En ny type hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelseschip udviklet og designet af Liu Ming, akademiker fra Institute of Microelectronics, er blevet præsenteret på IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) i 2023, det højeste niveau af integreret kredsløbsdesign.
Højtydende indlejret ikke-flygtig hukommelse (eNVM) er i høj efterspørgsel efter SOC-chips i forbrugerelektronik, autonome køretøjer, industriel kontrol og edge-enheder til Internet of Things.Ferroelektrisk hukommelse (FeRAM) har fordelene ved høj pålidelighed, ultralavt strømforbrug og høj hastighed.Det er meget udbredt 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 dets materiale er uforeneligt med CMOS-teknologi og vanskeligt at krympe, hvilket fører til, at udviklingsprocessen for traditionel ferroelektrisk hukommelse er alvorligt hindret, og indlejret integration har brug for en separat produktionslinjestøtte, vanskelig at popularisere i stor skala.Miniatureringen af ny hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse og dens kompatibilitet med CMOS-teknologi gør den til et forskningshotspot af fælles interesse i den akademiske verden og industrien.Hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse er blevet betragtet som en vigtig udviklingsretning for den næste generation af ny hukommelse.På nuværende tidspunkt har forskningen i hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse stadig problemer såsom utilstrækkelig enhedspålidelighed, mangel på chipdesign med komplet perifert kredsløb og yderligere verifikation af chipniveauydelse, hvilket begrænser dens anvendelse i eNVM.
Med henblik på de udfordringer, som indlejret hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse står over for, har teamet af akademiker Liu Ming fra Institute of Microelectronics designet og implementeret FeRAM-testchippen med megab-størrelse for første gang i verden baseret på den storstilede integrationsplatform af hafnium-baseret ferroelektrisk hukommelse, der er kompatibel med CMOS, og fuldførte den storstilede integration af HZO ferroelektrisk kondensator i 130nm CMOS-processen.Der foreslås et ECC-assisteret skrivedrevkredsløb til temperaturføling og et følsomt forstærkerkredsløb til automatisk offset-eliminering, og der opnås 1012 cyklusholdbarhed og 7ns skrive- og 5ns læsetid, hvilket er de bedste niveauer, der er rapporteret hidtil.
Artiklen "A 9-Mb HZO-based Embedded FeRAM with 1012-Cycle Endurance and 5/7ns Read/Write using ECC-Assisted Data Refresh" er baseret på resultaterne og Offset-Canceled Sense Amplifier "blev valgt i ISSCC 2023, og chippen blev valgt i ISSCC-demo-sessionen til at blive vist i konferencen.Yang Jianguo er den første forfatter af papiret, og Liu Ming er den tilsvarende forfatter.
Det relaterede arbejde er støttet af National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program under Ministeriet for Videnskab og Teknologi og B-Class Pilot Project fra det kinesiske videnskabsakademi.
(Foto af 9Mb Hafnium-baseret FeRAM-chip- og chipydelsestest)
Indlægstid: 15-apr-2023