FRAM(鐵電隨�(jī)存取存儲器)是被稱為FeRAM。這種存儲器采用鐵電質(zhì)膜用�電容器來存儲�(shù)�(jù)。FRAM具有ROM(只讀存儲器)和RAM(隨�(jī)存取器)的特�,在高速讀寫入、高讀寫耐久�、低功耗和防竄改方面具有優(yōu)��
FRAM即鐵電存儲器,F(xiàn)RAM利用鐵電晶體的鐵電效�(yīng)實現(xiàn)�(shù)�(jù)存儲,鐵電晶�的結(jié)�(gòu)如圖1所示。鐵電效�(yīng)是指在鐵電晶體上施加一定的電場�,晶體中心原子在電場的作用下運動,并�(dá)到一種穩(wěn)定狀�(tài);當(dāng)電場從晶體移走后,中心原子會保持在原來的位置。這是由于晶體的中間層是一個高能階,中心原子在沒有獲得外部能量時不能越過高能階到達(dá)另一�(wěn)定位�,因此FRAM保持?jǐn)?shù)�(jù)不需要電壓,也不需要像DRAM一樣周期性刷�。由于鐵電效�(yīng)是鐵電晶體所固有的一種偏振極化特�,與電磁作用無關(guān),所以FRAM存儲器的�(nèi)容不會受到外界條件(諸如磁場因素)的影響,能夠同普通ROM存儲器一樣使用,具有非易失性的存儲特��
FRAM的特點是速度�,能夠像RAM一樣操�,讀寫功耗極低,不存在如E2PROM的寫入次�(shù)的問題;但受鐵電晶體特性制�,F(xiàn)RAM仍有訪問(讀)次�(shù)的限��
與傳�(tǒng)存儲器相比,F(xiàn)RAM具有下列�(yōu)勢:
非易失�
即使沒有上電,也可以保存所存儲的信息�
與SRAM相比,無需后備電池(環(huán)保產(chǎn)品)
更高速度寫入
像SRAM一樣,可覆蓋寫�
不要求改寫命�
對于�/寫操�,無等待時間
寫入循環(huán)時間 =讀取循�(huán)時間
寫入時間� E2PROM�1/30,000
具有更高的讀寫耐久�
確保1012次循�(huán)�100萬億循環(huán)�/位的耐久�
耐久性:超過100萬次� E2PROM
具有更低的功�
不要求采用充電泵電路
功耗:低于1/400的E2PROM
FRAM的存儲單元主要由電容和場效應(yīng)管構(gòu)成,但這個電容不是一般的電容,在它的兩個電極板中間沉淀了一層晶�(tài)的鐵電晶體薄�。前期的FRAM的每個存儲單元使�2個場效應(yīng)管和2個電容,稱為“雙管雙容”(2T2C�,每個存儲單元包括數(shù)�(jù)位和各自的參考位�
FRAM保存�(shù)�(jù)不是通過電容上的電荷,而是由存儲單元電容中鐵電晶體的中心原子位置�(jìn)行記�。直接對中心原子的位置�(jìn)行檢測是不能實現(xiàn)的。實際的讀操作過程是:在存儲單元電容上施加一已知電場(即對電容充電),如果原來晶體中心原子的位置與所施加的電場方向使中心原子要達(dá)到的位置相同,中心原子不會移�;若相反,則中心原子將越過晶體中間層的高能階到達(dá)另一位置,在充電波形上就會出�(xiàn)一個尖峰,即產(chǎn)生原子移動的比沒有產(chǎn)生移動的多了一個類�。把這個充電波形同參考位(確定且已知)的充電波形�(jìn)行比�,便可以判斷檢測的存儲單元中的內(nèi)容是�1”或�0”�
無論�2T2C還是1T1C的FRAM,對存儲單元�(jìn)行讀操作�,數(shù)�(jù)位狀�(tài)可能改變而參考位則不會改變(這是因為讀操作施加的電場方向與原參考位中原子的位置相同�。由于讀操作可能�(dǎo)致存儲單元狀�(tài)的改�,需要電路自動恢�(fù)其內(nèi)�,所以每個讀操作后面還伴隨一個“預(yù)充”(precharge)過程來對數(shù)�(jù)位恢�(fù),而參考位則不用恢�(fù)。晶體原子狀�(tài)的切換時間小�1ns,讀操作的時間小�70ns,加上“預(yù)充”時�60ns,一個完整的讀操作時間約為130ns�
寫操作和讀操作十分類似,只要施加所要的方向的電場改變鐵電晶體的狀�(tài)就可以了,而無需�(jìn)行恢�(fù)。但是寫操作仍要保留一個“預(yù)充”時�,所以總的時間與讀操作相同。FRAM的寫操作與其它非易失性存儲器的寫操作相比,速度要快得多,而且功耗小�
在FRAM讀操作后必須有個“預(yù)充電”過�,來恢復(fù)�(shù)�(jù)�。增加預(yù)充電時間�,F(xiàn)RAM一個完整的讀操作周期�130ns,圖(a)所�。這是與SRAM和E2PROM不同的地方。圖(b)為寫時��
FRAM |
E2PROM |
Flash |
SRAM | |
存儲器類� |
非易失� |
非易失� |
非易失� |
易失� |
晶胞�(jié)�(gòu)*1 |
1T1C/2T2C |
2T |
1T |
6T |
�(shù)�(jù)改寫方法 |
覆蓋寫入 |
擦除+寫入 |
扇面擦除+ 寫入 |
覆蓋寫入 |
寫入循環(huán)時間 |
150ns*2 |
5ms |
10µs |
55ns |
耐久� |
1012 �1萬億次循�(huán)*3�*2 |
106 �100萬次循環(huán)� |
105 �10萬次循環(huán)� |
無限� |
寫入操作電流 |
5mA(典型值)*2 15mA(值)*2 |
5mA(值) |
20mA(值) |
8mA(典型值) |
待機(jī)電流 |
5µA(典型值)*2 50µA(值)*2 |
2µA(值) |
100µA(值) |
0.7µA(典型值) 3µA(值) |