非易失性FRAM存储器技术简介

宇芯电子

成熟的半导体存储技术分为两类：
1. RAM是随机存取存储器，具有对称的读写访问时间。

2.非易失性存储器，传统上一直是ROM（只读存储器），直到浮栅技术出现。浮栅技术产生了电可擦除存储器，例如闪存和EEPROM。这些产品允许进行系统内编程，但读写访问时间不同。实际上，写访问时间可能比读访问时间大几个数量级。

铁电随机存取存储器或FRAM是真正的非易失性RAM，因为它结合了RAM和非易失性存储器的优点。相对于闪存/ EEPROM的写入优势和非易失性使其非常适合在没有电源的情况下存储数据。

铁电性能

铁电特性是一类现象
锆钛酸铅（PZT）等材料。 PZT具有钙钛矿晶体结构，如图1所示。中心的阳离子具有两个相等且稳定的低能态。这些状态决定了阳离子的位置。如果沿正确方向施加电场，则阳离子将沿电场方向移动。

在晶体上施加电场会导致低能态或位置在电场方向上对齐，反之则使高能态在相反的位置上对齐。因此，施加的电场将导致阳离子从高能态转移到低能态。这种跃迁以电荷的形式产生能量，通常称为开关电荷（Qs）。因此，在晶体上施加交变电场将导致阳离子从晶体的顶部移动到晶体的底部并再次移动。每次转换都会产生电荷Qs。

图1.铁电PZT钙钛矿晶体

常见的误解是铁电晶体是铁磁性的或具有类似的性质。术语“铁电”是指电荷曲线随电压的变化与铁磁材料的磁滞回线（BH曲线）的相似性，如图2所示。 图2.铁电材料在电场中切换，不受磁场影响。

图2.铁电磁滞回线

铁电材料具有两个状态，顶部的阳离子称为“上极化”，而底部的阳离子称为“下极化”，如图3所示。 在可行的检测方案下，可以产生二进制存储器。

图3.两个极化状态

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非易失性存储器，传统上一直是ROM（只读存储器），直到浮栅技术出现。浮栅技术产生了电可擦除存储器，例如闪存和EEPROM。这些产品允许进行系统内编程，但读写访问时间不同。实际上，写访问时间可能比读访问时间大几个数量级。

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铁电随机存取存储器或FRAM是真正的非易失性RAM，因为它结合了RAM和非易失性存储器的优点。相对于闪存/ EEPROM的写入优势和非易失性使其非常适合在没有电源的情况下存储数据。