一种基于铁电存储器的读写均衡电路、方法及铁电存储器与流程

本发明涉及存储领域，特别涉及一种基于铁电存储器的读写均衡电路、方法及铁电存储器。

背景技术：

1、存储器作为集成电路产业中的不可或缺的一部分，广泛应用于通信、物联网、计算机等各个领域，铁电存储器是在半导体技术发展的基础上发展起来的一种新型存储器。铁电存储器具有高速读写、低功耗、使用寿命长、非易失存储、良好的抗辐照特性等优点，具有广阔的应用前景。

2、铁电存储器的发展目前已经进入了第三代，并向着更高的工艺节点发展，然而可靠性问题依然是第三代铁电存储器真正走向应用的最大障碍，疲劳特性是其中最为显著的问题。现有铁电存储器的读写操作是紧密相关的，即执行读操作的时候伴随着回写，执行写操作的时候需要提前预读。读写操作不均衡是一个在实际应用中比较常见的现象，这种不均衡会导致铁电存储器的电滞回线产生漂移现象，从而对系统性能和铁电存储器的可靠性产生潜在的影响。

3、图1a～图1d所示为铁电存储器的电滞回线的示意图。在各图中，横坐标为施加在铁电材料上的电场强度e(相当于施加在铁电材料两侧的电压)，纵坐标为铁电材料的极化值p。图中的点a、c为剩余极化点，分别表示铁电存储器中存储“0”与“1”数据所对应的铁电材料的极化值，即a对应于“0”，c对应于“1”。点b、d为饱和极化点。ec、-ec分别表示铁电材料的极性为零时的矫顽场强(即，使极化过的铁电材料退磁的电场)。

4、由于铁电存储器的读写操作在一个操作过程中是共同存在的，因此铁电存储器的读写操作可以分为图1a～图1d所示的四种类型：

5、图1a表示铁电存储器的电滞回线“0-0”操作路径，即，铁电存储器单元中原始的存储数据为“0”，读写操作后要写入数据“0”。在电滞回线中的表现为从a点起通过预读操作、写或回写“0”操作到d点，然后撤去铁电材料两侧的电压，回到a点，实现数据“0”的存储。

6、图1b表示铁电存储器的电滞回线“0-1”操作路径，即，铁电存储器单元中原始的存储数据为“0”，读写操作后要写入数据“1”。在电滞回线中的表现为从a点起通过预读操作到d点，然后通过写“1”操作到b点，撤去铁电材料两侧的电压而到c点，实现数据“1”的存储。

7、图1c表示铁电存储器的电滞回线“1-0”操作路径，即，铁电存储器单元中原始的存储数据为“1”，读写操作后要写入数据“0”。在电滞回线中的表现为从c点起通过预读操作和写“0”操作到d点，然后撤去铁电材料两侧的电压而到a点，实现数据“0”的存储。

8、图1d表示铁电存储器的电滞回线“1-1”操作路径，即，铁电存储器单元中原始的存储数据为“1”，读写操作后要写入数据“1”。在电滞回线中的表现为从c点起通过预读操作到d点，再通过写或回写“1”操作到b点，撤去铁电材料两侧的电压而到c点，实现数据“1”的存储。

9、由图示可知，图1b～图1d所示的电滞回线的操作路径均经过了矫顽场，例如图1b的情况下，从a点到b点的路径要经过矫顽场强-ec，在图1c的情况下，从c点到d点的路径要经过矫顽场强ec，在图1d的情况下，从c点到d点的路径要经过矫顽场强ec，且从a点到b点的路径也要经过矫顽场强-ec。只有图1a所示的电滞回线的“0-0”操作路径(a点→d点→a点)没有经过任何的矫顽场强。而长时间的这种操作将会造成铁电存储器的电滞回线漂移，从而影响铁电存储器的可靠性。

技术实现思路

1、为了使铁电存储器能够适用于更多的应用场景，亟需提升其可靠性。本发明着眼于电滞回线的漂移，对铁电存储器的“0-0”操作进行改进，提出一种改善铁电存储器电滞回线漂移的方法及电路，可以抑制电滞曲线漂移现象，平衡铁电存储器的读写操作。

2、根据本公开的一些示例性实施例，提供了一种基于铁电存储器的读写均衡电路，对至少能够存储第一逻辑状态和第二逻辑状态的铁电存储器进行读写操作，其特征在于，包括：读电路，对所述铁电存储器施加预读电压以进行预读操作；写电路，对所述铁电存储器进行写入操作，包括使所述铁电存储器存储所述第一逻辑状态的第一写入操作、以及使所述铁电存储器存储所述第二逻辑状态的第二写入操作；感测器件，感测所述铁电存储器并输出所述预读操作的结果即预读结果，以确定所述铁电存储器中存储的原始逻辑状态；控制电路，控制所述写电路进行所述第一写入操作或所述第二写入操作；以及预读检测电路，检测所述预读结果，并根据所述预读结果来决定是否接通所述写电路进行所述写入操作，在所述铁电存储器的所述原始逻辑状态是所述第一逻辑状态且要对所述铁电存储器进行所述第一写入操作的情况下，由所述预读检测电路控制所述写电路进行所述第二写入操作后，由所述控制电路控制所述写电路进行所述第一写入操作，从而对所述铁电存储器写入与所述第一逻辑状态对应的数据。

3、一些实施例中，所述第一逻辑状态对应逻辑“0”，所述第二逻辑状态对应逻辑“1”。

4、一些实施例中，所述写电路包括进行所述第一写入操作的第一写入电路、以及进行所述第二写入操作的第二写入电路。

5、一些实施例中，所述预读检测电路的一端连接在所述感测器件与所述控制电路之间，另一端连接至所述第二写入电路。

6、一些实施例中，所述预读检测电路控制所述写电路进行所述第一写入操作期间，所述控制电路被旁通。

7、一些实施例中，在所述铁电存储器的所述原始逻辑状态是所述第一逻辑状态且要对所述铁电存储器进行所述第二写入操作的情况下，由所述控制电路控制所述写电路进行所述第二写入操作，从而对所述铁电存储器写入与所述第二逻辑状态对应的数据。

8、一些实施例中，在所述铁电存储器的所述原始逻辑状态是所述第二逻辑状态的情况下，由所述控制电路控制所述写电路进行所述第一写入操作或所述第二写入操作，从而对所述铁电存储器写入与所述第一逻辑状态或所述第二逻辑状态对应的数据。

9、根据本公开的一些示例性实施例，还提供一种基于铁电存储器的读写均衡方法，对至少能够存储第一逻辑状态和第二逻辑状态的铁电存储器进行读写操作，其特征在于，包括：读电路对所述铁电存储器施加预读电压以进行预读操作；感测器件感测所述铁电存储器并输出所述预读操作的结果即预读结果，以确定所述铁电存储器中存储的原始逻辑状态；控制电路控制写电路对所述铁电存储器进行写入操作，包括使所述铁电存储器存储所述第一逻辑状态的第一写入操作、以及使所述铁电存储器存储所述第二逻辑状态的第二写入操作；以及预读检测电路检测所述预读结果，并根据所述预读结果来决定是否接通所述写电路进行所述写入操作，在所述铁电存储器的所述原始逻辑状态是所述第一逻辑状态且要对所述铁电存储器进行所述第一写入操作的情况下，由所述预读检测电路控制所述写电路进行所述第二写入操作后，由所述控制电路控制所述写电路进行所述第一写入操作，从而对所述铁电存储器写入与所述第一逻辑状态对应的数据。

10、根据本公开的一些示例性实施例，还提供一种铁电存储器，使用如权利要求1至7中任一项所述的基于铁电存储器的读写均衡电路来进行读写操作。

11、本公开的读写平衡电路的特征在于通过设置预读检测电路，在存储器单元中的原始存储数据是第一逻辑状态“0”的情况下要在该存储器单元中写入第一逻辑状态的数据“0”时，在通过预读操作读取出该原始存储数据是“0”后，通过预读检测电路接通写入“1”的第二写入电路，并且在写“1”的第二写入操作完成后，再经由控制电路控制写入“0”的第一写入电路来进行第一写入操作，以此来实现“0-0”操作。通过两次写入操作，其电滞回线上的路径两次经过矫顽场强，从而能够平衡读写操作，抑制电滞回线发生漂移，从而提高铁电存储器的可靠性。