Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - FRAM - Описание

Обычная DRAM-память состоит из сетки с маленькими конденсаторами и связанными с ними контактными и сигнальными транзисторами. Каждый элемент хранения информации, состоит из одного конденсатора и одного транзистора, подобная схема также называется устройством «1T-1C». Размеры элемента DRAM определяются напрямую размерностью процесса производства полупроводников, используемого при их производстве. Например, согласно 90 нм процессу, используемого большинством производителей памяти при производстве DDR2 DRAM, размер элемента составляет 0.22 μm², что включает в себя конденсатор, транзистор, их соединение, а также некоторое количество пустого пространства между различными частями — как правило элементы занимают 35 % пространства, оставляя 65 % в качестве пустого пространства.

Данные в DRAM хранятся в виде наличия или отсутствия электрического заряда на конденсаторе, причем отсутствие заряда обозначается как «0». Запись производится путем активации соответствующего управляющего транзистора, позволяющего заряду «стечь» для запоминания «0», или наоборот, пропустить заряд в ячейку, что будет обозначать «1». Считывание происходит весьма схожим образом: транзистор вновь активируется, стекание заряда анализируется усилителем считывания. Если импульс заряда отмечается усилителем, то ячейка содержит заряд и таким образом считывается «1», отсутствие подобного импульса означает «0». Необходимо отметить, что этот процесс деструктивен, то есть ячейка считывается один раз, если она содержала «1», то должна быть перезаряжена для продолжения хранения этого значения. Так как ячейка теряет свой заряд через некоторое время из-за утечек, то через определенные промежутки времени требуется регенерация ее содержимого.

Ячейка типа 1T-1C, разработанная для FeRAM, схожа по своему устройству с обоими типами ячеек, широко используемыми в DRAM-памяти, включая структуру, состоящую из одного конденсатора и одного транзистора. В конденсаторе DRAM-ячейки используется линейный диэлектрик, тогда как в конденсаторе FeRAM-ячейки применяется диэлектрическая структура, включающая в себя сегнетоэлектрик, обычно его роль играет пьезокерамика цирконат-титанат свинца.

Сегнетоэлектрик обладает нелинейной связью между применяемым электрическим полем и хранимым зарядом. В частности, сегнетоэлектрическая характеристика имеет вид петли гистерезиса, который очень схож с в общих чертах с петлей гистерезиса ферромагнитных материалов. Диэлектрическая константа сегнетоэлектрика как правило значительно выше, чем у линейного диэлектрика, вследствие эффекта полупостоянных электрических диполей, формируемых в кристаллической структуре сегнетоэлектрического материала. Когда внешнее электрическое поле проникает через диэлектрик, диполи выравниваются по направлению прикладываемого поля, приводя к небольшим смещениям позиций атомов и смещениям прохождения электрического заряда в кристаллической структуре. После удаления заряда, диполи сохраняют свое состояние поляризации. Обычно двоичные «0» и «1» хранятся в виде одной из двух возможных электрических поляризаций в каждой ячейке хранения данных. Например, под «1» понимается отрицательный остаток поляризации «-Pr», а под «0» — позитивный остаток поляризации «+Pr».

Функционально FeRAM похожа на DRAM. Запись происходит путем проникновения поля через сегнетоэлектрический слой при заряжании электродов, принуждая атомы внутри принимать ориентацию вверх или вниз, за счет чего запоминается «1» или «0». Однако, принцип чтения отличается от реализации в DRAM. Транзистор переводит ячейку в особое состояние, сообщая «0». Если ячейка уже содержит «0», то на линиях вывода ничего не произойдет. Если ячейка содержит «1», то переориентация атомов в прослойке приведет к короткому импульсу на выходе, так как они вытолкнут электроны из металла на «нижней» стороне. Наличие этого импульса будет означать, что ячейка хранит «1». Так как процесс перезаписывает содержимое ячейки, то чтение из FeRAM — деструктивный процесс, и требует регенерации данных в ячейке в случае их изменения в ходе считывания.

Вообще говоря, функционирование FeRAM весьма напоминает память на магнитных сердечниках — одном из первых видов компьютерной памяти в 1960-х гг. Кроме того, сегнетоэлектрический эффект, используемый в FeRAM, был открыт в 1920 году. Но теперь FeRAM требует намного меньше энергии для изменения состояния полярности, причем выполняет это гораздо быстрее.

Структура FeRAM-ячейки.

Структура однотранзисторной FeRAM-ячейки и ее рабочий механизм.