектрическое запоминающее устройство, использующее отрелаксированные ячейки памяти, аналогично устройствам типа DRAM.

Можно видеть, что для всех практических применений ферроэлектрическое или электретное запоминающее устройство с импринтингом при условии сохранения импринтинга может рассматриваться как разновидность постоянной памяти. Данные могут считываться, но никаких попыток к осуществлению регенерирования или релаксации ячеек памяти, т.е. релаксации состояния памяти, в котором произошел импринтинг, не производится. Условие сохранения данных в условиях импринтинга подразумевает, что данные записываются в память только один раз, после чего они могут считываться сколько угодно раз, в том числе с длительными интервалами между считываниями. С другой стороны, емкость для хранения данных может быть, разумеется, удвоена, если то же самое запоминающее устройство применяется по способу согласно изобретению, а именно с использованием нестабильного (отрелаксированного) состояния и состояния импринтинга для представления логических величин с релаксацией или без релаксации состояния импринтинга в операции записи.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет осуществлять релаксацию ячеек памяти, находящихся в состоянии импринтинга, так что запоминающее устройство предпочтительно функционирует как постоянная память, данные в которой хранятся в форме состояний остаточной поляризации и которая предпочтительно использует недеструктивное считывание, и во втором режиме, когда оно служит быстродействующим переходным буфером за счет использования отрелаксированных состояний ячеек памяти и состояний, подвергнувшихся импринтингу, для представления двоичных данных, временный доступ к которым обеспечивается в режиме недеструктивного считывания. Как должно быть понятно специалистам, настоящее изобретение позволяет использовать множество различных протоколов. В завершение представляется интересным отметить, что, поскольку хранение данных, записанных посредством повторной записи в ячейки, обладающие импринтингом, является временным и недолговечным, подобные данные будут быстро исчезать и в конце концов бесследно исчезнут с возвратом устройства к начальному состоянию в условиях импринтинга. Это специфичное явление открывает возможности использования изобретения и в контекстах, отличных от простого хранения данных.

1. Способ адресации к ферроэлектрической или электретной ячейке памяти, причем адресация включает операции считывания и операции записи или возвращения в исходное состояние, а при осуществлении начальной операции записи ячейку памяти устанавливают в первое или второе стабильное поляризационное состояние, которым приписывают соответствующие логические значения, после чего обеспечивают ячейке памяти возможность достичь состояния импринтинга, отличающийся тем, что на ячейку памяти подают один или более импульсов напряжения, параметры которого (которых), включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия достижения релаксации состояния импринтинга, после чего осуществляют либо операцию считывания с получением сигнала, соответствующего логическому значению, представленному поляризационным состоянием ячейки, либо выполняют операцию записи путем подачи на ячейку памяти одного или более импульсов напряжения, параметры которого (которых), включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия осуществления записи на записанное в ячейке поляризационное состояние или переключения ее поляризационного состояния, установленного на начальной операции записи, в результате чего на логическое значение, хранившееся в ячейке, накладывают то же самое или противоположное логическое значение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают более одного импульса напряжения, причем указанные импульсы являются биполярными.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что биполярные импульсы являются асимметричными в отношении профиля, полярности и/или интегрального значения напряжения.

4. Способ недеструктивного считывания логического значения, хранящегося в ферроэлектрической или электретной ячейке памяти, устанавливаемой при осуществлении начальной операции записи в первое или второе устойчивое поляризационное состояние, которым приписывают соответствующие логические значения, после чего обеспечивают ячейке памяти возможность достичь состояния импринтинга, отличающийся тем, что на ячейку памяти подают один или более импульсов напряжения, параметры которого (которых), включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия получения сигнала считывания, соответствующего логическому значению, приписанному остаточной поляризации ячейки памяти, но без релаксации состояния импринтинга или изменения остаточной поляризации указанной ячейки, и детектируют сигнал считывания, полученного при выполнении операции недеструктивного считывания, с обеспечением возможности определения логических значений, хранящихся в ячейке памяти.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что подают более одного импульса напряжения, причем указанные импульсы являются биполярными.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что биполярные импульсы являются асимметричными в отношении профиля, полярности и/или интегрального значения напряжения.

7. Способ хранения и обеспечения доступа к данным в ферроэлектрическом запоминающем устройстве, содержащем группу ячеек памяти, с записью данных, как поляризационных состояний, в соответствующие ячейки памяти, после чего обеспечивают указанным ячейкам возможность достичь состояния импринтинга, отличающийся тем, что на выбранные ячейки памяти указанной группы подают один или более импульсов напряжения, параметры которого (которых), включая профиль, полярность и/или интегральное значение напряжения, выбирают из условия достижения релаксации состояния импринтинга при сохранении невыбранных ячеек - памяти указанной группы в состоянии импринтинга, приписывают отрелаксированным ячейкам первое логическое значение, а ячейкам в состоянии импринтинга - второе логическое значение, обеспечивая тем самым кратковременное хранение указанной группой ячеек памяти соответствующих бинарных логических значений в виде отрелаксированного состояния и состояния импринтинга, и подают на ячейки памяти указанной группы один или более импульсов напряжения, которые генерируют динамический отклик, отличающий отрелаксираванные ячейки от ячеек в состоянии импринтинга, с обеспечением возможности считывания логических значений, временно хранящихся в группе ячеек памяти, посредством операции недеструктивного считывания во временном окне, определяемом временем жизни отрелаксированного состояния.