Новий тип сегнетоелектричного чіпа пам'яті на основі гафнію, розроблений та спроектований академіком Інституту мікроелектроніки Лю Мінгом, був представлений на Міжнародній конференції IEEE з твердотільних схем (ISSCC) у 2023 році, що є найвищим рівнем розробки інтегральних схем.
Високопродуктивна вбудована енергонезалежна пам'ять (eNVM) користується великим попитом для SOC-чіпів у побутовій електроніці, автономних транспортних засобах, промисловому контролі та периферійних пристроях для Інтернету речей. Сегнетоелектрична пам'ять (FeRAM) має переваги високої надійності, наднизького енергоспоживання та високої швидкості. Вона широко використовується для запису великих обсягів даних у режимі реального часу, частого зчитування та запису даних, низького енергоспоживання та вбудованих SoC/SiP продуктів. Сегнетоелектрична пам'ять на основі PZT досягла масового виробництва, але її матеріал несумісний з CMOS-технологією та важко стискається, що призводить до серйозних труднощів у процесі розробки традиційної сегнетоелектричної пам'яті, а вбудована інтеграція потребує окремої виробничої лінії, що важко популяризувати у великих масштабах. Мініатюрність нової сегнетоелектричної пам'яті на основі гафнію та її сумісність з CMOS-технологією роблять її дослідницькою гарячою точкою, що викликає спільне занепокоєння в академічних колах та промисловості. Сегнетоелектрична пам'ять на основі гафнію розглядається як важливий напрямок розвитку наступного покоління нової пам'яті. Наразі дослідження сегнетоелектричної пам'яті на основі гафнію все ще мають такі проблеми, як недостатня надійність пристрою, відсутність конструкції мікросхеми з повною периферійною схемою та подальша перевірка продуктивності на рівні мікросхеми, що обмежує її застосування в eNVM.
З метою вирішення проблем, з якими стикається вбудована сегнетоелектрична пам'ять на основі гафнію, команда академіка Лю Мінга з Інституту мікроелектроніки вперше у світі розробила та впровадила тестовий чіп FeRAM мегабайтної величини на основі великомасштабної інтеграційної платформи сегнетоелектричної пам'яті на основі гафнію, сумісної з CMOS, та успішно завершила великомасштабну інтеграцію сегнетоелектричного конденсатора HZO у 130-нм CMOS-процес. Запропоновано схему запису з підтримкою ECC для вимірювання температури та чутливу схему підсилювача для автоматичного усунення зміщення, а також досягнуто довговічності 1012 циклів та часу запису 7 нс та читання 5 нс, що є найкращими показниками, зареєстрованими на сьогоднішній день.
Стаття «Вбудована FeRAM на основі HZO ємністю 9 Мбіт/с з витривалістю 1012 циклів та часом читання/запису 5/7 нс з використанням оновлення даних з ECC» базується на результатах, а підсилювач зчитування з компенсацією зсуву «був обраний на ISSCC 2023, а сам чіп був обраний на демонстраційній сесії ISSCC для представлення на конференції. Ян Цзяньго є першим автором статті, а Лю Мін — автором-кореспондентом.
Пов'язана робота підтримується Національним фондом природничих наук Китаю, Національною ключовою програмою досліджень і розробок Міністерства науки і технологій та пілотним проектом B-класу Китайської академії наук.
(Фото чіпа FeRAM на основі гафнію ємністю 9 Мбіт/с та тест продуктивності чіпа)
Час публікації: 15 квітня 2023 р.
