《物联网技术与应用》课程报告。
题目 fram铁电存储器技术
姓名陶阳。学号 3130123032
专业班级机电131
学院机能学院。
目录。1 行业背景。
2 产品分析。
2.1 产品背景。
2.2 产品解析。
2.2.1 先进的系统集成。
2.2.2 多功能智能化硬件设备。
2.2.3 市场效应。
2.3 物流柜系统。
2.4 物流柜内核系统。
2.4.1 产品软件系统功能。
2.4.2 产品硬件系统。
2.5 产品使用流程说明。
3 物流与物联网。
4 软件工程与物联网。
5 前景分析。
6 参考文献。
第1页。1.行业背景。
在电子技术日新月异、新型多功能电能表层出不穷的今天，电能表中存储器的选择也是多种多样，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sram加后备电池、eeprom、nvram这三种。但这三种方案均存在着缺陷。
其中sram加后备电池的方法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；而eeprom的可擦写次数较少(约100万次)，且写操作时间较长(约10ms)；而nvram的**问题又限制了它的普及应用。因此，工程人员在设计电能表的存储模块时，往往要花很大的精力来完善方案，才能使电表数据准确无误的写入存储器中。由于所有的非易失性记忆体均源自rom技术。
你能想象到，只读记忆体的数据是不可能修改的。所有以它为基础发展起来的非易失性记忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包括eprom（现在基本已经淘汰）,eeprom和flash，它们存在写入数据时需要的时间长，擦写次数低，写数据功耗大等缺点。鉴于以上情况，越来越多的设计者将目光投向了新型的非易失性铁电存储器(fram)。
2.产品分析。
2.1 产品背景。
铁电存储技术早在2023年提出，直到2023年美国ramtron国际公司成功开发出第一个4k位的铁电存储器fram产品，目前所有的fram产品均由ramtron公司制造或授权。最近几年，fram又有新的发展，采用了0.35 um工艺，推出了3v产品，开发出“单管单容”存储单元的fram，最大密度可达256k位。
2.2 产品简介。
铁电存储器（fram，ferroelectric ram）是一种随机存取存储器，它将动态随机存取存储器（dram）的快速读取和写入访问——它是个人电脑存储中最常用的类型——与在电源关掉后保留数据能力（就像其他稳定的存储设备一样，如只读存储器和闪存）结合起来。由于铁电存储器不像动态随机存取存储器（dram）和静态随机存取存储器（sram）一样密集（即在同样的空间中不能存储像它们一样多的数据），它很可能不能取代这些技术。然而，由于它能在非常低的电能需求下快速地存储，它有望在消费者的小型设备中得到广泛地应用，比如个人数字助理（pda）、手机、功率表、智能卡以及安全系统。
铁电存储器（fram）比闪存更快。在一些应用上，它也有可能替代电可擦除只读存储器（eeprom）和静态随机存取存储器（sram），并成为未来的无线产品的关键元件。
2.3 产品原理。
fram利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储，铁电晶体的结构如图1所示。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的作用下运动，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fram保持数据不需要电压，也不需要像dram一样周期性刷新。
由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以fram存储器的内容不会受到外界条件诸如磁场因素的影响，能够同普通rom存储器一样使用，具有非易失性的存储特性。
fram的特点是速度快，能够像ram一样操作，读写功耗极低，不存在如e2prom的最大写入次数的问题。但受铁电晶体特性制约，fram仍有最大访问（读）次数的限制。
2.4 产品技术特点。
首先要说明的是铁电存储器和浮动栅存储器的技术差异。现有闪存和eeprom都是采用浮动栅技术，浮动栅存储单元包含一个电隔离门，浮动栅位于标准控制栅的下面及通道层的上面。浮动栅是由一个导电材料，通常是多芯片硅层形成的 (如图2所示)。
浮动栅存储单元的信息存储是通过保存浮动栅内的电荷而完成的。利用改变浮动栅存储单元的电压就能达到电荷添加或擦除的动作，从而确定存储单元是在 ”1”或“0” 的状态。但是浮动栅技术需使用电荷泵来产生高电压，迫使电流通过栅氧化层而达到擦除的功能，因此需要5-10ms的擦写延迟。
高写入功率和长期的写操作会破坏浮动栅存储单元，从而造成有限的擦写存储次数（例如：闪存约十万次，而eeprom则约1百万次)。
铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器，是采用人工合成的铅锆钛(pzt) 材料形成存储器结晶体，如图3所示。当一个电场被施加到铁晶体管时，中心原子顺着电场停在低能量状态i位置，反之，当电场反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在另一低能量状态ii。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴，铁电畴在电场作用下形成极化电荷。
铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。
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