En ny type hafniumbaseret ferroelektrisk hukommelseschip udviklet og designet af Liu Ming, akademiker ved Institute of Microelectronics, er blevet præsenteret på IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) i 2023, det højeste niveau inden for integreret kredsløbsdesign.
Højtydende indlejret ikke-flygtig hukommelse (eNVM) er i høj efterspørgsel til SOC-chips i forbrugerelektronik, autonome køretøjer, industriel kontrol og edge-enheder til Internet of Things. Ferroelektrisk hukommelse (FeRAM) har fordelene ved høj pålidelighed, ultra-lavt strømforbrug og høj hastighed. Den bruges i vid udstrækning til store mængder dataoptagelse i realtid, hyppig datalæsning og -skrivning, lavt strømforbrug og indlejrede SoC/SiP-produkter. Ferroelektrisk hukommelse baseret på PZT-materiale har opnået masseproduktion, men dens materiale er uforeneligt med CMOS-teknologi og vanskeligt at krympe, hvilket fører til, at udviklingsprocessen for traditionel ferroelektrisk hukommelse er alvorligt hæmmet, og indlejret integration kræver en separat produktionslinjesupport, hvilket er vanskeligt at popularisere i stor skala. Miniaturerbarheden af ny hafniumbaseret ferroelektrisk hukommelse og dens kompatibilitet med CMOS-teknologi gør den til et forskningshotspot af fælles interesse i den akademiske verden og industrien. Hafniumbaseret ferroelektrisk hukommelse er blevet betragtet som en vigtig udviklingsretning for den næste generation af ny hukommelse. I øjeblikket har forskningen i hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse stadig problemer såsom utilstrækkelig enhedspålidelighed, mangel på chipdesign med komplette perifere kredsløb og yderligere verifikation af chipniveau-ydeevne, hvilket begrænser dens anvendelse i eNVM.
Med henblik på de udfordringer, som indlejret hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse står over for, har teamet bestående af akademiker Liu Ming fra Institut for Mikroelektronik designet og implementeret FeRAM-testchippen i megab-størrelse for første gang i verden baseret på den storstilede integrationsplatform af hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse, der er kompatibel med CMOS, og har med succes gennemført den storstilede integration af HZO ferroelektrisk kondensator i 130 nm CMOS-processen. Et ECC-assisteret skrivedrevkredsløb til temperaturmåling og et følsomt forstærkerkredsløb til automatisk offset-eliminering foreslås, og der opnås en holdbarhed på 1012 cyklusser og en skrivetid på 7 ns og en læsetid på 5 ns, hvilket er de bedste niveauer, der hidtil er rapporteret.
Artiklen “En 9-Mb HZO-baseret indlejret FeRAM med 1012-cyklusudholdenhed og 5/7ns læsning/skrivning ved hjælp af ECC-assisteret dataopdatering” er baseret på resultaterne, og Offset-Canceled Sense Amplifier “blev udvalgt i ISSCC 2023, og chippen blev valgt i ISSCC-demosessionen til at blive vist på konferencen. Yang Jianguo er førsteforfatter af artiklen, og Liu Ming er den korresponderende forfatter.
Det relaterede arbejde støttes af National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program under Ministeriet for Videnskab og Teknologi og B-klasse pilotprojektet under Det Kinesiske Videnskabsakademi.
(Foto af 9Mb Hafnium-baseret FeRAM-chip og chippens ydeevnetest)
Opslagstidspunkt: 15. april 2023
