专利名称：非破坏性读出的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定提供在包含字线与位线的无源矩阵可寻址数据存储装置中的选择的存储单元的逻辑状态的一种方法，其中一个具体的逻辑状态被根据一个预定协议指定唯一的逻辑值；其中所说的单元在电容器状的结构中以电极化状态的形式存储数据，该电容器状的结构包括一个可极化的材料，尤其是能够展现磁滞现象的一种铁电或驻极体材料；其中所说的可极化材料在所说的电容状结构两端没有外加电压的条件下能够保持一个不消失的电极性；其中通过启动所关注存储单元交叉的字线或位线或二者，进行存储单元的选择；其中通过在字线或位线之间外加电位差实现字线或位线的启动，因而使所选单元承受由所加电位差产生的一个小信号探测电压，由此从所说的单元产生一个电流响应；其中所说的小信号探测电压以任意可选择方式与时间相关，并且具有的电压幅度和/或持续时间小于为了引起所说单元的极化状态中的显著的永久改变所需的电压幅度和/或持续时间；其中通过检测来自所说的所选单元的所说的电流响应中的成份，确定所说的逻辑状态；其中该电流响应的成分与所说的小信号探测电压或从该小信号探测电压获得的基准信号暂态相关；并且其中根据所说的电流响应与一组预定的判据的比较而执行关于一个所选单元的逻辑状态的判定。
本发明还涉及执行该方法的设备。
在近几年中，已经出现了以薄膜构成的可极化电介质的数据存储器。在本说明书中尤其感兴趣的是驻极体、以及陶瓷或聚合铁电体，其中单个存储单元的逻辑状态由单元中的该薄膜的极化方向来表示。在铁电体的情况下，通过施加超过该铁电体矫顽磁场的一个适当的直接电场，以期望的方向极化该薄膜，而将数据写入到该存储单元中。这种材料的一个主要优点是，保持其极化而不必连续供电，即该数据存储器被非易失的。
已经展示有在原理上不同的两个主类存储装置的器件结构。
在第一类装置中，每一个存储单元包括至少一个晶体管。整体上是有源矩阵型的存储器结构，与传统的SRAM和DRAM相比的主要优点是该铁电存储逻辑状态的非易失特性。在这些类型的装置中，每一单元中对一个或多个晶体管的需求带来了复杂性以及相对于器件面积而言的数据存储降低的缺点。
在与本申请尤其相关的第二类装置中，存储单元被排列成一个无源矩阵结构，其中的两组互相直交的电极形成在电极之间交叉点的电容状结构的阵列。每一个电容器在电极之间构成具有铁电体薄膜夹层的存储单元。
根据已有技术，通过把幅值足以克服磁滞效应的电场加到关注的每一单元中的材料、并且该单元中的电极性对准该所加电场的方向而将数据写到各个存储单元中或从其读出数据。如果该材料已经被在该场的施加之前的方向上极化，则不出现极化转换而仅有一个小瞬态电流流经该单元。但是，如果该资料被以相反的方向极化，则出现极化转换，引起一个大得多的瞬态电流流经该单元。因此，读出一个单独的存储单元中的逻辑状态，即确定单元中的电极性的方向是通过应用幅度足以超过该铁电体中的矫顽磁场的一个电压、并且检测产生的电流而实现的。
与基于有源矩阵的装置比较，该基于无源矩阵的装置能够被做得高得多的存储单元密度，并且该存储矩阵本身的复杂性小得多。但是，根据已有技术的读出过程是破坏性的，包括在被读出单元中的该数据内容的丢失。因此，如果期望那些数据还被存储，则读出的数据必须写回到该存储装置中。极化转换的一个更严重的结果是疲劳，即可换向的极化作用的逐渐丧失，通常伴随的是需要更高的外加电压到该单元以便实现该极化转换。疲劳限制了能够由一个给定存储单元承受的读出循环的数量，并且因此限制了应用的范围。此外，其导致响应减慢以及该存储装置对于高电压的需求。在一个给定装置中的针对个别存储单元的操作参数中的伴随的逐渐变化不能被事先预测，并且导致需要″最糟情况″设计以及次最佳的操作。
已经做出种种努力来发展技术，以便实现从基于铁电体的存储器的非破坏性读出，同时保持简单的基本存储单元的结构C.J.Brennan在美国专利5343421、5309390、5262983、5151877和5140548中公开了铁电体电容单元以及相关的用于数据存储的基本电路组件。通过探测该小信号电容值而同时地让该铁电体经历适度的偏磁场，即在读出过程中不导致该单元两端的峰值电压超出铁电体中的矫顽磁场的偏磁场，而确定该电容器中的自发极化的方向并且因而该存储单元的逻辑状态。但是，为了使用Brennan描述的方法和装置有某些非常特定的前提，根据在该电极的空间电荷累加的激活现象显然取决于该电极使用的材料以及邻接的铁电体。数据的读出包括该空间电荷的探测，其必须被在与电荷累加相兼容的时标上执行。而且，Brennan的专利不包含关于小信号和偏置电压将被定时以及彼此相关方式的指教，这种指教对于实际装置中的实施是最重要的。也没有关于所讨论的存储单元如何能够被设计、以及在实现有效和可靠读出和写入操作的大阵列中进行寻址的任何指教。
在指定到本申请人的国际专利申请PCT/NO 01/00472中，一套非破坏性读出技术和相关的设备被公开并且结合铁电体薄膜电容存储器装置做了讨论。通过把该存储单元与时间相关的电压组合、引出响应被处理的线性和非线性成分的小信号电流而实现读出，以便确定每一单元的逻辑状态。其中所讨论的存储单元构造很适合于无源矩阵寻址方案，问题是没有公开在实践中将应如何实现。这是一个很重要的事情，其结论将确定上述指出的非破坏性读出方案是否最终可行。
总结已有技术的讨论表明，结合提供在无源矩阵可寻址存储器结构中的存储单元，其中该单元是处在电容的形式，填充有展现磁滞现象的可电极化材料，例如铁电材料，需要的装置和方法应将能够非破坏性地读出数据，而没有来自该矩阵中的非寻址单元的寄生效果来劣化该读出。
本发明的一个主要目的是提供策略和方法，用于非破坏性地读出经无源矩阵排列寻址的所选存储单元的逻辑状态，同时避免由寄生信号影响所造成的测量的劣化，该寄生信号影响尤其是由矩阵中的容性耦合所引起，这种容性耦合将出现在例如从该矩阵中的非寻址单元容性提取的信号(电荷)中，或来自在该矩阵中的环绕该所选单元的电极和单元网络电容提取。
本发明的进一步目的是描述类属过程并且提供用于执行上述策略和方法的特定的装置实例。
本发明的进一步目的是实现从存储装置实质无疲劳地读出，而不需要任何每一读取操作之后的写回。
利用根据本发明的一个方法实现上述目的以及进一步的特点和优点，其特征在于，在选择的字线与位线或字线与位线组上采用时间相关的电位，所说的时间相关的电位以幅度和时间互相协调，以便导致在若干非启动字线和一个启动位线或若干启动位线之间的交叉点和/或在若干非启动位线和至少一个启动字线之间的交叉点处的全部或某些非寻址单元的两端的电压被造成仅包含与所说的小信号探测电压或从该小信号探测电压获得的基准信号暂态相关的可忽略的电压成分。
通常和有利的是，当执行根据本发明的方法之时，仅单一的字线被启动。
在根据本发明的方法中，考虑有利地将非启动字线和/或位线受到具有高保真度的动态跟踪电位的控制，并且将实时电压分别加到启动的位线和/或字线；和/或通过从一个启动位线或若干启动位线得到一个信号的专用信号源控制在非启动字线上的电位，以便动态地跟踪所说的一个启动位线或若干启动位线上的电位；和/或通过从一个启动字线得到一个信号的专用信号源控制在非启动位线上的电位，以便动态地跟踪所说的一个启动字线上的电位；和/或通过采用切换和接线而把在非启动位线上的电位电锁存到一个启动字线或若干启动字线上的电位而控制在非启动字线上的电位；和/或通过采用切换和接线而把在非启动字线上的电位电锁存到在一个启动字线上的电位而控制在非启动位线上的电位。
在根据本发明的方法中，考虑有利地采用考虑有利地采用连接到每一启动位线的一个启动电子电路，其将一个启动位线上的电位保持在一个预定值，并且最好的随即选择所说的预定值作为一个系统的地电位。而且，最好是所有的位线都是启动位线。而且，在该连接中，最好提供一个多路复用器或通门组合，在一个时间把一个启动位线连接到把所说的一个启动位线上的电位保持在该预定值的一个启动电子电路；或者，最好提供一个多路复用器或通门组合，在一个时间把选择的启动位线组连接到把所说的一个启动位线上的电位保持在该预定值的一个启动电子电路的组。而且在该连接中，该启动电子电路最好把关于该充电或电流流动的信息提供到一个启动位线。
在根据本发明的方法中，有利地考虑把非启动字线和/或非启动位线通过通门或开关的组合而锁存到一个系统地电位。
在根据本发明的方法中有利地考虑提供一个多路复用器或通门，以便在一个时间把一个启动字线连接到一个电子电路，其根据一个预定的协议控制在所述一个启动字线上的电位，随后在所说的一个启动字线上的电位最好包括一个小信号探测电压和一个背景偏置电压的叠加。
在根据本发明的方法的第一实施例中，利用一个矩形波串方法分析来自所选存储单元的电流响应，所说的矩形波串方法采用从控制在一个启动字线和/或一个启动位线或若干启动位线上的电位的电路获得的定时信号。
在方法根据本发明的第二实施例的中，来自所选存储单元的电流响应是利用一个锁定方法分析的。在该连接中，最好是利用从所说的所选存储单元两端施加的电压的探测电压成分获得的基准信号执行该分析；或者是利用从该所选存储单元两端施加的一个电压的偏置电压成分获得的基准信号执行该分析；或利用双基准信号执行分析，一个基准信号是从探测电压成分获得和一个基准信号是从该所选存储单元两端施加电压的偏置电压成分获得；或使用至少之一下面的主频率成分执行该电流响应的分析，即在其中所说的探测电压包含单一主频率的情况下的一个探测电压的基础或高次谐波(第二、第三…)、或所说的探测电压的一个或多个成分的基础或高次谐波(第二、第三…)，其中所说的成份包含两种或更多分离的主频率，或通过添加和/或减去所说的两种或更多主频率产生的频率之和或频率之差。
上述目标以及进一步的特征和优点也将以执行本发明方法的第一设备实现，该设备特征在于包括分别被提供用于每一位线和与其连接并且箝位到虚地的检测放大器电路；连接到每一个检测放大器电路的输出的分别的锁定放大器，以及具有用于一个基准信号的输入端和用于一个读出信号的输出端；输出端连接到用于提供一个基准信号的锁定放大器的基准信号输入端的一个组合偏置电压和信号源；与该组合偏置电压和信号源的另一输出端连接的一个启动字线驱动器；所说的启动字线驱动器把一个输出端连接到一个多路复用器，用于选择一个启动字线和被可连接地提供在该字线的一个未端；并且提供在该字线另一末端的一个通门组合，用于把全部非启动字线箝位到地，从而该设备实现在一个启动字线上的全部存储单元的并行读出。
上述目标以及进一步的特征和优点也能以用于执行根据本发明方法的一个第二设备实现，该设备表征在于包括连接在该位线一个末端的一个多路复用器；连接到该位线多路复用器并且箝位到虚地的一个检测放大器电路；连接到该检测放大器电路的输出端、并且有用于基准信号的一个输入端和用于读出信号一个输出端的一个锁定放大器，所说的位线多路复用器提供一个用于读出的启动位线的选择、一个组合偏置电压和信号源，将输出端与该锁定放大器的基准信号输入端连接，以便提供一个基准信号；连接到该复合偏置电压的另一输出端的一个启动字线驱动器和信号源；所说的启动字线驱动器把一个输出端连接到一个多路复用器，用于选择一个启动字线，并且被可连接地提供在该字线的一个末端；提供在该字线另一末端的第一通门组合，用于把全部非启动字线箝位到地电位，可连接提供到该位线的另一末端的第二通门组合，用于把全部非启动位到箝位到地电位，并且从而能够根据一个适当的时间规程，与该检测放大器电路的一个顺序读出结合而并行寻址在一个启动字线上的全部存储单元。
从下面参照附图对本发明最佳实施例的详述讨论，本发明将变得显见，其中
图1示出用于铁电体类型的存储器材料的一个常规磁滞曲线，图2是例如本发明使用的无源矩阵寻址的铁电存储器的存储器装置中的电极，图3是通常的小信号电流响应现象，例如铁电体单元的小信号电流响应现象，图4a是以根据本发明的方法获得读出电压图案的一个实例，图4b是对应于该读出电压图案的电位图案，图5是根据本发明方法的第一实施例的原理，图6是图5中的实施例的一个变型，图7是图6中的实施例的另一个变型，图8是本发明使用的一个检测放大器电路的实例，图9是根据本发明方法的第二实施例的原理，图10是用于执行根据本发明方法的第二实施例的本发明对应第一设备的结构，以及图11是用于执行根据本发明方法的第二实施例的一个第二设备的结构。
在更详细地描述本发明之前，将简略讨论本发明那通常背景。
图1示出用于一个铁电材料的通常磁滞曲线，具有零外场中的两种稳定的极化状态，分别由指定的逻辑状态″O″和″1″表示。
磁滞曲线给出以微法拉/cm2电极化与以伏特电位的函数关系。图1中，正极化表示为逻辑″0″，而负极化表示为逻辑″1″。而且，VC表示矫顽性电压、PR给出剩余极化、 是饱和电压的电位与剩余极化PR之间的差。P*最终表示当极性反相时的极化总体改变，如可以出现在一个存储单元的破坏性读出的当存储单元从逻辑″0″切换到逻辑″1″时的情况。
图2示出作为以无源矩阵可寻址铁电存储器共同采用的电极装置。存储器介质本身，即该铁电材料，分别提供在平行电极WL1-WLm(称为水平电极)的一个第一行和平行电极BL1-BLn(取向正交与第一组电极并且称为垂直电极)的一个第二行的夹层之间，如此形成一个直交的电极矩阵。在把电压分别施加到水平和垂直电极上之时，在矩阵中的电极的交叉点或相交点形成存储单元。在把一个电压施加到具体的水平和垂直电极上之时，在所讨论存储单元的两端将形成一个电位，并且将按照可适用或根据预定的协议，获得分别对应于逻辑″O″和逻辑″1″的正或负类别的电极化。
在本发明中，将尤其关注上面评论的现有技术中涉及类型的某些具体非破坏性读出方案，并且考虑与本发明的相关结合。通常，通过在关注的所选单元两端应用小信号时间变化测试电压，而同时提供具有比该小信号测试电压的时间变化更缓慢的一个叠加偏压，以测量该关注存储单元的小信号响应来进行读出。通常通过记录该记录的小信号响应对于该偏压的依存关系，显示该逻辑状态。该偏压可被选择根据一个预定的方案改变，例如在相同或相反极性的两个值之间的切换或在两个极值之间周期地调制。该小信号响应可以是例如在小信号测试电压的频率的存储单元的电容，或可以是一个高次谐波响应信号的幅度或相位。
保持参照图2使用的描述相同，下列名称将用于下面的说明，即把水平电极WL表示为字线，而垂直电极BL表示为位线。那些被选择用于写入、读取、擦除或更新的存储单元被称为所选单元，同时其余存储单元被称为非所选单元。连接到一个或多个所选单元的字线WL被称为启动字线(缩写为AWL)，而连接到一个或者多个所选单元的位线BL被称为启动位线(ABL)。相应地，没有连接到任何所选单元的字线WL和位线BL被分别称为非启动字线(IWL)和非启动位线(IBL)。
在无源矩阵可寻址存储器阵列中的数据存储、读出和擦除中的基础和反复出现的问题是在矩阵中的电极和存储单元的网络中的大量的电链接。
因此，加到一组互相交的字线与位线、以便寻址矩阵中的一个给定的单元或一组给定单元的一个电压可以同时使得在该矩阵中的非寻址的单元受到可能干扰其逻辑状态的电压的影响，即这种非寻址单元可能会造成劣化的从寻址单元测量的响应电荷。这一点可以参照图2说明。假设例如期望读出在如图所示矩阵中的在启动字线AWL和启动位线ABL之间重叠的存储单元1的逻辑状态。还假设通过把一个时间相关的电压加到该单元1来执行该读出以及产生电流响应的测量。因为测量被通过连接到该矩阵边缘的启动字线与位线AWL、ABL执行，所以加在那些线上的电位也在连接到那些线的非寻址单元感应到。因而，根据贯穿该矩阵的电位和阻抗的整体分布，来自大量非寻址单元的寄生信号可加到来自该寻址单元1的测量响应。考虑到实际装置将包括具有数百或几的字线与位线，此问题能由电子技术中的技术人员容易地理解。
在以结构简化并且灵活的方式结合高存储单元密度中，无源矩阵寻址是唯一的。但是就本发明人所知，没有任何现有相关技术能解决在采用了上述Brennan的专利(即上述国际专利申请PCT/NO01/00472)或类似的方案中指教的非破坏性读出类型方案的无源矩阵可寻址存储器装置中的寄生信号的问题。如果这种非破坏性读出方案不能与现实和高效的寻址装置结合，则这种非破坏性读出方案将依然只有学术上的意义。
如在介绍中所言，虽然本发明旨在消除例如由容性耦合引起的寄生信号的影响，但是应该理解的是，在应用根据本发明的方法的一个无源矩阵可寻址存储器中，还可能出现感应或辐射耦合，引起来自在矩阵中的电极的网络和环绕该所选单元的单元的感应或辐射。当考虑该存储矩阵能被看作一个容性、感性和组性部件的一个网络、其中具有频率分量的附加时间变化电压或电流可在该矩阵中流动时，将可能更容易理解这一点。但是，在大的无源可寻址存储器矩阵上并且根据使用一个矩阵的简化模型，即在该矩阵中的不同线之间的连接能够使用容性、感性和组性集总元件的一个集中参数电路描述的情况下，进行了模拟研究。根据模仿具有合理精度的实际装置的现象的一个二维模型的场模拟，可以料想该容性耦合是寄生信号影响的主要原因，而在实践中的感性耦合能够被忽略。而且出现的辐射效应可以忽略。即使该矩阵中的信号流可能有频率分量，但是该信号能够被认为是时间慢变的并且相应频率低。任何容性和感性耦合都能够被认为是近场效应，并且该矩阵的实际尺度还保证将不出现延迟效应。在1GHz的电磁波的波长是33cm，而应用根据本发明的方法的装置将符合标准的微电路技术的尺度，即具有数量级为几个毫米到比如1cm的线性尺度。增加存储密度，即增加存储装置的单元密度，可能使得更易于有寄生效应，但是该线宽、间距、单元尺寸的任何按比例减低将不改变电荷密度，并且在该工作电压中的场强也伴随有对应的降低。总之，在任何情况下的所讨论的存储装置都能够在实际上被主要地视为由一个网络中的许多容性结构或许多电荷构成，所说的电荷或是静态的或仅在寻址操作过程中稍受影响的电荷，至多引入近场耦合效应，具有的频率远低于被认为是促生任何辐射耦合出现的频率。从上述考虑的观点来看，下面对根据本发明的方法和设备的具体实施例的讨论则应该理解为实质上仅与由容性耦合产生的寄生信号影响的降低相关，而与感性或辐射耦合无关。
现在将详细地讨论本发明，并且以更具体术语说明各种最佳实施例。
本发明的基本思想源于这样的考虑，即从流经单元的电流和该矩阵中的电极得到的寄生信号由电位差驱动。简单地说，如果矩阵的全部总是被保持在等电位，则将停止电流的流动。但是，其中的相关读出过程要求所选单元将经受一个时间一个时间变化的电压。
根据本发明，该问题的解决是通过把时间相关的电位施加到矩阵中的电极，使得在该所选单元两端出现适当的偏置和探测电压，同时全部非所选单元都在一个动态检测中都有在它们两端的零压。这一点的实现是通过在字线与位线上的电位的相关驱动在时间和幅度上使得处于非所选单元交叉点的字线与位线具有彼此锁定的电位。因此，如果在一个给定非所选单元处的字线电位被受迫执行变化，以精确并且实时地模仿在连接到相一单元的位线上所施加的相关电位，则一个动态等电位将产生在所说的单元两端。如将被结合下面最佳实施例描述的那样，在所说的非寻址单元交叉处的字线与位线可能都具有互相前后紧接的时间相关的电位，即它们可能都被箝位到相同的准静态电位。
现将借助于图3和图4说明其基本原理。图3提供了分别以对应于逻辑″0″和逻辑″1″方向极化的存储单元的小信号电流响应作用。图4a提供了通过利用叠加在方波偏置电压上的小信号正弦曲线探测电压选择的存储单元感测的电压读出图案。假设该存储单元展现的该小信号电容与电压作用的函数关系在图3示出。能够看到，能够通过施加一个偏压并且记录伴随的电容改变而确定逻辑状态″0″和″1″。该偏压可以是时间相关的，并且施加为例如一个正弦或矩形波，具有的特征周期比用于测量该电容的小信号电压慢得多。中后一情况中，感测的所选单元的两端的电压将按照时间变化，如图4a表示。此电压由图4b中标记为IWL和ABL的曲线的、在该所选单元交叉位置的启动字线和启动位线之间的即时电位差产生，其中该启动字线和启动位线电位被选择为反相位的正弦波。如果控制该非启动字线以使其模仿由图4b中IWL标记的曲线表示的启动位线电位，则在IWL和ABL之间的净电位差(其对应于由该启动位线上的全部非所选单元感测的电压)能够被视为总是零。因此，当由连接到该启动位线的感应电路记录该电流响应时，除了所选的一个单元之外，全部单元两端的净电压都将为零。
在许多实际情况中，在非寻址单元的每一侧上的确切匹配电位的简单过程需要被扩展和修改。根据逻辑状态识别的模式(电容与偏压的函数关系、二次或高次谐波、和或差频)，来自寄生电流的多数破坏性信号影响一般是出现在被从加到所选存储单元的电压的特有的低频偏置成分中包含的那些信号中完全去除的频率之处。因此，在大多数情况下，仅在某些从所选存储单元上施加的总体电压获得的具体频率之处，才需要施加字线与位线的动态电位均衡。这种情况的一个简单实例是，其中以叠加在频率为Ω的一个低频偏压上叠加一个频率为ω的一个高频探测电压执行电容与偏压函数的测量。假设线性响应，则在此情况中足以在频率ω执行非所选单元两端的字线与位线电位的均衡。
首先的并且如本介绍中提到的那样，本发明旨在消除或降低容性耦合。因此本发明的一个最重要的方面是消除该读出过程中的容性提取。
在高频，读出还可能会由矩阵中别处的字线与位线的感性和辐射耦合引起寄生提取所劣化。尽管如在前部分中所示的那样这两种耦合较少涉及，但是本发明的进一步的而非完全不重要的方面是最小化由这种耦合而产生的寄生信号提取。这是根据本发明的实施例的一个种类实现的，其中规定，在读出周期期间，全部非地址字和位线都被引起共同执行电位变化，以便模拟施加在启动位线或位线组上的相关的信号成分。这当然将忽略延迟效应，但是大部分实际存储装置中，每一寻址矩阵将是足够小，并且频率足以低，而使得这种近似是有效的。
图4a和4b给出的独单元激励实例示出了如何通过在全部非启动字线上的电压协调应用而避免从交叉该启动位线的非启动字线上的非寻址单元出现的容性提取，使得在该寻址单元两端出现该非可以忽略的小信号激励电压。在下面将描述把本发明的原则指教结合到包含将被寻址的多个字线与位线的矩阵中的问题，以及某些最佳实施例。当然，这些实施例决不表示本发明的全部范围。
将参照图5-8讨论根据本发明方法的第一实施例，其中随机地寻址单一存储单元。
图5中示出以启动字线AWL和启动位线ABL执行的从单一存储单元读出一个无源矩阵的情况，启动字线AWL和启动位线ABL都与该非启动字线与位线隔离。
具体地说，图5示出如何通过在全部非启动字线与位线IWL、IBL上的电压的协调应用而避免来自与该启动字线与位线AWL、BWL交叉的非寻址单元的容性提取，以便在该寻址的单元1的两端仅出现非可以忽略的电压。如能从图中所见，通过镜像在该启动位线ABL上的即时电位的全部非启动字线IWL以及同时镜像在启动字线AWL上的即时电位的全部非启动位线IBL来实现这一点。以此方式，在该启动字线AWL上的任何非寻址单元的两端没有电压出现，并且同时在启动位线ABL上的任何非寻址单元的两端没有电压出现。
在图5示出的方案中，启动和非启动字线与位线是从两个分离但是互相协调的信号发生器2、2′馈送，从而能够通过一个大范围的技术和硬件直接在该启动字线与位线的两端执行关于寻址单元1的电容测量。
图6示出在该启动位线ABL上的一个检测电路3检测电流响应的方式，同时该启动字线AWL由具有低电源阻抗的信号源2馈入。如图所示，非启动位线IBL可有选择地连接到该启动字线AWL。图6示出可以被看做图5方案的一个子类的内容，其中非启动位线IWL被直接电压夹紧到该启动字线AWL。字线信号源2被假没为″恒电压源″，即具有很低的电源阻抗，并且该电流响应由一个读出放大器3检测，其记录了按照实施的读周期的电压规程流入该启动位线ABL的电流。利用图5所示的从属产生器2′，产生该非启动字线IWL上的电位，以便镜像在该启动位线ABL上的电位。虽然该非启动位线IBL不通过非所选单元对该启动位线ABL提供一个电容性电流贡献，但是图6中的方案具有某些有用的属性，例如经过该电位提供对于非启动位线IBL的控制。当然，一个更简单的方案是允许非启动位线浮动。
图7示出一个与图6所示类似的方案，同样具有所选单元1，但是现在通过从属信号源2′把电极矩阵中的全部线WL、BL都箝位到启动位线电位。因此图7示出图5方案的另一子类。其中，除了启动字线AWL之外的该矩阵中的全部线都箝位到启动位线电位。此方案的一个优点是，不仅相交该启动位线ABL的全部非启动字线IWL被作为寄生信号源去除，而且消除来自该矩阵的其它部分的提取，具体地说消除来自邻近位线的容性拾取。
根据图5、6和7所示的本发明第一实施例的本变型，保证了无论启动位线ABL在何处相交一个非启动字线IWL，在该点的单元都经历近零的端压，并且来自该寻址的单元1仅有流经该读出放大器3的非可以忽略的位线电流。检测放大器电路3可以构成如图8所示，其示出如何能够以虚地定义启动位线ABL。对于测量电容来说这是一个标准设置，而且能够被用于与本说明书相关的任意检测方式。通过采用具有高增益的运算放大器，输入端以及因此该位线可被箝位在一个可以随意选择的期望电位，，但是在许多实际情况中将应与系统的地相同。在这种情况下，连接到该启动位线ABL的点将自此以后应定义为虚地。通过采用具有虚地的一个检测电路，从图7看到，除了该启动字线AWL之外的整个矩阵保持在地电位。从简化和屏蔽抵消寄生信号提取的角度考虑，这显然是有益的结果。在此情况中的所选单元1两端的电压摆动(偏置和探测电压)将是完全来自该启动字线AWL，但是保持了非所选单元两端电位的均衡的基本原理。
现在将参照图9讨论根据本发明方法的字线WL被并行寻址的第二实施例。同样使用的是无源矩阵寻址，但是目前将同时寻址在一个字线上的全部存储单元的列，而同时抑制寄生信号。
在第二实施例中，通过连接到图9的每一个位线BL的专用电路读出与一个或者多个、可能全部其它位线平行的每一个位线。因此，利用全部非启动字线IWL箝位到一个选择的电位，例如地电位，同时把该启动字线AWL连接到提供偏压以及小信号测试电压的信号发生器2，则除该单一寻址字线AWL之外的整个矩阵能够被保持在整个读周期中处于共同的电位。此信号发生器2具有低电源阻抗，即能够在连接的启动字线AWL上保持程序的偏压和测试信号电压而不受与位线交叉的电流消耗的影响。每一单独的位线BL都具有与其相关的检测放大器电路3，例如类似于图7所示的检测放大器电路，从而能够确定流入每一个位线的电流。在检测放大器输入端以及因此该位线BL的电位被保持在虚地，保证在该链接位线BL的单元不出现对非启动(非寻址的)字线IWL的容性电荷转移。
在本实施例中，可获得两个重要优点1)除了消除从启动位线ABL上的非寻址单元的费用容性提取之外，还希望最小化容性串扰，以及在该寻址矩阵中的其它位置字线与位线的感性或辐射耦合。随着信号频率的增加和/或字线与位线之间的物理距离的减少、即随着装置的设计朝着高性能的方向发展，这样的问题被加剧。利用本最佳实施例，由于整个矩阵(除了启动字线之外)能够保持在相同的电位，例如保持在地电位，所以能够实现大大降低对该读出信号的寄生提取的影响。这将提供机会来大大减小对读出信号的寄生提取的影响。
2)由于每一位线BL相交该启动(地寻址)字线AWL并且提供有其分离的读出放大器3，所以有可能从该寻址字线AWL上的全部单元并行读出，具有从该矩阵输出数据速率的同比增加。
对于电子技术技术人员显见，该第二实施例提供了通过直接布线而实现简化电位控制的可能性。
这一点将结合图10和11讨论，其图10和11分别示出第一和第二设备的设计，两个设备都用于实现根据本发明的第二实施例。
在上述完整字线存取方案中，假设每一个位线都具有与其相关的一个专用检测放大器电路3。通常，期望尽可能相邻地把单元填充在该矩阵中，意味着该位线间距应该最小化。但是，这将导致沿着矩阵边缘的检测放大器电路的阵列拥挤，并且随着读出放大器电路的复杂性的增加而加剧该问题。
避免该拥挤问题的一种方法是，通过利用较少的固定消耗开关或布线把字线驱动电路和位线检测放大器电路连接到矩阵中的该字线与位线WL、BL而降低驱动电路和位线检测放大器电路的数目。为此目的，图10具体示出根据本发明的用于实施一个全字读出方案的第一设备，结合具有将该位线箝位到虚地的检测电路的位线BL，采用一个时间复用启动字线连接，与到地电位的非启动字线WL的切换箝位同步。在每一个位线BL的末端，连接类似于图8所示一个检测放大器电路3并且箝位到虚地。每一个检测放大器电路3连接有一个锁定放大器4，具有用于读出信号的一个输出和用于基准信号的输入。通过组合的偏置电压以及具有连接到该锁定放大器4的基准输出信号的信号源5而产生基准信号。偏压和信号源5还具有到启动字线驱动器6的输出，字线驱动器6把一个输出端连接到多路复用器7，选择用于读出的一个字线WL，即该启动字线AWL，而同时适当地偏置非启动字线IWL。字线的反端被连接到一个通门组合8，通过使用适当的开关装置8′而实现该非启动字线IWL到地的箝位。因此能够读出一个完整的字线，即能够并行读出其中位线BL交叉启动字线AWL的整个存储单元1。
图11示出根据本发明的第二设备并且相当类似于图10的设备，但是现在具有到检测电路的时间复用位线BL的连接。图11中的设备通过可连接在位线BL末端的一个启动位线多路复用器9将信号检测放大器电路3与所选启动位线ABL连接。如同以前，该检测放大器电路3箝位到虚地，其输出连接到单一锁定放大器4的输入，单一锁定放大器4具有来自组合偏置电压和检测信号源5的用于读出信号的第一输出端和用于基准信号的一个输入。组合偏置电压和信号源5、启动字线驱动器6和启动字线多路复用器7的设计与图10中的设计相同，而且过程相同的功能。而且，图11中的设备的字线WL的另一端被连接到通门组合8，使得非启动字线WL通过切换装置8箝位到地。但是，在图11的装置中，在位线BL的末端又提供了一个非启动位线通门组合10，类似地使用切换装置10′，使得非启动位线BL被箝位到与非启动字线相同的地电位。
如能所见到的那样，图11中的设备实现了整列的读出方案，在某种程度类似在属于本申请人的专利申请中描述的用于破坏性读出的整列读出方案。然而，重要的是要注意到与破坏性读出方案的情况相反，整列读出能够结合复用实现，毫无数据的损失。由于是在非破坏性的情况下的读出，在给定读周期中没被切换或路由选择寻址位线上的单元将保持其逻辑状态。因此，能够结合在检测放大器电路中的顺序地读出而重复地应用整字线激励来读出单元的一个整列。
本专业技术人员应该显然理解，根据本发明的方法和设备的实施例仅是通过示例的方式给出而决不被认为是限制。在不对于根据本发明的方法做任何限制的条件下，本专业技术人员显然能够设计各种方案实现必要的切换、驱动和复用功能来执行根据本发明的方法，使得当跨接非寻址单元的电位差被转到零时，将在任何情况下实现本发明的主要目的，即消除在利用可极化存储器材料的电容状结构的可寻址存储器阵列的无源矩阵中的容性耦合。
权利要求
1.一种用于确定提供在包含字线与位线的无源矩阵可寻址数据存储装置中的被选存储单元的逻辑状态的方法，其中一个具体的逻辑状态被根据一个预定协议指定唯一的逻辑值，其中所说的单元在电容器状的结构中以电极化状态的形式存储数据，该电容器状的结构包括一个可极化的材料，尤其是能够展现磁滞现象的一种铁电或驻极体材料；其中所说的可极化材料在所说的电容状结构两端没有外加电压的条件下能够保持一个非消失的电极性；其中通过启动所关注存储单元交叉的字线或位线或二者，进行存储单元的选择；其中通过在字线或位线之间外加电位差实现字线或位线的启动，因而使所选单元承受由所加电位差产生一个小信号探测电压，从而从所说的单元产生一个电流响应；其中所说的小信号探测电压以任意可选择方式与时间相关，并且具有的电压幅度和/或持续时间小于为了引起所说单元的极化状态中的显著的永久改变所需的电压幅度和/或持续时间；其中通过检测来自所说的所选单元的所说的电流响应中的成份，确定所说的逻辑状态；其中该电流响应的成分与所说的小信号探测电压或从该小信号探测电压获得的基准信号暂态相关；并且其中根据所说的电流响应与一组预定的判据的比较而执行关于一个所选单元的逻辑状态的判定，特征在于在选择的字线与位线或字线与位线组上采用时间相关的电位，所说的时间相关的电位以幅度和时间互相协调，以便导致在若干非启动字线和一个启动位线或若干启动位线之间的交叉点和/或在若干非启动位线和至少一个启动字线之间的交叉点处的全部或某些非寻址单元的两端的电压被造成仅包含与所说的小信号探测电压或从该小信号探测电压获得的基准信号暂态相关的可忽略的电压成分。
2.根据权利要求1的方法，特征在于，在一个时间启动单一字线。
3.根据权利要求1的方法，特征在于，使得非启动字线和/或位线受到具有高保真度的动态跟踪电位的控制，并且将实时电压分别加到启动的位线和/或字线。
4.根据权利要求3的方法，特征在于，通过从一个启动位线或若干启动位线得到一个信号的专用信号源控制在非启动字线上的电位，以便动态地跟踪所说的一个启动位线或若干启动位线上的电位。
5.根据权利要求3的方法，特征在于，通过从一个启动字线得到一个信号的专用信号源控制在非启动位线上的电位，以便动态地跟踪所说的一个启动字线上的电位。
6.根据权利要求3的方法，特征在于，通过采用切换和接线把在非启动字线上的电位电锁存到在一个启动字线或若干启动字线上的电位而控制在非启动字线上的电位。
7.根据权利要求3的方法，特征在于，通过采用切换和接线把在非启动字线上的电位电锁存到在一个启动字线上的电位而控制在非启动位线上的电位。
8.根据权利要求1的方法，特征在于，采用连接到每一启动位线的一个启动电子电路，将一个启动位线上的电位保持在一个预定值。
9.根据权利要求8的方法，特征在于，所选所说的预定值作为一个系统地电位。
10.根据权利要求8的方法，特征在于，全部位线都是启动位线。
11.根据权利要求8的方法，特征在于，提供一个多路复用器或通门组合，在一个时间把一个启动位线连接到一个启动电子电路，把在所说的一个启动位线上的电位保持在该预定值。
12.根据权利要求8的方法，特征在于，提供一个多路复用器或通门组合，在一个时间把选择的启动位线集合连接到把所说的一个启动位线上的电位保持在该预定值的一个启动电子电路的集合。
13.根据权利要求8的方法，特征在于，所说的启动电路提供关于流入所说的启动位线的电荷或电流的信息。
14.根据权利要求1的方法，特征在于，通过通门或开关的组合把非启动字线锁存到系统地电位。
15.根据权利要求1的方法，特征在于，通过通门或开关的组合把非启动位线锁存到系统地电位。
16.根据权利要求1的方法，特征在于，提供一个多路复用器或通门组合，在一个时间把一个启动位线连接到一个启动电子电路，根据一个预定的规程控制在所说的一个启动字线上的电位。
17.根据权利要求16的方法，特征在于，在所说的一个启动字线上的所说的电位包括一个小信号探测电压和一个背景偏置电压的叠加。
18.根据权利要求1的方法，特征在于，利用一个矩形波串方法分析来自所选存储单元的电流响应，所说的矩形波串方法采用从控制在一个启动字线和/或一个启动位线或若干启动位线上的电位的电路获得的定时信号。
19.根据权利要求1的方法，特征在于，以一个锁定方法分析来自所选存储单元的电流响应，所说的锁定方法采用从控制在所说的启动字线和/或所说的启动位线上的电位的电路获得的频域中的一个或者多个基准信号。
20.根据权利要求19的方法，特征在于，利用从施加在所说的所选存储单元两端的电压的一个探测电压成分获得的一个基准信号执行所说的分析。
21.根据权利要求19的方法，特征在于，利用从施加在所说的所选存储单元两端的电压的一个偏置电压成分获得的一个基准信号执行所说的分析。
22.根据权利要求19的方法，特征在于，利用双基准信号执行所说的分析，一个基准信号是从探测电压成份获得，而一个基准信号是从施加在所说的所选存储单元两端的电压的偏置电压成分获得。
23.根据权利要求19的方法，特征在于，使用至少下列之一的主频率成分分析该电流响应即在所说的探测电压包含单一主频率的情况中的一个探测电压的基础或高次谐波(第二、第三…)、或所说的探测电压的一个或多个成分的基础或高次谐波(第二、第三…...)，其中所说的成份包含两种或更多分离的主频率，或通过添加和/或减去所说的两种或更多主频率产生的频率之和或频率之差。
24.用于执行根据权利要求1方法的一个设备，其中该设备被与具有在一个无源可寻址矩阵中的存储单元的铁电存储装置连接并且形成其一部分，该无源可寻址矩阵具有形成该存储装置的字线(WL)的第一电极组和形成其位线(BL)的第二电极组，所说的设备特征在于包括分别被提供用于每一位线(BL)和与其连接并且箝位到虚地的检测放大器电路(3)；连接到每一个检测放大器电路(3)的输出的分别的锁定放大器(4)，以及具有用于一个基准信号的输入端和用于一个读出信号的输出端；输出端连接到用于提供一个基准信号的锁定放大器(4)的基准信号输入端的一个组合偏置电压和信号源(5)；与该组合偏置电压和信号源的另一输出端连接的一个启动字线驱动器(6)；所说的启动字线驱动器(2)把一个输出端连接到一个多路复用器(7)，用于选择一个启动字线和被可连接地提供在该字线(WL)的一个未端；并且提供在该字线(WL)另一末端的一个通门组合(8)，用于把全部非启动字线(IWL)箝位到地，从而该设备实现在一个启动字线(AWL)上的全部存储单元的并行读出。
25.用于执行根据权利要求1方法的一个设备，其中该设备被与具有在一个无源可寻址矩阵中的存储单元的铁电存储装置连接并且形成其一部分，该无源可寻址矩阵具有形成该存储装置的字线(WL)的第一电极组和形成其位线(BL)的第二电极组，并且其中该设备特征在于包括连接在该位线(BL)一个末端的一个多路复用器(9)；连接到该位线多路复用器(10)并且箝位到虚地的一个检测放大器电路(3)；连接到该检测放大器电路(3)的输出端、并且有用于基准信号的一个输入端和用于读出信号一个输出端的一个锁定放大器(4)，所说的位线多路复用器(9)提供一个用于读出的启动位线(ABL)、一个组合偏置电压和信号源(5)，将输出端与该锁定放大器(4)的基准信号输入端连接，以便提供一个基准信号；连接到该复合偏置电压的另一输出端的一个启动字线驱动器(6)和信号源(3)；所说的启动字线驱动器把一个输出端连接到一个多路复用器(7)，用于选择一个启动字线(AWL)，并且被可连接地提供在该字线(WL)的一个末端；提供在该字线(WL)另一末端的第一通门组合(8)，用于把全部非启动字线(IWL)箝位到地电位，可连接提供到该位线(BL)的另一末端的第二通门组合(10)，用于把全部非启动位线(IBL)箝位到地，从而能够根据一个适当的时间规程，与该检测放大器电路(3)的一个顺序读出结合而并行寻址在一个启动字线(AWL)上的全部存储单元。
全文摘要
一种用于确定在具有字线与位线的无源矩阵可寻址数据存储装置中的存储单元的逻辑状态的方法，利用一个探测电压检测和相关电流响应的成分，并且将一个时间相关的电位施加在所选字线与位线或字线与位线组上，所说的电位在幅度和定时上互相协调，以便使得在非启动字线和启动位线之间的该非寻址的全部或某些的两端的电压仅包含与探测电压暂态相关的可忽略的电压成分。用于执行该方法的本发明的第一设备利用(3；4)提供在一个启动字线(AWL)上的全部存储单元的顺序读出。通过多路复用器(7)选择一个启动字线(AWL)，同时在读出期间把非启动字线(IWL)箝位到地。用于执行该方法的第二设备相当类似，但是仅有单一检测电路(3，4)。由多路复用器(7)选择一个启动字线(AWL)并且由提供在位线(BL)末端和检测电路(3，4)输入端之间的多路复用器(9)选择位线(ABL)，同时在读出期间把非启动字线与位线(IWL；IBL)箝位到地电位。
文档编号G11C7/12GK1494719SQ02805531
公开日2004年5月5日 申请日期2002年2月15日 优先权日2001年2月26日
发明者P·-E·诺达尔, H·G·古德森, G·I·莱斯塔德, P -E 诺达尔, 古德森, 莱斯塔德 申请人:薄膜电子有限公司