En ny type hafniumbasert ferroelektrisk minnebrikke utviklet og designet av Liu Ming, akademiker ved Institute of Microelectronics, ble presentert på IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) i 2023, det høyeste nivået innen integrert kretsdesign.
Høytytende innebygd ikke-flyktig minne (eNVM) er svært etterspurt for SOC-brikker i forbrukerelektronikk, autonome kjøretøy, industriell kontroll og kantenheter for tingenes internett. Ferroelektrisk minne (FeRAM) har fordelene med høy pålitelighet, ultralavt strømforbruk og høy hastighet. Det er mye brukt i store mengder dataregistrering i sanntid, hyppig datalesing og -skriving, lavt strømforbruk og innebygde SoC/SiP-produkter. Ferroelektrisk minne basert på PZT-materiale har oppnådd masseproduksjon, men materialet er inkompatibelt med CMOS-teknologi og vanskelig å krympe, noe som fører til at utviklingsprosessen for tradisjonelt ferroelektrisk minne blir alvorlig hindret, og innebygd integrasjon trenger en separat produksjonslinjestøtte, noe som er vanskelig å popularisere i stor skala. Miniaturerbarheten til nytt hafniumbasert ferroelektrisk minne og dets kompatibilitet med CMOS-teknologi gjør det til et forskningsfokus av felles interesse i akademia og industri. Hafniumbasert ferroelektrisk minne har blitt ansett som en viktig utviklingsretning for neste generasjon nytt minne. For tiden har forskningen på hafniumbasert ferroelektrisk minne fortsatt problemer som utilstrekkelig enhetspålitelighet, mangel på chipdesign med komplette periferikretser og ytterligere verifisering av chipnivåytelse, noe som begrenser bruken i eNVM.
Med sikte på utfordringene som innebygd hafniumbasert ferroelektrisk minne står overfor, har teamet bestående av akademiker Liu Ming fra Institute of Microelectronics designet og implementert FeRAM-testbrikken med megab-størrelse for første gang i verden basert på den storskala integrasjonsplattformen for hafniumbasert ferroelektrisk minne som er kompatibelt med CMOS, og fullført storskala integreringen av HZO ferroelektrisk kondensator i 130 nm CMOS-prosess. En ECC-assistert skrivekrets for temperaturregistrering og en sensitiv forsterkerkrets for automatisk eliminering av offset er foreslått, og 1012 syklusholdbarhet og 7 ns skrive- og 5 ns lesetid er oppnådd, som er de beste nivåene som er rapportert så langt.
Artikkelen «En 9-Mb HZO-basert innebygd FeRAM med 1012-syklusutholdenhet og 5/7ns lese/skrive ved bruk av ECC-assistert dataoppdatering» er basert på resultatene, og Offset-Canceled Sense Amplifier «ble valgt i ISSCC 2023, og brikken ble valgt i ISSCC-demo-sesjonen for å bli vist frem på konferansen. Yang Jianguo er førsteforfatter av artikkelen, og Liu Ming er korresponderende forfatter.
Det relaterte arbeidet støttes av National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology, og B-klasse pilotprosjektet of the Chinese Academy of Sciences.
(Bilde av 9Mb Hafnium-basert FeRAM-brikke og brikkens ytelsestest)
Publisert: 15. april 2023
