專利名稱：強電介質存儲裝置及對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及強電介質存儲裝置及由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，具體涉及簡單矩陣型強電介質存儲裝置及由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法。不設單元晶體管而只采用強電介質電容器的簡單矩陣型強電介質存儲裝置，可以具有非常簡單的結構并實現(xiàn)高集成度，因此人們期待著這種裝置被開發(fā)。
關于公開了簡單矩陣型強電介質存儲裝置及其工作方法的技術文獻，可以提到的有特開平9-116107號公報。
以下，就特開平9-116107號公報所公開的關于數(shù)據寫入方法與讀出方法的技術進行說明。圖7是關于強電介質存儲裝置的存儲陣列的示圖。
首先，說明數(shù)據的寫入方法。圖8是在強電介質電容器Cm、N中寫入數(shù)據1，在強電介質電容器Cm、N+1中寫入數(shù)據0時的時間圖。再有，在與特開平9-116107號公報相關的技術中，給存儲單元寫入數(shù)據1，通過在使進行選擇的副位線的電位高于進行選擇的字線電位的方向施加電壓來進行。并且，給存儲單元寫入數(shù)據0，通過在使進行選擇的副位線的電位低于進行選擇的字線電位的方向施加電壓來進行。
首先，在時刻t1，將主位線MBLN、MBLN+1設于接地電壓(0V)。同時，選擇柵線SL從0V設至5V，選擇字線WLm設至電源電壓VCC(3.3V)，所有的非選擇字線WL1～WLm設于接地電壓(0V)。這樣，就完成了強電介質電容器Cm、N，Cm、N+1的清除(寫入數(shù)據0)。
接著，在時刻t2，將選擇柵線SL和選擇字線WLm下降至接地電壓(0V)，主位線MBLN設于電源電壓VCC(3.3V)，主位線MBLN+1設于電源電壓(1/3)VCC(1.1V)。
接著，在時刻t3，選擇柵線SL設于5V，選擇字線WLm設于接地電壓(0V)，非選擇字線WL1～WLM設于(2/3)VCC(2.2V)。這樣，就在強電介質電容器Cm、N中寫入了數(shù)據1。
接著，在時刻t4，主位線MBLN、MBLN+1設于(1/3)VCC(1.1V)后，選擇柵線SL、字線WL1～WLM下降至接地電壓(0V)，于是寫入動作結束。
以下，就數(shù)據讀出方法進行說明。圖9在讀出記錄于存儲單元Cm、N的數(shù)據1，記錄于存儲單元Cm、N+1的數(shù)據0后，在存儲單元Cm、N和存儲單元Cm、N+1中分別再寫入數(shù)據1和數(shù)據0時的時間圖。
首先，在時刻t1，預充電信號φPC提升至電源電壓VCC(3.3V)，列選擇信號φ提升至5V。這樣，一直到時刻t2，主位線MBLN、MBLN+1被預充電至預充電電壓VPC(0V)。并且，主位線MBLN、MBLN+1分別被連接至讀出放大器的結點VN、VN+1。
接著，在時刻t2，預充電信號φPC下降至0V，使主位線MBLN、MBLN+1處于浮動狀態(tài)。之后，選擇柵線SL從0V提升至5V，選擇字線WLm從0V提升至電源電壓VCC(3.3V)。這樣，強電介質電容器Cm、N與Cm、N+1變成寫入了數(shù)據0的極化狀態(tài)。
接著，在時刻t3，將選擇柵線SL和選擇字線WLm下降至0V。接著，在時刻t4，將讀出使能信號φSE提升至電源電壓VCC(3.3V)。由此，讀出放大器SAN、SAN+1被激活。結果，在時刻t5之前，讀出放大器SAN處的數(shù)據1被讀出鎖存，主位線MBLN的電位設于電源電壓VCC(3.3V)。并且，在讀出放大器SAN+1處，數(shù)據0被讀出鎖存，主位線MBLN+1的電位設于接地電壓(0V)。這樣，讀出就可以進行。
在時刻t5以后為再寫入步驟，說明從略。本發(fā)明旨在提供能夠使強電介質存儲裝置的誤動作得到抑制的、強電介質存儲裝置及對強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法。
1.強電介質存儲裝置(A)本發(fā)明的第一強電介質存儲裝置包含第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，在跟該第一信號電極交叉的方向上形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域中，形成由至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層的強電介質電容器構成的存儲單元；對被選擇的所述存儲單元的信息寫入，通過在該存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓執(zhí)行；所述寫入電壓的絕對值低于所述強電介質電容器殘留極化飽和時的飽和電壓的絕對值。
本發(fā)明中，寫入電壓的絕對值低于飽和電壓的絕對值。這樣，跟寫入電壓設于飽和電壓的情況相比，可以增大開關極化量與非開關極化量之間的差值。因此，可以增大第一數(shù)據讀出和第二數(shù)據讀出之間的位線電位差，從而抑制誤動作。
本發(fā)明的強電介質存儲裝置可以取下述的形態(tài)(a)對被選擇所述存儲單元的信息讀出，通過在該存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓執(zhí)行；所述讀出電壓的絕對值低于飽和電壓的絕對值。
取這種形態(tài)的場合，所述寫入電壓的絕對值和所述讀出電壓的絕對值可以相同。
并且，取這種形態(tài)的場合，在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出的同時，可以對該存儲單元進行信息的部分寫入。
(b)在對被選擇的所述存儲單元作信息寫入時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓的絕對值的最大值為所述寫入電壓的絕對值的1/2。
(c)對被選擇的所述存儲單元作信息讀出時，在非選擇的所述存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉。
所述第二電壓的絕對值的最大值為所述讀出電壓的絕對值的1/2。
(B)本發(fā)明的第二強電介質存儲裝置包含第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，在跟該第一信號電極交叉的方向上形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域中，形成由至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層的強電介質電容器構成的存儲單元；對被選擇的所述存儲單元的信息寫入，通過在該存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓執(zhí)行；對被選擇的所述存儲單元的信息讀出，通過在該存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓執(zhí)行；當所述寫入電壓為±Vs，所述讀出電壓為+Vs或-Vs時，所述|Vs|低于所述強電介質電容器殘留極化飽和時的飽和電壓的絕對值。
本發(fā)明中，所述|Vs|低于所述強電介質電容器殘留極化飽和時的飽和電壓的絕對值。因此，寫入電壓以低于飽和電壓的進行工作。結果，可以達到跟本發(fā)明的第一強電介質存儲裝置相同的效果。
本發(fā)明的第二強電介質存儲裝置可以取下述的形態(tài)。
(a)對被選擇的所述存儲單元的寫入中，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓的絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
(b)對被選擇的所述存儲單元的讀出中，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第二電壓的絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
本發(fā)明的第一與第二強電介質存儲裝置中，所述強電介質層可以是鈣鈦礦型氧化物強電介質。
所述寫入電壓的絕對值對所述強電介質層厚度之比，以在17V/μm以下為好，在15V/μm以下則更佳。
所述強電介質層，可以采用不加偏置電壓的狀態(tài)下介電常數(shù)為400以下的材料，介電常數(shù)在300以下則更好。
2.對存儲單元的操作方法(A)本發(fā)明的對由第一強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法中所述存儲單元包含第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，沿跟該第一信號電極交叉的方向形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域中，至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層；該方法包括在被選擇的所述存儲單元上在第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓，對存儲單元進行信息寫入的步驟；所述寫入電壓的絕對值低于所述強電介質電容器殘留極化飽和時的飽和電壓的絕對值。
依據本發(fā)明的操作方法，將對存儲單元進行信息寫入時的寫入電壓的絕對值設置得低于飽和電壓的絕對值。所以，跟寫入電壓設于飽和電壓的場合相比，可以增大開關極化量與非開關極化量之差。因此，可以增大第一數(shù)據讀出與第二數(shù)據讀出之間的位線電位差，從而進一步抑制誤動作的發(fā)生。
本發(fā)明的對第一存儲單元的操作方法可以取下述的形態(tài)(a)進一步包含通過在該存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓，對被選擇所述存儲單元進行信息讀出的步驟；所述讀出電壓的絕對值低于所述強電介質電容器的殘留極化飽和時的飽和電壓的絕對值。
在此形態(tài)中，所述寫入電壓的絕對值和所述讀出電壓的絕對值相同。
并且，在此形態(tài)中，在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出的同時，對該存儲單元進行信息的部分寫入。
(b)在對被選擇的所述存儲單元作信息寫入時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓的絕對值的最大值為所述寫入電壓的絕對值的1/2。
(c)對被選擇的所述存儲單元作信息讀出時，在非選擇的所述存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第二電壓的絕對值的最大值為所述讀出電壓的絕對值的1/2。
(B)本發(fā)明的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法中所述存儲單元包含第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，沿跟所述第一信號電極交叉的方向形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域中，至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層；
該方法包括通過在選擇的所述存儲單元上在第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓，對存儲單元進行信息寫入的步驟；以及通過在選擇的所述存儲單元上在第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓，對存儲單元進行信息寫入的步驟；當所述寫入電壓為±Vs，所述讀出電壓為+Vs或-Vs時，所述|Vs|低于所述強電介質電容器的殘留極化飽和時的飽和電壓的絕對值。
本發(fā)明的第二種存儲單元操作方法中，寫入電壓的絕對值|Vs|低于飽和電壓的絕對值。因此，可以取得跟本發(fā)明的第一種存儲單元操作方法相同的功能與效果。
本發(fā)明的第二種存儲單元操作方法可以取下述的形態(tài)(a)在對被選擇的所述存儲單元作信息寫入時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓的絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
(b)在對被選擇的所述存儲單元作信息讀出時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第二電壓的絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
本發(fā)明的第一與第二種存儲單元操作方法中的所述強電介質層，可以為鈣鈦礦型氧化物強電介質。
圖1是模式表示強電介質存儲裝置的平面圖。
圖2是模式表示強電介質裝置的圖案設計的平面圖。
圖3是模式表示沿圖2的A-A線剖切的強電介質存儲裝置的部分截面圖。
圖4是用以說明開關極化量和非開關極化量的強電介質電容器的磁滯特性曲線圖。
圖5是用以說明飽和電壓的、表示位線-字線間所加電壓與極化量之間關系的曲線圖。
圖6是表示寫入電壓Vwrite和Psw-Pns之間關系的曲線圖。
圖7是與傳統(tǒng)例有關的強電介質存儲裝置的存儲單元陣列的示圖。
圖8是在強電介質電容器Cm、N與Cm、N+1中分別寫入數(shù)據1和數(shù)據0時的時間圖。
圖9在讀出記錄于存儲單元Cm、N的數(shù)據1，記錄于存儲單元Cm、N+1的數(shù)據0后，在存儲單元Cm、N和Cm、N+1中分別再寫入數(shù)據1和數(shù)據0時的時間圖。以下參照附圖就本發(fā)明的適用的實施例進行說明。
1.強電介質存儲裝置的構成圖1是模式表示強電介質存儲裝置的平面圖。圖2是模式表示強電介質裝置的圖案設計的平面圖。圖3是模式表示沿圖2的A-A線剖切的強電介質存儲裝置的部分截面圖。
本實施例的強電介質存儲裝置1000中，設有存儲單元陣列100。
存儲單元陣列100，由行選擇用的第一信號電極(字線)12和列選擇用的第二信號電極(位線)16垂直相交排列而成。再有，信號電極也可以相反地設置，用第一信號電極作為位線，第二信號電極作為字線。
而且，如圖2所示，至少在第一信號電極12與第二信號電極16之間設置強電介質層14。因此，在第一信號電極12和第二信號電極16之間的各個交叉區(qū)域中，分別構成強電介質電容器存儲單元20。強電介質層14，在鄰接的存儲單元上相互連接地形成。具體而言，強電介質層14在存儲單元陣列的形成區(qū)域中連續(xù)地形成。
并且，還形成包含用以有選擇地對存儲單元進行信息的寫入或讀出的各種電路的外圍電路部分60。外圍電路部分60包括例如，用以有選擇地控制第一信號電極12的第一驅動電路50，用以有選擇地控制第二信號電極34的第二驅動電路52，以及讀出放大器等信號檢測電路(未作圖示)。作為外圍電路部分200的具體示例，可以有Y柵極、讀出放大器、輸入輸出緩沖器、X地址解碼器、Y地址解碼器、地址緩沖器等。
2.寫入、讀出的方法接著，就本實施例的強電介質存儲裝置1000上的寫入、讀出動作舉例說明。
以下，將通過將位線16設于比字線12高的電位，使強電介質電容器極化而寫入數(shù)據后的狀態(tài)定義為數(shù)據1的寫入；將通過將字線12設于比位線16高的電位，使強電介質電容器極化而寫入數(shù)據后的狀態(tài)定義為數(shù)據0的寫入。并且，位線16的電位高于字線12的場合，寫入電壓Vwrite的符號為正(+)；位線16的電位低于字線12的場合，寫入電壓Vwrite的符號為負(-)。換言之，在正的寫入電壓Vwrite加于位線16與字線12之間時，進行數(shù)據1的寫入；在負的寫入電壓Vwrite加于位線16與字線12之間時，進行數(shù)據0的寫入。
并且，讀出電壓Vread的符號，在位線16的電位高于字線12的場合為正(+)，位線16的電位低于字線12的場合為負(-)。
2.1寫入動作以下，舉例說明寫入動作。首先，考慮所有選擇存儲單元被置于數(shù)據0的狀態(tài)。再有，將所有選擇存儲單元置于數(shù)據0的方法是，例如在所有選擇存儲單元的位線16與字線12之間施加-Vwrite。負的寫入電壓-Vwrite，被設于其絕對值小于負飽和電壓絕對值的電壓值上，在負飽和電壓的絕對值的90％以下較好，在30～75％則更好，在45～60％之間則最好。
接著，在要寫入數(shù)據1的選擇存儲單元處的位線16與字線12之間，施加正的寫入電壓+Vw。該正的寫入電壓+Vw，設于其絕對值低于正飽和電壓絕對值的電壓值上，在負飽和電壓的絕對值的90％以下較好，在30～75％則更好，在45～60％之間則最好。在寫入該數(shù)據1時，在要保持數(shù)據0寫入的選擇存儲單元的位線16與字線12之間，施加使該選擇存儲單元的極化狀態(tài)不反轉的電壓。這樣，使得要保持數(shù)據0寫入的選擇存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉，其數(shù)據0被保持。
并且，在數(shù)據1寫入時，為了防止寫入時的串擾，在非選擇存儲單元的電容器上加預定的電壓。具體而言，在非選擇存儲單元的位線16與字線12之間施加第一電壓，以使非選擇存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉。第一電壓絕對值的最大值，例如可以為寫入電壓絕對值的1/2，最好為寫入電壓絕對值的1/3。如此，就可在選擇存儲單元中寫入數(shù)據0和數(shù)據1。
再有，寫入動作并不限于上述方式，例如也可采用以下的方式。
(1)首先，也可以這樣進行數(shù)據1和數(shù)據0的寫入，就是先將所有的選擇存儲單元設于數(shù)據1，然后只使預定的選擇存儲單元改變到數(shù)據0。
(2)正的寫入電壓+Vwrite的絕對值和負的寫入電壓-Vwrite的絕對值可以為相同的值，也可以為不同的值。
再有，上述強電介質存儲裝置的動作中，除了寫入電壓絕對值低于飽和電壓的絕對值這點之外，可以應用特開平9-116107號公報所公開的技術。
2.2讀出動作以下，就讀出動作進行說明。
在選擇存儲單元的位線16與字線12之間，施加正的讀出電壓+Vread。由此，此時在讀出放大器上讀出流經被選擇位線16的電流或將位線16設于高阻抗后的電位，即讀出選擇存儲單元的數(shù)據。再有，讀出時也可以施加負的讀出電壓-Vread進行讀出。
再有，可以讓該讀出動作跟1或數(shù)據0的再寫入兼用。這時，讀出電壓±Vread的絕對值，低于飽和電壓的絕對值，在飽和電壓絕對值的90％以下較好，在30～75％則更好，在45～60％之間則最好。并且，在該場合，為了防止讀出時的串擾，在非選擇存儲單元的電容器上加預定的電壓。具體而言，在非選擇存儲單元的位線16與字線12之間施加第二電壓，以使非選擇存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉。第二電壓絕對值的最大值，例如可以為讀出電壓絕對值的1/2，最好為讀出電壓絕對值的1/3。
3.作用與效果以下，就與強電介質存儲裝置相關的作用與效果進行說明。
本實施例中，寫入電壓的絕對值低于飽和電壓的絕對值。通過這種方式，跟將寫入電壓設于飽和電壓上相比，可以增大開關極化量與非開關極化量之差。因此，可以增大數(shù)據1讀出和數(shù)據0讀出的位線電位之差，進一步抑制誤動作的發(fā)生。
以下，說明開關極化量與非開關極化量。圖4示出了強電介質電容器的磁滯回線特性。圖4中，Psw為開關極化量，Pns為非開關極化量。具體而言，在使選擇存儲單元變到數(shù)據1的極化狀態(tài)后讀出的場合，讀出前記錄為數(shù)據0的選擇存儲單元的讀出前后的極化量之差為開關極化量；讀出前記錄為數(shù)據1的選擇存儲單元的讀出前后的極化量之差為非開關極化量。更具體地說，Psw就是在已寫入數(shù)據0的存儲單元上施加了(1/3)Vs的狀態(tài)之后，在該存儲單元施加Vs后讀出數(shù)據時的極化量。而Pns就是就是在已寫入數(shù)據1的存儲單元上施加了(-1/3)Vs的狀態(tài)之后，在該存儲單元施加Vs后讀出數(shù)據時的極化量。
再有，加于非選擇存儲單元的第一電壓與第二電壓的絕對值，被設為寫入和讀出電壓絕對值的1/2時，Psw使在已寫入數(shù)據0的存儲單元中施加了(1/2)Vs的狀態(tài)之后，在該存儲單元施加Vs后讀出數(shù)據得以實現(xiàn)；Pns使在已寫入數(shù)據1的存儲單元中施加了(-1/2)Vs的狀態(tài)之后，在該存儲單元施加Vs后讀出數(shù)據得以實現(xiàn)。
現(xiàn)在，再對上述的飽和電壓進行定義。所謂飽和電壓，就是強電介質電容器的殘留極化飽和的電壓。具體而言，正飽和電壓指的是在位線電位相對于字線電壓提高后，即使再提高到該電位以上，極化量Pr也不再上升的電壓。更具體地說，就是圖5所示的飽和極化量Psat處的施加電壓Vsat。而負飽和電壓指的是在位線電位相對于字線電壓降低后，即使再降低到該電位以下，極化量也不再下降的電壓。
4.裝置的制造方法以下，舉一例對上述存儲單元陣列的制造方法進行說明。圖3是模式表示存儲單元陣列100的制造工序的截面圖。
圖3中，在襯底10上形成第一信號電極12。至于第一信號電極12的材料，可以列舉Ir、IrOx、Pt、RuOx、SrRuOx與LaSrCoOx等。第一信號電極12的形成，可以采用濺鍍、蒸鍍等方法。第一信號電極12，可以有單層或多層的淀積結構。
接著，通過刻蝕第一信號電極12，形成第一信號電極12的圖案。第一信號電極12的刻蝕方法，可以有RIE、濺射刻蝕、等離子刻蝕等方法。
接著，在形成第一信號電極12的襯底10上，形成強電介質層14。至于強電介質層的材料，可以列舉的有鈣鈦礦型氧化物強電介質(例如SrBi2Ta2O9)。采用SrBi2Ta2O9的場合，其介電常數(shù)因成分的偏差和制作方法而不同，在不加偏置電壓的狀態(tài)下一般在250～400的范圍內。對于強電介質層14的材料沒有特別的限定，在不加偏置電壓的狀態(tài)下其介電常數(shù)在400以下為好，在300以下則更好。并且，作為強電介質層14的材料，除了SrBi2Ta2O9之外，也可采用有相同構成元素但成分不同的SBT系列的材料或SrBi2Nb2O9等材料。至于強電介質層14的形成方法，例如可以采用溶膠凝膠(ゾルゲル)或MOD材料的旋涂法與浸漬法、濺鍍法、MOCVD法、激光磨蝕法等。強電介質層的厚度并無特別限制，但若設寫入電壓的絕對值為|Vwrite|(V)，強電介質層的厚度為T1(μm)，以滿足以下的關系為宜。也就是，強電介質層的厚度，以|Vwrite|/T1≤17(V/μm)為好，若滿足|Vwrite|/T1≤15(V/μm)則更佳。
接著，刻蝕強電介質層14，形成強電介質層14的圖案。
然后，在強電介質層14上形成第二信號電極16。第二信號電極16的材料與形成方法，可以跟用于第一信號電極12的相同。接著，對第二信號電極16進行刻蝕，形成第二信號電極16的圖案。第二信號電極16的刻蝕方法，可以跟用于第一信號電極12的相同。通過上述方式，使存儲單元陣列100得以形成。
5.變形例上述實施例可作如下的變形。
強電介質層14，在存儲單元陣列100的形成區(qū)域上連續(xù)形成。但是，并不以此為限，例如可以采用如下的任一種方案1)沿第一電極12以線狀形成；2)沿第二電極16以線狀形成；以及3)只在第一電極12與第二電極16交叉區(qū)域形成。
6.實驗例(1)通過實驗，研究了開關極化量與非開關極化量之差(Psw-Pns)和寫入電壓Vs之間的關系。圖6給出了表示開關極化量與非開關極化量之差(Psw-Pns)和寫入電壓Vs之間關系的曲線圖。表1給出了跟各寫入電壓對應的開關極化量與非開關極化量之差的數(shù)據。表中，Psw表示在寫入數(shù)據0的存儲單元中，在已施加(1/3)Vs的狀態(tài)后在該存儲單元中施加Vs而讀出數(shù)據時的極化量。又，Pns表示在寫入數(shù)據1的存儲單元中，在已施加(-1/3)Vs的狀態(tài)后在該存儲單元中施加Vs而讀出數(shù)據時的極化量。
該實驗以如下條件進行以SrBi2Ta2O9作為強電介質層材料；強電介質層的厚度取120nm；強電介質層中的飽和電壓為2.0V。
圖6顯示，在寫入電壓Vwrite低于2.0V(飽和電壓)時的Psw-Pns的差值，高于寫入電壓Vwrite為2.0V時。由此可知，一旦寫入電壓低于飽和電壓，Psw-Pns的差值就變大。
(2)實驗研究了強電介質層材料的介電常數(shù)和開關極化量與非開關極化量之差(Psw-Pns)之間的關系。表2給出了對應強電介質層材料的介電常數(shù)的、開關極化量與非開關極化量之差(Psw-Pns)的數(shù)據。
該實驗中，介電常數(shù)取偏置電壓為0V時的值；強電介質層以浸漬法形成；強電介質層的厚度為120nm；寫入電壓為1.2V。
表2顯示，隨著介電常數(shù)的降低，開關極化量與非開關極化量之差(Psw-Pns)增大。
本發(fā)明并不以上述實施例為限，在不超出本發(fā)明要點的范圍內有種種變更。
權利要求
1.一種強電介質存儲裝置，其中包括第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，沿跟所述第一信號電極交叉的方向形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域，形成由至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層的強電介質電容器構成的存儲單元；對被選擇的所述存儲單元的信息寫入，通過在該存儲單元上第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓進行；所述寫入電壓的絕對值，低于所述強電介質電容器殘留極化飽與時的飽與電壓的絕對值。
2.如權利要求1所述的強電介質存儲裝置，其特征在于對被選擇的所述存儲單元的信息讀出，通過在該存儲單元上第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓進行；所述讀出電壓的絕對值，低于飽與電壓的絕對值。
3.如權利要求2所述的強電介質存儲裝置，其特征在于所述寫入電壓的絕對值與所述讀出電壓的絕對值相同。
4.如權利要求2或3所述的強電介質存儲裝置，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出的同時，對該存儲單元的進行一部分信息的寫入。
5.如權利要求1～3中任一項所述的強電介質存儲裝置，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息寫入時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓的絕對值的最大值為所述寫入電壓絕對值的1/2。
6.如權利要求1～3中任一項所述的強電介質存儲裝置，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第二電壓的絕對值的最大值為所述讀出電壓絕對值的1/2。
7.一種強電介質存儲裝置，包含第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，沿跟所述第一信號電極交叉的方向形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域中，形成由至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層的強電介質電容器構成的存儲單元；對被選擇的所述存儲單元的信息寫入，通過在該存儲單元上第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓進行；對被選擇的所述存儲單元的信息讀出，通過在該存儲單元上第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓進行；當所述寫入電壓為±Vs，所述讀出電壓為+Vs或-Vs時，所述|Vs|低于所述強電介質電容器殘留極化飽與時的飽與電壓的絕對值。
8.如權利要求7所述的強電介質存儲裝置，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息寫入時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
9.如權利要求7或8所述的強電介質存儲裝置，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第二電壓絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
10.如權利要求1～3、7與8中任一項所述的強電介質存儲裝置，其特征在于所述強電介質層是鈣鈦礦型氧化物強電介質。
11.如權利要求1～3、7與8中任一項所述的強電介質存儲裝置，其特征在于所述寫入電壓的絕對值對所述強電介質層厚度之比，不大于17V/μm。
12.如權利要求1～3、7與8中任一項所述的強電介質存儲裝置，其特征在于所述寫入電壓的絕對值對所述強電介質層厚度之比，不大于15V/μm。
13.如權利要求1～3、7與8中任一項所述的強電介質存儲裝置，其特征在于所述強電介質層，由不加偏置電壓狀態(tài)下介電常數(shù)不大于400的材料構成。
14.如權利要求1～3、7與8中任一項所述的強電介質存儲裝置，其特征在于所述強電介質層，由不加偏置電壓狀態(tài)下介電常數(shù)不大于300的材料構成。
15.一種對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其中所述存儲單元包含第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，沿跟該第一信號電極交叉的方向形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域中，至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層；該方法包括通過在選擇的所述存儲單元上在第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓，對存儲單元進行信息寫入的步驟；所述寫入電壓的絕對值低于所述強電介質電容器殘留極化飽與時的飽與電壓的絕對值。
16.如權利要求15所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于進一步包含通過在所述存儲單元上的第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓，對存儲單元進行信息讀出的步驟；所述讀出電壓的絕對值低于所述強電介質電容器的殘留極化飽與時的飽與電壓的絕對值。
17.如權利要求16所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于所述寫入電壓的絕對值與所述讀出電壓的絕對值相同。
18.如權利要求16或17所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出的同時，對該存儲單元進行一部分信息的寫入。
19.如權利要求15～17中任一項所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息寫入時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓絕對值的最大值為所述寫入電壓絕對值的1/2。
20.如權利要求15～17中任一項所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第二電壓絕對值的最大值為所述讀出電壓絕對值的1/2。
21.一種對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其中所述存儲單元包含第一信號電極、強電介質層與第二信號電極；所述第二信號電極，沿跟所述第一信號電極交叉的方向形成；在所述第一信號電極與所述第二信號電極的交叉區(qū)域中，至少包含該第一信號電極、該第二信號電極與所述強電介質層；該方法包括通過在選擇的所述存儲單元上第一信號電極與第二信號電極之間施加寫入電壓，對存儲單元進行信息寫入的步驟；以及通過在選擇的所述存儲單元上第一信號電極與第二信號電極之間施加讀出電壓，對存儲單元進行信息寫入的步驟；當所述寫入電壓為±Vs，所述讀出電壓為+Vs或-Vs時，所述|Vs|低于所述強電介質電容器殘留極化飽與時的飽與電壓的絕對值。
22.如權利要求21所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息寫入時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第一電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第一電壓絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
23.如權利要求21或22所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于在對被選擇的所述存儲單元進行信息讀出時，在非選擇的所述存儲單元上的所述第一信號電極與所述第二信號電極之間施加第二電壓，以使非選擇的存儲單元的極化狀態(tài)不發(fā)生反轉；所述第二電壓絕對值的最大值為(1/2)|Vs|。
24.如權利要求15～17、21與22中任一項所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于所述強電介質層是鈣鈦礦型氧化物強電介質。
25.如權利要求15～17、21與22中任一項所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于所述寫入電壓的絕對值對所述強電介質層厚度之比，不大于17V/μm。
26.如權利要求15～17、21與22中任一項所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于所述寫入電壓的絕對值對所述強電介質層厚度之比，不大于15V/μm。
27.如權利要求15～17、21與22中任一項所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于所述強電介質層，由不加偏置電壓狀態(tài)下介電常數(shù)不大于400的材料構成。
28.如權利要求15～17、21與22中任一項所述的對由強電介質電容器構成的存儲單元的操作方法，其特征在于所述強電介質層，由不加偏置電壓狀態(tài)下介電常數(shù)不大于300的材料構成。
全文摘要
強電介質存儲裝置(1000)，由在所述第一信號電極(12)與所述第二信號電極(16)交叉的區(qū)域形成的強電介質電容器構成的存儲單元(20)排列而成。通過在存儲單元(20)上的第一信號電極(12)與第二信號電極(16)之間施加寫入電壓，對被選擇存儲單元(20)進行信息寫入。通過在存儲單元上的第一信號電極(12)與第二信號電極(16)之間施加讀出電壓，對被選擇存儲單元(20)進行信息讀出。當所述寫入電壓為±Vs，所述讀出電壓為+Vs或－Vs時，|Vs|低于所述強電介質電容器殘留極化飽和時的飽和電壓的絕對值。
文檔編號G11C11/22GK1426584SQ01808429
公開日2003年6月25日 申請日期2001年12月27日 優(yōu)先權日2000年12月27日
發(fā)明者長谷川和正 申請人:精工愛普生株式會社