Un nou tipus de xip de memòria ferroelèctric basat en hafni desenvolupat i dissenyat per Liu Ming, acadèmic de l'Institut de Microelectrònica, s'ha presentat a la Conferència Internacional de Circuits d'Estat Sòlid de l'IEEE (ISSCC) el 2023, el nivell més alt de disseny de circuits integrats.
La memòria no volàtil integrada d'alt rendiment (eNVM) té una gran demanda per a xips SOC en electrònica de consum, vehicles autònoms, control industrial i dispositius de punta per a la Internet de les coses. La memòria ferroelèctrica (FeRAM) té els avantatges d'una alta fiabilitat, un consum d'energia ultrabaix i una alta velocitat. S'utilitza àmpliament en grans quantitats d'enregistrament de dades en temps real, lectura i escriptura de dades freqüents, baix consum d'energia i productes SoC/SiP integrats. La memòria ferroelèctrica basada en material PZT ha aconseguit una producció en massa, però el seu material és incompatible amb la tecnologia CMOS i difícil de reduir, cosa que fa que el procés de desenvolupament de la memòria ferroelèctrica tradicional es vegi seriosament obstaculitzat i la integració integrada necessiti un suport de línia de producció independent, difícil de popularitzar a gran escala. La miniaturabilitat de la nova memòria ferroelèctrica basada en hafni i la seva compatibilitat amb la tecnologia CMOS la converteixen en un punt calent de recerca de preocupació comuna en el món acadèmic i la indústria. La memòria ferroelèctrica basada en hafni s'ha considerat una important direcció de desenvolupament de la propera generació de noves memòries. Actualment, la recerca de la memòria ferroelèctrica basada en hafni encara presenta problemes com ara una fiabilitat insuficient de la unitat, la manca de disseny de xips amb un circuit perifèric complet i una verificació addicional del rendiment a nivell de xip, cosa que limita la seva aplicació en eNVM.
Amb l'objectiu d'afrontar els reptes que afronta la memòria ferroelèctrica integrada basada en hafni, l'equip de l'acadèmic Liu Ming de l'Institut de Microelectrònica ha dissenyat i implementat per primera vegada al món el xip de prova FeRAM de magnitud megab basat en la plataforma d'integració a gran escala de memòria ferroelèctrica basada en hafni compatible amb CMOS, i ha completat amb èxit la integració a gran escala del condensador ferroelèctric HZO en un procés CMOS de 130 nm. Es proposa un circuit d'accionament d'escriptura assistit per ECC per a la detecció de temperatura i un circuit amplificador sensible per a l'eliminació automàtica de desplaçaments, i s'aconsegueix una durabilitat de 1012 cicles i un temps d'escriptura de 7 ns i de lectura de 5 ns, que són els millors nivells reportats fins ara.
L'article "Una FeRAM integrada basada en HZO de 9 Mb amb resistència de 1012 cicles i lectura/escriptura de 5/7 ns utilitzant l'actualització de dades assistida per ECC" es basa en els resultats i "l'amplificador de detecció amb cancel·lació de desplaçament" va ser seleccionat a l'ISSCC 2023, i el xip va ser seleccionat a la sessió de demostració de l'ISSCC per ser exhibit a la conferència. Yang Jianguo és el primer autor de l'article i Liu Ming és l'autor corresponent.
El treball relacionat compta amb el suport de la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina, el Programa Nacional de Recerca i Desenvolupament Clau del Ministeri de Ciència i Tecnologia i el Projecte Pilot de Classe B de l'Acadèmia Xinesa de les Ciències.
(Fotografia del xip FeRAM basat en hafni de 9 Mb i la prova de rendiment del xip)
Data de publicació: 15 d'abril de 2023
