Новый тип сегнетоэлектрического чипа памяти на основе гафния, разработанный и спроектированный Лю Мином, академиком Института микроэлектроники, был представлен на Международной конференции IEEE по твердотельным схемам (ISSCC) в 2023 году, которая является высшим уровнем проектирования интегральных схем.
Высокопроизводительная встроенная энергонезависимая память (eNVM) пользуется большим спросом для микросхем SOC в потребительской электронике, автономных транспортных средствах, промышленном управлении и периферийных устройствах для Интернета вещей. Ферроэлектрическая память (FeRAM) обладает такими преимуществами, как высокая надежность, сверхнизкое энергопотребление и высокая скорость. Она широко используется при записи больших объемов данных в реальном времени, частом чтении и записи данных, низком энергопотреблении и встроенных продуктах SoC/SiP. Ферроэлектрическая память на основе материала PZT достигла массового производства, но ее материал несовместим с технологией CMOS и ее трудно ужать, что приводит к тому, что процесс разработки традиционной сегнетоэлектрической памяти серьезно затруднен, а встроенная интеграция требует поддержки отдельной производственной линии, что затрудняет ее популяризацию в больших масштабах. Миниатюрность новой сегнетоэлектрической памяти на основе гафния и ее совместимость с технологией CMOS делают ее исследовательской точкой общего интереса в академических кругах и промышленности. Ферроэлектрическая память на основе гафния рассматривается как важное направление разработки следующего поколения новой памяти. В настоящее время исследования сегнетоэлектрической памяти на основе гафния по-прежнему сталкиваются с такими проблемами, как недостаточная надежность устройства, отсутствие проекта микросхемы с полной периферийной схемой и дальнейшей проверки производительности на уровне микросхемы, что ограничивает ее применение в eNVM.
Стремясь решить проблемы, с которыми сталкивается встроенная сегнетоэлектрическая память на основе гафния, команда академика Лю Мина из Института микроэлектроники впервые в мире разработала и внедрила мегабайтовый тестовый чип FeRAM на основе крупномасштабной интеграционной платформы сегнетоэлектрической памяти на основе гафния, совместимой с КМОП, и успешно завершила крупномасштабную интеграцию сегнетоэлектрического конденсатора HZO в 130-нм КМОП-процессе. Предлагаются схема привода записи с поддержкой ECC для измерения температуры и чувствительная схема усилителя для автоматического устранения смещения, а также достигаются долговечность 1012 циклов и время записи 7 нс и время чтения 5 нс, что является лучшими уровнями, о которых сообщалось до сих пор.
Статья «Встроенная FeRAM-память на базе HZO емкостью 9 Мб с ресурсом 1012 циклов и временем чтения/записи 5/7 нс с использованием обновления данных с помощью ECC» основана на результатах, а усилитель считывания с отменой смещения «был выбран на ISSCC 2023, а чип был выбран на демонстрационной сессии ISSCC для показа на конференции. Ян Цзяньго является первым автором статьи, а Лю Мин — автором-корреспондентом.
Соответствующая работа поддерживается Национальным фондом естественных наук Китая, Национальной программой ключевых исследований и разработок Министерства науки и технологий и Пилотным проектом класса B Китайской академии наук.
(Фотография чипа FeRAM на основе гафния емкостью 9 Мб и теста производительности чипа)
Время публикации: 15 апреля 2023 г.
