Nowy typ ferroelektrycznego układu pamięci na bazie hafnu, opracowany i zaprojektowany przez Liu Minga, pracownika naukowego Instytutu Mikroelektroniki, został zaprezentowany na konferencji IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) w 2023 r., która jest najwyższym szczeblem projektowania układów scalonych.
Wysokowydajna wbudowana pamięć nieulotna (eNVM) jest bardzo pożądana w przypadku układów SOC w elektronice użytkowej, pojazdach autonomicznych, sterowaniu przemysłowym i urządzeniach brzegowych dla Internetu rzeczy. Pamięć ferroelektryczna (FeRAM) ma zalety wysokiej niezawodności, bardzo niskiego zużycia energii i dużej szybkości. Jest szeroko stosowana w dużych ilościach danych rejestrowanych w czasie rzeczywistym, częstym odczycie i zapisie danych, niskim zużyciu energii i wbudowanych produktach SoC/SiP. Pamięć ferroelektryczna oparta na materiale PZT osiągnęła masową produkcję, ale jej materiał jest niezgodny z technologią CMOS i trudny do skurczenia, co prowadzi do poważnego utrudnienia procesu rozwoju tradycyjnej pamięci ferroelektrycznej, a integracja wbudowana wymaga oddzielnej linii produkcyjnej, trudnej do spopularyzowania na dużą skalę. Miniaturowość nowej pamięci ferroelektrycznej opartej na hafnie i jej zgodność z technologią CMOS sprawiają, że jest to obszar zainteresowań badawczych w środowisku akademickim i przemyśle. Pamięć ferroelektryczna oparta na hafnie jest uważana za ważny kierunek rozwoju nowej generacji pamięci. Obecnie badania nad pamięcią ferroelektryczną na bazie hafnu wciąż napotykają na problemy, takie jak niewystarczająca niezawodność jednostek, brak projektu układu scalonego z kompletnym obwodem peryferyjnym i konieczność dalszej weryfikacji wydajności na poziomie układu scalonego, co ogranicza jej zastosowanie w eNVM.
Mając na celu stawienie czoła wyzwaniom, z jakimi mierzy się wbudowana pamięć ferroelektryczna na bazie hafnu, zespół akademika Liu Minga z Instytutu Mikroelektroniki zaprojektował i wdrożył po raz pierwszy na świecie chip testowy FeRAM o wielkości megabajtów, oparty na platformie integracji na dużą skalę pamięci ferroelektrycznej na bazie hafnu, kompatybilnej z CMOS, i pomyślnie ukończył integrację na dużą skalę kondensatora ferroelektrycznego HZO w procesie CMOS 130 nm. Zaproponowano układ sterowania zapisem wspomagany ECC do wykrywania temperatury i czuły układ wzmacniacza do automatycznej eliminacji przesunięcia, a trwałość 1012 cykli i czas zapisu 7 ns i odczytu 5 ns są najlepszymi poziomami zgłoszonymi do tej pory.
Artykuł „Pamięć FeRAM 9 Mb HZO-based Embedded z wytrzymałością 1012 cykli i czasem odczytu/zapisu 5/7 ns przy użyciu odświeżania danych wspomaganego przez ECC” opiera się na wynikach, a wzmacniacz Sense z anulowanym przesunięciem „został wybrany w ISSCC 2023, a układ został wybrany w sesji demonstracyjnej ISSCC do zaprezentowania na konferencji. Yang Jianguo jest pierwszym autorem artykułu, a Liu Ming jest autorem korespondencyjnym.
Prace badawcze są wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin, Narodowy Program Kluczowych Badań i Rozwoju Ministerstwa Nauki i Technologii oraz Projekt Pilotażowy Klasy B Chińskiej Akademii Nauk.
(Zdjęcie układu scalonego FeRAM 9Mb na bazie hafnu i test wydajności układu scalonego)
Czas publikacji: 15-kwi-2023
