鐵電存儲器及其數據讀取方法和數據寫入方法與流程

本公開涉及半導體，尤其涉及一種鐵電存儲器及其數據讀取方法和數據寫入方法。

背景技術：

1、隨著電子技術的飛速發展，非易失性晶體管存儲器可溶液法制備，并與集成電路兼容，得到巨大的發展。非易失性晶體管存儲器包括nand閃存存儲器、nor閃存存儲器、電阻隨機存取存儲器、相變存儲器、磁阻隨機存取存儲器、鐵電存儲器、自旋轉移力矩隨機存取存儲器等。其中，鐵電存儲器因其具有集成密度高、可重復性好、響應速度快的優點使其最具有商業價值。然而，鐵電存儲器的存儲密度較低。

技術實現思路

1、鑒于上述問題，本公開實施例提供一種鐵電存儲器及其數據讀取方法和數據寫入方法，提高鐵電存儲器的存儲密度。

2、根據一些實施例，本公開的第一方面提供一種鐵電存儲器，其包括：

3、存儲單元陣列，所述存儲單元陣列包括呈陣列布置的多個存儲單元，每一所述存儲單元存儲n比特位數據，其中，每一所述存儲單元包括：晶體管和以及耦接所述晶體管的2n-1個鐵電電容，所述n為大于1的正整數；

4、多條字線，每一所述字線耦接至所述存儲單元陣列中行布置的所述存儲單元；

5、多條位線，每一所述位線耦接至所述存儲單元陣列中列布置的所述存儲單元。

6、在一些可能的實施例中，每一所述鐵電電容包括相對設置的第一極板、第二極板，以及填充在所述第一極板和所述第二極板之間的介質層；

7、2n-1個所述鐵電電容沿第一方向依次排布，2n-1個所述第一極板連接成一體結構，2n-1個所述第二極板連接成一體結構，2n-1個所述介質層連接成一體結構，且各所述介質層厚度不同。

8、在一些可能的實施例中，沿所述第一方向，2n-1個所述鐵電電容的所述介質層的厚度依次增加。

9、在一些可能的實施例中，沿所述第一方向，2n-1個所述鐵電電容的矯頑電壓呈等差排列。

10、在一些可能的實施例中，2n-1個所述第二極板電位相同，2n-1個所述第一極板連接相對應的所述晶體管的源極和漏極中的一極，所述晶體管的源極和漏極中的另一極連接相對應的所述位線，所述晶體管的柵極連接相對應的所述字線。

11、在一些可能的實施例中，每一所述鐵電電容包括相對設置的第一極板、第二極板，以及填充在所述第一極板和所述第二極板之間的介質層；

12、2n-1個所述鐵電電容沿第一方向依次排布，2n-1個所述第一極板連接成一體結構，2n-1個所述介質層連接成一體結構，2n-1個所述第二極板間隔排布。

13、在一些可能的實施例中，2n-1個所述介質層的厚度相等，以使2n-1個所述鐵電電容的矯頑電壓相同。

14、在一些可能的實施例中，2n-1個所述第二極板的長度相同。

15、在一些可能的實施例中，2n-1個所述第二極板電位各不相同，2n-1個所述第一極板連接相對應的所述晶體管的源極和漏極中的一極，所述晶體管的源極和漏極中的另一極連接相對應的所述位線，所述晶體管的柵極連接相對應的所述字線

16、本公開實施例提供的鐵電存儲器至少具有如下優點：

17、本公開實施例提供的鐵電存儲器包括存儲單元陣列、多條字線和多條位線，存儲單元陣列包括呈陣列布置的多個存儲單元，每一字線耦接至存儲單元陣列中行布置的存儲單元，每一位線耦接至存儲單元陣列中列布置的存儲單元。每一存儲單元包括晶體管和以及耦接晶體管的2n-1個鐵電電容，n為大于1的正整數，以存儲n比特位數據。利用2n-1個鐵電電容的極化方向可以確定2n種存儲狀態，每種存儲狀態對應一種數據，以使2n-1個鐵電電容存儲n比特位數據，從而實現鐵電存儲器的多態存儲，提高鐵電存儲器的存儲密度。

18、根據一些實施例，本公開第二方面提供一種鐵電存儲器的數據讀取方法，應用于如上所述的鐵電存儲器，所述數據讀取方法包括：

19、利用位線和晶體管，將相對應的2n-1個鐵電電容的第一極板均充電至第一電壓，所述第一電壓使得各所述鐵電電容的極化方向均指向所述第一極板，當所述鐵電電容的所述極化方向發生翻轉時，所述鐵電電容流出正電荷至所述位線；

20、根據所述位線的電荷量的變化，獲取所述存儲單元中的數據，其中，所述存儲單元存儲有n比特位所述數據。

21、本公開實施例提供的鐵電存儲器的數據讀取方法至少具有如下優點：

22、本公開實施例提供的鐵電存儲器的數據讀取方法應用于多態存儲的鐵電存儲器，該鐵電存儲器的每個存儲單元包括晶體管和以及耦接晶體管的2n-1個鐵電電容，n為大于1的正整數。通過將2n-1個鐵電電容的第一極板均充電至第一電壓，第一電壓使得各鐵電電容的極化方向均指向第一極板，利用鐵電電容的極化方向發生翻轉會流出正電荷至位線，根據位線電荷量的變化可以獲取存儲單元中的數據，實現對n比特位數據的讀取，提高鐵電存儲器的存儲密度。

23、根據一些實施例，本公開第三方面提供一種鐵電存儲器的數據寫入方法，應用于如上所述的鐵電存儲器，所述數據讀取方法包括：

24、利用位線和晶體管，將相對應的2n-1個鐵電電容的第一極板充電至第一電壓，所述第一電壓使得各所述存儲電容的極化方向均指向所述第一極板，以將各所述鐵電電容初始化；

25、向所述位線施加寫入電壓，所述存儲單元存儲數據；其中，所述寫入電壓具有2n個電壓值，所述存儲單元存儲有n比特位所述數據，每個所述電壓值對應一種數據，部分所述電壓值使至少部分所述鐵電電容的所述極化方向發生翻轉，且不同的所述電壓值使所述極化方向發生翻轉的所述鐵電電容的個數不同。

26、本公開實施例提供的鐵電存儲器的數據寫入方法至少具有如下優點：

27、本公開實施例中的鐵電存儲器的數據寫入方法應用于多態存儲的鐵電存儲器，該鐵電存儲器的每個存儲單元包括晶體管和以及耦接晶體管的2n-1個鐵電電容，n為大于1的正整數。通過將2n-1個鐵電電容的第一極板均充電至第一電壓，第一電壓使得各鐵電電容的極化方向均指向第一極板，使得各鐵電電容初始化。再利用不同的寫入電壓的電壓值，使每個電壓值對應一種數據，部分電壓值使至少部分鐵電電容的極化方向發生翻轉，且不同的電壓值使極化方向發生翻轉的鐵電電容的個數不同，實現對n比特位數據的寫入，提高鐵電存儲器的存儲密度。

技術特征：

1.一種鐵電存儲器，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的鐵電存儲器，其特征在于，每一所述鐵電電容包括相對設置的第一極板、第二極板，以及填充在所述第一極板和所述第二極板之間的介質層；

3.根據權利要求2所述的鐵電存儲器，其特征在于，沿所述第一方向，2n-1個所述鐵電電容的所述介質層的厚度依次增加。

4.根據權利要求3所述的鐵電存儲器，其特征在于，沿所述第一方向，2n-1個所述鐵電電容的矯頑電壓呈等差排列。

5.根據權利要求2-4任一項所述的鐵電存儲器，其特征在于，2n-1個所述第二極板電位相同，2n-1個所述第一極板連接相對應的所述晶體管的源極和漏極中的一極，所述晶體管的源極和漏極中的另一極連接相對應的所述位線，所述晶體管的柵極連接相對應的所述字線。

6.根據權利要求1所述的鐵電存儲器，其特征在于，每一所述鐵電電容包括相對設置的第一極板、第二極板，以及填充在所述第一極板和所述第二極板之間的介質層；

7.根據權利要求6所述的鐵電存儲器，其特征在于，2n-1個所述介質層的厚度相等，以使2n-1個所述鐵電電容的矯頑電壓相同。

8.根據權利要求7所述的鐵電存儲器，其特征在于，2n-1個所述第二極板的長度相同。

9.根據權利要求6-8任一項所述的鐵電存儲器，其特征在于，2n-1個所述第二極板電位各不相同，2n-1個所述第一極板連接相對應的所述晶體管的源極和漏極中的一極，所述晶體管的源極和漏極中的另一極連接相對應的所述位線，所述晶體管的柵極連接相對應的所述字線。

10.一種鐵電存儲器的數據讀取方法，其特征在于，應用于權利要求1-9任一項所述的鐵電存儲器，所述數據讀取方法包括：

11.一種鐵電存儲器的數據寫入方法，其特征在于，應用于權利要求1-9任一項所述的鐵電存儲器，所述數據寫入方法包括：

技術總結
本公開提供一種鐵電存儲器及其數據讀取方法和數據寫入方法，涉及半導體技術領域，用于解決存儲密度低的技術問題。該鐵電存儲器包括：存儲單元陣列，存儲單元陣列包括呈陣列布置的多個存儲單元，每一存儲單元存儲n比特位數據，其中，每一存儲單元包括：晶體管和以及耦接晶體管的2<supgt;n</supgt;?1個鐵電電容，n為大于1的正整數；多條字線，每一字線耦接至存儲單元陣列中行布置的存儲單元；多條位線，每一位線耦接至存儲單元陣列中列布置的存儲單元。利用2<supgt;n</supgt;?1個鐵電電容的極化方向可以確定2<supgt;n</supgt;種存儲狀態，每種存儲狀態對應一種數據，以使2<supgt;n</supgt;?1個鐵電電容存儲n比特位數據，實現鐵電存儲器的多態存儲，提高鐵電存儲器的存儲密度。

技術研發人員：劉翔
受保護的技術使用者：長鑫存儲技術有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/12/23