In 2023 werd op de IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) een nieuw type hafnium-gebaseerde ferro-elektrische geheugenchip gepresenteerd, ontwikkeld en ontworpen door Liu Ming, academicus van het Institute of Microelectronics. Dit is het hoogste niveau van ontwerp van geïntegreerde schakelingen.
Hoogwaardig embedded non-vluchtig geheugen (eNVM) is zeer gewild voor SOC-chips in consumentenelektronica, autonome voertuigen, industriële besturingen en edge-apparaten voor het internet der dingen (IoT). Ferro-elektrisch geheugen (FeRAM) biedt voordelen zoals een hoge betrouwbaarheid, een extreem laag stroomverbruik en hoge snelheid. Het wordt veel gebruikt voor het vastleggen van grote hoeveelheden data in realtime, het frequent lezen en schrijven van data, een laag stroomverbruik en embedded SoC/SiP-producten. Ferro-elektrisch geheugen op basis van PZT-materiaal is massaal geproduceerd, maar het materiaal is incompatibel met CMOS-technologie en moeilijk te krimpen, waardoor het ontwikkelingsproces van traditioneel ferro-elektrisch geheugen ernstig wordt belemmerd. Bovendien vereist embedded integratie een aparte productielijn, wat moeilijk op grote schaal te populariseren is. De miniaturisatie van nieuw hafniumgebaseerd ferro-elektrisch geheugen en de compatibiliteit met CMOS-technologie maken het een veelbesproken onderzoeksgebied in de academische wereld en de industrie. Hafniumgebaseerd ferro-elektrisch geheugen wordt beschouwd als een belangrijke ontwikkelingsrichting voor de volgende generatie nieuw geheugen. Momenteel kampt het onderzoek naar hafniumgebaseerd ferro-elektrisch geheugen nog met problemen, zoals onvoldoende betrouwbaarheid van de eenheid, het ontbreken van een chipontwerp met een compleet perifeer circuit en verdere verificatie van de prestaties op chipniveau, wat de toepassing ervan in eNVM beperkt.
Met het oog op de uitdagingen waarmee ingebed hafniumgebaseerd ferro-elektrisch geheugen te maken heeft, heeft het team van academicus Liu Ming van het Institute of Microelectronics als eerste ter wereld een megabyte-magnitude FeRAM-testchip ontworpen en geïmplementeerd op basis van het grootschalige integratieplatform van hafniumgebaseerd ferro-elektrisch geheugen, compatibel met CMOS. De grootschalige integratie van een HZO ferro-elektrische condensator in een 130nm CMOS-proces is succesvol afgerond. Een ECC-ondersteund schrijf-aandrijfcircuit voor temperatuurdetectie en een gevoelig versterkercircuit voor automatische offset-eliminatie worden voorgesteld. Een duurzaamheid van 1012 cycli en een schrijftijd van 7 ns en een leestijd van 5 ns worden bereikt, de hoogste niveaus die tot nu toe zijn gerapporteerd.
Het artikel "Een 9-Mb HZO-gebaseerd ingebed FeRAM met 1012-cycli en een lees-/schrijfsnelheid van 5/7 ns met behulp van ECC-ondersteunde gegevensverversing" is gebaseerd op de resultaten en de Offset-Canceled Sense Amplifier "werd geselecteerd tijdens ISSCC 2023, en de chip werd geselecteerd tijdens de ISSCC Demo Session om te worden getoond tijdens de conferentie. Yang Jianguo is de eerste auteur van het artikel en Liu Ming is de corresponderende auteur.
Het gerelateerde werk wordt ondersteund door de National Natural Science Foundation of China, het National Key Research and Development Program van het Ministerie van Wetenschap en Technologie en het B-Class Pilot Project van de Chinese Academie van Wetenschappen.
(Foto van een 9Mb Hafnium-gebaseerde FeRAM-chip en chipprestatietest)
Plaatsingstijd: 15 april 2023
