[发明专利]可跟踪铁电电容工艺的自适应调节操作电压的电路和方法

说明书

本发明涉及集成电路设计制造技术领域，具体涉及可跟踪铁电电容工艺的自适应调节操作电压的电路和方法，该电路基于单管单电容（1T1C型）铁电存储单元，所述单管单电容（1T1C型）铁电存储单元通过一个采样电阻连接有跟踪电路，所述跟踪电路由依次连接的电流采样电路、误差放大器、电压调整器组成，单管单电容（1T1C型）铁电存储单元产生翻转电流流经采样电阻，采样电阻产生的两端电位差被电流采样电路采集，再经过误差放大器与输入误差放大器的参考电压进行比较，将比较结果反馈给电压调整器，输出操作电压。本发明能检测铁电电容的极化操作电压阈值，从而合理运用操作电压，延长铁电存储器的使用寿命，同时降低系统功耗。

技术领域

本发明涉及集成电路设计制造技术领域，具体涉及可跟踪铁电电容工艺的自适应调节操作电压的电路和方法。

背景技术

铁电材料作为新型非易失性存储材料之一，利用其在外加电场作用下具有极化的特性进行数据存储。用铁电材料制成的铁电电容存储单元在被长期使用的过程中，将出现极化疲劳，铁电特性逐渐减弱，正负剩余极化强度减小，导致数据难以读出。铁电材料的极化疲劳特性不仅仅受铁电材料被极化翻转的次数决定，还受制于外加的极化操作电压。同时由于制造工艺的偏差，在大规模阵列制造中，必然导致铁电存储器芯片之间存在一定差异，部分芯片铁电电容会在偏低的电压翻转，部分会在偏高的电压翻转。对于小电压就可以翻转的铁电电容，施加标准操作的电压，将加剧极化疲劳，缩短铁电存储器的使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可跟踪铁电电容工艺的自适应调节操作电压的电路和方法，其具体技术方案如下：

可跟踪铁电电容工艺的自适应调节操作电压的电路，基于单管单电容（1T1C型）铁电存储单元，所述单管单电容（1T1C型）铁电存储单元通过一个采样电阻连接有跟踪电路，所述跟踪电路由依次连接的电流采样电路、误差放大器、电压调整器组成，单管单电容（1T1C型）铁电存储单元产生翻转电流流经采样电阻，采样电阻产生的两端电位差被电流采样电路采集，再经过误差放大器与输入误差放大器的参考电压进行比较，将比较结果反馈给电压调整器，输出操作电压。

进一步的，所述电流采样电路，包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、电阻R1-R7，其中电阻R2和电阻R5相同，电阻R3和电阻R6相同，电阻R4和电阻R7相同，电阻R1的一端与电阻R2的一端相连接后接入第一运算放大器A1的反相输入端，电阻R1的另一端与电阻R5的一端相连接后接入第二运算放大器A2的反相输入端，电阻R3的一端与电阻R2的另一端相连接后接第一运算放大器A1的输出端，电阻R6的一端与电阻R5的另一端相连接后接第二运算放大器A2的输出端，电阻R3的另一端与电阻R4的一端相连接后接入第三运算放大器A3的同相输入端，电阻R4的另一端接地，电阻R6的另一端与电阻R7的一端相连接后接入第三运算放大器A3的反相输入端，电阻R7的另一端接至第三运算放大器A3的输出端。

进一步的，所述采样电阻两端分别接入第一运算放大器A1的同相输入端和第二运算放大器A2的同相输入端，即在仪表放大器两输入端Vi1、Vi2分别接入采样电阻两端，电流采样电路的输出端表达式为：。

进一步的，在所述电流采样电路与误差放大器之间可插入多级放大器。

进一步的，所述再经过误差放大器与输入误差放大器的参考电压进行比较，将比较结果反馈给电压调整器，输出操作电压，具体为：所述误差放大器将采样电阻的电压降与参考电压进行比较，将两者的差值信号放大后，反馈给电压调整器的控制端，电压调整器自我调节输出电压的大小，所述输出电压，即极化操作电压，直接驱动位线BL/板线PL读写工作。

进一步的，所述单管单电容（1T1C型）铁电存储单元由一个晶体管和一个铁电电容组成，具体的，铁电电容的一端连接晶体管的第一端，铁电电容的另一端接有板线PL，晶体管的第二端接有位线BL，晶体管的第三端接有字线WL。

进一步的，该电路的操作时序，分为t0、t1、t2、t3、t4五个阶段，具体的：