Na konferencii IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) v roku 2023 bol predstavený nový typ feroelektrického pamäťového čipu na báze hafnia, ktorý vyvinul a navrhol akademik Inštitútu mikroelektroniky Liu Ming, čo predstavuje najvyššiu úroveň návrhu integrovaných obvodov.
Vysokovýkonná vstavaná energeticky nezávislá pamäť (eNVM) je veľmi žiadaná pre SOC čipy v spotrebnej elektronike, autonómnych vozidlách, priemyselnom riadení a okrajových zariadeniach pre internet vecí. Feroelektrická pamäť (FeRAM) má výhody vysokej spoľahlivosti, ultra nízkej spotreby energie a vysokej rýchlosti. Je široko používaná pri zaznamenávaní veľkého množstva údajov v reálnom čase, častom čítaní a zápise údajov, nízkej spotrebe energie a vstavaných SoC/SiP produktoch. Feroelektrická pamäť založená na materiáli PZT dosiahla masovú výrobu, ale jej materiál je nekompatibilný s technológiou CMOS a ťažko sa zmenšuje, čo vedie k vážnemu obmedzeniu procesu vývoja tradičnej feroelektrickej pamäte a integrácia vstavaných pamätí si vyžaduje samostatnú výrobnú linku, čo je ťažké popularizovať vo veľkom meradle. Miniaturizácia novej feroelektrickej pamäte na báze hafnia a jej kompatibilita s technológiou CMOS z nej robia výskumné centrum spoločného záujmu v akademickej obci aj priemysle. Feroelektrická pamäť na báze hafnia sa považuje za dôležitý smer vývoja novej generácie pamätí. V súčasnosti má výskum feroelektrických pamätí na báze hafnia stále problémy, ako je nedostatočná spoľahlivosť jednotky, nedostatok čipového návrhu s kompletným periférnym obvodom a ďalšie overovanie výkonu na úrovni čipu, čo obmedzuje jeho použitie v eNVM.
Tím akademika Liu Minga z Inštitútu mikroelektroniky navrhol a implementoval testovací čip FeRAM s megab magnitúdou, ktorý je prvým na svete založený na rozsiahlej integračnej platforme feroelektrickej pamäte na báze hafnia kompatibilnej s CMOS. Úspešne dokončil rozsiahlu integráciu feroelektrického kondenzátora HZO v 130nm CMOS procese s cieľom riešiť výzvy, ktorým čelia vstavané feroelektrické pamäte na báze hafnia. Bol navrhnutý obvod ECC pre zapisovanie na snímanie teploty a citlivý zosilňovací obvod pre automatickú elimináciu ofsetu. Dosiahla sa životnosť 1012 cyklov a čas zápisu 7ns a čítania 5ns, čo sú doteraz najlepšie zaznamenané úrovne.
Článok „9-MB HZO-based Embedded FeRAM s 1012-cyklovou výdržou a 5/7ns čítaním/zápisom s použitím ECC-Assisted Data Refresh“ je založený na výsledkoch a „Offset-Canceled Sense Amplifier“ bol vybraný na ISSCC 2023 a čip bol vybraný v rámci ISSCC Demo Session na prezentáciu na konferencii. Yang Jianguo je prvým autorom článku a Liu Ming je korešpondujúcim autorom.
Súvisiacu prácu podporuje Národná nadácia pre prírodné vedy Číny, Národný kľúčový program výskumu a vývoja Ministerstva vedy a techniky a pilotný projekt triedy B Čínskej akadémie vied.
(Fotografia čipu FeRAM na báze hafnia s kapacitou 9 MB a test výkonu čipu)
Čas uverejnenia: 15. apríla 2023
