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¿Qué son las Memorias Ferroeléctricas?

La memoria ferroeléctrica (FeRAM: Ferroelectric RAM) es un tipo de memoria semiconductora de lectura/escritura (RAM: Random Access Memory) en la que se aplica un voltaje a un condensador ferroeléctrico para polarizarlo y los datos se almacenan en la dirección de la polarización residual.

SRAM (Statistical RAM) y DRAM (Dynamic RAM), que son los principales tipos de RAM, son memorias volátiles, mientras que la memoria ferroeléctrica es una memoria no volátil.

Usos de la Memoria Ferroeléctrica

La memoria ferroeléctrica es una memoria no volátil con un funcionamiento de alta velocidad, bajo consumo de energía y un elevado número de ciclos de reescritura, lo que la hace muy adecuada para aplicaciones en las que se producen frecuentes operaciones de reescritura de datos en tiempo real. Como tal, se utiliza como chip de memoria independiente en una amplia gama de campos, como tarjetas IC, etiquetas RF, contadores inteligentes de electricidad y gas, grabadores de accionamiento, monitores médicos, TPV, contadores multifunción y robots industriales.

Además, se espera que la memoria ferroeléctrica se aplique a microcontroladores de uso general, ya que puede funcionar más rápido y consumir menos energía que los productos convencionales con memoria flash o EEPROM.

Principio de la Memoria Ferroeléctrica

La memoria ferroeléctrica tiene la ventaja de conservar los datos incluso cuando se desconecta la alimentación, así como un bajo consumo de energía, una alta velocidad de escritura y un elevado número de reescrituras de datos garantizadas.

1. Escritura de Datos

Cuando se escriben datos, la línea de palabra se pone a nivel alto para poner el transistor en ON y el condensador ferroeléctrico se polariza excitando la línea de bit y la línea de placa. Cuando el potencial de la línea de bits se ajusta a la tensión de alimentación (Vcc) y el potencial de la línea de placa a 0 V, se escriben datos "1", y cuando el potencial de la línea de bits se ajusta a 0 V y el potencial de la línea de placa a Vcc, se escriben datos "0".

2. Lectura de Datos

Cuando se leen datos, después de que la línea de bits se pone a 0 V, se aplica una tensión igual a Vcc más la tensión umbral del transistor a la línea de palabras para poner el transistor en ON y elevar el potencial de la línea de placa de 0 V a Vcc. Si se almacenan datos '1' en el condensador, se produce una gran transferencia de carga debido a la inversión de polarización y el potencial de la línea de bits aumenta significativamente.

Si se almacenan datos "0" en el condensador, no se produce inversión de polarización y el cambio en el potencial de la línea de bits es pequeño. El amplificador sensor conectado a la línea de bits detecta esta diferencia de potencial y lee los datos.

Además del tipo 1T1C, existe otro tipo de memoria ferroeléctrica denominada tipo 2T2C, que consta de dos células de memoria de tipo 1T1C como células de memoria básicas. Los condensadores ferroeléctricos emparejados están polarizados en diferentes direcciones para aumentar la diferencia de potencial durante la lectura, aumentando así la precisión de lectura de la memoria.

En la memoria ferroeléctrica, tras la lectura de un dato "1", éste se destruye y el dato del condensador pasa a ser "0". Por lo tanto, después de leer los datos, es necesario reescribirlos cambiando el potencial de la línea de la placa de Vcc a 0 V.

Estructura de las Memorias Ferroeléctricas

La memoria ferroeléctrica utiliza generalmente una combinación de un transistor y un condensador como célula de memoria básica. Este tipo de memoria ferroeléctrica se denomina tipo 1T1C y tiene una estructura similar a la DRAM.

La diferencia con la DRAM es que la memoria ferroeléctrica utiliza condensadores ferroeléctricos como el PZT (titanato de zirconato de plomo) o el SBT (tantalato de bismuto y estroncio) y requiere líneas de placa además de las líneas de palabra y bit de la estructura DRAM.

Más Información sobre las Memorias Ferroeléctricas

1. Función de las Líneas de Placa

En las memorias ferroeléctricas, no es posible enviar datos a las líneas de bits simplemente encendiendo los transistores. Esto se debe a que los datos se almacenan en la película ferroeléctrica y la información no puede leerse a menos que se aplique una tensión al condensador.

Dado que la polarización ferroeléctrica debe leerse externamente, las memorias ferroeléctricas tienen una línea de placa y un circuito decodificador para accionar la línea de placa de una celda determinada.

2. Memorias Ferroeléctricas Distintas de las de Tipo Condensador

Además de la memoria ferroeléctrica de tipo condensador, existe la memoria ferroeléctrica de tipo FET, que utiliza ferroeléctricos como aislante de puerta de los FET. Es posible diseñar un área de celda más pequeña de acuerdo con el tamaño del transistor.

La memoria ferroeléctrica de tipo FET tiene la desventaja de que los datos se pierden en un corto periodo de tiempo cuando el electrodo se pone a nivel de tierra tras el apagado. El tiempo de retención de la memoria es de hasta 30 días.

3. Polarización Residual

Cuando se aplica un campo eléctrico a un dieléctrico, se produce un sesgo de carga dentro de los átomos o moléculas que componen el dieléctrico. Cuando el campo eléctrico se reduce a cero, el sesgo de carga desaparece en los derivados normales y vuelven a su estado original.

En cambio, en los ferroeléctricos, el estado de polarización no vuelve aunque el campo eléctrico sea nulo. La polarización de carga que existe cuando el campo eléctrico es cero se denomina polarización residual. Como ya se ha mencionado, las memorias ferroeléctricas almacenan los datos en la dirección de la polarización residual.