[发明专利]一种嵌入式半导体随机存取存储器结构及其控制方法

权利要求书

1.一种嵌入式半导体随机存取存储器结构，其特征在于，包括一个铪基铁电电容作为存储单元和一个用于对存储单元进行操作的隧穿场效应晶体管，所述铪基铁电电容由铪基铁电材料层、金属上极板和金属下极板构成，所述隧穿场效应晶体管包括一个源极、一个漏极、一个低掺杂沟道区和一个栅极，所述隧穿场效应晶体管的栅极与多条字线中的任意一条相连接，其源极与多条板线中的任意一条相连接，其铁电电容器的两端分别连至所述隧穿场效应晶体管的漏极和多条位线中的任意一条，通过控制隧穿场效应晶体管的栅极来控制加到铪基铁电电容的金属上极板上的电压大小，实现对存储单元的选择作用。

2.一种如权利要求1所述的嵌入式半导体随机存取存储器结构的控制方法，其特征在于，包括写1、写0和读取三个步骤，其中：

所述写0的步骤为：对与所述存储器结构相连的位线施加第一个电压；对与所述存储器结构相连的字线施加第二个电压；对与所述存储器结构相连的板线施加第三个电压；由此使所述半导体存储器结构中隧穿场效应晶体管的源结正偏，其导通电流为扩散电流，铁电极化方向翻转指向位线，该存储器结构中的信息被写为0；

所述写1的步骤为：对与所述存储器结构相连的板线施加第四个电压；对与所述存储器结构相连的字线施加第五个电压；对与所述存储器结构相连的位线施加第六个电压；由此使所述存储器结构中隧穿场效应晶体管的源结反偏，其导通电流为带带隧穿电流，铁电极化方向翻转为由位线指向金属上极板，该存储器结构中的信息被写为1。

所述读取的步骤为：将与所述存储器结构相连的位线浮置；对与所述存储器结构相连的字线施加第七个电压；对与所述存储器结构相连的板线施加第八个电压；由此使存储器结构中隧穿场效应晶体管导通,铁电极化发生翻转,位线电压抬升，基于所述位线电压变化量的大小,存储在所述存储器结构中的数据被读取。

进一步地，所述第七个电压为V_D；所述第八个电压的范围为V_B。V_D的范围为0V到2V，V_B的范围为0V到6V，根据实际电路设计进行选择。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，多个嵌入式半导体随机存取存储器结构组成半导体存储器阵列，在对半导体存储器阵列中的存储器结构进行写入操作时，先对所选择行的所有存储器结构进行写0操作，再对个别存储器结构进行写1操作，在对某一行中的所有存储器结构进行读取操作以后，需要对这一行中的所有存储器结构进行重写操作。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述重写操作的步骤为：对所述半导体存储器阵列中的某一行字线施加第九个电压；对所述半导体存储器阵列中的对应行板线施加第十个电压；对其余行的字线和板线施加第十一个电压；对这一行中存储信息为0的存储器结构所连位线施加第十二个电压；对这一行中存储信息为1的存储器结构所连位线施加第十三个电压；由此使这一行中所有存储器结构中的隧穿场效应晶体管导通，原有存储信息为0的存储器结构，其铁电极化翻转为由板线指向金属上极板,该半导体存储器中的信息被重写为0；所述半导体存储器阵列中的对应行字线施加第十四个电压，对所述半导体存储器阵列中的对应行板线施加第十五个电压，原有存储信息为1的存储器结构，其铁电极化翻转为指向板线，该半导体存储器中的信息被重写为1。

5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一个电压为0V；所述第二个电压为V_D；所述第三个电压为V_B。V_D的范围为0V到2V，V_B的范围为0V到6V。

6.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第四个电压为0V；所述第五个电压为V_A；所述第六个电压为V_A。V_A的范围为0V到5V。

7.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第七个电压为V_D；所述第八个电压的范围为V_B。V_D的范围为0V到2V，V_B的范围为0V到6V。

8.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第九个电压为V_D；所述第十个电压的为V_B；所述第十一个电压为0V；所述第十二个电压为0V；所述第十三个电压为V_A；所述第十四个电压为V_A；所述第十五个电压为0V。V_A的范围为0V到5V，V_B的范围为0V到6V，V_D的范围为0V到2V。