סוג חדש של שבב זיכרון פרואלקטרי מבוסס הפניום שפותח ועוצב על ידי ליו מינג, אקדמאי במכון למיקרואלקטרוניקה, הוצג בכנס הבינלאומי למעגלי מצב מוצק (ISSCC) של IEEE בשנת 2023, הרמה הגבוהה ביותר של תכנון מעגלים משולבים.
זיכרון לא נדיף משובץ בעל ביצועים גבוהים (eNVM) מבוקש מאוד עבור שבבי SOC באלקטרוניקה צרכנית, כלי רכב אוטונומיים, בקרה תעשייתית והתקני קצה עבור האינטרנט של הדברים. לזיכרון פרו-אלקטרי (FeRAM) יתרונות של אמינות גבוהה, צריכת חשמל נמוכה במיוחד ומהירות גבוהה. הוא נמצא בשימוש נרחב בהקלטת כמויות גדולות של נתונים בזמן אמת, קריאה וכתיבה תכופות של נתונים, צריכת חשמל נמוכה ומוצרי SoC/SiP משובצים. זיכרון פרו-אלקטרי המבוסס על חומר PZT הגיע לייצור המוני, אך החומר שלו אינו תואם לטכנולוגיית CMOS וקשה להתכווצותו, מה שמוביל לתהליך הפיתוח של זיכרון פרו-אלקטרי מסורתי המעוכב קשות, והשילוב המשובץ זקוק לתמיכה בקו ייצור נפרד, שקשה להפיץ אותו בקנה מידה גדול. המזעור של זיכרון פרו-אלקטרי חדש מבוסס הפניום והתאימות שלו לטכנולוגיית CMOS הופכים אותו למוקד מחקר משותף באקדמיה ובתעשייה. זיכרון פרו-אלקטרי מבוסס הפניום נחשב לכיוון פיתוח חשוב של הדור הבא של זיכרון חדש. נכון לעכשיו, המחקר של זיכרון פרואלקטרי מבוסס הפניום עדיין נתקל בבעיות כגון אמינות יחידה לא מספקת, היעדר תכנון שבב עם מעגל היקפי שלם, ואימות נוסף של ביצועי ברמת השבב, מה שמגביל את יישומו ב-eNVM.
מתוך כוונה להתמודד עם האתגרים העומדים בפני זיכרון פרואלקטרי משובץ מבוסס הפניום, צוות האקדמאי ליו מינג מהמכון למיקרואלקטרוניקה תכנן ויישם לראשונה בעולם את שבב הבדיקה FeRAM בעוצמה של מגה-אב, המבוסס על פלטפורמת אינטגרציה בקנה מידה גדול של זיכרון פרואלקטרי מבוסס הפניום התואם ל-CMOS, והשלים בהצלחה את האינטגרציה בקנה מידה גדול של קבל פרואלקטרי HZO בתהליך CMOS של 130 ננומטר. מוצעים מעגל הנעת כתיבה בסיוע ECC לחישת טמפרטורה ומעגל מגבר רגיש לביטול אוטומטי של קיזוז, והושגו עמידות של 1012 מחזורים וזמן כתיבה של 7 ננו-שניות וזמן קריאה של 5 ננו-שניות, שהן הרמות הטובות ביותר שדווחו עד כה.
המאמר "זיכרון RAM משובץ מבוסס HZO של 9 מגה-בייט עם סיבולת של 1012 מחזורים וקריאה/כתיבה של 5/7 ננו-שניות באמצעות רענון נתונים בסיוע ECC" מבוסס על התוצאות ומגבר חישה מבוטל היסט "נבחר ב-ISSCC 2023, והשבב נבחר במושב ההדגמה של ISSCC להצגה בכנס. יאנג ג'יאנגואו הוא המחבר הראשון של המאמר, וליו מינג הוא המחבר התואם.
העבודה הקשורה נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, התוכנית הלאומית למחקר ופיתוח מרכזיים של משרד המדע והטכנולוגיה, ופרויקט הפיילוט B-Class של האקדמיה הסינית למדעים.
(תמונה של שבב FeRAM מבוסס הפניום בנפח 9 מגה-בייט ובדיקת ביצועי השבב)
זמן פרסום: 15 באפריל 2023
