Un nou tip de cip de memorie feroelectrică pe bază de hafniu, dezvoltat și proiectat de Liu Ming, academician la Institutul de Microelectronică, a fost prezentat la Conferința Internațională IEEE privind Circuitele în Stare Solidă (ISSCC) din 2023, cel mai înalt nivel de proiectare a circuitelor integrate.
Memoria nevolatilă încorporată de înaltă performanță (eNVM) este foarte solicitată pentru cipurile SOC în electronica de larg consum, vehiculele autonome, controlul industrial și dispozitivele edge pentru Internetul Lucrurilor. Memoria feroelectrică (FeRAM) are avantajele fiabilității ridicate, consumului ultra-redus de energie și vitezei mari. Este utilizată pe scară largă pentru înregistrarea unor cantități mari de date în timp real, citirea și scrierea frecventă a datelor, consumul redus de energie și produsele SoC/SiP încorporate. Memoria feroelectrică bazată pe material PZT a atins producția de masă, dar materialul său este incompatibil cu tehnologia CMOS și dificil de micșorat, ceea ce duce la un proces de dezvoltare a memoriei feroelectrice tradiționale care este serios împiedicat, iar integrarea încorporată necesită suport separat pentru o linie de producție, fiind dificil de popularizat la scară largă. Miniaturabilitatea noii memorii feroelectrice pe bază de hafniu și compatibilitatea acesteia cu tehnologia CMOS o fac un punct fierbinte de cercetare de interes comun în mediul academic și industrial. Memoria feroelectrică pe bază de hafniu a fost considerată o direcție importantă de dezvoltare a următoarei generații de noi memorii. În prezent, cercetarea memoriei feroelectrice pe bază de hafniu încă prezintă probleme precum fiabilitatea insuficientă a unității, lipsa unui design al cipului cu circuit periferic complet și verificarea ulterioară a performanței la nivel de cip, ceea ce limitează aplicarea sa în eNVM.
Vizând provocările cu care se confruntă memoria feroelectrică încorporată pe bază de hafniu, echipa academicianului Liu Ming de la Institutul de Microelectronică a proiectat și implementat pentru prima dată în lume cipul de testare FeRAM de magnitudine megab, bazat pe platforma de integrare la scară largă a memoriei feroelectrice pe bază de hafniu compatibile cu CMOS, și a finalizat cu succes integrarea la scară largă a condensatorului feroelectric HZO în procesul CMOS de 130 nm. Sunt propuse un circuit de acționare a scrierii asistate de ECC pentru detectarea temperaturii și un circuit amplificator sensibil pentru eliminarea automată a offset-ului, fiind atinse o durabilitate de 1012 cicluri și un timp de scriere de 7ns și 5ns de citire, acestea fiind cele mai bune niveluri raportate până în prezent.
Lucrarea „O memorie FeRAM încorporată bazată pe HZO de 9 Mb cu anduranță de 1012 cicluri și citire/scriere de 5/7 ns folosind reîmprospătarea datelor asistată de ECC” se bazează pe rezultate, iar „amplificatorul de detectare cu anulare a offset-ului” a fost selectat la ISSCC 2023, iar cipul a fost selectat în sesiunea demonstrativă ISSCC pentru a fi prezentat în cadrul conferinței. Yang Jianguo este primul autor al lucrării, iar Liu Ming este autorul corespondent.
Lucrările conexe sunt susținute de Fundația Națională de Științe Naturale din China, Programul Național Cheie de Cercetare și Dezvoltare al Ministerului Științei și Tehnologiei și Proiectul Pilot de Clasa B al Academiei Chineze de Științe.
(Fotografie a unui cip FeRAM de 9Mb pe bază de hafniu și a unui test de performanță al cipului)
Data publicării: 15 aprilie 2023
