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0.13μm非易失性FRAM產(chǎn)品的增強(qiáng)的耐久性能

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樓主
ID:273087 發(fā)表于 2020-12-21 13:47 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
內(nèi)存耐久度指定為存儲(chǔ)單元可以寫入或擦除的次數(shù)。對(duì)于盡管嚴(yán)格和廣泛使用仍需要高數(shù)據(jù)完整性的應(yīng)用程序,內(nèi)存耐用性是關(guān)鍵的系統(tǒng)性能特征和設(shè)計(jì)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(chǔ)器,與其他基于浮柵或相變技術(shù)的非易失性存儲(chǔ)器相比,它具有高耐用性是其主要優(yōu)勢(shì)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(guān)周期后維持鐵電開關(guān)電荷的非易失性部分的能力。

學(xué)術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了長(zhǎng)期而深入的研究,以識(shí)別經(jīng)過大量開關(guān)循環(huán)后材料中開關(guān)電荷(極化)損失的根源。提出了多種機(jī)制,例如氧空位,鐵電極界面附近的相反疇抑制以及內(nèi)部偏置場(chǎng)的空間分布,這些都是造成疲勞現(xiàn)象的原因。這些機(jī)制導(dǎo)致鐵電疇釘扎,從而導(dǎo)致開關(guān)周期延長(zhǎng)時(shí)開關(guān)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(shù)節(jié)點(diǎn)。耐力性能在每一代中都有特點(diǎn)。盡管FRAM在每個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)上均表現(xiàn)出出色的耐用性,但事實(shí)證明在0.13μm技術(shù)節(jié)點(diǎn)中的FRAM存儲(chǔ)器異常高-高達(dá)1013,如今已高達(dá)1015。如表1所示在0.13μm的節(jié)點(diǎn)上,如何在合理的時(shí)間內(nèi)測(cè)量實(shí)際的最大耐力性能提出了挑戰(zhàn),需要大量的測(cè)試時(shí)間和創(chuàng)新的測(cè)試方法來確定0.13μmFRAM產(chǎn)品的實(shí)際耐力極限。



表1.行使并行FRAM字節(jié)的時(shí)間




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


當(dāng)前對(duì)0.13μm FRAM的1015個(gè)周期的耐用性規(guī)范基于對(duì)使用0.13μm技術(shù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的并行FRAM核心存儲(chǔ)器產(chǎn)品的樣本中1,280位FRAM存儲(chǔ)器的初步評(píng)估。圖1顯示FRAM設(shè)備級(jí)信號(hào)容限在1012和1013個(gè)周期之間達(dá)到最大值。根據(jù)本征材料對(duì)0.13μm鐵電存儲(chǔ)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(jí)耐久性能,如圖2中的虛線所示1.可以看出,1015個(gè)周期后的剩余信號(hào)余量仍高于初始水平(最小周期數(shù)時(shí)的信號(hào)余量),表明有足夠的信號(hào)余量來確保1015年后FRAM器件的可靠性周期。此結(jié)果與0.13μmFRAM鑄造廠的耐久性規(guī)格一致。

結(jié)論
在確定FRAM產(chǎn)品是否適合給定應(yīng)用程序時(shí),系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮以下事項(xiàng):
•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(huì)突然或頻繁斷電嗎?
•數(shù)據(jù)是否有價(jià)值?
•電源是否嘈雜?
•是否需要在斷電期間捕獲關(guān)鍵系統(tǒng)數(shù)據(jù),從而在啟動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)正常的系統(tǒng)恢復(fù)?
•持久性對(duì)于存儲(chǔ)關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)至關(guān)重要嗎?
•系統(tǒng)或MCU ram是否受限制?
•是否有嚴(yán)格的電源預(yù)算?

在這種情況下的FRAM的技術(shù)功能可以減少運(yùn)營(yíng)開銷并確保最佳性能。


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