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標題: 0.13μm非易失性FRAM產(chǎn)品的增強的耐久性能 [打印本頁]

作者: 英尚微電子 時間: 2020-12-21 13:47
標題: 0.13μm非易失性FRAM產(chǎn)品的增強的耐久性能
內存耐久度指定為存儲單元可以寫入或擦除的次數(shù)。對于盡管嚴格和廣泛使用仍需要高數(shù)據(jù)完整性的應用程序，內存耐用性是關鍵的系統(tǒng)性能特征和設計考慮因素之一。鐵電RAM或FRAM是一種快速，非易失性和低功耗的存儲器，與其他基于浮柵或相變技術的非易失性存儲器相比，它具有高耐用性是其主要優(yōu)勢之一。FRAM的“耐力”定義為疲勞后的記憶狀態(tài)保持能力，或在許多開關周期后維持鐵電開關電荷的非易失性部分的能力。

學術領域已經(jīng)進行了長期而深入的研究，以識別經(jīng)過大量開關循環(huán)后材料中開關電荷（極化）損失的根源。提出了多種機制，例如氧空位，鐵電極界面附近的相反疇抑制以及內部偏置場的空間分布，這些都是造成疲勞現(xiàn)象的原因。這些機制導致鐵電疇釘扎，從而導致開關周期延長時開關電荷密度降低。

FRAM的制造過程已經(jīng)經(jīng)歷了幾代人，例如0.5μm，0.35μm和0.13μm技術節(jié)點。耐力性能在每一代中都有特點。盡管FRAM在每個技術節(jié)點上均表現(xiàn)出出色的耐用性，但事實證明在0.13μm技術節(jié)點中的FRAM存儲器異常高-高達1013，如今已高達1015。如表1所示在0.13μm的節(jié)點上，如何在合理的時間內測量實際的最大耐力性能提出了挑戰(zhàn)，需要大量的測試時間和創(chuàng)新的測試方法來確定0.13μmFRAM產(chǎn)品的實際耐力極限。

表1.行使并行FRAM字節(jié)的時間

圖1.FRAM器件和本征材料的信號裕量與周期的關系圖顯示，與初始值相比，F(xiàn)RAM器件在1015個周期時的信號裕量更高。

當前對0.13μm FRAM的1015個周期的耐用性規(guī)范基于對使用0.13μm技術節(jié)點構建的并行FRAM核心存儲器產(chǎn)品的樣本中1,280位FRAM存儲器的初步評估。圖1顯示FRAM設備級信號容限在1012和1013個周期之間達到最大值。根據(jù)本征材料對0.13μm鐵電存儲器的耐久性能（如圖1所示），可以使用在本征材料中觀察到的類似曲線外推1013次循環(huán)后的FRAM器件級耐久性能，如圖2中的虛線所示1.可以看出，1015個周期后的剩余信號余量仍高于初始水平（最小周期數(shù)時的信號余量），表明有足夠的信號余量來確保1015年后FRAM器件的可靠性周期。此結果與0.13μmFRAM鑄造廠的耐久性規(guī)格一致。

結論
在確定FRAM產(chǎn)品是否適合給定應用程序時，系統(tǒng)設計人員應考慮以下事項：
•該系統(tǒng)是否旨在收集數(shù)據(jù)？
•配置是否經(jīng)常更改？
•電源會突然或頻繁斷電嗎？
•數(shù)據(jù)是否有價值？
•電源是否嘈雜？
•是否需要在斷電期間捕獲關鍵系統(tǒng)數(shù)據(jù)，從而在啟動時實現(xiàn)正常的系統(tǒng)恢復？
•持久性對于存儲關鍵任務數(shù)據(jù)至關重要嗎？
•系統(tǒng)或MCU ram是否受限制？
•是否有嚴格的電源預算？

在這種情況下的FRAM的技術功能可以減少運營開銷并確保最佳性能。

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