Na mednarodni konferenci IEEE o trdnih vezjih (ISSCC) leta 2023 je bil predstavljen nov tip feroelektričnega pomnilniškega čipa na osnovi hafnija, ki ga je razvil in zasnoval Liu Ming, akademik Inštituta za mikroelektroniko, kar je najvišja raven načrtovanja integriranih vezij.
Visokozmogljivi vgrajeni nehlapni pomnilniki (eNVM) so zelo iskani za SOC čipe v potrošniški elektroniki, avtonomnih vozilih, industrijskem krmiljenju in robnih napravah za internet stvari. Feroelektrični pomnilnik (FeRAM) ima prednosti visoke zanesljivosti, izjemno nizke porabe energije in visoke hitrosti. Široko se uporablja pri snemanju velikih količin podatkov v realnem času, pogostem branju in pisanju podatkov, nizki porabi energije in vgrajenih izdelkih SoC/SiP. Feroelektrični pomnilnik na osnovi PZT materiala je dosegel množično proizvodnjo, vendar njegov material ni združljiv s tehnologijo CMOS in ga je težko skrčiti, zaradi česar je razvojni proces tradicionalnih feroelektričnih pomnilnikov resno oviran, integracija vgrajenih pomnilnikov pa potrebuje ločeno proizvodno linijo, kar je težko popularizirati v velikem obsegu. Miniaturnost novega feroelektričnega pomnilnika na osnovi hafnija in njegova združljivost s tehnologijo CMOS ga uvrščata med raziskovalne žarišča skupnega interesa v akademskih krogih in industriji. Feroelektrični pomnilnik na osnovi hafnija velja za pomembno razvojno smer naslednje generacije novega pomnilnika. Trenutno se raziskave feroelektričnih pomnilnikov na osnovi hafnija še vedno soočajo s težavami, kot so nezadostna zanesljivost enote, pomanjkanje zasnove čipa s popolnim perifernim vezjem in nadaljnje preverjanje delovanja na ravni čipa, kar omejuje njihovo uporabo v eNVM.
Z namenom reševanja izzivov, s katerimi se soočajo vgrajeni feroelektrični pomnilniki na osnovi hafnija, je ekipa akademika Liu Minga z Inštituta za mikroelektroniko zasnovala in prvič na svetu implementirala testni čip FeRAM z megabajtno magnitudo, ki temelji na platformi za obsežno integracijo feroelektričnega pomnilnika na osnovi hafnija, združljivega s CMOS, in uspešno zaključila obsežno integracijo feroelektričnega kondenzatorja HZO v 130nm CMOS postopku. Predlagano je vezje za zapisovanje s pomočjo ECC za zaznavanje temperature in občutljivo ojačevalno vezje za samodejno odpravo odmika, dosežena pa je tudi vzdržljivost 1012 ciklov ter čas pisanja 7 ns in čas branja 5 ns, kar sta doslej najboljši doseženi ravni.
Članek »9-Mb HZO-based Embedded FeRAM s 1012-ciklično vzdržljivostjo in 5/7ns branjem/pisanjem z uporabo ECC-podprtega osveževanja podatkov« temelji na rezultatih, na ISSCC 2023 pa je bil izbran »Ojačevalnik zaznavanja z odmikom od vrednosti«, čip pa je bil izbran na predstavitvi na konferenci ISSCC. Yang Jianguo je prvi avtor članka, Liu Ming pa je ustrezni avtor.
Sorodno delo podpirajo Kitajska nacionalna fundacija za naravoslovje, Nacionalni ključni program za raziskave in razvoj Ministrstva za znanost in tehnologijo ter pilotni projekt razreda B Kitajske akademije znanosti.
(Fotografija 9Mb hafnijevega FeRAM čipa in preizkus delovanja čipa)
Čas objave: 15. april 2023
