تم تقديم نوع جديد من رقائق الذاكرة الكهربائية الحديدية القائمة على الهافنيوم والتي طورها وصممها ليو مينغ، الأكاديمي بمعهد الإلكترونيات الدقيقة، في مؤتمر IEEE الدولي للدوائر الصلبة (ISSCC) في عام 2023، وهو أعلى مستوى لتصميم الدوائر المتكاملة.
تشهد الذاكرة غير المتطايرة المضمنة عالية الأداء (eNVM) طلبًا كبيرًا في رقاقات SOC في الإلكترونيات الاستهلاكية، والمركبات ذاتية القيادة، والتحكم الصناعي، والأجهزة الطرفية لإنترنت الأشياء. تتميز الذاكرة الكهروضوئية (FeRAM) بموثوقيتها العالية، وانخفاض استهلاكها للطاقة، وسرعتها العالية. تُستخدم على نطاق واسع في تسجيل كميات كبيرة من البيانات في الوقت الفعلي، وقراءة البيانات وكتابتها بشكل متكرر، وانخفاض استهلاكها للطاقة، وفي منتجات SoC/SiP المضمنة. حققت الذاكرة الكهروضوئية المصنوعة من مادة PZT إنتاجًا ضخمًا، إلا أن مادتها غير متوافقة مع تقنية CMOS ويصعب تقليص حجمها، مما يُعيق عملية تطوير الذاكرة الكهروضوئية التقليدية بشكل كبير، ويتطلب التكامل المُدمج دعمًا لخط إنتاج منفصل، ويصعب ترويجه على نطاق واسع. إن تصغير حجم الذاكرة الكهروضوئية الجديدة القائمة على الهافنيوم وتوافقها مع تقنية CMOS يجعلها مركزًا بحثيًا ذا أهمية مشتركة في الأوساط الأكاديمية والصناعية. وتُعتبر الذاكرة الكهروضوئية القائمة على الهافنيوم اتجاهًا تطويريًا مهمًا للجيل القادم من الذاكرة الجديدة. في الوقت الحاضر، لا تزال أبحاث الذاكرة الكهربائية الحديدية القائمة على الهافنيوم تعاني من مشاكل مثل عدم كفاية موثوقية الوحدة، ونقص تصميم الشريحة مع الدائرة الطرفية الكاملة، والتحقق الإضافي من أداء مستوى الشريحة، مما يحد من تطبيقها في eNVM.
بهدف مواجهة التحديات التي تواجهها الذاكرة الكهروضوئية المدمجة القائمة على الهافنيوم، صمم فريق الأكاديمي ليو مينغ من معهد الإلكترونيات الدقيقة ونفذ شريحة اختبار ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية (FeRAM) بسعة ميغا بايت، وذلك لأول مرة في العالم، بالاعتماد على منصة تكامل واسعة النطاق لذاكرة كهروضوئية قائمة على الهافنيوم متوافقة مع CMOS. وأكمل الفريق بنجاح التكامل واسع النطاق لمكثف كهروضوئي من نوع HZO في عملية CMOS بطول 130 نانومتر. واقترح الفريق دائرة قيادة كتابة بمساعدة ECC لاستشعار درجة الحرارة، ودائرة تضخيم حساسة لإزالة الإزاحة تلقائيًا. وقد تم تحقيق متانة دورة 1012، وزمن كتابة 7 نانوثانية وزمن قراءة 5 نانوثانية، وهي أفضل المستويات المسجلة حتى الآن.
تستند ورقة بحثية بعنوان "ذاكرة وصول عشوائي حديدية مدمجة بسعة 9 ميجابايت، قائمة على HZO، مع قدرة تحمل 1012 دورة وسرعة قراءة/كتابة 5/7 نانوثانية باستخدام تحديث البيانات بمساعدة ECC"، إلى النتائج، وقد تم اختيار مُضخّم الاستشعار المُلغى الإزاحة في مؤتمر ISSCC 2023، كما تم اختيار الشريحة في جلسة ISSCC التجريبية لعرضها في المؤتمر. يانغ جيانجو هو المؤلف الرئيسي للورقة، وليو مينغ هو المؤلف المُراسل.
ويتم دعم العمل ذي الصلة من قبل مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية في الصين، وبرنامج البحث والتطوير الوطني الرئيسي التابع لوزارة العلوم والتكنولوجيا، ومشروع B-Class Pilot التابع للأكاديمية الصينية للعلوم.
(صورة لشريحة ذاكرة الوصول العشوائي الفائق (FeRAM) المصنوعة من الهافنيوم بحجم 9 ميجا بايت واختبار أداء الشريحة)
وقت النشر: ١٥ أبريل ٢٠٢٣
