ชิปหน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกประเภทใหม่ที่ใช้พื้นฐานแฮฟเนียมซึ่งพัฒนาและออกแบบโดย Liu Ming นักวิชาการจากสถาบันไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ได้รับการนำเสนอในงาน IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) ในปี 2023 ซึ่งถือเป็นระดับสูงสุดของการออกแบบวงจรรวม
หน่วยความจำฝังตัวแบบไม่ลบเลือนประสิทธิภาพสูง (eNVM) เป็นที่ต้องการอย่างมากสำหรับชิป SOC ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ยานยนต์ไร้คนขับ การควบคุมอุตสาหกรรม และอุปกรณ์ขอบสำหรับอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง หน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริก (FeRAM) มีข้อดีคือมีความน่าเชื่อถือสูง ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ และความเร็วสูง ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบันทึกข้อมูลจำนวนมากแบบเรียลไทม์ อ่านและเขียนข้อมูลบ่อยครั้ง ใช้พลังงานต่ำ และผลิตภัณฑ์ SoC/SiP แบบฝังตัว หน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกที่ทำจากวัสดุ PZT ได้รับการผลิตเป็นจำนวนมาก แต่วัสดุนั้นเข้ากันไม่ได้กับเทคโนโลยี CMOS และหดตัวได้ยาก ส่งผลให้กระบวนการพัฒนาหน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบดั้งเดิมถูกขัดขวางอย่างมาก และการรวมแบบฝังตัวต้องใช้การสนับสนุนสายการผลิตแยกต่างหาก ทำให้ยากต่อการเผยแพร่ในระดับขนาดใหญ่ หน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบใหม่ที่ใช้ฮาฟเนียมมีขนาดเล็กลง และความเข้ากันได้กับเทคโนโลยี CMOS ทำให้กลายเป็นจุดศูนย์กลางการวิจัยที่มักถูกวิพากษ์วิจารณ์ในแวดวงวิชาการและอุตสาหกรรม หน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกที่ใช้ฮาฟเนียมถือเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของหน่วยความจำรุ่นใหม่ ในปัจจุบัน การวิจัยหน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกที่ใช้พื้นฐานแฮฟเนียมยังคงมีปัญหา เช่น ความน่าเชื่อถือของหน่วยไม่เพียงพอ การขาดการออกแบบชิปที่มีวงจรต่อพ่วงที่สมบูรณ์ และการตรวจยืนยันประสิทธิภาพระดับชิปเพิ่มเติม ซึ่งจำกัดการประยุกต์ใช้ใน eNVM
ทีมของนักวิชาการ Liu Ming จากสถาบันไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้ออกแบบและนำชิปทดสอบ FeRAM ขนาดเมกะไบต์มาใช้งานเป็นครั้งแรกในโลกโดยใช้แพลตฟอร์มการรวมข้อมูลขนาดใหญ่ของหน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบแฮฟเนียมที่เข้ากันได้กับ CMOS และประสบความสำเร็จในการรวมข้อมูลขนาดใหญ่ของตัวเก็บประจุเฟอร์โรอิเล็กทริก HZO ในกระบวนการ CMOS 130 นาโนเมตร โดยมุ่งเป้าไปที่ความท้าทายที่หน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบฝังบนพื้นฐานแฮฟเนียมต้องเผชิญ วงจรไดรฟ์การเขียนที่ช่วยด้วย ECC สำหรับการตรวจจับอุณหภูมิและวงจรขยายสัญญาณที่ละเอียดอ่อนสำหรับการกำจัดออฟเซ็ตอัตโนมัติได้รับการเสนอ และบรรลุความทนทาน 1012 รอบ การเขียน 7ns และเวลาอ่าน 5ns ซึ่งเป็นระดับที่ดีที่สุดที่มีการรายงานมาจนถึงขณะนี้
เอกสารเรื่อง “A 9-Mb HZO-based Embedded FeRAM with 1012-Cycle Endurance and 5/7ns Read/Write using ECC-Assisted Data Refresh” อิงตามผลลัพธ์และ Offset-Canceled Sense Amplifier “ได้รับเลือกใน ISSCC 2023 และชิปได้รับเลือกใน ISSCC Demo Session เพื่อนำไปแสดงในงานประชุม Yang Jianguo เป็นผู้เขียนคนแรกของเอกสารนี้ และ Liu Ming เป็นผู้เขียนที่ติดต่อได้
งานที่เกี่ยวข้องได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติจีน โครงการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญแห่งชาติของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และโครงการนำร่องระดับ B ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ
(ภาพถ่ายชิป FeRAM ที่ใช้ Hafnium ขนาด 9Mb และการทดสอบประสิทธิภาพของชิป)
เวลาโพสต์ : 15 เม.ย. 2566
