نوع جدیدی از تراشه حافظه فروالکتریک مبتنی بر هافنیوم که توسط لیو مینگ، عضو آکادمی موسسه میکروالکترونیک، توسعه و طراحی شده است، در کنفرانس بین‌المللی مدارهای حالت جامد (ISSCC) IEEE در سال 2023، که بالاترین سطح طراحی مدار مجتمع است، ارائه شد.
حافظه غیرفرار تعبیه‌شده با کارایی بالا (eNVM) برای تراشه‌های SOC در لوازم الکترونیکی مصرفی، وسایل نقلیه خودران، کنترل صنعتی و دستگاه‌های لبه‌ای برای اینترنت اشیا تقاضای زیادی دارد. حافظه فروالکتریک (FeRAM) مزایای قابلیت اطمینان بالا، مصرف برق بسیار کم و سرعت بالا را دارد. این حافظه به طور گسترده در ضبط حجم زیادی از داده‌ها به صورت بلادرنگ، خواندن و نوشتن مکرر داده‌ها، مصرف برق کم و محصولات SoC/SiP تعبیه‌شده استفاده می‌شود. حافظه فروالکتریک مبتنی بر ماده PZT به تولید انبوه رسیده است، اما مواد آن با فناوری CMOS سازگار نیست و کوچک‌سازی آن دشوار است، که منجر به این می‌شود که فرآیند توسعه حافظه فروالکتریک سنتی به طور جدی با مشکل مواجه شود و ادغام تعبیه‌شده به پشتیبانی خط تولید جداگانه نیاز دارد که رواج آن در مقیاس بزرگ دشوار است. کوچک‌سازی حافظه فروالکتریک جدید مبتنی بر هافنیوم و سازگاری آن با فناوری CMOS، آن را به یک کانون تحقیقاتی مورد توجه مشترک در دانشگاه و صنعت تبدیل کرده است. حافظه فروالکتریک مبتنی بر هافنیوم به عنوان یک جهت توسعه مهم نسل بعدی حافظه جدید در نظر گرفته شده است. در حال حاضر، تحقیقات در مورد حافظه‌های فروالکتریک مبتنی بر هافنیوم هنوز با مشکلاتی مانند عدم قابلیت اطمینان واحد، عدم طراحی تراشه با مدار جانبی کامل و تأیید بیشتر عملکرد در سطح تراشه مواجه است که کاربرد آن را در eNVM محدود می‌کند.
با هدف مقابله با چالش‌های پیش روی حافظه فروالکتریک مبتنی بر هافنیوم جاسازی‌شده، تیم لیو مینگ، عضو آکادمیسین از موسسه میکروالکترونیک، برای اولین بار در جهان تراشه آزمایشی FeRAM با بزرگی مگابایت را بر اساس پلتفرم یکپارچه‌سازی در مقیاس بزرگ حافظه فروالکتریک مبتنی بر هافنیوم سازگار با CMOS طراحی و پیاده‌سازی کرده و با موفقیت یکپارچه‌سازی در مقیاس بزرگ خازن فروالکتریک HZO را در فرآیند CMOS 130 نانومتری تکمیل کرده است. یک مدار درایو نوشتن با کمک ECC برای حسگر دما و یک مدار تقویت‌کننده حساس برای حذف خودکار آفست پیشنهاد شده است و دوام چرخه 1012 و زمان نوشتن 7 نانوثانیه و زمان خواندن 5 نانوثانیه حاصل شده است که بهترین سطوح گزارش شده تاکنون هستند.
مقاله «یک FeRAM جاسازی‌شده مبتنی بر HZO با ظرفیت 9 مگابایت و پایداری 1012 سیکل و سرعت خواندن/نوشتن 5/7 نانوثانیه با استفاده از به‌روزرسانی داده با کمک ECC» بر اساس نتایج و تقویت‌کننده حسگر با حذف آفست «در ISSCC 2023 انتخاب شد و تراشه در جلسه آزمایشی ISSCC برای نمایش در کنفرانس انتخاب شد. یانگ جیانگو نویسنده اول مقاله و لیو مینگ نویسنده مسئول است.
این کار مرتبط توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین، برنامه ملی تحقیق و توسعه کلیدی وزارت علوم و فناوری و پروژه آزمایشی کلاس B آکادمی علوم چین پشتیبانی می‌شود.
(عکس از تراشه FeRAM مبتنی بر هافنیوم 9 مگابایتی و آزمایش عملکرد تراشه)
زمان ارسال: ۱۵ آوریل ۲۰۲۳
