(57)【要約】  データ記憶に適用されインプリント状態をとった強誘電性またはエレクトレットメモリセルのデータ記憶能力を高めるための方法において、非破壊的読出動作におけるインプリント分極状態から区別できる揮発性分極状態へのインプリント状態の一時的緩和を誘起するために適切な電圧パルスが使用される。メモリセルのそれぞれ、不揮発性および揮発性分極状態を示す読出信号を誘起するのに１つ以上の電圧パルスのシーケンスが使用されるが、前記分極状態は変えない。インプリントメモリセルに第１の論理値を割り当てかつ緩和揮発性状態へ移転されたメモリセルに選択された移転により第２の論理値を割当てることにより、インプリントメモリセルをオーバライトして強誘電性またはエレクトレットメモリデバイス内でメモリデバイス内のデータの一時記憶すなわち揮発性記憶を行うことができ、記憶された論理値はインプリントメモリセルおよび緩和メモリセルのダイナミック応答の差を検出して区別することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた残留すなわち不揮発性分極状態に設定されておりその後インプリント状態をとることができる強誘電性またはエレクトレットメモリセルのデータ記憶能力を高める方法であって、
インプリント状態の一時的緩和を誘起するのに十分な形状および極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加して、既存のインプリント分極状態を、緩和された揮発性状態の時定数により定められた時間窓内で行われた検出または読出動作におけるインプリント分極状態から、ダイナミック分極応答またはメモリセル内の変化またはその電荷値の過渡的変化またはその両方により区別することができる緩和された揮発性状態へ変えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、２つ以上の電圧パルスが印加され、印加電圧パルスは両極であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記電圧パルスの印加はメモリセル上への書込動作に対応し、記憶された不揮発性論理状態またはデータは同じまたはもう１つの論理状態またはデータによりオーバライトされて一時記憶すなわち揮発性記憶されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記書込動作はインプリントメモリセルの既存の不揮発性論理状態に依存して行われ、予め定められたプロトコルに従うことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記書込動作はインプリントメモリセルの既存の不揮発性論理状態とは独立して行われ、予め定められたプロトコルに従うことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記書込動作はメモリセルを同じ極性の前記電圧パルスの影響下に置いて行われることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記書込動作はメモリセルを両極性の前記電圧パルスの影響下に置いて行われることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
インプリントメモリセルにそのダイナミック応答を変えさせる形状および極性および／または時間積分を有する前記１つ以上の電圧パルスの影響下にメモリセルを置き、前記変えられたダイナミック応答には予め定められたプロトコルに従って論理値または記憶データが割当てられることを特徴とする方法。
【請求項９】
予め定められた残留すなわち不揮発性分極状態に設定されておりかつインプリント状態をとることができる強誘電性またはエレクトレットメモリセルの非破壊的読出方法であって、
メモリセルの不揮発性分極状態を変えずにセルの不揮発性分極状態を示す読出信号を誘起するのに十分な形状および極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加し、検出された読出信号は予め定められたプロトコルに従って書込動作においてメモリセル内に設定されている記憶論理値またはデータに対応することを特徴とする方法。
【請求項１０】
予め定められたすなわち不揮発性分極状態に設定されておりかつインプリント状態をとることができ、その後インプリント状態は過渡的揮発性分極状態に変えられている強誘電性またはエレクトレットメモリセルの非破壊的読出方法であって、
その不揮発性分極状態を著しく変えことなく、メモリセルの揮発性分極状態を示す読出信号を誘起するのに十分な形状および極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加して、メモリセルがその過渡的すなわち揮発性分極状態にある時間窓内で反復読出動作を行えるようにし、検出された読出信号は予め定められたプロトコルに従って書込動作においてメモリセル内に設定されている記憶論理値またはデータに対応し、前記書込動作はその不揮発性分極状態をその揮発性分極状態に一時的に変えることによりインプリントメモリセル上で行われることを特徴とする方法。
【請求項１１】
データがメモリセルに書き込まれておりメモリセルはインプリント状態をとることができるメモリセルアレイを含む強誘電性メモリデバイス内にデータを記憶してアクセスする方法であって、インプリントされたセルをオーバライトして電位差を印加せずにインプリントメモリセルに第１の論理値を割当て、かつインプリントメモリセルの両端間に１つ以上の電位差を印加して第２の論理値を割当てることによりメモリデバイス内へデータの一時的な揮発性記憶を行い、メモリセルを緩和分極状態へ移転させ、そのダイナミック応答を記録または検出することによりインプリントおよび緩和メモリセル間を区別し、一時記憶されたデータを緩和分極状態の寿命により定められた時間窓内で非破壊的動作で読み出せることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は予め定められた残留および不揮発性分極状態に設定されその後インプリント状態をとれるようにされている強誘電性またはエレクトレットメモリセルのデータ記憶容量を高める方法に関する。本発明はインプリント状態にある、またはそのインプリント状態が一時的に緩和されている強誘電性またはエレクトレットメモリセルの非破壊的読出方法にも関連している。最後に、本発明はデータがメモリセルに書き込まれメモリセルはインプリント状態をとることができるメモリセルのアレイを含む強誘電性メモリデバイス内にデータを格納してアクセスする方法に関連している。
【背景技術】
【０００２】
近年、分極可能誘電性材料、特に、２つの分極状態のいずれかに分極可能な強誘電性またはエレクトレット材料をメモリ物質として使用することに基づくある範囲の新しいデータ記憶概念が提案されてきている。それに関して、強誘電性メモリ材料は抗電界およびヒステリシスを有するエレクトレット材料のサブクラスとするのが適切である。典型的に、メモリ材料はキャパシタとして挙動する微視的メモリセル構造で提供される、すなわち、メモリ材料をそれぞれ論理０または１を表すことができる両方向のいずれかへ分極させる電界に置くことにより電荷を蓄積することができる。強誘電性またはエレクトレット材料は無機または有機性とすることができ、好ましくは、メモリセルはマトリクス・アドレッサブル・アレイとして、たとえば、ワード線と呼ばれる第１セットの平行ストライプ電極およびビット線と呼ばれる第２セットの平行ストライプ電極間に提供され、通常は、第１セットの電極に直交して提供される。スイッチング手段、たとえば、トランジスタが各メモリセルすなわちキャパシタ状構造に接続される場合、この種のマトリクスはアクティブ・アドレッサブルと呼ばれてそのメモリ材料がアドレッシングサイクルの外側でせいぜい１つの電極と永久接触するのを防止し、セルのメモリ材料が電極セットおよびメモリ材料がサンドイッチ構造を形成するように、通常、その間のグローバル層内に設けられてワード線およびビット線電極と永久接触する場合にはパッシブ・アドレッサブルと呼ばれるが、他の構成も可能である。
【０００３】
強誘電性またはエレクトレットメモリ材料に基づくメモリは不揮発性である、すなわち、それらはいかなる印加電力も存在しない時でも電荷、即ち記憶されたデータを保持する。しかしながら、特に、メモリセル内に記憶された論理値の読出しは典型的に破壊的であるため、欠点が無いわけではない。分極状態の切替え、すなわち、その方向反転を伴う破壊的読出動作においてメモリセルの論理値が破壊されるため、読出データを保持したければこの値を書き戻さなければならない。具体的には、破壊的読出過程は読出しのためにメモリセルへ切替電圧を印加することにより識別され、容易に検出可能な読出値を発生するために切替電圧は、通常、メモリセルの抗電圧（ｃｏｅｒｓｉｖｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）よりもかなり大きく選択される。分極方向が印加電界の方向と揃えられると、メモリセルの分極は飽和値となって元の残留値へ戻る。しかしながら、印加電界がメモリセルの設定分極と揃えられなければ、メモリセルは切り替わる、すなわち、分極方向が反転してセルは反対分極状態で終わる。
【０００４】
強誘電性メモリセルの特異性はかなり短い時間間隔内で非破壊的読出しまたは他の書込み動作の影響下に置かれず、延長期間だけ設定分極すなわち論理状態のままとされるとセルの分極はいわば「固定」され、たとえメモリ材料の抗電界よりもかなり大きくても電界印加の元で変化するのは非常に困難なことである。そのため、読出しまたは書込み動作が試みられる時にダイナミック応答が変えられ、この現象は通常「インプリント」と呼ばれる。
【０００５】
メモリセルが電界の影響下に置かれる時、分極変化は瞬時的ではなくダイナミック応答曲線に従い、国際出願公開第ＷＯ０２／０５２８８号（被譲渡人：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）に開示されているように、この性質は強誘電性またはエレクトレットメモリセルのマトリクス・アドレッサブル・アレイの少なくとも部分的非破壊的読出しを提供するために利用されてきている。これは各リードおよびライトサイクル中に分極可能メモリ材料内の分極度を制御装置により規定される値へ制限し、次に、ゼロから分極の飽和に対応するまたは近いメモリセルの論理状態を確実に検出するための予め定められた規準と一致する上限までの範囲の前記値により読出しおよび書込み動作を制御して行われるが、検出のために印加される電界がメモリセル内に既に設定されている分極方向と揃わない場合に分極の反転は行われない。しかしながら、この方法は非インプリントメモリセル上で行われるものと想像され、一般的にインプリントは強誘電性またはエレクトレットマトリクス・アドレッサブル・メモリデバイスの適切な動作に対する重大な欠点と見なされる。しかしながら、この欠点は強誘電性またはエレクトレットメモリ材料の固有の特質である、すなわち、十分に高い周波数で繰返しリフレッシュまたは繰返しアドレス指定動作を行わずに、メモリセルが十分長い時間１つの同じ分極状態のままとされると常に生じる。これを認識すると、インプリント特性を長所へ変換し強誘電性またはエレクトレットマトリクス・アドレッサブル・メモリ（ｅｌｅｃｔｒｅｔ  ｍａｔｒｉｘ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  ｍｅｍｏｒｉｅｓ）のデータ記憶能力を高めるためにそれを実際に利用することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、メモリセルのインプリントされた分極状態を一時的に緩和してそのデータ記憶能力を短期間高める方法を提供することが本発明の第１の目的である。
【０００７】
非破壊的読出しを達成するためにメモリセルのインプリント状態を利用することが本発明のもう１つの目的である。
【０００８】
最後に、インプリントされたメモリセルをインプリント分極状態の一時的緩和の影響下に置いて、ダイナミック応答を変えたメモリセルを提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した目的およびその他の特徴および利点は、インプリント状態の一時的緩和を誘起するのに十分な形状および極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加して既存のインプリント分極状態を緩和された揮発性分極状態へ変え、緩和された揮発性分極状態はその時定数により定められた時間窓内で行われる検出または読出動作におけるインプリント分極状態から、ダイナミック分極応答またはメモリセル内の変化あるいはその電荷値の過渡的変化あるいは両方により区別できることを特徴とする方法により達成される。
【００１０】
この方法のさらなる特徴および利点は添付従属項２−８から明らかである。
【００１１】
前記した目的およびさらなる特徴および利点は、メモリセルの不揮発性分極状態を変えずにセルの不揮発性分極状態を示す読出信号を誘起するのに十分な形状および極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加し、このようにして検出された読出信号は、予め定められたプロトコルに従う書込み動作においてメモリセル内に設定されている記憶された論理値またはデータに対応することを特徴とする第１の非破壊的読出方法、およびメモリセルの揮発性分極状態をかなり変えることなくメモリセルの揮発性分極状態を示す読出信号を誘起するのに十分な形状および極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加し、メモリセルがその過渡すなわち揮発性分極状態にある時間窓内で繰返し読出動作を行うことができ、このようにして検出された読出信号は、予め定められたプロトコルに従う書込み動作においてメモリセル内に設定されている記憶された論理値またはデータに対応し、前記書込み動作はインプリントされたメモリセル上でその不揮発性分極状態を一時的にその揮発性分極状態へ変えることにより行われることを特徴とする第２の非破壊的読出方法、により達成される。
【００１２】
最後に、前記した目的およびさらなる特徴および利点は、電位差をそこへ印加することなく第１の論理値をインプリントされたメモリセルへ割り当て、かつインプリントされたメモリセルの両端間に１つ以上の電位差を印加することにより第２の論理値を割り当てることによりメモリデバイス内にデータの一時的揮発性記憶を行うようにインプリントされたセルをオーバライトして、メモリセルを緩和された分極状態へ移転させ、そのダイナミック応答を記録または検出することによりインプリントされたメモリセルと緩和されたメモリセルを区別し、緩和された分極状態の寿命により定められた時間窓内の非破壊的動作において一時記憶データ読み出すことができることを特徴とするデータ記憶およびアクセス方法、により達成される。
【実施例】
【００１３】
本発明は添付図と共にそのさまざまな典型的実施例の下記の説明からよく理解することができる。次に、強誘電性材料、たとえば、有機強誘電性ポリマの中で現在最も支配的なメモリ材料候補であるポリビニリデン・フロライドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）等の有機ポリマのヒステリシス曲線を示す図１について本発明を詳細に説明する。以下、メモリ材料は判り易くするために強誘電性メモリ材料、すなわち、２つの分極状態のいずれかへ分極することができ、さらに抗電界およびヒステリシスを有する材料、と呼ばれるが、強誘電性材料はエレクトレット材料の適切なサブセットを形成し、通常、前記したようにヒステリシスおよび抗電界を示すその能力によりそこから区別される、すなわち、そのキュリー温度よりも下では強誘電性挙動を示す材料である。この温度よりも上では、その強誘電性を失い常誘電性となる。図１のヒステリシス曲線は横軸が電圧を与え縦軸が分極を与える座標系に示されており、後者は通常強誘電性メモリの場合μＣ／ｃｍ２で測定される。電圧の代わりに横軸は電界強度を与えることもできるが、便宜上電圧が定められたメモリセルに関して使用され、電圧パラメータは材料の抗電界強度およびメモリセル内のメモリ材料の厚さ、すなわち、メモリ材料に接触しそれと一緒にキャパシタ状構造を形成するワード線およびビット線である、そのアドレス指定電極間の間隔から容易に計算される。データはメモリ材料を２つの残留分極状態、すなわち、電界の両方向に対応するメモリセルの＋ＰＲおよび−ＰＲのいずれかに分極させることによりメモリ内に記憶される。メモリ材料の残留分極状態は永久的であり記憶された値またはデータ、たとえば、図１に示すように「０」または「１」を表すのに使用することができる。メモリセルにさらに印加される電界が無ければ、この値はメモリセル内に書き込まれた後で不揮発性状態で不定に記憶することができる。メモリセルの典型的な残留分極は１０−２０μＣ／ｃｍ２である。飽和分極レベルはそれぞれ
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および
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で示され、飽和分極＋ＰＳと残留分極ＰＲ間の差は非切替分極と呼ばれ
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で示される、すなわち、それぞれ＋Ｐおよび−Ｐでなければならない。さらに、残留分極状態間の分極レベルの差は絶対項でＰ＊として取られて切替分極と呼ばれ、分極方向が切替動作において反転される時に誘起される正味の分極変化に等しい、すなわち、これを行うのに十分な電界強度を加える。この抗電界は抗電圧、すなわち、ヒステリシス曲線と横軸の交点における値＋ＶＣ，−ＶＣに対応しなければならない。強誘電性メモリセルをそのバージンすなわち非分極状態から所望の分極状態へ設定することは、メモリ材料の両端間に抗電圧ＶＣよりも大きい、通常は、たとえばＶＣよりも少なくとも５０％大きい電位差または電圧差を印加して行われる。この電圧レベルは切替電圧ＶＳと呼ばれる。ＶＳが分極方向に揃えられる場合、たとえば、正であって図１において＋ＶＳで示される場合、分極は飽和値＋ＰＳへ駆動され次に残留分極状態＋ＰＲに緩和され、それは図１において論理０の記憶を表すために利用される。同様に、負の切替電圧−ＶＳを印加するとメモリセルは図１において反対残留分極−ＰＲに分極され、論理１の記憶を表すために利用される。ここで、記憶された論理値の読出しは、通常は切替電圧ＶＳである適切な電圧パルスによりメモリセルを問い合わせることにより即座に行われる。メモリセルが正の残留分極状態＋ＰＲであって論理０を格納していれば、正の切替電圧＋ＶＳがメモリセルの分極を飽和＋ＰＳへ向けて駆動し、それは切替電圧＋ＶＳを除去した後で残留分極状態＋ＰＲへ緩和し戻る。この場合、誘起された分極変化は非切替分極
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に対応し、通常、ビット線電極上に誘起分極変化に対応する強度の電流信号出力が生じる。メモリセルが負の残留分極状態−ＰＲであって論理１を記憶しておれば、大きな正の切替電圧＋ＶＳがメモリセルの分極を正の飽和値＋ＰＳへ向けて駆動し、その後切替電圧＋ＶＳの除去によりメモリセルは反対の残留分極＋ＰＲへ緩和する。すなわち、ここで分極すなわち電界の方向は反転され記憶された初期データ、すなわち、「１」は「０」に変換されている。もちろん、割り当てられる論理値は予め定められたまたは選択されたプロトコル、すなわち、規約によって決まる。分極の正味の変化は切替分極Ｐ＊に対応し、記憶された論理「０」および「１」間の差が読出動作において容易に区別されるように大きい読出信号がビット線上に生じる。しかしながら、元のデータがいわゆる破壊的読出過程において破壊されていれば、その分極方向をもう１回変えるためにメモリセルへの書込動作を実施しないと保持できない。これは正の残留分極＋ＰＲにあるセルへ負の切替電圧−ＶＳを印加して行われ、セルの分極を負の飽和値−ＰＳへ向けて駆動しなければならず、そこでメモリセルは切替電圧−ＶＳを除去した後で元の負の残留分極−ＰＲへ緩和し戻り、最初に書き込まれた論理「１」を回復する。
【００１４】
前記検討において、メモリセルは非インプリント状態にある、すなわち、データは永久記憶されるものと仮定するが、読出しおよび切替えは、たとえば、読出動作において単一切替電圧パルスを印加することにより容易に実施され、同様に、破壊されたデータは反対符号の切替電圧ＶＳをメモリセルに印加することにより極めて容易にリセットされる。しかしながら、初期設定またはそこへのデータ書込み後ある時間メモリセルがアドレス指定されないと、それはインプリントする、すなわち、多かれ少なかれその残留分極状態に永久固定される傾向があり、たとえば、そこへの正規の切替電圧印加に応答しなくなる。しかしながら、非常に大きい振幅または応答を誘起するかあるいは終局的にメモリセルの破壊的読出しまたはリセットを行うのに十分長い持続時間を有する１つ以上の電圧パルスを印加することによりインプリント状態を緩和してメモリセルのデータコンテンツを読出しまたはリセットすることができる。すなわち、インプリント状態においてメモリセルへのアドレス指定動作を実施する可能性は適切な形状および／またはメモリセルのインプリント状態を緩和するのに十分な時間積分を有する電圧パルスの印加によって決まる。実施された後で正規状態でメモリセルをもう１度アクセス可能としかつ後続アクセス頻度に応じて非インプリント状態に留まることができるため、このようなインプリント緩和動作はリフレッシュとも呼ばれる。すなわち、適切な高い頻度で繰返しリフレッシュ電圧サイクルを印加することにより、インプリントを回避することができる。
【００１５】
インプリントされたメモリセルの分極状態は異なる方法で変えることができるが、本発明の好ましい実施例では、インプリントは持続時間または長さがかなり短いが切替電圧に匹敵するまたはそれよりも高い電圧の両極電圧パルスの急速シーケンスを印加して緩和される。この手順はインプリント状態を緩和しなければならず、セルのデータコンテンツは正規に読み出すことができる。インプリントされたメモリセル内でこの種の緩和を行うための好ましい電圧パルスシーケンスが図２ａに示されている。この図は緩和のために印加される電圧パルスシーケンスおよび１０００秒間インプリント状態に置かれた後の２５℃におけるメモリセルの読出応答を表す。印加電圧パルスシーケンスは細線で示されおよそ３０μｓの初期パルスを含み反対極性の遥かに短いパルスシーケンスが続く。図２ａに太線で示す読出応答はリンギングパルスシーケンスとして示され、最初に、たとえば、１０および１２μＣ／ｃｍ２間の分極に対応する３０μｓパルスがあり反対極性の非常に鋭く第１のパルスとほぼ同じ分極値のパルスシーケンスが続く。パルス振幅は得られた分極値を示し、横軸に垂直な短い線は時間軸の中断を示す。図２ｂはそれぞれ緩和された、すなわち、非インプリントメモリセルおよびインプリントメモリセル、の応答に対するパルスシーケンスを示す。細線は１０００秒インプリント時間後の２５℃における緩和されたセルに対する読出パルスシーケンスを示し、太線はまだインプリント状態にあるメモリセルに対する読出応答を表す。図からお判りのように、シーケンスの後続負パルスの振幅だけでなく各シーケンス内の第１のパルスの振幅の場合にも、電荷値にかなりの差がある。これは緩和状態のメモリセルおよびインプリント状態のメモリセルからの読出信号間の区別は容易であることを意味する。図２ａと同様に、図２ｂで横軸に垂直な線は時間軸の中断を示す。シーケンスの初期トリガパルスは１４Ｖの電圧を有し、それは正規の切替電圧と見なすことができるが、もちろん、その方向に永久的変化は生じないため分極の一時的すなわち過渡的変化以外に影響を及ぼすことはなく、その方向の読出動作は非破壊的である、すなわち、元の分極状態は保持されるが、読出しまたは再度読出しはそのインプリント状態に定着を許される。
【００１６】
しかしながら、メモリセルの実際の瞬時分極値はパルスシーケンス時間パラメータおよびダイナミック分極応答の時定数に応じた周期で残留分極値周りに振動する。
【００１７】
しかしながら、緩和モードにおける読出信号はインプリントされたメモリセルから得ることができるものとはかなり異ならなければならず、そのため図３に示すようなダイナミックな特性を示す。ここで、最上位曲線は５μｓの読出パルスを使用する非緩和インプリントメモリセルに対するダイナミック分極応答を示す。それに続く曲線はメモリセルを５２日間インプリント状態とした後の最初に１４Ｖの指示された数（６−５５５６）の両極３０μｓ電圧パルスの印加を連続的に示す。たとえば、５６の両極３０μｓ電圧パルスのパルスシーケンスを使用して頂部から底部まで第３の応答曲線が生じインプリントされた、すなわち、非緩和メモリセルと緩和メモリセル間で信号強度にかなりの差を生じる。第１のケースでは５μｓ後の分極はおよそ−６μＣ／ｃｍ２であり、第２のケースではおよそ−１１μＣ／ｃｍ２であり、およそ５μＣ／ｃｍ２の信号強度差を与える。この驚くほど大きい信号強度差を利用して、後述するように、全く新しい予期せぬ方法でメモリセルのデータ記憶能力を向上させることができる。
【００１８】
図４は本発明で使用されるメモリセルアレイとしてのメモリデバイスのレイアウトを示す略図である。簡単にするために、図４のメモリデバイスは８本のワード線と８本のビット線しかなく全部で６４メモリセルのパッシブ・マトリクスとして示されている。一般的に、ワード線およびビット線の各々の数は数千にもなりメモリマトリクスはその交点に数百万ものメモリセルを含んでいる。データは図４のメモリデバイス内の全メモリセルに書き込まれており１秒の数分の一から不定期間にまで達することがある時間だけその状態のままとされるものと仮定すると、メモリセルはインプリント状態に固定される、すなわち、読出しまたはメモリセルの反対分極状態への切替えのために、メモリセルから応答を誘起させるのに遥かに大きなエネルギが必要となる。図４に示すマトリクス・アドレッサブル・メモリデバイスの１行全部でそのインプリント状態において新しいデータがオーバライトされるものと仮定する。図５はアクティブワード線ＡＷＬにデータ語すなわちバイト０１０１１００１が書き込まれている状況に対応するメモリセルの行を表す図式を示す。水平軸上に連続する８つのメモリセルの行に対する分極状態が示され、左の垂直軸上には分極レベルが与えられる。各メモリセルは分極がメモリ材料の残留分極に対応し、したがって、データバイト０１０１１００１がいずれかの分極状態でメモリセルの行内に設定されそれらの中に表示されたようにインプリントされる。ここで、このインプリントされたバイトを新しいデータ語すなわちバイト１０１０１１１０で一時的にオーバライトしたい。次に、これは第１のメモリセルのインプリント分極状態を緩和し、第２のセルのインプリント分極状態をそのままとし、第３のセルの分極状態を緩和し、第４のセルのインプリント分極をそのままとし、第５のセルの分極状態を緩和し、第６および第７のセルの分極状態を緩和し、第８および最後のセルをそのインプリント状態のままとすることにより行われる。インプリント状態のままとされるメモリセルは正の残留分極状態に対応するか負の残留分極状態に対応するかに無関係に論理０を表すために利用され、緩和メモリセルは全て論理１を表すために利用される。元の分極状態は重要ではないため、これにより非常に単純なリライトプロトコルが考えられる。プロトコルは第１の論理状態（ここでは、論理０）がインプリントメモリセルに割り当てられ第２の論理状態（ここでは、論理１）が緩和メモリセルに割り当てられることしか必要としない。ここで、たとえば、１０Ｖよりも高いかなり高電圧の初期両極パルシングにより読出しは容易に実施され、その場合まだインプリントされた状態は非常に遅いまたは消失ダイナミック応答により明らかにされ、図２ｂから判るように緩和メモリセルは遥かに大きなダイナミック応答を有する。もちろん、緩和分極状態の寿命により定められた時間窓内でさらにアクセスが試みられなければ、これらのメモリセルは初期インプリント状態に再定着され書き込まれた情報は失われる。
【００１９】
本発明に従った緩和メモリセルの読出しは読出サイクル内のダイナミック応答を監視するだけでインプリント分極状態へ戻ることなく非破壊的に行われる。これは前記した国際特許出願ＷＯ０２／０５２８８内で既に提示されており、さらに本発明による読出しに対する標準モードである、すなわち、読出過程において実際に重要なのはダイナミック応答および記憶された論理値間の区別を考慮する記録されたダイナミック応答内の差である。そこへの書込動作に対応するインプリントメモリセルの緩和はランダムアクセス時間に関して緩やかではあるが、並列書込みの可能性はビットレートをかなり増加させる。緩和メモリセルを使用して記憶されたデータは最後に失われるが、前記したように、たとえ数秒または数分の１秒間であってもデータの一時記憶が必要とされるまたは望ましいいくつかのケースがある。典型的な例はデータ処理動作で発生される中間データの一時記憶であり、それは処理動作のすぐ続くステップにおいてアップロードされなければならない。いわゆる高速キャッシュまたはバッファメモリをこのために使用することができるが、それらは、たとえば、処理動作で使用され保持されなければならないソースコード等の他のタイプのデータの永久記憶にも割り当てなければならない。もちろん、それにより従来技術のデータの一時記憶に利用可能な記憶スペースは減少し、内部メモリ内への永久的および一時データ記憶の必要性から大きなデータ記憶容量を必要とするより大きなデータ処理動作において欠点となることがある。
【００２０】
当業者ならばお判りのように、インプリント（不揮発性かつ緩和（揮発性）状態のメモリセルを有する本発明に従った強誘電性メモリデバイスを作動させることは非破壊的アドレス指定動作を伴う、すなわち、メモリセルの分極方向の切替えは起こらない。これは行内の平均５０％のメモリセル（論理０および論理１の等分布を仮定する）が読出動作において切替えられなければならない時の、非インプリントメモリデバイス内のアドレス指定動作と比較することができる。読出しはほぼ常に全行読出しとして行われるため、すなわち、アクティブワード線上の全メモリセルが並列に読み出されデータ語は行出力のメモリセル数（すなわち、ビット線）に等しいため、読出しによりいわゆる妨害が発生され、それは非アクティブワード線上の非アドレス指定メモリセルに対して望ましくない電圧パルスである。これは、たとえば、リードサイクル外のワード線およびビット線への切替電圧の選定分数、通常は、１／２または１／３に達する電圧レベルの印加を規定する適切な電圧パルスプロトコルを適用し、リードサイクル中にアクティブビット線と同じ電圧レベルにイナクティブワード線をクランプして、妨害電圧の影響を緩和するように働く前者と後者間の電位差の解消により大部分改善することができる。破壊的に読み出されたメモリセルをリセットしなければならない時、すなわち、元の分極状態すなわち論理値へ切替えられる時にも同様なプロトコルが適用される。これは幾分より複雑なプロトコルを伴い一行のメモリセルの半分、すなわち、ワード線上だけで実施される平均にリセット（またはリフレッシユ）することを含んでいる（強誘電性メモリにおけるアドレス指定動作に対する電圧パルスプロトコルに関しては、国際出版出願ＷＯ０２／０５２８７参照）。本発明では、もちろん、全ての非アドレス指定セルはインプリント状態にあり、通常は全行ライト／リードとして実施することができる、任意のライト／リード動作は常に非破壊的であり、インプリントメモリセルはどのみち概ね免れる任意の言及する価値のある妨害を発生できてはならない。
【００２１】
本発明はメモリがデータの永久記憶に完全に専念できるようにし、同時に永久記憶されたデータを一時記憶のためにオーバライトできるようにする方法を開示している。もちろん、それにより本発明で使用される強誘電性またはエレクトレットメモリのデータ記憶容量は有効に２倍となる。次に、揮発性すなわち緩和状態はさらなる転送動作においてデータが、たとえば、アップまたはダウンロードされた後で単純に元のインプリント状態へ戻り、もちろん、永久記憶されたデータは前記したようにアクセスすることができる。
【００２２】
しかしながら、第２のモードで記憶されたデータは保持することが望ましくそれは緩和メモリセル内の揮発性記憶装置を使用する。これは緩和メモリセルを揮発状態にとどまるように１０−１０００Ｈｚの周波数で反復リフレッシュさせて行うことができる。あるいは、読出データを同じメモリデバイス内のもう１つの場所へ転送してそこへ交番極性状態として書き込むことができ、それは随意インプリントするようにすることができ、その場合は従来の破壊的読出しが試みられる前にリフレッシュが必要となる。しかしながら、当業者ならば適切なマッピング手順をメモリデバイスに適用してその中へのデータの記憶を望みどおりにまたは必要に応じて最適に処理できることは自明である。さらに、緩和または揮発性状態で記憶されたデータを保持する反復リフレッシュ動作は記憶されたデータをダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）に保持するのに必要なリフレッシュ動作に類似しているため、緩和モードで動作する強誘電性メモリはこの局面においてＤＲＡＭに類似していることに注目願いたい。
【００２３】
全ての実用的目的に対して、インプリントされた強誘電性またはエレクトレットメモリデバイスは、インプリントされた状態のままとされた時一種のＲＯＭと見なされることが判る。データはアクセスして読み出すことができるが、メモリセルをリフレッシュまたは緩和させインプリントされたメモリ状態を緩和させる試みはなされない。インプリント状態での記憶が示唆することは、メモリが１回しか書き込まれず次に所望する回数だけ読み出され、恐らくは読出し間の間隔は長いということである。一方、同じメモリが本発明に開示されている方法で利用されると、すなわち、メモリのインプリント状態の永久記憶データをオーバライトしたデータの一時記憶用に揮発性すなわち緩和分極状態を使用することにより、もちろん、データ記憶容量は２倍とすることができる。
【００２４】
要約すると、本発明によりメモリデバイスが第１のモードでは単純にＲＯＭとして作動されかつ非破壊的読出しの利点を有し、第２のモードではインプリントされたメモリセルの緩和状態を利用して高速過渡バッファとして作動されるが、データは非破壊的読出しのためにアクセスすることができる強誘電性またはエレクトレットメモリデバイスの動作が考えられる。当業者ならばいくつかの異なるプロトコルを本発明で利用できることがお判りであろう。最後に、インプリントされたメモリセルのオーバライトによるデータ記憶は、もちろん、揮発性かつ過渡的であるため、揮発性データが目の前でどのように薄れてゆき跡形もなく消えてゆき、初期インプリント状態へ反転するかという興味はあるがありふれた観察を行うことができる。この特異な現象はデータ記憶にしか関連しない状況以外の他の状況で本発明を応用する道を開く。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】強誘電性メモリ材料に対するヒステリシス曲線を示す図である。
【図２ａ】緩和メモリセルの応答と共にインプリントされた分極状態を緩和させるのに使用できる本発明に従った電圧パルスシーケンスを示す図である。
【図２ｂ】本発明に従った、それぞれ、緩和および非緩和すなわちインプリントメモリセルに対するダイナミック読出応答曲線を示す図である。
【図３】インプリントメモリセルのダイナミック読出応答とサイクル数が増加する電圧パルスシーケンスを印加して誘起されるダイナミック読出応答の比較を示す図である。
【図４】本発明において利用されるメモリセルのマトリクス・アドレッサブル・アレイの略図である。
【図５ａ】本発明に従ったバイト形式のデータがどのようにメモリセルのローに書き込まれそのインプリント状態に記憶されるかを示す略図である。
【図５ｂ】バイト形式のデータがどのようにオーバライトされて図５ａのメモリセルのロー上に一時記憶すなわち揮発性記憶されるかを示す略図である。
【図１】
2007533065.tif 000007
【図２ａ】
2007533065.tif 000008
【図２ｂ】
2007533065.tif 000009
【図３】
2007533065.tif 000010
【図４】
2007533065.tif 000011
【図５ａ】
2007533065.tif 000012
【図５ｂ】
2007533065.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月5日(2006.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は強誘電性またはエレクトレットメモリセルのアドレス指定方法に関し、アドレス指定は読出動作および書込みまたはリセット動作を含み、初期書込動作におけるメモリセルは１つまたは２つの不揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値が割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができるようにされている。本発明は、初期書込動作におけるメモリセルが１つまたは２つの不揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値が割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができるようにされている強誘電性またはエレクトレットメモリセル内に記憶された論理値の非破壊的読出方法にも関連している。最後に、本発明はデータが分極状態として各メモリセル内に書き込まれており、メモリセルは次にインプリント状態をとることができるようにされている一群のメモリセルを含む強誘電性メモリデバイス内にデータを記憶してアクセスする方法に関連している。
【背景技術】
【０００２】
近年、分極可能誘電性材料、特に、２つの分極状態のいずれかに分極可能な強誘電性またはエレクトレット材料をメモリ物質として使用することに基づくある範囲の新しいデータ記憶概念が提案されてきている。それに関して、強誘電性メモリ材料は抗電界およびヒステリシスを有するエレクトレット材料のサブクラスとするのが適切である。典型的に、メモリ材料はキャパシタとして挙動する微視的メモリセル構造で提供される、すなわち、メモリ材料をそれぞれ論理０または１を表すことができる両方向のいずれかへ分極させる電界に置くことにより電荷を蓄積することができる。強誘電性またはエレクトレット材料は無機または有機性とすることができ、好ましくは、メモリセルはマトリクス・アドレッサブル・アレイとして、たとえば、ワード線と呼ばれる第１セットの平行ストライプ電極およびビット線と呼ばれる第２セットの平行ストライプ電極間に提供され、通常は、第１セットの電極に直交して提供される。スイッチング手段、たとえば、トランジスタが各メモリセルすなわちキャパシタ状構造に接続される場合、この種のマトリクスはアクティブ・アドレッサブルと呼ばれてそのメモリ材料がアドレッシングサイクルの外側でせいぜい１つの電極と永久接触するのを防止し、セルのメモリ材料が電極セットおよびメモリ材料がサンドイッチ構造を形成するように、通常、その間のグローバル層内に設けられてワード線およびビット線電極と永久接触する場合にはパッシブ・アドレッサブルと呼ばれるが、他の構成も可能である。
【０００３】
強誘電性またはエレクトレットメモリ材料に基づくメモリは不揮発性である、すなわち、それらはいかなる印加電力も存在しない時でも電荷、即ち記憶されたデータを保持する。しかしながら、特に、メモリセル内に記憶された論理値の読出しは典型的に破壊的であるため、欠点が無いわけではない。分極状態の切替え、すなわち、その方向反転を伴う破壊的読出動作においてメモリセルの論理値が破壊されるため、読出データを保持したければこの値を書き戻さなければならない。具体的には、破壊的読出過程は読出しのためにメモリセルへ切替電圧を印加することにより識別され、容易に検出可能な読出値を発生するために切替電圧は、通常、メモリセルの抗電圧（ｃｏｅｒｓｉｖｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）よりもかなり大きく選択される。分極方向が印加電界の方向と揃えられると、メモリセルの分極は飽和値となって元の残留値へ戻る。しかしながら、印加電界がメモリセルの設定分極と揃えられなければ、メモリセルは切り替わる、すなわち、分極方向が反転してセルは反対分極状態で終わる。
【０００４】
強誘電性メモリセルの特異性はかなり短い時間間隔内で非破壊的読出しまたは他の書込み動作の影響下に置かれず、延長期間だけ設定分極すなわち論理状態のままとされるとセルの分極はいわば「固定」され、たとえメモリ材料の抗電界よりもかなり大きくても電界印加の元で変化するのは非常に困難なことである。そのため、読出しまたは書込み動作が試みられる時にダイナミック応答が変えられ、この現象は通常「インプリント」と呼ばれる。
【０００５】
メモリセルが電界の影響下に置かれる時、分極変化は瞬時的ではなくダイナミック応答曲線に従い、国際出願公開第ＷＯ０２／０５２８８号（被譲渡人：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）に開示されているように、この性質は強誘電性またはエレクトレットメモリセルのマトリクス・アドレッサブル・アレイの少なくとも部分的非破壊的読出しを提供するために利用されてきている。これは各リードおよびライトサイクル中に分極可能メモリ材料内の分極度を制御装置により規定される値へ制限し、次に、ゼロから分極の飽和に対応するまたは近いメモリセルの論理状態を確実に検出するための予め定められた規準と一致する上限までの範囲の前記値により読出しおよび書込み動作を制御して行われるが、検出のために印加される電界がメモリセル内に既に設定されている分極方向と揃わない場合に分極の反転は行われない。しかしながら、この方法は非インプリントメモリセル上で行われるものと想像され、一般的にインプリントは強誘電性またはエレクトレットマトリクス・アドレッサブル・メモリデバイスの適切な動作に対する重大な欠点と見なされる。しかしながら、この欠点は強誘電性またはエレクトレットメモリ材料の固有の特質である、すなわち、十分に高い周波数で繰返しリフレッシュまたは繰返しアドレス指定動作を行わずに、メモリセルが十分長い時間１つの同じ分極状態のままとされると常に生じる。これを認識すると、インプリント特性を長所へ変換し強誘電性またはエレクトレットマトリクス・アドレッサブル・メモリ（ｅｌｅｃｔｒｅｔ  ｍａｔｒｉｘ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｅｌｅ  ｍｅｍｏｒｉｅｓ）のデータ記憶能力を高めるためにそれを実際に利用することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、インプリントされたメモリセルを緩和してメモリセルの読出しおよび書込み動作を実施できるようにする方法を提供することが本発明の第１の目的である。
【０００７】
非破壊的読出しを達成するためにメモリセルのインプリント状態を利用することが本発明のもう１つの目的である。
【０００８】
最後に、インプリント状態がデータの記憶に利用されるメモリデバイスを提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した目的およびその他の特徴および利点は、インプリント状態の緩和を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加し、次に、初期書込動作で設定されたセルの残留分極状態を変えたり切替えたりしない形状，極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加して、この分極状態により表される割当てられた論理値を示す読出信号が得られるように非破壊的読出動作を行うか、あるいは初期書込動作で設定されたメモリセル分極状態のオーバライトを誘起する形状，極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加して、メモリセル内の記憶された論理値が同じまたは反対の論理値でオーバライトされるように書込動作を行うことを特徴とする方法により達成される。
【００１０】
この方法のさらなる特徴および利点は添付従属項２−５から明らかである。
【００１１】
また、前記した目的およびさらなる特徴および利点は、セルのインプリント状態を緩和したりその残留分極状態を変えたりせずにメモリセルの残留分極状態を示す読出信号を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加し、読出信号の検出は非破壊的読出動作に対応しそのためメモリセル内に記憶された論理値を決定できることを特徴とする非破壊的読出方法により達成される。
２つ以上の電圧パルスが使用されるこの種の非破壊的読出動作に関して、これらは有利に両極性さらに、好ましくは、非対称性とすることができる。
【００１２】
最後に、前記した目的およびさらなる特徴および利点は、グループの非選定メモリセルはインプリント状態としたまま、インプリント状態のメモリの緩和を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをグループ内の選定メモリセルに印加し、緩和された各メモリセルに第１の論理値を割り当て、インプリント状態のメモリセルにもう１つの論理値を割り当て、メモリセルのグループはそれぞれ緩和状態で２進論理値を揮発的に記憶し、インプリント状態およびグループのメモリセルへの１つ以上の電圧パルスの印加により緩和メモリセルおよびインプリントメモリセル間を識別するダイナミック応答が発生され、メモリセルのグループ内に一時記憶された論理値は緩和状態の寿命により定められた時間窓内で非破壊的読出動作により読み出すことができることを特徴とするデータの記憶およびアクセス方法、により達成される。
【実施例】
【００１３】
本発明は添付図と共にそのさまざまな典型的実施例の下記の説明からよく理解することができる。次に、強誘電性材料、たとえば、有機強誘電性ポリマの中で現在最も支配的なメモリ材料候補であるポリビニリデン・フロライドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）等の有機ポリマのヒステリシス曲線を示す図１について本発明を詳細に説明する。以下、メモリ材料は判り易くするために強誘電性メモリ材料、すなわち、２つの分極状態のいずれかへ分極することができ、さらに抗電界およびヒステリシスを有する材料、と呼ばれるが、強誘電性材料はエレクトレット材料の適切なサブセットを形成し、通常、前記したようにヒステリシスおよび抗電界を示すその能力によりそこから区別される、すなわち、そのキュリー温度よりも下では強誘電性挙動を示す材料である。この温度よりも上では、その強誘電性を失い常誘電性となる。図１のヒステリシス曲線は横軸が電圧を与え縦軸が分極を与える座標系に示されており、後者は通常強誘電性メモリの場合μＣ／ｃｍ２で測定される。電圧の代わりに横軸は電界強度を与えることもできるが、便宜上電圧が定められたメモリセルに関して使用され、電圧パラメータは材料の抗電界強度およびメモリセル内のメモリ材料の厚さ、すなわち、メモリ材料に接触しそれと一緒にキャパシタ状構造を形成するワード線およびビット線である、そのアドレス指定電極間の間隔から容易に計算される。データはメモリ材料を２つの残留分極状態、すなわち、電界の両方向に対応するメモリセルの＋ＰＲおよび−ＰＲのいずれかに分極させることによりメモリ内に記憶される。メモリ材料の残留分極状態は永久的であり記憶された値またはデータ、たとえば、図１に示すように「０」または「１」を表すのに使用することができる。メモリセルにさらに印加される電界が無ければ、この値はメモリセル内に書き込まれた後で不揮発性状態で不定に記憶することができる。メモリセルの典型的な残留分極は１０−２０μＣ／ｃｍ２である。飽和分極レベルはそれぞれ
2007533065.tif 000014
および
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で示され、飽和分極＋ＰＳと残留分極ＰＲ間の差は非切替分極と呼ばれ
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で示される、すなわち、それぞれ＋Ｐおよび−Ｐでなければならない。さらに、残留分極状態間の分極レベルの差は絶対項でＰ＊として取られて切替分極と呼ばれ、分極方向が切替動作において反転される時に誘起される正味の分極変化に等しい、すなわち、これを行うのに十分な電界強度を加える。この抗電界は抗電圧、すなわち、ヒステリシス曲線と横軸の交点における値＋ＶＣ，−ＶＣに対応しなければならない。強誘電性メモリセルをそのバージンすなわち非分極状態から所望の分極状態へ設定することは、メモリ材料の両端間に抗電圧ＶＣよりも大きい、通常は、たとえばＶＣよりも少なくとも５０％大きい電位差または電圧差を印加して行われる。この電圧レベルは切替電圧ＶＳと呼ばれる。ＶＳが分極方向に揃えられる場合、たとえば、正であって図１において＋ＶＳで示される場合、分極は飽和値＋ＰＳへ駆動され次に残留分極状態＋ＰＲに緩和され、それは図１において論理０の記憶を表すために利用される。同様に、負の切替電圧−ＶＳを印加するとメモリセルは図１において反対残留分極−ＰＲに分極され、論理１の記憶を表すために利用される。ここで、記憶された論理値の読出しは、通常は切替電圧ＶＳである適切な電圧パルスによりメモリセルを問い合わせることにより即座に行われる。メモリセルが正の残留分極状態＋ＰＲであって論理０を格納していれば、正の切替電圧＋ＶＳがメモリセルの分極を飽和＋ＰＳへ向けて駆動し、それは切替電圧＋ＶＳを除去した後で残留分極状態＋ＰＲへ緩和し戻る。この場合、誘起された分極変化は非切替分極
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に対応し、通常、ビット線電極上に誘起分極変化に対応する強度の電流信号出力が生じる。メモリセルが負の残留分極状態−ＰＲであって論理１を記憶しておれば、大きな正の切替電圧＋ＶＳがメモリセルの分極を正の飽和値＋ＰＳへ向けて駆動し、その後切替電圧＋ＶＳの除去によりメモリセルは反対の残留分極＋ＰＲへ緩和する。すなわち、ここで分極すなわち電界の方向は反転され記憶された初期データ、すなわち、「１」は「０」に変換されている。もちろん、割り当てられる論理値は予め定められたまたは選択されたプロトコル、すなわち、規約によって決まる。分極の正味の変化は切替分極Ｐ＊に対応し、記憶された論理「０」および「１」間の差が読出動作において容易に区別されるように大きい読出信号がビット線上に生じる。しかしながら、元のデータがいわゆる破壊的読出過程において破壊されていれば、その分極方向をもう１回変えるためにメモリセルへの書込動作を実施しないと保持できない。これは正の残留分極＋ＰＲにあるセルへ負の切替電圧−ＶＳを印加して行われ、セルの分極を負の飽和値−ＰＳへ向けて駆動しなければならず、そこでメモリセルは切替電圧−ＶＳを除去した後で元の負の残留分極−ＰＲへ緩和し戻り、最初に書き込まれた論理「１」を回復する。
【００１４】
前記検討において、メモリセルは非インプリント状態にある、すなわち、データは永久記憶されるものと仮定するが、読出しおよび切替えは、たとえば、読出動作において単一切替電圧パルスを印加することにより容易に実施され、同様に、破壊されたデータは反対符号の切替電圧ＶＳをメモリセルに印加することにより極めて容易にリセットされる。しかしながら、初期設定またはそこへのデータ書込み後ある時間メモリセルがアドレス指定されないと、それはインプリントする、すなわち、多かれ少なかれその残留分極状態に永久固定される傾向があり、たとえば、そこへの正規の切替電圧印加に応答しなくなる。しかしながら、非常に大きい振幅または応答を誘起するかあるいは終局的にメモリセルの破壊的読出しまたはリセットを行うのに十分長い持続時間を有する１つ以上の電圧パルスを印加することによりインプリント状態を緩和してメモリセルのデータコンテンツを読出しまたはリセットすることができる。すなわち、インプリント状態においてメモリセルへのアドレス指定動作を実施する可能性は適切な形状、極性および／またはメモリセルのインプリント状態を緩和するのに十分な時間積分を有する電圧パルスの印加によって決まる。実施された後で正規状態でメモリセルをもう１度アクセス可能としかつ後続アクセス頻度に応じて非インプリント状態に留まることができるため、このようなインプリント緩和動作はリフレッシュとも呼ばれる。すなわち、適切な高い頻度で繰返しリフレッシュ電圧サイクルを印加することにより、インプリントを回避することができる。
【００１５】
インプリントされたメモリセルの分極状態は異なる方法で変えることができるが、本発明の好ましい実施例では、インプリントは持続時間または長さがかなり短いが切替電圧に匹敵するまたはそれよりも高い電圧の両極電圧パルスの急速シーケンスを印加して緩和される。この手順はインプリント状態を緩和しなければならず、セルのデータコンテンツは正規に読み出すことができる。インプリントされたメモリセル内でこの種の緩和を行うための好ましい電圧パルスシーケンスが図２ａに示されている。この図は緩和のために印加される電圧パルスシーケンスおよび１０００秒間インプリント状態に置かれた後の２５℃におけるメモリセルの読出応答を表す。印加電圧パルスシーケンスは細線で示されおよそ３０μｓの初期パルスを含み反対極性の遥かに短いパルスシーケンスが続く。図２ａに太線で示す読出応答はリンギングパルスシーケンスとして示され、最初に、たとえば、１０および１２μＣ／ｃｍ２間の分極に対応する３０μｓパルスがあり反対極性の非常に鋭く第１のパルスとほぼ同じ分極値のパルスシーケンスが続く。パルス振幅は得られた分極値を示し、横軸に垂直な短い線は時間軸の中断を示す。図２ｂはそれぞれ緩和された、すなわち、非インプリントメモリセルおよびインプリントメモリセル、の応答に対するパルスシーケンスを示す。細線は１０００秒インプリント時間後の２５℃における緩和されたセルに対する読出パルスシーケンスを示し、太線はまだインプリント状態にあるメモリセルに対する読出応答を表す。図からお判りのように、シーケンスの後続負パルスの振幅だけでなく各シーケンス内の第１のパルスの振幅の場合にも、電荷値にかなりの差がある。これは緩和状態のメモリセルおよびインプリント状態のメモリセルからの読出信号間の区別は容易であることを意味する。図２ａと同様に、図２ｂで横軸に垂直な線は時間軸の中断を示す。シーケンスの初期トリガパルスは１４Ｖの電圧を有し、それは正規の切替電圧と見なすことができるが、もちろん、その方向に永久的変化は生じないため分極の一時的すなわち過渡的変化以外に影響を及ぼすことはなく、その方向の読出動作は非破壊的である、すなわち、元の分極状態は保持されるが、読出しまたは再度読出しはそのインプリント状態に定着を許される。
【００１６】
しかしながら、メモリセルの実際の瞬時分極値はパルスシーケンス時間パラメータおよびダイナミック分極応答の時定数に応じた周期で残留分極値周りに振動する。
【００１７】
しかしながら、緩和モードにおける読出信号はインプリントされたメモリセルから得ることができるものとはかなり異ならなければならず、そのため図３に示すようなダイナミックな特性を示す。ここで、最上位曲線は５μｓの読出パルスを使用する非緩和インプリントメモリセルに対するダイナミック分極応答を示す。それに続く曲線はメモリセルを５２日間インプリント状態とした後の最初に１４Ｖの指示された数（６−５５５６）の両極３０μｓ電圧パルスの印加を連続的に示す。たとえば、５６の両極３０μｓ電圧パルスのパルスシーケンスを使用して頂部から底部まで第３の応答曲線が生じインプリントされた、すなわち、非緩和メモリセルと緩和メモリセル間で信号強度にかなりの差を生じる。第１のケースでは５μｓ後の分極はおよそ−６μＣ／ｃｍ２であり、第２のケースではおよそ−１１μＣ／ｃｍ２であり、およそ５μＣ／ｃｍ２の信号強度差を与える。この驚くほど大きい信号強度差を利用して、後述するように、全く新しい予期せぬ方法でメモリセルのデータ記憶能力を向上させることができる。
【００１８】
図４は本発明で使用されるメモリセルアレイとしてのメモリデバイスのレイアウトを示す略図である。簡単にするために、図４のメモリデバイスは８本のワード線と８本のビット線しかなく全部で６４メモリセルのパッシブ・マトリクスとして示されている。一般的に、ワード線およびビット線の各々の数は数千にもなりメモリマトリクスはその交点に数百万ものメモリセルを含んでいる。データは図４のメモリデバイス内の全メモリセルに書き込まれており１秒の数分の一から不定期間にまで達することがある時間だけその状態のままとされるものと仮定すると、メモリセルはインプリント状態に固定される、すなわち、読出しまたはメモリセルの反対分極状態への切替えのために、メモリセルから応答を誘起させるのに遥かに大きなエネルギが必要となる。図４に示すマトリクス・アドレッサブル・メモリデバイスの１行全部でそのインプリント状態において新しいデータがオーバライトされるものと仮定する。図５はアクティブワード線ＡＷＬにデータ語すなわちバイト０１０１１００１が書き込まれている状況に対応するメモリセルの行を表す図式を示す。水平軸上に連続する８つのメモリセルの行に対する分極状態が示され、左の垂直軸上には分極レベルが与えられる。各メモリセルは分極がメモリ材料の残留分極に対応し、したがって、データバイト０１０１１００１がいずれかの分極状態でメモリセルの行内に設定されそれらの中に表示されたようにインプリントされる。ここで、このインプリントされたバイトを新しいデータ語すなわちバイト１０１０１１１０で一時的にオーバライトしたい。次に、これは第１のメモリセルのインプリント分極状態を緩和し、第２のセルのインプリント分極状態をそのままとし、第３のセルの分極状態を緩和し、第４のセルのインプリント分極をそのままとし、第５のセルの分極状態を緩和し、第６および第７のセルの分極状態を緩和し、第８および最後のセルをそのインプリント状態のままとすることにより行われる。インプリント状態のままとされるメモリセルは正の残留分極状態に対応するか負の残留分極状態に対応するかに無関係に論理０を表すために利用され、緩和メモリセルは全て論理１を表すために利用される。元の分極状態は重要ではないため、これにより非常に単純なリライトプロトコルが考えられる。プロトコルは第１の論理状態（ここでは、論理０）がインプリントメモリセルに割り当てられ第２の論理状態（ここでは、論理１）が緩和メモリセルに割り当てられることしか必要としない。ここで、たとえば、１０Ｖよりも高いかなり高電圧の初期両極パルシングにより読出しは容易に実施され、その場合まだインプリントされた状態は非常に遅いまたは消失ダイナミック応答により明らかにされ、図２ｂから判るように緩和メモリセルは遥かに大きなダイナミック応答を有する。もちろん、緩和分極状態の寿命により定められた時間窓内でさらにアクセスが試みられなければ、これらのメモリセルは初期インプリント状態に再定着され書き込まれた情報は失われる。
【００１９】
本発明に従った緩和メモリセルの読出しは読出サイクル内のダイナミック応答を監視するだけで分極状態を切替えることなく非破壊的に行われる。これは前記した国際特許出願ＷＯ０２／０５２８８内で既に提示されており、さらに本発明による読出しに対する標準モードである、すなわち、読出過程において実際に重要なのはダイナミック応答および記憶された論理値間の区別を考慮する記録されたダイナミック応答内の差である。ここではメモリへの書込動作に対応する緩和はランダムアクセス時間に関して緩やかではあるが、並列書込みの可能性はビットレートをかなり増加させる。緩和メモリセルを使用して記憶されたデータはアクセスが無いと最後に失われるが、前記したように、たとえ数秒または数分の１秒間であってもデータの一時記憶が必要とされるまたは望ましいいくつかのケースがある。典型的な例はデータ処理動作で発生される中間データの一時記憶であり、それは処理動作のすぐ続くステップにおいてアップロードされなければならない。いわゆる高速キャッシュまたはバッファメモリをこのために使用することができるが、それらは、たとえば、処理動作で使用され保持されなければならないソースコード等の他のタイプのデータの永久記憶にも割り当てなければならない。もちろん、それにより従来技術のデータの一時記憶に利用可能な記憶スペースは減少し、内部メモリ内への永久的および一時データ記憶の必要性から大きなデータ記憶容量を必要とするより大きなデータ処理動作において欠点となることがある。
【００２０】
当業者ならばお判りのように、インプリント（不揮発性かつ緩和（揮発性）状態のメモリセルを有する本発明に従った強誘電性メモリデバイスを作動させることは非破壊的アドレス指定動作を伴う、すなわち、メモリセルの分極方向の切替えは起こらない。これは行内の平均５０％のメモリセル（論理０および論理１の等分布を仮定する）が読出動作において切替えられなければならない時の、非インプリントメモリデバイス内のアドレス指定動作と比較することができる。読出しはほぼ常に全行読出しとして行われるため、すなわち、アクティブワード線上の全メモリセルが並列に読み出されデータ語は行出力のメモリセル数（すなわち、ビット線）に等しいため、読出しによりいわゆる妨害が発生され、それは非アクティブワード線上の非アドレス指定メモリセルに対して望ましくない電圧パルスである。これは、たとえば、リードサイクル外のワード線およびビット線への切替電圧の選定分数、通常は、１／２または１／３に達する電圧レベルの印加を規定する適切な電圧パルスプロトコルを適用し、リードサイクル中にアクティブビット線と同じ電圧レベルに非アクティブワード線をクランプして、妨害電圧の影響を緩和するように働く前者と後者間の電位差の解消により大部分改善することができる。破壊的に読み出されたメモリセルをリセットしなければならない時、すなわち、元の分極状態すなわち論理値へ切替えられる時にも同様なプロトコルが適用される。これは幾分より複雑なプロトコルを伴い一行のメモリセルの半分、すなわち、ワード線上だけで実施される平均にリセット（またはリフレッシユ）することを含んでいる（強誘電性メモリにおけるアドレス指定動作に対する電圧パルスプロトコルに関しては、国際出版出願ＷＯ０２／０５２８７参照）。本発明では、もちろん、全ての非アドレス指定セルはインプリント状態にあり、通常は全行ライト／リードとして実施することができる、任意のライト／リード動作は常に非破壊的であり、インプリントメモリセルはどのみち概ね免れる任意の言及する価値のある妨害を発生できてはならない。
【００２１】
本発明はメモリがデータの永久記憶に完全に専念できるようにし、同時に永久記憶されたデータを一時記憶のためにオーバライトできるようにする方法を開示している。もちろん、それにより本発明で使用される強誘電性またはエレクトレットメモリのデータ記憶容量は有効に２倍となる。次に、揮発性すなわち緩和状態はさらなる転送動作においてデータが、たとえば、アップまたはダウンロードされた後で単純に元のインプリント状態へ戻り、もちろん、永久記憶されたデータは前記したようにアクセスすることができる。
【００２２】
しかしながら、第２のモードで記憶されたデータは保持することが望ましくそれは緩和メモリセル内の揮発性記憶装置を使用する。これは緩和メモリセルを揮発状態にとどまるように１０−１０００Ｈｚの周波数で反復リフレッシュさせて行うことができる。あるいは、読出データを同じメモリデバイス内のもう１つの場所へ転送してそこへ交番極性状態として書き込むことができ、それは随意インプリントするようにすることができ、その場合は従来の破壊的読出しが試みられる前にリフレッシュが必要となる。しかしながら、当業者ならば適切なマッピング手順をメモリデバイスに適用してその中へのデータの記憶を望みどおりにまたは必要に応じて最適に処理できることは自明である。さらに、緩和または揮発性状態で記憶されたデータを保持する反復リフレッシュ動作は記憶されたデータをダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）に保持するのに必要なリフレッシュ動作に類似しているため、緩和モードで動作する強誘電性メモリはこの局面においてＤＲＡＭに類似していることに注目願いたい。
【００２３】
全ての実用的目的に対して、インプリントされた強誘電性またはエレクトレットメモリデバイスは、インプリントされた状態のままとされた時一種のＲＯＭと見なされることが判る。データはアクセスして読み出すことができるが、メモリセルをリフレッシュまたは緩和させインプリントされたメモリ状態を緩和させる試みはなされない。インプリント状態での記憶が示唆することは、メモリが１回しか書き込まれず次に所望する回数だけ読み出され、恐らくは読出し間の間隔は長いということである。一方、同じメモリが本発明に開示されている方法で利用されると、すなわち、不揮発性すなわち緩和状態およびインプリント状態を論理値を表すのに使用することにより、もちろん、データ記憶容量は２倍とすることができ、書込動作はインプリント状態を緩和するかあるいは緩和しない。
【００２４】
要約すると、本発明はメモリデバイスが第１のモードでは好ましくはＲＯＭとして作動されデータは残留分極状態の形で非破壊的読出しを使用して記憶され、第２のモードでは揮発的に記憶され非破壊的読出しでアクセスされた２進データを表す緩和状態またはインプリント状態を利用して高速過渡バッファとして作動されるような基本的に緩和するインプリントメモリセルを考慮している。当業者ならばいくつかの異なるプロトコルを本発明で利用できることがお判りであろう。最後に、第２モードのデータ記憶は、もちろん、揮発性かつ過渡的であるため、メモリが初期インプリント状態へ反転する時に揮発性データが目の前でどのように薄れてゆき跡形もなく消えてゆくかという興味はあるがありふれた観察を行うことができる。この特異な現象はデータ記憶にしか関連しない状況以外の他の状況で本発明を応用する道を開く。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】強誘電性メモリ材料に対するヒステリシス曲線を示す図である。
【図２ａ】緩和メモリセルの応答と共にインプリントされた分極状態を緩和させるのに使用できる本発明に従った電圧パルスシーケンスを示す図である。
【図２ｂ】本発明に従った、それぞれ、緩和および非緩和すなわちインプリントメモリセルに対するダイナミック読出応答曲線を示す図である。
【図３】サイクル数が増加する電圧パルスシーケンスを印加して誘起されるインプリントメモリセルのダイナミック読出応答を示す図である。
【図４】本発明において利用されるメモリセルのマトリクス・アドレッサブル・アレイの略図である。
【図５ａ】本発明に従ったバイト形式のデータがどのようにメモリセルのローに書き込まれそのインプリント状態に記憶されるかを示す略図である。
【図５ｂ】バイト形式のデータがどのようにオーバライトされて図５ａのメモリセルのロー上に一時記憶すなわち揮発性記憶されるかを示す略図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電性またはエレクトレットメモリセルのアドレス指定方法であって、アドレス指定は読出動作および書込またはリセット動作を含み、初期書込動作におけるメモリセルは１つまたは２つの非揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値を割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができ、
前記インプリント状態の緩和を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加し、次に、前記初期書込動作において設定されたセルの残留分極状態を変更したり切替えることのない形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加することによりこの分極状態により表される割当て論理値を示す読出信号が得られるように非破壊的読出動作を行うか、または前記初期書込動作において設定されたメモリセル分極状態のオーバライトを誘起する形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加することによりメモリセル内の記憶された論理値が同じまたは反対論理値によりオーバライトされるように書込動作を行うことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、２つ以上の電圧パルスが印加され、印加電圧パルスは両極性であることを特徴とする前記方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
両極パルスは形状、極性および／または時間積分に関して非対称的であることを特徴とする前記方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
メモリセルに前記両極性を有する電圧パルスを印加して書込動作を行うことを特徴とする前記方法。
【請求項５】
強誘電性またはエレクトレットメモリセル内の記憶された論理値の非破壊的読出方法であって、初期書込動作におけるメモリセルは１つまたは２つの非揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値を割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができ、
セルのインプリント状態を緩和させずあるいはその残留分極を変えずにメモリセルの残留分極状態を示す読出信号を誘起するのに十分な形状および分極および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加し、読出信号の検出は非破壊的読出動作に対応し、それによりメモリセル内に記憶された論理値を決定できることを特徴とする前記方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、２つ以上の電圧パルスが印加され、
印加電圧パルスは両極性であることを特徴とする前記方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
両極パルスは形状、極性および／または時間積分に関して非対称的であることを特徴とする前記方法。
【請求項８】
一群のメモリセルを含む強誘電性メモリデバイス内にデータを記憶してアクセスする方法であって、データは各メモリセル内に分極状態として書き込まれておりそれは次にインプリント状態をとることができ、
グループ内の選定メモリセルにインプリント状態のメモリの緩和を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加し、グループの非選定メモリセルはインプリント状態のままとされ、各緩和メモリセルに第１の論理値を割り当てインプリント状態のメモリセルにもう１つの論理値を割り当て、メモリセルのグループはそれぞれ緩和状態の２進論理値を揮発的に記憶し、インプリント状態およびグループのメモリセルへの１つ以上の電圧パルスの印加により緩和メモリセルとインプリントメモリセル間を識別するダイナミック応答が発生され、それによりメモリセルのグループ内に一時記憶された論理値は緩和状態の寿命により定められた時間窓内で非破壊的読出動作で読み出せることを特徴とする前記方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２ａ】
2007533065.tif 000018
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２ｂ】
2007533065.tif 000019
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2007533065.tif 000020
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2007533065.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月21日(2007.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電性またはエレクトレットメモリセルのアドレス指定方法であって、アドレス指定は読出動作および書込またはリセット動作を含み、初期書込動作におけるメモリセルは第一または第二の非揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値を割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができ、
前記インプリント状態の緩和を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加し、次に、切り替え電圧パルスを印加することによりこのメモリセルの分極状態により表される割当て論理値を示す読出信号が得られるように読出動作を行うか、または前記初期書込動作において設定されたメモリセル分極状態のオーバライトまたはスイッチングを誘起する形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加することによりメモリセル内の記憶された論理値が同じまたは反対論理値によりオーバライトされるように書込動作を行うことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、２つ以上の電圧パルスが印加され、印加電圧パルスは両極性であることを特徴とする前記方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
両極パルスは形状、極性および／または時間積分に関して非対称的であることを特徴とする前記方法。
【請求項４】
強誘電性またはエレクトレットメモリセル内の記憶された論理値の非破壊的読出方法であって、初期書込動作におけるメモリセルは第一または第二の非揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値を割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができ、
セルのインプリント状態を緩和させずあるいはその残留分極を変えずにメモリセルの残留分極状態を示す読出信号を誘起するのに十分な形状および分極および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加し、読出信号の検出は非破壊的読出動作に対応し、それによりメモリセル内に記憶された論理値を決定できることを特徴とする前記方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、１つ以上の電圧パルスが印加され、
印加電圧パルスは両極性であることを特徴とする前記方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
両極パルスは形状、極性および／または時間積分に関して非対称的であることを特徴とする前記方法。
【請求項７】
一群のメモリセルを含む強誘電性メモリデバイス内にデータを記憶してアクセスする方法であって、データは各メモリセル内に分極状態として書き込まれておりそれは次にインプリント状態をとることができ、
グループ内の選定メモリセルにインプリント状態のメモリの緩和を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスを印加し、グループの非選定メモリセルはインプリント状態のままとされ、各緩和メモリセルに第１の論理値を割り当てインプリント状態のメモリセルにもう１つの論理値を割り当て、メモリセルのグループはそれぞれ緩和状態の２進論理値を揮発的に記憶し、インプリント状態およびグループのメモリセルへの１つ以上の電圧パルスの印加により緩和メモリセルとインプリントメモリセル間を識別するダイナミック応答が発生され、それによりメモリセルのグループ内に一時記憶された論理値は緩和状態の寿命により定められた時間窓内で非破壊的読出動作で読み出せることを特徴とする前記方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は強誘電性またはエレクトレットメモリセルのアドレス指定方法に関し、アドレス指定は読出動作および書込みまたはリセット動作を含み、初期書込動作におけるメモリセルは第一または第二の不揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値が割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができるようにされている。本発明は、初期書込動作におけるメモリセルが第一または第二の不揮発性分極状態に設定されており、それらはそれぞれ論理値が割り当てられ、メモリセルはその後インプリント状態をとることができるようにされている強誘電性またはエレクトレットメモリセル内に記憶された論理値の非破壊的読出方法にも関連している。最後に、本発明はデータが分極状態として各メモリセル内に書き込まれており、メモリセルは次にインプリント状態をとることができるようにされている一群のメモリセルを含む強誘電性メモリデバイス内にデータを記憶してアクセスする方法に関連している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記した目的およびその他の特徴および利点は、インプリント状態の緩和を誘起するのに十分な形状、極性および／または時間積分を有する１つ以上の電圧パルスをメモリセルに印加し、次に、切り替え電圧パルスを印加して、このメモリセルの分極状態により表される割当てられた論理値を示す読出信号が得られるように読出動作を行うか、あるいは初期書込動作で設定されたメモリセル分極状態のオーバライトか切り替えを誘起する切り替え電圧パルスをメモリセルに印加して、メモリセル内の記憶された論理値が同じまたは反対の論理値でオーバライトされるように書込動作を行うことを特徴とする方法により達成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この方法のさらなる特徴および利点は添付従属項２及び３から明らかである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は添付図と共にそのさまざまな典型的実施例の下記の説明からよく理解することができる。次に、強誘電性材料、たとえば、有機強誘電性ポリマの中で現在最も支配的なメモリ材料候補であるポリビニリデン・フロライドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）等の有機ポリマのヒステリシス曲線を示す図１について本発明を詳細に説明する。以下、メモリ材料は判り易くするために強誘電性メモリ材料、すなわち、２つの分極状態のいずれかへ分極することができ、さらに抗電界およびヒステリシスを有する材料、と呼ばれるが、強誘電性材料はエレクトレット材料の適切なサブセットを形成し、通常、前記したようにヒステリシスおよび抗電界を示すその能力によりそこから区別される、すなわち、そのキュリー温度よりも下では強誘電性挙動を示す材料である。この温度よりも上では、その強誘電性を失い常誘電性となる。図１のヒステリシス曲線は横軸が電圧を与え縦軸が分極を与える座標系に示されており、後者は通常強誘電性メモリの場合μＣ／ｃｍ２で測定される。電圧の代わりに横軸は電界強度を与えることもできるが、便宜上電圧が定められたメモリセルに関して使用され、電圧パラメータは材料の抗電界強度およびメモリセル内のメモリ材料の厚さ、すなわち、メモリ材料に接触しそれと一緒にキャパシタ状構造を形成するワード線およびビット線である、そのアドレス指定電極間の間隔から容易に計算される。データはメモリ材料を２つの残留分極状態、すなわち、電界の両方向に対応するメモリセルの＋ＰＲおよび−ＰＲのいずれかに分極させることによりメモリ内に記憶される。メモリ材料の残留分極状態は永久的であり記憶された値またはデータ、たとえば、図１に示すように「０」または「１」を表すのに使用することができる。メモリセルにさらに印加される電界が無ければ、この値はメモリセル内に書き込まれた後で不揮発性状態で不定に記憶することができる。メモリセルの典型的な残留分極は１０−２０μＣ／ｃｍ２である。飽和分極レベルはそれぞれ
2007533065.tif 000022
および
2007533065.tif 000023
で示され、飽和分極＋ＰＳと残留分極ＰＲ間の差は非切替分極と呼ばれ
2007533065.tif 000024
で示される、すなわち、それぞれ＋Ｐおよび−Ｐでなければならない。さらに、残留分極状態間の分極レベルの差は絶対項でＰ＊として取られて切替分極と呼ばれ、分極方向が切替動作において反転される時に誘起される正味の分極変化に等しい、すなわち、これを行うのに十分な電界強度を加える。この抗電界は抗電圧、すなわち、ヒステリシス曲線と横軸の交点における値＋ＶＣ，−ＶＣに対応しなければならない。強誘電性メモリセルをそのバージンすなわち非分極状態から所望の分極状態へ設定することは、メモリ材料の両端間に抗電圧ＶＣよりも大きい、通常は、たとえばＶＣよりも少なくとも５０％大きい電位差または電圧差を印加して行われる。この電圧レベルは切替電圧ＶＳと呼ばれる。ＶＳが分極方向に揃えられる場合、たとえば、正であって図１において＋ＶＳで示される場合、分極は飽和値＋ＰＳへ駆動され次に残留分極状態＋ＰＲに緩和され、それは図１において論理０の記憶を表すために利用される。同様に、負の切替電圧−ＶＳを印加するとメモリセルは図１において反対残留分極−ＰＲに分極され、論理１の記憶を表すために利用される。ここで、記憶された論理値の読出しは、通常は切替電圧ＶＳである適切な電圧パルスによりメモリセルを問い合わせることにより即座に行われる。メモリセルが正の残留分極状態＋ＰＲであって論理０を格納していれば、正の切替電圧＋ＶＳがメモリセルの分極を飽和＋ＰＳへ向けて駆動し、それは切替電圧＋ＶＳを除去した後で残留分極状態＋ＰＲへ緩和し戻る。この場合、誘起された分極変化は非切替分極
2007533065.tif 000025
に対応し、通常、ビット線電極上に誘起分極変化に対応する強度の小電流信号出力が生じる。メモリセルが負の残留分極状態−ＰＲであって論理１を記憶しておれば、大きな正の切替電圧＋ＶＳがメモリセルの分極を正の飽和値＋ＰＳへ向けて駆動し、その後切替電圧＋ＶＳの除去によりメモリセルは反対の残留分極＋ＰＲへ緩和する。すなわち、ここで分極すなわち電界の方向は反転され記憶された初期データ、すなわち、「１」は「０」に変換されている。もちろん、割り当てられる論理値は予め定められたまたは選択されたプロトコル、すなわち、規約によって決まる。分極の正味の変化は切替分極Ｐ＊に対応し、記憶された論理「０」および「１」間の差が読出動作において容易に区別されるように大きい読出信号がビット線上に生じる。しかしながら、元のデータがいわゆる破壊的読出過程において破壊されていれば、その分極方向をもう１回変えるためにメモリセルへの書込動作を実施しないと保持できない。これは正の残留分極＋ＰＲにあるセルへ負の切替電圧−ＶＳを印加して行われ、セルの分極を負の飽和値−ＰＳへ向けて駆動しなければならず、そこでメモリセルは切替電圧−ＶＳを除去した後で元の負の残留分極−ＰＲへ緩和し戻り、最初に書き込まれた論理「１」を回復する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
インプリントされたメモリセルの分極状態は異なる方法で変えることができるが、本発明の好ましい実施例では、インプリントは持続時間または長さがかなり短いが切替電圧に匹敵するまたはそれよりも高い電圧の両極電圧パルスの急速シーケンスを印加して緩和される。この手順はインプリント状態を緩和しなければならず、セルのデータコンテンツは正規に読み出すことができる。インプリントされたメモリセル内でこの種の緩和を行うための好ましい電圧パルスシーケンスが図２ａに示されている。この図は緩和のために印加される電圧パルスシーケンスおよび１０００秒間インプリント状態に置かれた後の２５℃におけるメモリセルの読出応答を表す。印加電圧パルスシーケンスは細線で示されおよそ３０μｓの初期パルスを含み反対極性の遥かに短いパルスシーケンスが続く。図２ａに太線で示す読出応答はリンギングパルスシーケンスとして示され、最初に、たとえば、１０および１２μＣ／ｃｍ２間の分極に対応する３０μｓパルスがあり反対極性の非常に鋭く第１のパルスとほぼ同じ分極値のパルスシーケンスが続く。パルス振幅は得られた分極値を示し、横軸に垂直な短い線は時間軸の中断を示す。図２ｂはそれぞれ緩和された、すなわち、非インプリントメモリセルおよびインプリントメモリセル、の応答に対するパルスシーケンスを示す。細線は１０００秒インプリント時間後の２５℃における緩和されたセルに対する読出パルスシーケンスを示し、太線はまだインプリント状態にあるメモリセルに対する読出応答を表す。図からお判りのように、シーケンスの後続負パルスの振幅だけでなく各シーケンス内の第１のパルスの振幅の場合にも、電荷値にかなりの差がある。これは緩和状態のメモリセルおよびインプリント状態のメモリセルからの読出信号間の区別は容易であることを意味する。図２ａと同様に、図２ｂで横軸に垂直な線は時間軸の中断を示す。シーケンスの初期トリガパルスは１４Ｖの電圧を有し、それは正規の切替電圧と見なすことができるが、もちろん、その方向に永久的変化は生じないため分極の一時的すなわち過渡的変化以外に影響を及ぼすことはなく、その方向の読出動作は非破壊的である、すなわち、読出し後であって、緩和状態から転換したときに元の分極状態は保持される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
要約すると、本発明はメモリデバイスが第１のモードでは好ましくはＲＯＭとして作動されデータは好ましくは残留分極状態の形で非破壊的読出しを使用して記憶され、第２のモードでは揮発的に記憶され非破壊的読出しでアクセスされた２進データを表す緩和状態またはインプリント状態を利用して高速過渡バッファとして作動されるような基本的に緩和するインプリントメモリセルを考慮している。当業者ならばいくつかの異なるプロトコルを本発明で利用できることがお判りであろう。最後に、第２モードのデータ記憶は、もちろん、揮発性かつ過渡的であるため、メモリが初期インプリント状態へ反転する時に揮発性データが目の前でどのように薄れてゆき跡形もなく消えてゆくかという興味はあるがありふれた観察を行うことができる。この特異な現象はデータ記憶にしか関連しない状況以外の他の状況で本発明を応用する道を開く。
【国際調査報告】
2007533065.tif 000026
2007533065.tif 000027
2007533065.tif 000028