Na konferenci IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) v roce 2023 byl představen nový typ feroelektrického paměťového čipu na bázi hafnia, který vyvinul a navrhl akademik Ústavu mikroelektroniky Liu Ming, což představuje nejvyšší úroveň návrhu integrovaných obvodů.
Vysoce výkonná vestavěná energeticky nezávislá paměť (eNVM) je velmi žádaná pro SOC čipy ve spotřební elektronice, autonomních vozidlech, průmyslovém řízení a edge zařízeních pro internet věcí. Feroelektrická paměť (FeRAM) má výhody vysoké spolehlivosti, ultranízké spotřeby energie a vysoké rychlosti. Je široce používána pro záznam velkého množství dat v reálném čase, časté čtení a zápis dat, nízkou spotřebu energie a vestavěné SoC/SiP produkty. Feroelektrická paměť založená na materiálu PZT dosáhla masové výroby, ale její materiál je nekompatibilní s technologií CMOS a obtížně se zmenšuje, což vede k vážnému omezení procesu vývoje tradičních feroelektrických pamětí a integrace vestavěných pamětí vyžaduje samostatnou výrobní linku, což je obtížné popularizovat ve velkém měřítku. Miniaturizace nové feroelektrické paměti na bázi hafnia a její kompatibilita s technologií CMOS z ní činí výzkumné centrum společného zájmu v akademické sféře i průmyslu. Feroelektrická paměť na bázi hafnia je považována za důležitý směr vývoje nové generace pamětí. V současné době se výzkum feroelektrických pamětí na bázi hafnia stále potýká s problémy, jako je nedostatečná spolehlivost jednotky, nedostatek návrhu čipu s kompletním periferním obvodem a další ověřování výkonu na úrovni čipu, což omezuje jeho použití v eNVM.
S cílem řešit výzvy, kterým čelí vestavěné feroelektrické paměti na bázi hafnia, tým akademika Liu Minga z Ústavu mikroelektroniky navrhl a poprvé na světě implementoval testovací čip FeRAM s megabajtovou velikostí, založený na platformě pro velkoobjemovou integraci feroelektrických pamětí na bázi hafnia kompatibilních s CMOS, a úspěšně dokončil velkoobjemovou integraci feroelektrického kondenzátoru HZO v 130nm CMOS procesu. Byl navržen obvod pro zápis s asistencí ECC pro snímání teploty a citlivý zesilovací obvod pro automatickou eliminaci ofsetu a bylo dosaženo životnosti 1012 cyklů a doby zápisu 7 ns a čtení 5 ns, což jsou dosud nejlepší zaznamenané hodnoty.
Článek „9Mb HZO-based Embedded FeRAM s 1012cyklovou výdrží a 5/7ns čtení/zápis s využitím ECC-Assisted Data Refresh“ je založen na výsledcích a „Offset-Canceled Sense Amplifier“ byl vybrán na ISSCC 2023 a čip byl vybrán v demonstrační sekci ISSCC k prezentaci na konferenci. Yang Jianguo je prvním autorem článku a Liu Ming je korespondujícím autorem.
Související práce je podporována Národní nadací pro přírodní vědy Číny, Národním klíčovým programem výzkumu a vývoje Ministerstva vědy a technologie a pilotním projektem třídy B Čínské akademie věd.
(Fotografie čipu FeRAM na bázi hafnia s kapacitou 9 MB a test výkonu čipu)
Čas zveřejnění: 15. dubna 2023
