[发明专利]操作铁电存储器单元的方法及相关的铁电存储器单元

说明书

本发明揭示操作铁电存储器单元的方法。所述方法包括：将正偏置电压及负偏置电压中的一者施加到包括电容器的铁电存储器单元，所述电容器包含上电极、下电极、所述上电极与所述下电极之间的铁电材料，及所述铁电材料与所述上电极及所述下电极中的一者之间的界面材料。所述方法进一步包括：将所述正偏置电压及所述负偏置电压中的另一者施加到所述铁电存储器单元以切换所述铁电存储器单元的极化，其中所述负偏置电压的绝对值不同于所述正偏置电压的绝对值。本发明还描述铁电存储器单元。

优先权主张

本申请案主张2015年9月1日申请的名称为“操作铁电存储器单元的方法及相关的铁电存储器单元(METHODS OF OPERATING FERROELECTRIC MEMORY CELLS,AND RELATEDFERROELECTRIC MEMORY CELLS)”的第14/842,124号美国专利申请案的申请日的权益。

技术领域

本文所揭示的实施例涉及操作包含展现非对称铁电性质的铁电材料的铁电存储器单元的方法及此类铁电存储器单元。

背景技术

已考虑将铁电随机存取存储器(FeRAM)单元用于许多存储器阵列中。FeRAM单元包含铁电材料，其具有可响应于施加电场(例如，偏置电压)而切换的极化。FeRAM单元中的铁电材料的极化状态可用于确定FeRAM单元的逻辑状态(例如，1或0)。在移除偏置电压之后，铁电材料的极化可保持。因此，FeRAM单元是非易失性的，从而无需周期性地刷新存储器单元。

常规FeRAM单元理论上在施加电场下展现如图1中所说明的方形磁滞回线102，这是因为铁电材料的原子在两种同样有利状态之间转变。FeRAM单元通过将FeRAM单元暴露于切换偏置电压而从一种操作状态切换到另一操作状态。例如，铁电材料可暴露于正电压以将铁电材料的极化切换到第一方向。在足够大的正电压(特征化为正切换电压)下，铁电材料的极化从负极化切换到正极化。为将FeRAM单元切换到另一状态，将铁电材料暴露于负切换电压以将铁电材料的极化改变成第二相反方向。常规地，施加到常规FeRAM单元的正切换电压及负切换电压具有相等量值(例如，具有相同绝对值，在本文中又称为对称偏置方案)。

不幸的是，许多FeRAM单元需要利用高偏置电压来切换于不同极化状态之间。由FeRAM单元相对于DRAM单元的非易失性实现的任何电力节省由必须经施加以切换铁电材料的极化状态的高偏置电压抵消。因此，将铁电材料暴露于较高电压增加FeRAM单元的电力消耗，增加操作成本，且还会缩短FeRAM单元的使用寿命。

发明内容

附图说明

图1是常规铁电存储器单元的使用及操作期间的磁滞曲线；

图2是根据本发明的实施例的非对称铁电电容器的横截面图；

图3是根据本发明的实施例的包含图2的非对称铁电电容器的铁电存储器单元的横截面图；

图4是根据本发明的实施例的用于操作铁电存储器单元的非对称偏压方案的图形表示；

图5A是根据本发明的实施例的铁电存储器单元的使用及操作期间的磁滞曲线；

图5B是根据本发明的实施例的使用对称偏压方案来操作的铁电存储器单元与使用非对称偏压方案来操作的所述铁电存储器单元的信号强度对周期数的曲线图；

图5C是在30℃处使用对称偏压方案及非对称偏压方案来操作铁电存储器单元时的所述单元的循环期间的频率相依信号损失的图形表示；

图5D是在100℃处使用对称偏压方案及非对称偏压方案来操作铁电存储器单元时的所述单元的循环期间的频率相依信号损失的图形表示；

图5E及图5F是说明依各种周期数分别使用对称偏压方案及非对称偏压方案来操作的铁电存储器单元的电压及电流的曲线图；