Ένας νέος τύπος τσιπ μνήμης σιδηροηλεκτρικής ενέργειας με βάση το άφνιο, που αναπτύχθηκε και σχεδιάστηκε από τον Liu Ming, Ακαδημαϊκό του Ινστιτούτου Μικροηλεκτρονικής, παρουσιάστηκε στο Διεθνές Συνέδριο Κυκλωμάτων Στερεάς Κατάστασης (ISSCC) του IEEE το 2023, το υψηλότερο επίπεδο σχεδιασμού ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Η ενσωματωμένη μη πτητική μνήμη υψηλής απόδοσης (eNVM) έχει μεγάλη ζήτηση για τσιπ SOC σε ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, αυτόνομα οχήματα, βιομηχανικό έλεγχο και συσκευές edge για το Διαδίκτυο των Πραγμάτων. Η σιδηροηλεκτρική μνήμη (FeRAM) έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής αξιοπιστίας, της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της υψηλής ταχύτητας. Χρησιμοποιείται ευρέως σε μεγάλες ποσότητες καταγραφής δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, συχνή ανάγνωση και εγγραφή δεδομένων, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και ενσωματωμένα προϊόντα SoC/SiP. Η σιδηροηλεκτρική μνήμη που βασίζεται σε υλικό PZT έχει επιτύχει μαζική παραγωγή, αλλά το υλικό της είναι ασύμβατο με την τεχνολογία CMOS και είναι δύσκολο να συρρικνωθεί, με αποτέλεσμα η διαδικασία ανάπτυξης της παραδοσιακής σιδηροηλεκτρικής μνήμης να παρεμποδίζεται σοβαρά και η ενσωματωμένη ενσωμάτωση να χρειάζεται ξεχωριστή υποστήριξη γραμμής παραγωγής, η οποία είναι δύσκολο να διαδοθεί σε μεγάλη κλίμακα. Η μικρογραφία της νέας σιδηροηλεκτρικής μνήμης με βάση το άφνιο και η συμβατότητά της με την τεχνολογία CMOS την καθιστούν ένα ερευνητικό hotspot κοινού ενδιαφέροντος στον ακαδημαϊκό χώρο και τη βιομηχανία. Η σιδηροηλεκτρική μνήμη με βάση το άφνιο έχει θεωρηθεί ως μια σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης της επόμενης γενιάς νέας μνήμης. Προς το παρόν, η έρευνα για τη σιδηροηλεκτρική μνήμη με βάση το άφνιο εξακολουθεί να αντιμετωπίζει προβλήματα όπως η ανεπαρκής αξιοπιστία της μονάδας, η έλλειψη σχεδιασμού τσιπ με πλήρες περιφερειακό κύκλωμα και η περαιτέρω επαλήθευση της απόδοσης σε επίπεδο τσιπ, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή της στην eNVM.
Στοχεύοντας στις προκλήσεις που αντιμετωπίζει η ενσωματωμένη σιδηροηλεκτρική μνήμη με βάση το άφνιο, η ομάδα του Ακαδημαϊκού Liu Ming από το Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής σχεδίασε και υλοποίησε το τσιπ δοκιμής FeRAM μεγέθους megab για πρώτη φορά στον κόσμο, βασισμένο στην πλατφόρμα ενσωμάτωσης μεγάλης κλίμακας σιδηροηλεκτρικής μνήμης με βάση το άφνιο, συμβατή με CMOS, και ολοκλήρωσε με επιτυχία την ενσωμάτωση μεγάλης κλίμακας του σιδηροηλεκτρικού πυκνωτή HZO σε διεργασία CMOS 130nm. Προτείνεται ένα κύκλωμα εγγραφής με υποβοήθηση ECC για ανίχνευση θερμοκρασίας και ένα κύκλωμα ευαίσθητου ενισχυτή για αυτόματη εξάλειψη μετατόπισης, και επιτυγχάνεται ανθεκτικότητα 1012 κύκλων και χρόνος εγγραφής 7ns και χρόνος ανάγνωσης 5ns, που είναι τα καλύτερα επίπεδα που έχουν αναφερθεί μέχρι στιγμής.
Η δημοσίευση με τίτλο «A 9-Mb HZO-based Embedded FeRAM with 1012-Cycle Endurance and 5/7ns Read/Write using ECC-Assisted Data Refresh» (Ενσωματωμένη FeRAM βασισμένη σε HZO 9 Mb με αντοχή 1012 κύκλων και χρόνο ανάγνωσης/εγγραφής 5/7ns χρησιμοποιώντας ανανέωση δεδομένων με υποβοήθηση ECC) βασίζεται στα αποτελέσματα και ο ενισχυτής ανίχνευσης με ακύρωση μετατόπισης «επιλέχθηκε στο ISSCC 2023 και το τσιπ επιλέχθηκε στην συνεδρία επίδειξης του ISSCC για να παρουσιαστεί στο συνέδριο. Ο Yang Jianguo είναι ο πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης και ο Liu Ming είναι ο αντίστοιχος συγγραφέας.
Το σχετικό έργο υποστηρίζεται από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας, το Εθνικό Πρόγραμμα Βασικής Έρευνας και Ανάπτυξης του Υπουργείου Επιστήμης και Τεχνολογίας και το Πιλοτικό Έργο Κατηγορίας Β της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.
(Φωτογραφία τσιπ FeRAM 9Mb που βασίζεται σε άφνιο και δοκιμή απόδοσης τσιπ)
Ώρα δημοσίευσης: 15 Απριλίου 2023