铁电存储器课件.ppt

1、-铁电存储器铁电存储器组员：朱定洋组员：朱定洋 尚浩尚浩 关云珲关云珲 李韵池李韵池-内容简介内容简介铁电的相关介绍铁电的相关介绍存储器的类型存储器的类型铁电存储器的原理铁电存储器的原理铁电存储器的应用铁电存储器的应用相关展望相关展望-介电介电 压电压电热释电热释电 铁电的相关介绍铁电的相关介绍1.铁电的范畴铁电的范畴铁电铁电-凡呈凡呈自发极化自发极化，并且自发极化可以随着外电场方，并且自发极化可以随着外电场方向而改变的晶体向而改变的晶体 铁电体具有高介电常数（几百铁电体具有高介电常数（几百几万）几万）铁电的相关介绍铁电的相关介绍2.铁电体的定义铁电体的定义3.铁电体的特征铁电体的特征电滞回线

2、电滞回线铁电畴铁电畴-4.4.铁电晶体分类：铁电晶体分类：a.一类以磷酸二氢钾一类以磷酸二氢钾 KH2PO4-简称简称KDP-为代表，具有氢为代表，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序的相变；键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序的相变；b.另一类则以钛酸钡（另一类则以钛酸钡（BT）为代表，从顺电相到铁电相的）为代表，从顺电相到铁电相的过渡是由于其中两个子晶格发生相对位移。过渡是由于其中两个子晶格发生相对位移。铁电的相关介绍铁电的相关介绍-半导体存储器的分类半导体存储器的分类非易失性非易失性 只读存储器只读存储器ROM，一旦储存资料就无法改变或者删除，不会随电源关闭，一旦储存资料就

3、无法改变或者删除，不会随电源关闭而消失。包含以下几种：而消失。包含以下几种：掩膜掩膜ROM、PROM、EPROM、OTPROM、EEPROM、快闪存储器、快闪存储器易失性易失性易于使用，性能好，在掉电情况下会丢失所有数据易于使用，性能好，在掉电情况下会丢失所有数据静态静态存储器存储器SRAM（Static Random Access Memory）：速度非常速度非常快，价格昂贵，如计算机快，价格昂贵，如计算机CPU的以及缓存，二级缓存的以及缓存，二级缓存动态动态存储器存储器DRAM（Dynamic Random Access Memory）：保留：保留数据时间短，速度比数据时间短，速度比SRA

4、M慢，价格也便宜一下，如计算机内存慢，价格也便宜一下，如计算机内存-铁电存储器（铁电存储器（FROM）FROM利用铁电效应实现数据存储，铁电效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子在电场作用下运动，并达到一种稳定状态；当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位置，这是由于晶体的中间层是一个高能阶，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，因此FROM保持数据不需要电压，也不需要像DROM一样周期性刷新。-特点：特点：由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏置极化特性，与电由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏置极化特性，与电磁作用无关，故磁作用无关，故FROM存储器的内

5、容不会受到外界条件的影响，存储器的内容不会受到外界条件的影响，能同普通能同普通ROM存储器一样使用，有非易失性的存储特性存储器一样使用，有非易失性的存储特性 能够像能够像RAM一样操作，读写功耗极低，不存在最大读写次数一样操作，读写功耗极低，不存在最大读写次数问题，但是受到铁电晶体特性制约，有最大访问次数限制易于使问题，但是受到铁电晶体特性制约，有最大访问次数限制易于使用，性能好，在掉电情况下不会丢失所有数据用，性能好，在掉电情况下不会丢失所有数据功能：功能：数据收集存储数据收集存储配置信息存储配置信息存储 写入速度比较（在 25 MHz频率下，F-RAM 写入速度比EEPROM器件快488

6、倍）-铁电存储器的应用铁电存储器的应用应用领域应用领域：仪表：电表、水表、气表、流量表、邮资表仪表：电表、水表、气表、流量表、邮资表汽车安全气袋、车身控制系统、车在收音机、车载汽车安全气袋、车身控制系统、车在收音机、车载DVD、引擎、娱乐设、引擎、娱乐设 备、仪器簇、传动系。保险装置、遥感勘测备、仪器簇、传动系。保险装置、遥感勘测/导航系统、自动收费系统导航系统、自动收费系统通讯：移动通讯发射站、数据记录仪、电话、收音机、可携式通讯：移动通讯发射站、数据记录仪、电话、收音机、可携式GPS消费性电子产品：家电、机顶盒、等离子液晶屏电视消费性电子产品：家电、机顶盒、等离子液晶屏电视计算机办公设备：

7、雷达系统、网络附属存储、电子式电脑切换器计算机办公设备：雷达系统、网络附属存储、电子式电脑切换器工业、科技、医疗：工业自动控制、电梯酒店门锁、掌上操作仪器，医工业、科技、医疗：工业自动控制、电梯酒店门锁、掌上操作仪器，医 疗仪器、发动机控制疗仪器、发动机控制其他：自动提款机、照相机、游戏机、其他：自动提款机、照相机、游戏机、POS机、自动售货机机、自动售货机-典型应用一：电表存储中的应用典型应用一：电表存储中的应用 存储器的好坏直接关系到电能表的正常使用和测量精度。目前应用最多存储器的好坏直接关系到电能表的正常使用和测量精度。目前应用最多的方案仍是的方案仍是SRAM加后备电池、加后备电池、EE

8、PROM、NVRAM这三种。这三种。uSRAM加后备电池加后备电池：增加了硬件设计的复杂性，同时由于加了电池又降低增加了硬件设计的复杂性，同时由于加了电池又降低了系统的可靠性了系统的可靠性uEEPROM：可擦写次数较少可擦写次数较少(约约100万次万次)，且写操作时间较长，且写操作时间较长(10 ms)uNVRAM（Non-Volatile Random Access Memory）：）：价格问题限制价格问题限制其其普及应用普及应用 FRAM具有具有读写速度快，擦读写速度快，擦写次数多，超低写次数多，超低功耗等突出优点，功耗等突出优点，从而保证了系统从而保证了系统具有很高的实时具有很高的实时性

9、和可靠性。性和可靠性。-典型应用二：税控机中的应用典型应用二：税控机中的应用 税控机就是在原有电子收款机上加上税控功能，所以税控功能和资讯储税控机就是在原有电子收款机上加上税控功能，所以税控功能和资讯储存是整个系统的关键所在。存是整个系统的关键所在。当前其资讯储存的非易失性数据存储方案有静态存储器当前其资讯储存的非易失性数据存储方案有静态存储器SRAM加电池的加电池的组合、组合、FLASH闪存芯片、闪存芯片、EEPROM和铁电存储器和铁电存储器FRAM 等。等。SRAM加电池的组合容易因电池掉电被数据篡改，而加电池的组合容易因电池掉电被数据篡改，而FLASH闪存芯片闪存芯片和和EEPROM则有

10、寿命问题，故具有读写速度快、无限次擦写及低功耗的特则有寿命问题，故具有读写速度快、无限次擦写及低功耗的特点的点的FRAM则成为开发人员的最佳存储器选则。则成为开发人员的最佳存储器选则。-典型应用三：典型应用三：ETC（电子道路收费系统电子道路收费系统）在在RFID（Radio Frequency IDentification 射频识别技术）系统中读写射频识别技术）系统中读写距离非对称，距离非对称，采用有源标应答器，成本增加且需更换电池采用有源标应答器，成本增加且需更换电池。FRAM产品有低功耗、快速写入的能力，在非接触式记忆体应用领域中产品有低功耗、快速写入的能力，在非接触式记忆体应用领域中具

11、有相等读写距离的特性可提供比较好的解决方案。应用在电子道路收费系统具有相等读写距离的特性可提供比较好的解决方案。应用在电子道路收费系统中，可以在等功耗的环境下，达到中，可以在等功耗的环境下，达到15米以上的读写距离，因而改变系统架构米以上的读写距离，因而改变系统架构由有源标应答器变为无源应答器，节省系统成本同时还能提高产品可靠性由有源标应答器变为无源应答器，节省系统成本同时还能提高产品可靠性。-结束语结束语铁电存储器与传统半导体存储器相比有许多突出的优点，其应用前铁电存储器与传统半导体存储器相比有许多突出的优点，其应用前景十分诱人。近年来，人们对铁电存储器的研究已取得了可喜的进展，景十分诱人。

12、近年来，人们对铁电存储器的研究已取得了可喜的进展，并实现了各种商业应用。并实现了各种商业应用。但要在实际应用上取得进一步的重大突破，铁电存储器还有一些问但要在实际应用上取得进一步的重大突破，铁电存储器还有一些问题亟待解决题亟待解决:铁铁电薄膜的疲劳问题电薄膜的疲劳问题；铁铁电极化的保持力问题电极化的保持力问题；铁铁电薄膜与衬底及电极之间的界面态问题电薄膜与衬底及电极之间的界面态问题；铁铁电薄膜的漏电流问题。电薄膜的漏电流问题。尽管如此，铁电存储器以其高速的读写速度，非易失性和与当今尽管如此，铁电存储器以其高速的读写速度，非易失性和与当今ICIC工作电压及工作电压及ICIC工艺的兼容性，必将在工艺的兼容性，必将在2121世纪的信息产业中引起一股新的世纪的信息产业中引起一股新的浪潮。浪潮。-14