相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2014年8月21日提交的共同待決美國臨時申請第62/040,996號的權(quán)利，其全部公開通過引用整體并入本文中。

本公開涉及針對不同操作參數(shù)對鐵電存儲器進行編程的方法，包括基于鐵電柵場效應(yīng)晶體管(fefet)存儲器的實施例。具體地，運用了置位和復(fù)位操作的不同方法以在鐵電存儲器(例如，fram)內(nèi)創(chuàng)建不同操作容量。

背景技術(shù)：

隨機存取存儲器(ram)是一種計算機處理器能夠快速訪問的數(shù)據(jù)存儲裝置。其由可尋址的存儲元胞(storagecell)陣列構(gòu)成，每個存儲元胞以位為單位存儲信息(每個位存儲0或者1)。

當前流行的ram類型一般分成靜態(tài)和動態(tài)兩個類別。靜態(tài)ram(sram)元胞的存儲單元(storageunit)通常為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其狀態(tài)表示所存儲的值。動態(tài)ram(dram)元胞的存儲單元通常為集成電路電容器，其電荷表示所存儲的值。由于電容器泄露電荷，因此dram需要控制電路通過讀取每個元胞存儲的值并將其寫回去以“刷新”存儲的數(shù)據(jù)。這一刷新操作每幾毫秒就發(fā)生一次。dram結(jié)構(gòu)上能夠?qū)崿F(xiàn)比sram更高的存儲器密度；因此，其更便宜并在易失性存儲器中具有更廣泛的應(yīng)用。

1t1cdram元胞因其簡單和尺寸小而成為當前工業(yè)標準。后續(xù)各代的dram通過縮小晶體管逐漸減小了元胞尺寸，從而實現(xiàn)更高存儲器密度和更低生產(chǎn)成本。然而，由于1980年代中期的1mbdram代，迫使電容器采取更加復(fù)雜的3維結(jié)構(gòu)以針對給定元胞尺寸存儲充足電荷。盡管存儲器設(shè)計的變化已利用諸如電阻器、磁隧道結(jié)(mtj)等備用(alternate)二級存儲單元來替換電容器，然而二級部件的存在限制了持續(xù)的可擴展性。

雖然早期的mos存儲器最開始是計算機內(nèi)的獨立部件，但近來存儲器開發(fā)已致力于將存儲器和邏輯集成在單個芯片上——允許改良的性能、更低的功耗、更少的板空間需要、更少芯片數(shù)量以及其他優(yōu)點的技術(shù)。盡管sram廣泛用作嵌入式存儲器，但其具有待機功耗并且對軟錯誤越來越敏感。嵌入式dram能夠避開這些挑戰(zhàn)，也允許較高的存儲器密度；然而，現(xiàn)有的dram設(shè)計中電容器的存在使得其更難以與標準cmos工藝集成。

可以使用基于fefet的存儲器(如ma的美國專利no.6,067,244所述，下文將其稱為“ma’244”，其公開通過引用全文合并于此)以及非易失性存儲器(如natori的美國專利no.5,198,994所述，其公開通過引用全文合并于此)來執(zhí)行dram的功能。圖4展示了典型的fefet元胞的架構(gòu)，其以鐵電場效應(yīng)晶體管(fet)作為其基本存儲單元。由于fefet存儲器元胞缺少電容器或其他二級存儲部件，因此其適于嵌入式應(yīng)用，并且其尺寸僅取決于晶體管。fefet存儲器還擁有：(1)長保持時間，其使得能具有低刷新頻率；和(2)無損讀取操作。近來對基于hfo2的鐵電體的發(fā)現(xiàn)已克服了諸如鋯鈦酸鉛(pzt)和鉭酸鍶鉍(sbt)之類最先進鐵電材料的限制，使得fefet存儲器更適于商業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供本概述來以簡化的形式選擇性地介紹構(gòu)思(其將在下文的具體實施方式部分中進一步說明)。本概述并不意在確定或排除要求保護的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不意在用于幫助確定要求保護的主題的范圍。

本發(fā)明的實施例涉及用于根據(jù)如下各種期望和約束特性來對鐵電存儲器編程的方法和設(shè)備：比如寫入存儲器的數(shù)據(jù)的保持時間、存儲器本身的耐久度、保持時間和耐久度兩者、功耗、可用電壓電平的約束等。選擇用來將數(shù)據(jù)寫入存儲器的信號的特性(例如電壓、功率等)以滿足所述各種期望和約束特性。

在一個方面中，本發(fā)明的實施例涉及一種用于對鐵電存儲器編程的方法?？刂破麽槍σ鎯υ阼F電存儲器中的數(shù)據(jù)選擇至少一個期望性能特性。所述控制器確定將所述數(shù)據(jù)存儲在所述鐵電存儲器中所要使用的信號的至少一個信號特性，所述信號特性滿足所述至少一個期望性能特性。所述控制器將具有所確定的至少一個信號特性的信號施加到所述鐵電存儲器，從而以所述至少一個期望性能特性存儲所述數(shù)據(jù)。

在一個實施例中，所述至少一個期望性能特性為如下特性中的至少一個：期望保持時間特性、期望耐久度特性、期望速度特性、期望能量特性和期望錯誤率特性。

在一個實施例中，所述鐵電存儲器為鐵電場效應(yīng)晶體管存儲器或鐵電隨機存取存儲器。

在一個實施例中，所述至少一個期望性能特性選自包括如下項的組：保持時間、刷新之間的間隔、讀取速度、設(shè)置速度、讀取能量、設(shè)置能量、刷新能量、讀取電流、設(shè)置電流、刷新電流和讀出窗。

在一個實施例中，所述信號特性選自包括如下項的組：信號電流、信號電壓、信號功率、信號持續(xù)時間和信號波形結(jié)構(gòu)。

在一個實施例中，選擇所述信號特性以滿足以下項中的至少一個：功耗的約束、電磁場產(chǎn)生的約束、可用電壓電平的約束、耐久度的約束、錯誤率的約束和保持時間的約束。

在一個實施例中，所述控制器是多路復(fù)用器或微處理器。

在一個實施例中，所述至少一個期望性能特性是基于微處理器正在執(zhí)行的操作而選擇的。

在一個實施例中，所述至少一個期望性能特性是基于相繼的數(shù)據(jù)存儲操作的定時而選擇的。

在一個實施例中，用于存儲的所述鐵電存儲器是基于期望性能特性而從多個鐵電存儲器中選擇的。

在另一方面中，本發(fā)明的實施例涉及一種用于對鐵電存儲器編程的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括鐵電存儲器以及控制器，所述控制器構(gòu)造為從所述鐵電存儲器讀取數(shù)據(jù)或者向其寫入數(shù)據(jù)，其中，所述控制器基于針對要存儲在所述鐵電存儲器中的數(shù)據(jù)的至少一個期望性能特性，來確定將所述數(shù)據(jù)寫入所述鐵電存儲器所要使用的信號的至少一個信號特性。

在一個實施例中，所述至少一個期望性能特性為如下特性中的至少一個：期望保持時間特性、期望耐久度特性、期望速度特性、期望能量特性和期望錯誤率特性。

在一個實施例中，所述鐵電存儲器為鐵電場效應(yīng)晶體管存儲器或鐵電隨機存取存儲器。

在一個實施例中，所述控制器從包括如下項的組中選擇所述期望性能特性：保持時間、刷新之間的間隔、讀取速度、設(shè)置速度、讀取能量、設(shè)置能量、刷新能量、讀取電流、設(shè)置電流、刷新電流和讀出窗。

在一個實施例中，所述控制器從包括如下項的組中選擇所述信號特性：信號電流、信號電壓、信號功率、信號持續(xù)時間和信號波形結(jié)構(gòu)。

在一個實施例中，所述控制器選擇所述信號特性來滿足以下項中的至少一個：功耗的約束、電磁場產(chǎn)生的約束、可用電壓電平的約束、耐久度的約束、錯誤率的約束和保持時間的約束。

在一個實施例中，所述控制器選自包括多路復(fù)用器和微處理器的組。

在一個實施例中，所述控制器基于所述微處理器正在執(zhí)行的操作來選擇所述期望性能特性。

在一個實施例中，所述控制器基于相繼的數(shù)據(jù)存儲操作的定時來選擇所述期望性能特性。

在一個實施例中，所述系統(tǒng)還包括多個鐵電存儲器，并且用于存儲的所述鐵電存儲器是基于所述期望性能特性而從所述多個鐵電存儲器中選擇的。

在又一方面中，本發(fā)明的實施例涉及一種包含了利用分片的鐵電存儲器元胞的集成電路。所述電路包括：至少一個分片，每個分片包括至少一個鐵電存儲器元胞并且具有至少一個分片特性，其中使用具有至少一個一致的(consistent)電特性的信號來一致地對每個分片內(nèi)的鐵電存儲器元胞編程。

在一個實施例中，針對特定分片的至少一個分片特性選擇針對用于對所述特定分片編程的信號而選擇的所述至少一個一致的電特性。

在一個實施例中，所述電路還包括用于將至少一個鐵電存儲器元胞分配給分片的控制器。

在一個實施例中，所述電路還包括用于將至少一個鐵電存儲器元胞從第一分片重新分配給第二分片的控制器。在一個實施例中，所述控制器重新分配所述至少一個鐵電存儲器元胞，以減小所述第一分片與所述第二分片的耐久度之間的差異。在一個實施例中，所述控制器將所述至少一個鐵電存儲器元胞重新分配給隨機選擇的第二分片。

在一個實施例中，所述電路包括至少兩個鐵電存儲器元胞，每個鐵電存儲器元胞包含于獨立的物理封裝件中。

在一個實施例中，所述電路包括多個分片，其中所述多個分片是專用的。

在一個實施例中，第一分片用作數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器，并且第二分片用作易失性存儲器。

通過閱讀以下詳細說明和相關(guān)附圖的綜述，顯現(xiàn)了本非限制性實施例的特點的這些和其他特征及優(yōu)點將是顯而易見的。將會理解，前述一般性描述和下文的詳細描述僅為說明性的，并且不對要求權(quán)利的非限制性實施例作出限制。

附圖說明

參照以下附圖來說明非限制性和非窮舉性的實施例：

圖1是示出基本計算機的處理、存儲器和存儲功能的框圖；

圖2是示出具有用于支持核心邏輯的集成片上存儲器的嵌入式soc的框圖；

圖3是可作為圖1或圖2的實施例的裝置的示圖；

圖4是示出典型fefet存儲器元胞的單晶體管架構(gòu)的電路圖；

圖5a示出各種類型的具有不同金屬電極的fefet存儲器元胞的數(shù)據(jù)保持時間之間的關(guān)系；

圖5b示出通過構(gòu)建材料的選擇而改變的fefet存儲器元胞的遲滯性質(zhì)；

圖5c(左)示出fefet存儲器元胞的編程窗和編程時間的關(guān)系；

圖5c(右)示出根據(jù)fefet存儲器元胞中擦除電壓而擦除的存儲器窗的范圍；

圖5d示出fefet存儲器元胞的數(shù)據(jù)保持時間；

圖5e示出fefet存儲器元胞的耐久度；

圖5f將圖5d和圖5e的數(shù)據(jù)并置以示出fefet存儲器元胞的性質(zhì)；

圖5g是示出fefet存儲器元胞的數(shù)據(jù)保持時間的圖5d的一個版本；

圖5h是示出fefet存儲器元胞的耐久度的圖5e的一個版本；

圖6是fefet存儲器陣列的示例實施例的框圖；

圖7是示出針對圖6的fefet存儲器讀取/編程控制電路的標準和輔助輸入的框圖；

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的fefet存儲器陣列的分片方案的框圖；

圖8a是示出計算機系統(tǒng)內(nèi)的fefet存儲器的示例性表示的框圖；

圖8b是示出在具有分片方案示例性實施例的計算機系統(tǒng)內(nèi)的fefet存儲器的示例性表示的框圖；

圖8c是示出在具有另一分片方案示例性實施例的計算機系統(tǒng)內(nèi)的fefet存儲器的示例性表示的框圖；以及

圖8d是示出在具有又一分片方案示例性實施例的計算機系統(tǒng)內(nèi)的fefet存儲器的示例性表示的框圖。

在附圖中，相同附圖標記在不同視圖中一般始終指代對應(yīng)的部件。附圖不一定是按比例繪制的，而是著重強調(diào)操作的原理和構(gòu)思。

具體實施方式

下面參照附圖更全面地描述各種實施例，其形成本文的一部分，并且示出具體的示例實施例。然而，可以以許多不同形式來實現(xiàn)實施例，并且實施例不應(yīng)解釋為限制于本文闡述的實施例；相反，提供這些實施例以使得本公開透徹和完整，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全傳達實施例的范圍。實施例可以實施為方法、系統(tǒng)或裝置。因此，實施例可以采取硬件實現(xiàn)、純軟件實現(xiàn)、或者結(jié)合了軟件和硬件方面的實現(xiàn)的方式。因此，以下的詳細說明并不存在限制意義。

本說明書中對“一個實施例”或“實施例”的引用意思是在本發(fā)明的至少一個實施例中包括了關(guān)于所述實施例而描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性。在說明書的各地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”不一定全都指代同一個實施例。

除非如以下討論所顯而易見的那樣另有特別聲明，否則應(yīng)當理解，在整篇說明中，利用諸如“處理”或“計算”或“演算”或“確定”或“顯示”等術(shù)語進行的討論是指計算機系統(tǒng)或者類似的電子計算裝置(其對表示為計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或者其他這樣的信息存儲裝置中的物理(電子)量的數(shù)據(jù)進行操控和變換)、傳送或顯示裝置的動作和處理。

本發(fā)明的某些方面包括處理步驟和指令，其可以以軟件、固件或硬件實施，并且當以軟件實施時，可以被下載來駐留于由各種操作系統(tǒng)使用的不同平臺上，并通過這些平臺對其進行操作。

說明書中使用的語言主要選擇用于可讀性和指導(dǎo)性的目的，不應(yīng)選擇用于描述或界定發(fā)明主題的范圍。因此，本發(fā)明的公開意為說明性的，而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書中闡述。

當在盤與處理器之間移動數(shù)據(jù)對于時間敏感時，傳統(tǒng)上將dram用作快速訪問臨時存儲系統(tǒng)。下面是計算機系統(tǒng)中傳統(tǒng)層級結(jié)構(gòu)的存儲器，其中第一層級具有最小量的存儲空間，成本最大，并具有最快性能，而后面的層級則具有最大存儲空間，成本最小，并具有較慢的性能。在這種情況下，性能可以定義為讀取速度(讀取存儲器的時間)和寫入速度(對存儲器編程的時間)。

存儲器的第一層級(已知為指令高速緩沖存儲器)由實際處理器內(nèi)部的寄存器組成。第二層級通常也是處理器的一部分，并且被稱為數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器130。數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器可以按照如針對存儲器所描述的相同的關(guān)系來進一步分片為各層級(l1、l2、l3等)(大多數(shù)現(xiàn)代cpu具有至少2個層級的數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器)。隨后，所使用的存儲器為隨機存取存儲器140。這些存儲器根據(jù)系統(tǒng)功能而可以為靜態(tài)或動態(tài)的。接著，存儲器通常被稱為盤并指代可以將數(shù)據(jù)存儲更久(無電源的情況下)的非易失性存儲器產(chǎn)品150。最后，有一類稱為第三級存儲裝置的存儲器，其指代諸如dvd、cd、磁帶和盤之類可移動介質(zhì)。

在傳統(tǒng)架構(gòu)中，在盤層級之前的所有層級傳統(tǒng)上被看做易失性存儲器，意思是需要電源來保持數(shù)據(jù)。后續(xù)的層級被稱為非易失性的。

另外，在當前最先進技術(shù)中，每種類型的存儲器的性能特性保持相對恒定并且明確地定義。存儲器的性能特性包括但不限于讀取速度、寫入速度、讀取能量、寫入能量、數(shù)據(jù)保持時間、耐久度和大小。

該存儲器系統(tǒng)還基本被認為是存在于整個cpu中，但在當前最先進技術(shù)中，相同的系統(tǒng)應(yīng)用于大多數(shù)顯卡，其包括它們自己專用的動態(tài)隨機存取存儲器(dram)。

dram是易失性存儲器，這表明如果在特定時間間隔內(nèi)沒有刷新數(shù)據(jù)，則不能再保證所存儲的值是準確的。當前最先進技術(shù)的dram的該間隔通常為64ms。

fefet存儲器是dram產(chǎn)品，其具有某些性能特性根據(jù)數(shù)據(jù)被寫入存儲器的方式而變化的靈活性。在最簡單的層面，這表明fefet存儲器可以根據(jù)正執(zhí)行的操作的類型來提供比當前最先進技術(shù)的dram更為優(yōu)越的特性。這些優(yōu)勢包括更低用電、更長保持時間、更高密度和更低熱量。

例如，當呈現(xiàn)視頻時，如果分辨率為1000×800，利用屏幕上的像素值對至少800,000字節(jié)的dram進行編程，并且至少每64ms必須刷新一次。然而在大多數(shù)視頻操作中，實際上每64ms改變的屏幕小于5％。因此，通過以特定方式對fefet存儲器元胞編程，將可以擁有元胞上更長的保持時間并且對其訪問更少，這對用電和產(chǎn)熱兩者均進行了改善。

在操作類型方面，當前最先進技術(shù)對于在常規(guī)操作期間以何種頻度使用dram的特性已進行了明確定義。知道正被執(zhí)行的指令的類型并對fefet存儲器進行有效編程，可以實現(xiàn)巨大的節(jié)約并最終導(dǎo)致更低成本。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的利用fefet存儲器的典型計算機的處理和數(shù)據(jù)存儲功能的簡化框圖。cpu110通過雙向數(shù)據(jù)通信所訪問的三個寬泛層次的存儲器層級結(jié)構(gòu)描述如下：(1)cpu內(nèi)的高速緩沖存儲器130提供快速存儲器訪問；(2)dram140提供易失性數(shù)據(jù)存儲；以及(3)典型地通過i/o電路或其他控制邏輯來訪問的存儲裝置150，其提供非易失性數(shù)據(jù)存儲。

指令邏輯120是指處理器和算術(shù)邏輯單元的馮諾依曼架構(gòu)的部件，并且還包括指令高速緩沖存儲器。指令高速緩沖存儲器是可以被處理器用來存儲計算結(jié)果的最快層級的臨時存儲裝置。指令高速緩沖存儲器本質(zhì)上是易失性的。

高速緩沖存儲器130是指可以分成若干層級的高速緩沖存儲器的數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器部件，各層級的大小逐級增大，但數(shù)據(jù)訪問性能則逐級變慢。在數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器中，大多數(shù)現(xiàn)代架構(gòu)包括至少兩個層級的高速緩沖存儲器。數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器本質(zhì)上是易失性的，本發(fā)明的一個實施例將以數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器來實現(xiàn)。

任何或所有這些存儲器可以根據(jù)本發(fā)明使用fefet存儲器來代替當前dram技術(shù)。例如，在一個實施例中，fefet存儲器用作獨立的易失性存儲器140。數(shù)據(jù)存儲裝置150的一些實施例可以包括易失性超高速緩沖存儲器以用于更快訪問；這一高速緩沖存儲器也可以使用fefet存儲器。

圖2是具有片上fefet存儲器的soc210的簡化框圖。嵌入式fefet存儲器241提供了對cpu120的核心邏輯功能的存儲器支持。注意，如前文所述，高速緩沖存儲器130和存儲裝置150也可以實施為fefet存儲器。在具體實施例中，存儲裝置150還可以集成在soc210中。

如圖3所示，諸如膝上型電腦310之類的計算裝置可以利用本發(fā)明的實施例，比如圖1的傳統(tǒng)存儲器架構(gòu)或者圖2的soc，如上文所討論的，每個實施例在其各種部件中的一個或多個中利用fefet存儲器替代dram。

圖4示出fefet存儲器元胞的單晶體管架構(gòu)。元胞的基本存儲單元是鐵電場效應(yīng)晶體管(fefet)410。作為非限制性示例，fefet的構(gòu)成可以為金屬層411、硅層412和鐵電層413。其他結(jié)構(gòu)也是可以的。fefet與傳統(tǒng)fet不同之處在于將信息存儲在其鐵電層中。在一個實施例中，比如在ma’244(其公開通過引用全文合并于此)中討論的那樣，鐵電層由摻雜的氧化鉿制成。

圖5a示出基于不同類型金屬電極的fefet存儲器元胞的數(shù)據(jù)保持時間。如圖5a所示，對元胞編程使用不同的柵極和漏極電流幅值導(dǎo)致變化的數(shù)據(jù)保持特性。

圖5b示出通過各鐵電材料的合成以及對fefet存儲器元胞編程所需的內(nèi)聚電壓(cohesivevoltage)(即，為了成功對fefet存儲器元胞編程而需要的在遲滯的存儲器窗內(nèi)的最小電壓量)引起的fefet存儲器元胞的遲滯的變化。

圖5c(左)示出fefet存儲器元胞的編程窗和編程時間的關(guān)系。圖5c(右)示出根據(jù)fefet存儲器元胞中的擦除電壓而擦除的存儲器窗的范圍。這些窗示出了對fefet存儲器元胞進行置位或復(fù)位所需的閾值電壓的值。

圖5d示出示例性鐵電氧化鉿fefet存儲器元胞的數(shù)據(jù)保持時間。圖5d示出了數(shù)據(jù)在元胞中保持多久，這有效定義了刷新之間的間隔以確保存儲在元胞中的數(shù)據(jù)被認為是可靠的。

圖5e示出示例性鐵電氧化鉿fefet存儲器元胞的耐久度。圖5e示出fefet存儲器元胞可被寫入并仍具有可辨識的存儲器窗的次數(shù)。

圖5f將圖5g和圖5h的數(shù)據(jù)并置以示出示例性氧化鉿fefet存儲器元胞通過減小編程脈沖強度可以具有高的耐久度和減小的保持時間。

圖5g是圖5d的示出相同特性的一個版本；

圖5h是圖5e的示出相同特性的一個版本；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對fefet存儲器編程的實施例的若干非限制性示例。從這些示例顯而易見的是，當使用較強編程脈沖時，保持時間增加。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在電流與電壓之間存在固有的功率關(guān)系(powerrelationship)。因此，通過改變用于將數(shù)據(jù)編程到fefet存儲器的功率特性以改變持續(xù)時間，可以實現(xiàn)fefet存儲器中更長的數(shù)據(jù)保持時間。類似地，通過改變用于將數(shù)據(jù)編程到fefet存儲器的功率特性以改變持續(xù)時間，可以實現(xiàn)fefet存儲器中更高耐久度。最后，通過改變用于將數(shù)據(jù)編程到fefet存儲器的功率特性以改變持續(xù)時間，可以在對fefet存儲器編程時將保持時間和耐久度作為一個整體一起對待。

變化數(shù)據(jù)保持時間可以對各種應(yīng)用有用，并提供改進的熱特性和功率特性。較長數(shù)據(jù)保持時間的一個好處是，由于在刷新之間存在較長間隔，因此fefet存儲器將使用更少能量來操作。較長的保持時間的另一好處是，fefet存儲器本身由于刷新循環(huán)之間間隔較長而將會產(chǎn)生更少的熱，轉(zhuǎn)而可以使冷卻成本和用于冷卻的總能量減少。較長的保持時間的另一好處是任何給定時間將會有更多存儲器可被訪問，減小了平均訪問時間。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會注意，最優(yōu)操作參數(shù)不一定是每次都將fefet存儲器編程為最長保持時間的參數(shù)。如果例如期望后續(xù)操作對fefet存儲器元胞內(nèi)容進行重新編程，則這樣的參數(shù)會導(dǎo)致施加高于必需的電流。因此，必需根據(jù)例如使用fefet存儲器的操作的性質(zhì)來確定實際需要多大的功率。

fefet存儲器編程的另一量度是所施加的電壓的持續(xù)時間。通過如圖5c所示以不同持續(xù)時間施加電壓，在fefet存儲器元胞中實現(xiàn)了耐久度(即,裝置壽命)與數(shù)據(jù)保持時間之間的不同的關(guān)系。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，耐久度和保持時間特性涉及可接受的錯誤率，其反過來可以作為定義最優(yōu)操作參數(shù)的考慮。軟錯誤的減輕可以作為選擇編程特性時的考慮。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，考慮到圖5a至圖5f所示的示例性質(zhì)，存在范圍非常大的電壓與持續(xù)時間的組合，其將實現(xiàn)數(shù)據(jù)保持時間和耐久度的不同組合。由于這一靈活性，在特定情形下通過改變所施加的電壓或電荷的持續(xù)時間會得到極大的好處。

例如，傳統(tǒng)的較長持續(xù)時間和較高電壓的編程會適合于傳統(tǒng)的較長時間存儲的應(yīng)用，而較低電壓較短持續(xù)時間的編程對于低功率編程操作會更佳。出于全面的考慮，較短持續(xù)時間較高電壓以及較長持續(xù)時間較低電壓可以用于各種其他應(yīng)用，并且對于功率特性的最優(yōu)化恰是所期望的。作為非限制性示例，這些可以用于在長時期待機之后需要高性能的傳感器網(wǎng)絡(luò)中。

圖6示出fefet存儲器電路的一個實施例的邏輯框圖，其既可以用于非易失性應(yīng)用，也可以用于易失性應(yīng)用中。電路600可以包括fefet陣列610、字線選擇器和驅(qū)動器630、位線選擇器635、源極線選擇器640、刷新電路645、感測放大器650、錯誤檢查和糾正單元655、以及讀取/編程控制電路665的任意組合。在所示的實施例中，每種這些單元都是一個。然而，其他實施例可以包含零個或多個的任一種這些元件。更多信息請參見2014年7月2日提交的、發(fā)明人為xiaosun和tso-pingma、代理機構(gòu)卷號為98199.00083、題為“circuitryforferroelectricfet-baseddynamicrandomaccessmemoryandnon-volatilememory(用于基于鐵電fet的動態(tài)隨機存取存儲器和非易失性存儲器的電路)”的專利申請，其公開通過引用全文合并于此。

此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會注意，完整的fefet存儲器產(chǎn)品可以包含一個或多個電路600，每個電路600可以包括不同組合或不同數(shù)量的所示元件。例如，一個電路600’可以包含錯誤檢查和糾正單元655而另一電路600”不包含檢查和糾正單元655。然而，電路600’可以與600”電接觸，從而電路600’內(nèi)的單元655與電路600”通信，諸如此類。

為了實現(xiàn)如前所述的不同水平的數(shù)據(jù)保持時間，可以對讀取/編程控制電路665進行增強以超過標準的讀取/編程電路。除了標準電路，還可以添加優(yōu)先于“正常”操作參數(shù)的可選輸入。

這一附加輸入可以通過許多方式來指定，并在圖7中以讀取/編程控制器766示出。注意，讀取/編程控制器766是fefet存儲器的可選部件，并且通常包括的作為讀取/編程控制器665的一部分的其他電路在圖中未示出。讀取/編程控制器766的一個示例實施例為根據(jù)當前執(zhí)行的操作指令的類型來選擇不同電流、電壓或編程時間的多路復(fù)用器。該操作類型可以通過作為指令集的一部分的外部源來傳遞到讀取/編程控制器766。

讀取/編程控制器766的另一實施例可以測量對讀取/編程控制電路665的存儲器元胞進行的連續(xù)編程之間的間隔。如果連續(xù)編程之間的平均間隔短，則表明該存儲器時常變化，可以使用較低的電流和電壓組合。如果編程之間的平均間隔長，則可以使用較高的電壓和電流組合。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會注意，針對讀取/編程控制器766描述的實施例無需物理地在fefet存儲器上實現(xiàn)。讀取/編程控制器766功能可以來自于外部源，例如，處理器120本身。

圖8示出利用關(guān)于fefet存儲器元胞的虛擬分片的本發(fā)明的一個實施例。fefet存儲器陣列800包括多個分片811、812等。每個分片811、812等對應(yīng)于fefet存儲器元胞的利用針對特定數(shù)據(jù)保持時間的特定電特性來進行寫入的范圍。對于以下示例，分片811是指較低功率、較短數(shù)據(jù)保持時間的范圍，而分片812是指較高功率、較長持續(xù)數(shù)據(jù)保持時間的范圍。

盡管可以具體對每個fefet存儲器元胞編程，然而對這樣的操作的管理會導(dǎo)致不切實際的間接費用量。通過在fefet存儲器自身之內(nèi)創(chuàng)建分片，利用了fefet存儲器的存儲器樹的dram層與數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器層(l1高速緩沖存儲器、l2高速緩沖存儲器、l3高速緩沖存儲器等)更加相似。在對如何在處理器的數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器上執(zhí)行高速緩沖存儲器操作進行的模擬中，fefet存儲器內(nèi)的不同片段可以具有標準化操作的不同設(shè)置，其將近似于針對該片段的特定期望刷新特性的編程電壓和電流的最優(yōu)構(gòu)造。

例如在同時發(fā)生多個操作的計算機中，可以加載具有流視頻的網(wǎng)頁瀏覽器會話。在該例子中，可以將用于瀏覽器會話的數(shù)據(jù)和用于視頻本身的縮略圖占位符加載到分片812中，因為它們對應(yīng)于不太可能需要對分片812中的內(nèi)容進行重新編程的操作。然而，如果視頻開始重放，則視頻的顯示所引起的存儲器操作將會被保存到分片811中，這是因為，在視頻播放的同時，存儲器內(nèi)容更有可能快速地變化。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，盡管僅示出了兩個分片811和812，然而在fefet存儲器的陣列中可以存在任何數(shù)量的分片。此外，可以理解，分片的數(shù)量在操作期間可以動態(tài)地變化。在動態(tài)過程期間，可以根據(jù)需要存儲在fefet存儲器中的數(shù)據(jù)集的特性來添加較短保持時間或者較長保持時間的不同分片。

圖8a示出示例fefet存儲器的架構(gòu)。每個fefet存儲器包括多個物理單元840a、840b等。各物理單元是在物理上分開的封裝件中的存儲器。這些分開封裝的單元可以在印刷電路板(pcb)上二維地安裝和/或以層疊式封裝(pop)構(gòu)造三維地層疊。

每個物理單元840包括多個組830a、830b等。這些組不需要尺寸或功能相同。可以將任意的多個組830相組合來形成更大的組。組830可以包括容納于相同封裝件840中的任意組存儲器元件，包括相同晶片上的fefet存儲器的三維疊件以及相同封裝件840內(nèi)的層疊的芯片。

每個組830包括一個或多個最小的可尋址存儲器元件820a、820b等。這些元件是fefet存儲器內(nèi)最小的可尋址單元。組830還可以包括其他組830，任意個層級的組830都是可能的。

圖8b示出fefet存儲器的示例分片。物理陣列840a包括多個片段。片段851a、851b等包括在組830a內(nèi)以特定方式布置的存儲器元件。片段852a、852b等包括在組830b內(nèi)以與片段851a、851b等的布置方式不同的特定方式布置的存儲器元件。片段851可以包括多個組830的元件，如853a包括組830c、830d等中的最小可尋址存儲器元件820a那樣。類似地，片段853b包括組830c、830d等中的最小可尋址存儲器元件820b。非限制性地，諸如853a和853b之類的分組可以跨越任何數(shù)量的組830或封裝件840而發(fā)生。片段861包括跨越了多個組830c、830d等的元件820c、820d等的布置。

大于850的片段編號意為對應(yīng)于分片811和812中之前描述的片段?；诳赡芷蔚牟煌M合，使用不同的編號方式來區(qū)分各片段是如何分組到一起的。沒有詳盡地示出所有實施例，但應(yīng)當認為已覆蓋了所有實施例。

物理陣列840c包括與840a的片段不同地布置的多個片段。片段862包括跨越多個組830a、830c等的元件820a、820c等，其中所述組的布置與組861的布置不同。片段863、864a和864b包括多個組的元件。

圖8c示出了fefet存儲器的示例分片。片段871包括按特定方式布置的多個組830a、830c等和830b、830d等。片段872類似地包括按與871的布置不同的特定方式布置的多個組830a、830b等和830c、830d等。片段873a包括在多個物理陣列840b、840d等中的組830a。片段873b包括跨越多個物理陣列840b、840d等的多個組830b、830c等。

圖8d示出了fefet存儲器的示例分片。片段881包括按特定方式布置的多個物理陣列840a、840aa等。片段882包括按與片段881的布置不同的特定方式布置的多個物理陣列840aaa、840ccc等。

片段883a包括按特定方式布置的多個物理陣列840b、840cc等。片段883b包括按與883a的步驟不同的特定方式布置的多個物理陣列840c、840d等。

分片行為的實現(xiàn)方式可以根據(jù)使用fefet存儲器的產(chǎn)品而不同。例如，顯卡驅(qū)動顯示器可能具有與例如用于(多個)主要中央處理器的fefet存儲器不同的分片。實際上，可以使用例如fefet存儲器的與不同類型的操作對應(yīng)的物理上分開的實例來實現(xiàn)分片。在顯卡中，屏幕的特定部分可以因其不太可能逐幀地變化而被分配到較低功率的分片。相反，用來進行計算以表示對象和三維物理現(xiàn)象的存儲器將被分配到較高功率的分片，以解決由于計算操作的經(jīng)常改變的性質(zhì)引起的所述存儲器易于改變的需要。

重要的是應(yīng)當注意，在虛擬分片內(nèi)，并非所有元胞都需要保持映射到相同分片。實際上，由于元胞的耐久度(即，存儲器元胞在預(yù)期其不能再可靠地工作之前可被寫入的次數(shù))之故，各個fefet存儲器元胞的映射會變化。通過改變片段之中元胞的虛擬映射，可以均衡各個元胞的耐久度，并防止例如當其他未充分使用的元胞繼續(xù)操作時一個元胞使用過度而故障。實現(xiàn)這樣的映射的方法的一個實施例是，每當發(fā)生分片時，比如當計算機從斷電狀態(tài)變?yōu)樯想姞顟B(tài)時，就簡單地隨機分配元胞。

如參照圖2那樣，本發(fā)明的一個實施例可以是將數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器130和易失性存儲器241組合在單個物理fefet存儲器中的情形。在該實施例中，可以實現(xiàn)一些數(shù)量的虛擬分片811、812等來完成嵌入式應(yīng)用中與數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器和易失性存儲器兩者相同的功能。

例如，以上參照根據(jù)本公開實施例的方法、系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品的框圖和/或操作性圖示來描述了本公開的實施例?？蛑凶⑨尩墓δ?動作可以不按照任何流程圖中所示的順序來發(fā)生。例如，根據(jù)相關(guān)的功能/動作，相繼示出的兩個框?qū)嶋H上可以基本同時執(zhí)行或者有時可以按相反的順序執(zhí)行。另外，在任何流程圖中示出的框并非全都需要實施和/或執(zhí)行。例如，如果給定的流程圖具有包含功能/動作的五個框，其可以是僅實施和/或執(zhí)行五個框中的三個框的情況。在該示例中，可以實施和/或執(zhí)行五個框中的任意三個框。

本申請中提供的對一個或多個實施例的描述和說明并不意在以任何方式聲明對本公開的范圍進行限制或約束。本申請中提供的實施例、示例和詳情被認為足以傳達所有權(quán)并且使得其他人能夠做出并使用要求權(quán)利的實施例的最佳實施方式。要求權(quán)利的實施例不應(yīng)解釋為限于本申請中提供的任何實施例、示例或詳情。不管是以組合方式還是獨立地示出和說明，意在選擇性地包括或省略各種特征(結(jié)構(gòu)的以及方法的特征)以產(chǎn)生具有特定特征組的實施例。已經(jīng)提供了本申請的描述和說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)想出處于本申請中體現(xiàn)的一般發(fā)明構(gòu)思的較寬方面的精神之內(nèi)而不脫離要求權(quán)利的實施例的較寬范圍的變形、修改和替代實施例。