Auf der IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) im Jahr 2023, der höchsten Stufe des Designs integrierter Schaltungen, wurde ein neuer Typ von ferroelektrischen Speicherchips auf Hafniumbasis vorgestellt, der von Liu Ming, Akademiker des Instituts für Mikroelektronik, entwickelt und entworfen wurde.
Leistungsstarke eingebettete nichtflüchtige Speicher (eNVM) sind für SOC-Chips in der Unterhaltungselektronik, autonomen Fahrzeugen, industriellen Steuerungen und Edge-Geräten für das Internet der Dinge sehr gefragt.Ferroelektrischer Speicher (FeRAM) hat die Vorteile einer hohen Zuverlässigkeit, eines extrem niedrigen Stromverbrauchs und einer hohen Geschwindigkeit.Es wird häufig für die Aufzeichnung großer Datenmengen in Echtzeit, häufiges Lesen und Schreiben von Daten, geringen Stromverbrauch und eingebettete SoC/SiP-Produkte verwendet.Ferroelektrische Speicher auf der Basis von PZT-Material haben die Massenproduktion erreicht, aber ihr Material ist mit der CMOS-Technologie nicht kompatibel und schwer zu verkleinern, was dazu führt, dass der Entwicklungsprozess traditioneller ferroelektrischer Speicher ernsthaft behindert wird und die eingebettete Integration eine separate Unterstützung der Produktionslinie erfordert, die schwer zu verbreiten ist im großen Maßstab.Die Miniaturisierbarkeit des neuen ferroelektrischen Speichers auf Hafniumbasis und seine Kompatibilität mit der CMOS-Technologie machen ihn zu einem Forschungs-Hotspot von gemeinsamem Interesse in Wissenschaft und Industrie.Hafniumbasierte ferroelektrische Speicher wurden als wichtige Entwicklungsrichtung der nächsten Generation neuer Speicher angesehen.Gegenwärtig weist die Erforschung von ferroelektrischen Speichern auf Hafniumbasis noch Probleme auf, wie z. B. unzureichende Zuverlässigkeit der Einheit, fehlendes Chipdesign mit vollständiger Peripherieschaltung und weitere Überprüfung der Leistung auf Chipebene, was ihre Anwendung in eNVM einschränkt.
Mit Blick auf die Herausforderungen, mit denen eingebettete ferroelektrische Speicher auf Hafniumbasis konfrontiert sind, hat das Team von Akademiker Liu Ming vom Institut für Mikroelektronik zum ersten Mal auf der Welt einen FeRAM-Testchip in Megab-Größe auf der Grundlage einer groß angelegten Integrationsplattform entwickelt und implementiert eines mit CMOS kompatiblen ferroelektrischen Speichers auf Hafniumbasis und schloss erfolgreich die groß angelegte Integration des ferroelektrischen HZO-Kondensators im 130-nm-CMOS-Prozess ab.Eine ECC-unterstützte Schreibtreiberschaltung zur Temperaturerfassung und eine empfindliche Verstärkerschaltung zur automatischen Offset-Eliminierung werden vorgeschlagen, und es werden eine Lebensdauer von 1012 Zyklen und 7 ns Schreib- und 5 ns Lesezeit erreicht, was die besten bisher gemeldeten Werte sind.
Das Papier „A 9-Mb HZO-based Embedded FeRAM with 1012-Cycle Endurance and 5/7ns Read/Write using ECC-Assisted Data Refresh“ basiert auf den Ergebnissen und „Offset-Canceled Sense Amplifier“ wurde im ISSCC 2023 ausgewählt und Der Chip wurde in der ISSCC-Demo-Session ausgewählt, um auf der Konferenz ausgestellt zu werden.Yang Jianguo ist der Erstautor des Artikels und Liu Ming ist der korrespondierende Autor.
Die damit verbundenen Arbeiten werden von der National Natural Science Foundation of China, dem National Key Research and Development Program des Ministry of Science and Technology und dem B-Class Pilot Project der Chinese Academy of Sciences unterstützt.
(Foto von 9 MB Hafnium-basiertem FeRAM-Chip und Chip-Leistungstest)
Postzeit: 15. April 2023