En ny typ av hafniumbaserat ferroelektriskt minneschip, utvecklat och designat av Liu Ming, akademiker vid Institute of Microelectronics, presenterades vid IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2023, den högsta nivån inom integrerad kretsdesign.
Högpresterande inbäddade icke-flyktiga minnen (eNVM) är mycket efterfrågade för SOC-chips inom konsumentelektronik, autonoma fordon, industriell styrning och edge-enheter för sakernas internet. Ferroelektriskt minne (FeRAM) har fördelarna med hög tillförlitlighet, ultralåg strömförbrukning och hög hastighet. Det används ofta för stora mängder dataregistrering i realtid, frekvent dataläsning och -skrivning, låg strömförbrukning och inbäddade SoC/SiP-produkter. Ferroelektriskt minne baserat på PZT-material har uppnått massproduktion, men dess material är inkompatibelt med CMOS-teknik och svårt att krympa, vilket leder till att utvecklingsprocessen för traditionellt ferroelektriskt minne allvarligt hindras, och inbäddad integration kräver en separat produktionslinjestöd, vilket är svårt att popularisera i stor skala. Miniatyrbarheten hos nytt hafniumbaserat ferroelektriskt minne och dess kompatibilitet med CMOS-teknik gör det till ett forskningscentrum av gemensamt intresse inom akademi och industri. Hafniumbaserat ferroelektriskt minne har betraktats som en viktig utvecklingsriktning för nästa generations nya minnen. För närvarande har forskningen kring hafniumbaserat ferroelektriskt minne fortfarande problem såsom otillräcklig enhetstillförlitlighet, brist på chipdesign med kompletta periferikretsar och ytterligare verifiering av chipnivåprestanda, vilket begränsar dess tillämpning inom eNVM.
Med sikte på de utmaningar som inbäddade hafniumbaserade ferroelektriska minnen står inför har akademikern Liu Mings team från Institute of Microelectronics för första gången i världen designat och implementerat FeRAM-testchippet med megab-magnitud, baserat på den storskaliga integrationsplattformen för hafniumbaserat ferroelektriskt minne som är kompatibelt med CMOS, och framgångsrikt slutfört den storskaliga integrationen av HZO-ferroelektrisk kondensator i 130 nm CMOS-processen. En ECC-assisterad skrivkrets för temperaturavkänning och en känslig förstärkarkrets för automatisk offset-eliminering föreslås, och 1012 cyklers hållbarhet och 7 ns skrivtid och 5 ns lästid uppnås, vilket är de bästa nivåerna som hittills rapporterats.
Artikeln "Ett 9-Mb HZO-baserat inbäddat FeRAM med 1012-cyklers uthållighet och 5/7ns läs-/skrivhastighet med ECC-assisterad datauppdatering" baseras på resultaten och Offset-Canceled Sense Amplifier "valdes ut i ISSCC 2023, och chipet valdes ut i ISSCC-demosessionen för att visas på konferensen. Yang Jianguo är artikelns första författare och Liu Ming är korresponderande författare.
Det relaterade arbetet stöds av National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program of the Ministerium of Science and Technology, och B-Class Pilot Project of the Chinese Academy of Sciences.
(Foto av 9Mb Hafnium-baserat FeRAM-chip och chipprestandatest)
Publiceringstid: 15 april 2023
