Сегнетоелектричний енергонезалежний запам’ятовуючий пристрій з неруйнівним зчитуванням

Сегнетоелектричний енергонезалежний запам'ятовуючий пристрій, що містить числові шини, розрядні шини, опірні шини, чутливі підсилювачі і 3 ють до електродів запам'ятовуючих елементів, і залишкову поляризацію запам'ятовуючих елементів, що були в стані "І", переводять в стан "0", При цьому, заряд переполяризації 2Рr=+Рr-(-Рr) виділиться через розрядні шини на входах чутливих підсилювачів, і інформація буде зчитана. Однак, в результаті такту зчитування всі запам'ятовуючі елементи вибраного числа будуть переведені в стан "0", і, таким чином, інформація буде зруйнована і може бути втрачена в цей момент, наприклад, при відключенні джерела живлення або виникненні інших перешкод. Для збереження інформації здійснюють такт відновлення, тобто ті запам'ятовуючі елементи, де до зчитування була записана інформація "І", переполяризовують знову в стан +Рr. Переполяризація запам'ятовуючих елементів в кожному такті зчитування веде до збільшення фактичного числа циклів перемикання кожного запам'ятовуючого елементу і виникнення, так званого, ефекту стомлення сегнетоелектричної плівки, що зменшує вірогідність визначення зчитаної інформації. Недоліками такого пристрою є низька надійність внаслідок руйнівного зчитування інформації, ефекту стомлення сегнетоелектричної плівки та низька швидкодія внаслідок наявності такту відновлення інформації при зчитуванні. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити відомий сегнетоелектричний енергонезалежний запам'ятовуючий пристрій шляхом введення додаткових опірних шин та третіх електродів сегнетоелектричних запам'ятовуючих елементів, що утворюють плівкові п'єзоелектричні трансформатори, за рахунок чого здійснюється неруйнівне зчитування, що забезпечує підвищення надійності та швидкодії при зчитуванні інформації. Поставлена задача вирішується тим, що в сегнетоелектричному енергонезалежному запам'ятовуючому пристрої, що містить числові шини, розрядні шини, опірні шини, чутливі підсилювачі і комірки пам'яті, кожна з яких містить транзистор і сегнетоелектричний запам'ятовуючий елемент, який містить перший електрод, другий електрод і сегнетоелектричну плівку між ними, причому числові шини підключені до транзисторів, перші електроди запам'ятовуючих елементів через транзистори-зв'язані з розрядними шинами, другі електроди запам'ятовуючих елементів об'єднані в опірні шини, і розрядні шини підключені до чутливих підсилювачів, новим є те, що він містить додаткові опірні шини, причому кожен сегнетоелектричний запам'ятовуючий елемент містить третій електрод, з'єднаний з відповідною додатковою опірною шиною. Введення в сегнетоелектричний енергонезалежний запам'ятовуючий пристрій додаткових опірних шин і з'єднаних з ними третіх електродів сегнетоелектричних запам'ятовуючих елементів дозволяє в кожному запам'ятовуючому елементі утворити плівковий п'єзоелектричний трансформатор, і зчитування інформації проводити не шляхом переполяризації сегнетоелектричної плівки з руйнуванням інформації, а шляхом подвійного п'єзоелектричного перетворення імпульсу зчитування, який подають на додаткові опірні шини і 18752 4 треті електроди запам'ятовуючих елементів. При цьому, по-перше, напруга імпульсу зчитування не прикладається до першого і другого електродів, між якими зберігається залишкова поляризація сегнетоелектричної плівки, і тому не здійснюються переполяризація запам'ятовуючих елементів і руйнування інформації при зчитуванні. Таким чином, надійність сегнетоелектричного енергонезалежного запам'ятовуючого пристрою з неруйнівним зчитуванням підвищиться, тому що в любий момент часу інформація в запам'ятовуючих елементах зберігається без руйнування, а також тому, що кількість циклів переполяризації і ефект стомлення сегнетоелектричної плівки буде зменшено. По-друге, оскільки в сегнетоелектричному енергонезалежному запам'ятовуючому пристрої відсутнє руйнування інформації при зчитуванні, то нема потреби в її відновленні, тобто відсутній такт відновлення інформації. Таким чином, швидкодія сегнетоелектричного енергонезалежного запам'ятовуючого пристрою при зчитуванні підвищиться. Крім того, швидкодія сегнетоелектричного енергонезалежного запам'ятовуючого пристрою при зчитуванні підвищиться ще й тому, що наростання вихідного сигналу на розрядних шинах внаслідок п'єзоелектричних перетворень відбувається швидше ніж при переполяризації запам'ятовуючих елементів, швидкість якої визначається відносно повільною швидкістю руху міждоменних границь сегнетоелектричної плівки. На Фіг.1 приведено приклад схеми сегнетоелектричного енергонезалежного запам'ятовуючого пристрою з неруйнівним зчитуванням. На Фіг.2 приведені часові діаграми сигналів при роботі сегнетоелектричного енергонезалежного запам'ятовуючого пристрою з неруйнівним зчитуванням. Приклад конкретного виконання сегнетоелектричного енергонезалежного запам'ятовуючого пристрою з неруйнівним зчитуванням ілюструє приведена на Фіг.1 схема, що містить числові шини 1.1... 1.m, де m 2, опірні шини 2.1... 2.m, додаткові опірні шини 3.1...3.m, розрядні шини 4.1...4.n, де n 2, чутливі підсилювачі вводу-виводу даних 5, контролер/дешифратор 6, схему еталонного сигналу 7 та масив та комірок пам'яті 8, кожна з яких містить транзистор 9 та плівковий сегнетоелектричний п'єзотрансформаторний запам'ятовуючий елемент 10, який містить перший електрод 11, другий електрод 12, сегнетоелектричну плівку 13 між ними, та третій електрод 14. Причому, числові шини 1.1... 1.m підключені до контролера/дешифратора 6 і з'єднані з затворами транзисторів 9, розрядні шини 4.1...4.n підключені до перших диференційних входів 5.1...5.n чутливих підсилювачів вводу-виводу даних 5, перші електроди 11 плівкових сегнетоелектричних п'єзотрансформаторних запам'ятовуючих елементів 10 через транзистори 9 зв'язані з розрядними шинами 4.1... 4.n, другі електроди 12 об'єднані в опірні шини 2.1... 2.m і підключені до контролера/дешифратора 6, треті електроди 14 об'єднані в додаткові опірні шини 3.1...3.m і підключені до контролера/дешифратора 6, і другі диференційні входи 7.1...7.n чутливих підсилювачів вводу-виводу 5 даних 5 підключені до схеми еталонного сигналу 7. Шини управління 15 і 16 зв'язують контролер/дешифратор 6 з чутливими підсилювачами вводу-виводу даних 5 та схемою еталонного сигналу 7. Сегнетоелектричний енергонезалежний запам'ятовуючий пристрій з неруйнівним зчитуванням може бути виконано у вигляді напівпровідникової МДН-структури з шаром тонкої сегнетоелектричної плівки, наприклад, цирконату-титанату свинцю. Транзистори 9 можуть бути виконані у вигляді МДН-транзисторів з ізольованим затвором. Область сегнетоелектричної плівки між першим і другим електродами використовується для запису та зберігання інформації і може бути переполяризована в стан +Рr або -Рr. Область сегнетоелектричної плівки між другим і третім електродами використовується для п'єзоелектричного збудження запам'ятовуючого елемента при зчитуванні інформації і може бути поляризована в одному напрямку, наприклад, в стан +Pr. Сегнетоелектричний енергонезалежний запам'ятовуючий пристрій з неруйнівним зчитуванням працює наступним чином. Розглянемо три режими роботи: запис, зберігання га зчитування інформації (див. Фіг.1 та Фіг.2). В режимі запису інформації, відповідно до коду адресу та сигналів управління, що поступають на вхід пристрою, контролер/дешифратор 6 формує: сигнал вибору (період t0-t1) на вибраній числовій шині, наприклад, 1.1, напругу поляризації UП (період t0-t1) на вибраних опірних шинах, наприклад, 2.1 і 3.1, нульовий потенціал на всіх невибраних числових і опірних шинах. Сигнал вибору поступає на затвори транзисторів 9, які, при цьому, відкриваються. Напруга поляризації UП з вибраних опірних шин поступає на другі електроди 12 і треті електроди 14 запам'ятовуючих елементів 10. З іншого боку, відповідно до даних, що поступають на вхід, чутливі підсилювачі вводу-виводу даних 5 формують на розрядних шинах 4.1...4.n напругу поляризації UП (період t0-t2), що відповідає, наприклад, "1", або нульовий потенціал, що відповідає, наприклад, "0". Напруга поляризації UП з розрядної шини, наприклад, 1.1 через відкритий транзистор 9 поступає на перший електрод 11 запам'ятовуючого елемента 10. Нульовий потенціал з іншої розрядної шини, наприклад, 1.n через відкритий транзистор 9 поступає на перший електрод 11 іншого запам'ятовуючого елемента 10. В результаті, вектор залишкової поляризації сегнетоелектричної плівки між електродами 11 і 12 під дією напруги поляризації UП з боку опірних шин в період t0-t1 буде орієнтовано в стан -Рr, що відповідає "0", а під дією напруги поляризації UП з боку розрядних шин в період t1-t2 буде орієнтовано в стан +Рr, що відповідає "І". В режимі зберігання інформації (період t2-t3) контролер/дешифратор 6 і чутливі підсилювачі вводу-виводу даних 5 формують на всіх числових та опірних шинах і, відповідно, всіх розрядних шинах нульовий потенціал. При цьому, встановлена в 18752 6 режимі запису інформації залишкова поляризація сегнетоелектричної плівки запам'ятовуючих елементів буде зберігатись завдяки внутрішній кристалічній структурі сегнетоелектрика, в тому числі, і при вимкненні джерела живлення. В режимі зчитування інформації, відповідно до коду адресу та сигналів управління, що поступають на вхід пристрою, контролер/дешифратор 6 формує: сигнал вибору (період t3-t5) на вибраній числовій шині, наприклад, 1.1, імпульс напруги зчитування UЗЧ (період t3-t5) на вибраній додатковій опірній шині, наприклад, 3.1, нульовий потенціал на вибраній опірній шині, наприклад, 2.1 та на всіх невибраних числових і опірних шинах. Сигнал вибору поступає на затвори транзисторів 9, які, при цьому, відкриваються. Імпульс напруги зчитування Uзч (період t3-t5) з вибраної додаткової опірної шини поступає на треті електроди 14 плівкових сегнетоелектричних п'єзотрансформаторних запам'ятовуючих елементів вибраного числа. Внаслідок зворотнього п'єзоелектричного ефекту між електродами 14 і 12 виникає механічне напруження сегнетоелектричної плівки, яке передається в область між електродами 11 і 12. Внаслідок прямого п'єзоелектричного ефекту між електродами 11 і 12 виникає електричний сигнал ec амплітуда і полярність якого залежить від встановлених при запису інформації величини і напрямку залишкової поляризації області сегнетоелектричної плівки між електродами 11 і 12, наприклад, додатній сигнал відповідає поляризації +Рr, тобто, "І", від'ємний сигнал відповідає поляризації -Рr, тобто, "0". Через відкриті транзистори 9 сигнал ec з електродів 11 поступає на розрядні шини 4.1...4.n і далі на перші диференційні входи 5.1...5.n чутливих підсилювачів вводу-виводу даних 5. Крім сигналу ec на розрядні шини 4.1…4.n через прохідну ємність запам'ятовуючих елементів 10 поступає перешкода eп, тобто, на розрядних шинах буде сума сигналів eс+eп. Для компенсації перешкоди на другі диференційні входи 7.1...7.n чутливих підсилювачів вводу-виводу даних 5 зі схеми еталонного сигналу 7 поступає сигнал U7 рівний перешкоді eп. В результаті в момент t4 на виході чутливих підсилювачів вводу-виводу даних 5 формуються дані "1" та "0", що відповідають cигналам +eс та -ес на розрядних шинах 4.1...4.n, тобто зчитаній інформації. Величину сигналу ес можна визначити за формулою ес k2UЗЧPr/Ps, де k - коефіцієнт електромеханічного зв'язку сегнетоелектричної плівки; UЗЧ - амплітуда імпульсу зчитування; Pr – залишкова поляризація, що встановлена при запису інформації; Ps - спонтанна поляризація сегнетоелектричної плівки. Якщо k=(0,2-0,3), Pr/Ps=(0,2-0,3), UЗЧ=5В, то ес (40135)мВ, що складає досить значний сигнал для надійного розпізнавання чутливими підсилювачами вводу-виводу 5. 7 18752 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 18752 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601