Нов тип фероелектричен чип за памет на базата на хафний, разработен и проектиран от Лиу Минг, академик на Института по микроелектроника, беше представен на Международната конференция за твърдотелни схеми на IEEE (ISSCC) през 2023 г., най-високото ниво в дизайна на интегрални схеми.
Високопроизводителната вградена енергонезависима памет (eNVM) е с голямо търсене за SOC чипове в потребителската електроника, автономните превозни средства, индустриалния контрол и периферните устройства за Интернет на нещата. Фероелектричната памет (FeRAM) има предимствата на висока надеждност, ултраниска консумация на енергия и висока скорост. Тя се използва широко при запис на големи количества данни в реално време, често четене и запис на данни, ниска консумация на енергия и вградени SoC/SiP продукти. Фероелектричната памет, базирана на PZT материал, е постигнала масово производство, но материалът ѝ е несъвместим с CMOS технологията и е труден за свиване, което води до сериозно затруднение в процеса на разработване на традиционната фероелектрична памет, а вградената интеграция изисква отделна производствена линия, което е трудно за популяризиране в голям мащаб. Миниатюрността на новата фероелектрична памет на базата на хафний и нейната съвместимост с CMOS технологията я правят изследователска гореща точка от общ интерес в академичните среди и индустрията. Фероелектричната памет на базата на хафний се разглежда като важна насока за развитие на следващото поколение нова памет. В момента изследванията на фероелектричната памет на базата на хафний все още имат проблеми, като недостатъчна надеждност на устройството, липса на чип дизайн с пълна периферна схема и допълнителна проверка на производителността на ниво чип, което ограничава приложението му в eNVM.
С оглед на предизвикателствата, пред които е изправена вградената фероелектрична памет на базата на хафний, екипът на академик Лиу Минг от Института по микроелектроника е проектирал и внедрил за първи път в света мегабайтов тестов чип FeRAM, базиран на платформа за широкомащабна интеграция на фероелектрична памет на базата на хафний, съвместима с CMOS, и успешно е завършил широкомащабната интеграция на HZO фероелектричен кондензатор в 130nm CMOS процес. Предложени са ECC-асистирана схема за запис за измерване на температурата и чувствителна усилвателна схема за автоматично елиминиране на отместването, като са постигнати 1012 цикъла издръжливост и 7ns време за запис и 5ns време за четене, което са най-добрите нива, докладвани досега.
Докладът „9-Mb HZO-базирана вградена FeRAM памет с 1012-циклова издръжливост и 5/7ns четене/запис с помощта на ECC-асистирано обновяване на данни“ се основава на резултатите и е избран за „Offset-Canceled Sense Amplifier“ на ISSCC 2023, а чипът е избран на демонстрационната сесия на ISSCC, за да бъде показан на конференцията. Ян Дзянгуо е първият автор на доклада, а Лиу Минг е съответният автор.
Свързаната работа е подкрепена от Националната фондация за природни науки на Китай, Националната ключова програма за изследвания и разработки на Министерството на науката и технологиите и пилотния проект B-клас на Китайската академия на науките.
(Снимка на 9Mb хафниев FeRAM чип и тест на производителността на чипа)
Време на публикуване: 15 април 2023 г.
