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【摘要】非易失性静态随机存取存储器既具有静态随机存取存储器的快速读取和写入特性，也具有非易失性存储器在断电时仍然保持数据的非易失性，在计算机系统和智能仪器中起着重要的作用。本文对检索得到的172篇国外关于非易失静态随机存取存储器的专利申请进行梳理，分析主要申请人的相关专利技术，为我国非易失静态随机存取存储器的研究发展提供参考。
【关键词】SRAM；非易失EEPROM；铁电；阻变
一、概述
半导体存储器可以分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器包含静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）和动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM），其中，SRAM中的数据是易失性的，因此电源的中断会造成数据的丢失。而非易失性存储器存储的数据在存储器电源中断后仍会保存。
另外，传统SRAM提供一读取与写入速度在10ns范围内，而非易失性随机存储器提供一中等的读取速度及一极慢的写入速度[1]，因而出现了一种在现有的SRAM存储单元上附加用于后备数据的非易失性元件的非易失性静态随机存取存储器（Non-Volatile Static Random Access Memory，NVSRAM），该NVSRAM可以提供与传统SRAM相同的读取与写入速度，以及在电源中断时，能够利用所述NVSRAM中的非易失性元件来保持所述SRAM的数据，其中，所述非易失性元件包含EEPROM元件、铁电元件[2]和阻变元件等。
二、国外申请人的技术演进
通过对涉及NVSRAM的国外专利申请人进行统计可知，国外在NVSRAM的技术领域的研发较早，在八十年代初开始对该领域的技术进行研究，近年来申请量增加趋势明显。
经过梳理发现该技术领域中专利申请量较多、研究起步较早的申请人包括美国赛普拉斯公司、日本东芝公司、日本富士通公司、美国柰米公司等，这也与其在全球商业市场的垄断地位是相应的。本文选取该分支重要申请人美国赛普拉斯公司、日本东芝公司、日本富士通公司这三家公司，分别对其技术研究路线进行分析。
美国赛普拉斯公司的NVSRAM最早开始于九十年代的具有EEPROM元件的NVSRAM单元，以US5914895A等为代表，其涉及一种使用SONOS单元的非易失性SRAM单元，该存储单元构造成动态地改变非易失性存储元件的阈值电压以存储所述易失性存储元件的状态；进入二十一世纪后，该公司发出了一系列的申请，其中，为了减少非易失性电路的元件数量以及避免在存储操作后的恢复操作引起的数据反转，以US6469930B1为代表，通过仅包含一个非易失性元件而减少电路元件的数目，以及在非易失性元件和易失性元件间提供分开的存储和恢复路径，其中，该非易失性元件包含硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅（SONOS）晶体管。
日本东芝公司对NVSRAM的研究晚于美国赛普拉斯公司，但其基本专注于阻变非易失性SRAM或磁性SRAM以及相应的外围电路的研究，其最早开始于2002年的具有MRAM元件的NVSRAM单元，以US6947318B1为例，其涉及一种使用MRAM的非易失性锁存电路，其使用磁阻效应元件根据磁性层的磁化方向而改变自身电阻值，通过改变磁阻效应元件电阻值来存储一位数据；为了解决现有技术铁电材料具有较差的耐久性、以及铁电材料不能轻易堆叠导致的存储单元面积较大的缺点，以US2006/0083047A1为例，在现有的SRAM存储单元包含两个交叉耦合的反相器的基础上，增加一个固定参考电阻耦接在第一反相器的输出端和第二反相器的输入端之间，另一个固定参考电阻耦接至第二反相器的输出端和第一反相器的输入端之间。
日本富士通公司对NVSRAM的研究起步于1984年，早于美国赛普拉斯以及日本东芝公司，而且其技术主要集中在使用EEPROM元件和铁电元件，以EP0182595A2为例，由于现有技术中SRAM的双稳态多谐振荡器电路在加载晶体管沟道宽度和沟道长度、节点的电容器不平衡以用于当NV晶体管被关断时使能恢复操作，该不平衡状态增加了存储单元面积，同时在电容器之间建立精确的不平衡状态也是困难的，为了解决前述问题，提出了一种存储单元包含由双稳态多谐振荡器电路构成的SRAM，该双稳态多谐振荡器电路具有一对负载，每个负载被供应单独的电源，一个非易失性存储晶体管构成的EEPROM连接到双稳态多谐振荡器电路；进入二十一世纪后，该公司转变研究方向，主要致力于使用铁电元件的NVSRAM，以JP4091301B2为例，其考虑到现有技术中在铁电电容器的NVSRAM中由于pMOS晶体管阈值电压的变化导致错误数据被重现，附带地，由于nMOS晶体管阈值电压的变化导致错误的恢复操作，其涉及一种使用剩余电介质极化的铁电电容器的存储单元或锁存电路精确地执行恢复操作。
由此可知，日本富士通公司在上世纪八十年代开始对使用EEPROM元件的NVSRAM进行研究，美国赛普拉斯始终专注于EEPROM元件的NVSRAM的研究，在进入二十一世纪后，日本富士通公司开始转移到对使用铁电元件的NVSRAM进行了一系列连续的研发，而日本东芝公司另辟蹊径关注于MRAM和RRAM的新型材料在NVSRAM的应用，与美国赛普拉斯和日本富士通完全不同。这三家公司分别在使用不同非易失性元件方面划定了技术范围，有利于自身技术和市场的发展和成熟。
三、结束语
本文对现有技术中对非易失性静态随机存取存储器技术进行了梳理，并列举了多种非易失性静态随机存取存储器主要的国外专利申请人的技术脉络，为未来非易失性静态随机存取存储器的研究和改进提供了参考。
参考文献
[1]李武开，柰米闪芯积体电路有限公司，整合传统式静态随机存储器与闪存单元的新式非易失性静态随机存储器内存单元结构[P].中国发明专利，CN101065807，2007.10.
[2]T. Miwa et al. Proceedings of Symposium on VLSI Circuits[C].2001.
【关键词】SRAM；非易失EEPROM；铁电；阻变
一、概述
半导体存储器可以分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器包含静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）和动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM），其中，SRAM中的数据是易失性的，因此电源的中断会造成数据的丢失。而非易失性存储器存储的数据在存储器电源中断后仍会保存。
另外，传统SRAM提供一读取与写入速度在10ns范围内，而非易失性随机存储器提供一中等的读取速度及一极慢的写入速度[1]，因而出现了一种在现有的SRAM存储单元上附加用于后备数据的非易失性元件的非易失性静态随机存取存储器（Non-Volatile Static Random Access Memory，NVSRAM），该NVSRAM可以提供与传统SRAM相同的读取与写入速度，以及在电源中断时，能够利用所述NVSRAM中的非易失性元件来保持所述SRAM的数据，其中，所述非易失性元件包含EEPROM元件、铁电元件[2]和阻变元件等。
二、国外申请人的技术演进
通过对涉及NVSRAM的国外专利申请人进行统计可知，国外在NVSRAM的技术领域的研发较早，在八十年代初开始对该领域的技术进行研究，近年来申请量增加趋势明显。
经过梳理发现该技术领域中专利申请量较多、研究起步较早的申请人包括美国赛普拉斯公司、日本东芝公司、日本富士通公司、美国柰米公司等，这也与其在全球商业市场的垄断地位是相应的。本文选取该分支重要申请人美国赛普拉斯公司、日本东芝公司、日本富士通公司这三家公司，分别对其技术研究路线进行分析。
美国赛普拉斯公司的NVSRAM最早开始于九十年代的具有EEPROM元件的NVSRAM单元，以US5914895A等为代表，其涉及一种使用SONOS单元的非易失性SRAM单元，该存储单元构造成动态地改变非易失性存储元件的阈值电压以存储所述易失性存储元件的状态；进入二十一世纪后，该公司发出了一系列的申请，其中，为了减少非易失性电路的元件数量以及避免在存储操作后的恢复操作引起的数据反转，以US6469930B1为代表，通过仅包含一个非易失性元件而减少电路元件的数目，以及在非易失性元件和易失性元件间提供分开的存储和恢复路径，其中，该非易失性元件包含硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅（SONOS）晶体管。
日本东芝公司对NVSRAM的研究晚于美国赛普拉斯公司，但其基本专注于阻变非易失性SRAM或磁性SRAM以及相应的外围电路的研究，其最早开始于2002年的具有MRAM元件的NVSRAM单元，以US6947318B1为例，其涉及一种使用MRAM的非易失性锁存电路，其使用磁阻效应元件根据磁性层的磁化方向而改变自身电阻值，通过改变磁阻效应元件电阻值来存储一位数据；为了解决现有技术铁电材料具有较差的耐久性、以及铁电材料不能轻易堆叠导致的存储单元面积较大的缺点，以US2006/0083047A1为例，在现有的SRAM存储单元包含两个交叉耦合的反相器的基础上，增加一个固定参考电阻耦接在第一反相器的输出端和第二反相器的输入端之间，另一个固定参考电阻耦接至第二反相器的输出端和第一反相器的输入端之间。
日本富士通公司对NVSRAM的研究起步于1984年，早于美国赛普拉斯以及日本东芝公司，而且其技术主要集中在使用EEPROM元件和铁电元件，以EP0182595A2为例，由于现有技术中SRAM的双稳态多谐振荡器电路在加载晶体管沟道宽度和沟道长度、节点的电容器不平衡以用于当NV晶体管被关断时使能恢复操作，该不平衡状态增加了存储单元面积，同时在电容器之间建立精确的不平衡状态也是困难的，为了解决前述问题，提出了一种存储单元包含由双稳态多谐振荡器电路构成的SRAM，该双稳态多谐振荡器电路具有一对负载，每个负载被供应单独的电源，一个非易失性存储晶体管构成的EEPROM连接到双稳态多谐振荡器电路；进入二十一世纪后，该公司转变研究方向，主要致力于使用铁电元件的NVSRAM，以JP4091301B2为例，其考虑到现有技术中在铁电电容器的NVSRAM中由于pMOS晶体管阈值电压的变化导致错误数据被重现，附带地，由于nMOS晶体管阈值电压的变化导致错误的恢复操作，其涉及一种使用剩余电介质极化的铁电电容器的存储单元或锁存电路精确地执行恢复操作。
由此可知，日本富士通公司在上世纪八十年代开始对使用EEPROM元件的NVSRAM进行研究，美国赛普拉斯始终专注于EEPROM元件的NVSRAM的研究，在进入二十一世纪后，日本富士通公司开始转移到对使用铁电元件的NVSRAM进行了一系列连续的研发，而日本东芝公司另辟蹊径关注于MRAM和RRAM的新型材料在NVSRAM的应用，与美国赛普拉斯和日本富士通完全不同。这三家公司分别在使用不同非易失性元件方面划定了技术范围，有利于自身技术和市场的发展和成熟。
三、结束语
本文对现有技术中对非易失性静态随机存取存储器技术进行了梳理，并列举了多种非易失性静态随机存取存储器主要的国外专利申请人的技术脉络，为未来非易失性静态随机存取存储器的研究和改进提供了参考。
参考文献
[1]李武开，柰米闪芯积体电路有限公司，整合传统式静态随机存储器与闪存单元的新式非易失性静态随机存储器内存单元结构[P].中国发明专利，CN101065807，2007.10.
[2]T. Miwa et al. Proceedings of Symposium on VLSI Circuits[C].2001.