Ένας νέος τύπος σιδηροηλεκτρικού τσιπ μνήμης με βάση το άφνιο, που αναπτύχθηκε και σχεδιάστηκε από τον Liu Ming, Ακαδημαϊκό του Ινστιτούτου Μικροηλεκτρονικής, παρουσιάστηκε στο Διεθνές Συνέδριο IEEE Solid-State Circuits (ISSCC) 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 αιχμής για το Internet of Things.Η σιδηροηλεκτρική μνήμη (FeRAM) έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής αξιοπιστίας, της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της υψηλής ταχύτητας.Χρησιμοποιείται ευρέως σε μεγάλους όγκους εγγραφής 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 να παρεμποδίζεται σοβαρά η διαδικασία ανάπτυξης της παραδοσιακής σιδηροηλεκτρικής μνήμης και η ενσωματωμένη ενσωμάτωση χρειάζεται ξεχωριστή υποστήριξη γραμμής παραγωγής, που είναι δύσκολο να διαδοθεί σε μία μεγάλη κλίμακα.Η δυνατότητα μικρογραφίας 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 της σιδηροηλεκτρικής μνήμης με βάση το άφνιο εξακολουθεί να έχει προβλήματα όπως η ανεπαρκής αξιοπιστία της μονάδας, η έλλειψη σχεδίασης τσιπ με πλήρες περιφερειακό κύκλωμα και περαιτέρω επαλήθευση της απόδοσης σε επίπεδο chip, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή του στο 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 που βασίζεται στην πλατφόρμα ολοκλήρωσης μεγάλης κλίμακας. σιδηροηλεκτρικής μνήμης με βάση το άφνιο, συμβατή με CMOS, και ολοκλήρωσε με επιτυχία τη μεγάλης κλίμακας ενσωμάτωση του σιδηροηλεκτρικού πυκνωτή HZO σε διαδικασία CMOS 130nm.Προτείνεται ένα κύκλωμα κίνησης εγγραφής με τη βοήθεια ECC για ανίχνευση θερμοκρασίας και ένα ευαίσθητο κύκλωμα ενισχυτή για αυτόματη εξάλειψη μετατόπισης και επιτυγχάνονται αντοχή κύκλου 1012 και χρόνος εγγραφής και ανάγνωσης 7 ns, που είναι τα καλύτερα επίπεδα που έχουν αναφερθεί μέχρι στιγμής.
Η εργασία «Ένα ενσωματωμένο FeRAM βασισμένο σε 9 Mb HZO με Αντοχή 1012 Κύκλων και 5/7 s Ανάγνωση/Εγγραφή με χρήση ανανέωσης δεδομένων υποβοηθούμενης από ECC» βασίζεται στα αποτελέσματα και ο Ενισχυτής αίσθησης με ακύρωση μετατόπισης «επιλέχθηκε στο ISSCC 2023, και το τσιπ επιλέχθηκε στην επίδειξη ISSCC για να εμφανιστεί στη διάσκεψη.Ο Yang Jianguo είναι ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας και ο Liu Ming είναι ο αντίστοιχος συγγραφέας.
Η σχετική εργασία υποστηρίζεται από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας, το Εθνικό Βασικό Πρόγραμμα Έρευνας και Ανάπτυξης του Υπουργείου Επιστήμης και Τεχνολογίας και το Πιλοτικό Πρόγραμμα B-Class της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.
(Φωτογραφία 9Mb με βάση το Hafnium FeRAM και δοκιμή απόδοσης chip)
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-15-2023