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0.13μm非易失性FRAM產品的增強的耐久性能

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ID:273087 發表于 2020-12-21 13:47 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
內存耐久度指定為存儲單元可以寫入或擦除的次數。對于盡管嚴格和廣泛使用仍需要高數據完整性的應用程序,內存耐用性是關鍵的系統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勢之一。FRAM的“耐力”定義為疲勞后的記憶狀態保持能力,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。

學術領域已經進行了長期而深入的研究,以識別經過大量開關循環后材料中開關電荷(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的制造過程已經經歷了幾代人,例如0.5μm,0.35μm和0.13μm技術節點。耐力性能在每一代中都有特點。盡管FRAM在每個技術節點上均表現出出色的耐用性,但事實證明在0.13μm技術節點中的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,需要大量的測試時間和創新的測試方法來確定0.13μmFRAM產品的實際耐力極限。
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表1.行使并行FRAM字節的時間


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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,FRAM器件在1015個周期時的信號裕量更高。


當前對0.13μm FRAM的1015個周期的耐用性規范基于對使用0.13μm技術節點構建的并行FRAM核心存儲器產品的樣本中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鑄造廠的耐久性規格一致。

結論
在確定FRAM產品是否適合給定應用程序時,系統設計人員應考慮以下事項:
•該系統是否旨在收集數據?
•配置是否經常更改?
•電源會突然或頻繁斷電嗎?
•數據是否有價值?
•電源是否嘈雜?
•是否需要在斷電期間捕獲關鍵系統數據,從而在啟動時實現正常的系統恢復?
•持久性對于存儲關鍵任務數據至關重要嗎?
•系統或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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