[发明专利]基于铁电电容的存储装置

说明书

本公开涉及一种基于铁电电容的存储装置，包括用于向存储单元写入数据或从存储单元读取数据的控制单元和以阵列方式布置的多个存储单元，存储单元包括外部接口、第一开关、晶体管、第一电容及第二电容，第一电容和第二电容中的至少一个是铁电电容；第一开关的第一端口与第一字线相连，第二端口与位线相连，第三端口与第一电容的一端相连；晶体管的栅极与第一电容的另一端及第二电容的一端相连，源极与第一读取端相连，漏极与第二读取端相连，第二电容的另一端与第二字线相连。本公开基于铁电电容的滞回特性保持或改变存储单元中铁电电容的极化状态，利用控制单元向存储单元写入或读取数据，能实现对于数据的非破坏性读取以及更高的写操作寿命。

技术领域

本公开涉及低功耗非易失存储器结构设计技术领域，尤其涉及一种基于铁电电容的存储装置。

背景技术

存储器是电子信息处理系统中不可或缺的组成部分，其中片上嵌入式存储器主要采用CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)技术。在过去，依靠CMOS工艺的不断进步，存储器的性能得以不断提高。但近年来，一方面，CMOS工艺不断逼近物理极限，摩尔定律推进速度明显放缓，同时尺寸微缩导致的晶体管漏电问题越来越严重，这使得存储器功耗越来越大，存储器的发展遇到较为明显的瓶颈；另一方面，人工智能和物联网等领域的快速发展又对存储器的容量、速度以及功耗等性能指标提出了更高的要求。在这样的背景下，由于非易失存储器(Non-Volatile Memory，NVM)在掉电的情况下仍然能够保存数据，同时具有高密度以及读取速度快的特点，可提高系统的整体性能，因此，非易失存储器在近年来备受关注。

非易失存储器主要分为电阻型存储器和铁电存储器两大类。以RRAM(ResistiveRandom Access Memory，阻变式存储器)和STT-RAM(Shared Transistor TechnologyRandom Access Memory，共用晶体管式存储器)为代表的电阻型存储器尽管具有非易失特性，但在写操作时存在直流电流，导致较高的功耗，同时电阻型存储器的动态范围普遍较窄；而铁电存储器作为一种电容型的非易失器件，具有极低的写功耗和更宽的动态范围，同时具有良好的CMOS工艺兼容性，这使得铁电存储器很可能成为下一代存储器。

相关技术中，铁电存储器主要分为铁电随机存取存储器(Ferroelectric RandomAccess Memory，FeRAM)和铁电场效应晶体管(Ferroelectric Field Effect Transistor，FeFET)存储器。FeRAM的读操作需要向存储装置写入确定的数据，导致原有数据被破坏；FeFET尽管支持非破坏性的读取操作，但其写操作会在内部产生过高的电压，导致较低的写操作寿命。此外，相关技术中的铁电存储器在非破坏性读操作和写操作寿命上难以兼顾，限制了铁电存储器优势的充分发挥。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种基于铁电电容的存储装置，能够实现对于数据的非破坏性读取以及更高的写操作寿命。

根据本公开的一方面，提供了一种基于铁电电容的存储装置，所述装置包括控制单元和以阵列方式布置的多个存储单元，所述存储单元包括外部接口、第一开关、晶体管、第一电容以及第二电容，所述外部接口包括第一字线、第二字线、位线、第一读取端以及第二读取端，所述第一电容和所述第二电容中的至少一个是铁电电容；所述第一开关包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口与第一字线相连，所述第二端口与位线相连，所述第三端口与第一电容的一端相连；所述晶体管包括栅极、源极和漏极，所述栅极分别与第一电容的另一端以及第二电容的一端相连，形成内部结点，所述源极与所述第一读取端相连，所述漏极与所述第二读取端相连，所述第二电容的另一端与所述第二字线相连，其中，所述控制单元通过所述外部接口连接到所述存储单元，用于向所述存储单元写入数据，或从所述存储单元读取数据。