2023 m. IEEE tarptautinėje kietojo kūno grandynų konferencijoje (ISSCC) – aukščiausio lygio integrinių grandynų projektavimo konferencijoje – buvo pristatytas naujo tipo hafnio pagrindu pagamintas feroelektrinis atminties lustas, kurį sukūrė ir suprojektavo Mikroelektronikos instituto akademikas Liu Mingas.
Didelio našumo įterptoji nepastovioji atmintis (eNVM) yra labai paklausi SOC lustų srityje plataus vartojimo elektronikoje, autonominėse transporto priemonėse, pramoniniame valdyme ir kraštiniuose daiktų interneto įrenginiuose. Feroelektrinė atmintis (FeRAM) pasižymi dideliu patikimumu, itin mažu energijos suvartojimu ir dideliu greičiu. Ji plačiai naudojama dideliems duomenų kiekiams realiuoju laiku įrašyti, dažnai skaityti ir rašyti duomenis, sunaudoti mažai energijos ir gaminti įterptuosius SoC/SiP gaminius. PZT medžiagos pagrindu pagaminta feroelektrinė atmintis pasiekė masinę gamybą, tačiau jos medžiaga nesuderinama su CMOS technologija ir ją sunku sumažinti, todėl tradicinės feroelektrinės atminties kūrimo procesas yra labai sutrikdytas, o įterptųjų sistemų integracijai reikalinga atskira gamybos linija, todėl ją sunku plačiai populiarinti. Naujos hafnio pagrindu pagamintos feroelektrinės atminties miniatiūriškumas ir suderinamumas su CMOS technologija daro ją akademinės bendruomenės ir pramonės tyrimų centru. Hafnio pagrindu pagaminta feroelektrinė atmintis laikoma svarbia naujos kartos atminties plėtros kryptimi. Šiuo metu hafnio pagrindu sukurtos feroelektrinės atminties tyrimai vis dar turi tokių problemų kaip nepakankamas įrenginio patikimumas, lustų konstrukcijos su visa periferine grandine trūkumas ir tolesnis lustų lygio našumo tikrinimas, o tai riboja jos taikymą eNVM.
Siekdama spręsti iššūkius, su kuriais susiduria įterptoji hafnio pagrindu sukurta feroelektrinė atmintis, Mikroelektronikos instituto akademiko Liu Mingo komanda pirmą kartą pasaulyje sukūrė ir įdiegė megabaitų dydžio FeRAM bandymo lustą, pagrįstą didelio masto hafnio pagrindu pagamintos feroelektrinės atminties, suderinamos su CMOS, integravimo platforma, ir sėkmingai atliko didelio masto HZO feroelektrinio kondensatoriaus integravimą į 130 nm CMOS procesą. Pasiūlyta ECC paremta įrašymo pavaros grandinė temperatūros jutimui ir jautri stiprintuvo grandinė automatiniam poslinkio pašalinimui, taip pasiekus 1012 ciklų patvarumą ir 7 ns įrašymo bei 5 ns skaitymo laiką, kurie yra geriausi iki šiol pasiekti lygiai.
Straipsnis „9 Mb HZO pagrindu sukurta įterptoji FeRAM atmintis su 1012 ciklų ištverme ir 5/7 ns skaitymo/rašymo sparta naudojant ECC padedamą duomenų atnaujinimą“ yra pagrįstas rezultatais, o ISSCC 2023 konferencijoje buvo pasirinktas „Offset-Canceled Sense Amplifier“, o lustas ISSCC demonstracinėje sesijoje buvo pasirinktas demonstruoti konferencijoje. Yang Jianguo yra pirmasis straipsnio autorius, o Liu Ming – korespondentas.
Susijusį darbą remia Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas, Mokslo ir technologijų ministerijos Nacionalinė pagrindinių mokslinių tyrimų ir plėtros programa bei Kinijos mokslų akademijos B klasės bandomasis projektas.
(9 MB hafnio pagrindu sukurto FeRAM lusto ir lusto veikimo bandymo nuotrauka)
Įrašo laikas: 2023 m. balandžio 15 d.
