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SK海力士和博世都看好的存儲技術

2020-11-20
來源:半導體行業(yè)觀察

  MVentures和imec.xpand以及韓國存儲器制造商SK Hynix,Robert Bosch Venture Capital和TEL Venture Capital等企業(yè)和投資機構領導了對位于德累斯頓的Ferroelectric Memory的B系列投資,現(xiàn)有投資者eCapital也參與了本輪融資。

  Ferroelectric Memory GmbH公司首席執(zhí)行官Ali Pourkeramati表示,這筆資金將用于促進鐵電存儲器在三個領域的部署:嵌入式非易失性存儲器、存儲類存儲器和存內計算應用程序。FMC計劃擴大在德累斯頓的市場,并擴大其在美國和亞洲的國際業(yè)務。

  “我們已經為所有應用創(chuàng)建了IP,” Pourkeramati告訴eeNews Europe。“我們正在與客戶進行討論。”

  Pourkeramati表示,在嵌入式應用中,F(xiàn)eFET可以替代嵌入式閃存和MRAM(最小至7nm)?!拔覀円部梢允褂眉{米線,因為該存儲器基于氧化鉿(hafnium oxide)?!?/p>

  FMC的FeFET利用氧化鉿的鐵電特性(通常在CMOS中作為絕緣體進行部署)將標準CMOS晶體管轉換為存儲單元。它們還可以根據摩爾定律進行縮放,同時具有低功耗和溫度穩(wěn)定性的特點。與磁性RAM相比,這還提供了不需要在工廠中使用其他材料的優(yōu)勢。除了這些特性,F(xiàn)eFET還具有抗磁性和高抗輻射性。

  該公司表示,其鐵電非易失性存儲器將用作物聯(lián)網應用中的微控制器的片上存儲器,這些微控制器用于從消費類產品到汽車和航空等整個行業(yè)領域。

  他們指出,現(xiàn)有的非易失性存儲器閃存實現(xiàn)起來很復雜,并且預計不會擴展到最先進的過程。相比之下,F(xiàn)MC的存儲技術直接源自標準CMOS技術,并且在不占用許多額外掩模的情況下具有區(qū)域高效性。

  該公司之前曾表示,我其非易失性存儲技術以快1,000倍的速度和千分之一的功耗的特性,滿足行業(yè)當前和未來需求,同時大大降低了制造成本。

  FMC與德累斯頓的Globalfoundries合作,生產其早期的存儲陣列和原型。公司的制造工藝通常采用40nm CMOS。Pourkeramati說。他進一步指出,F(xiàn)MC現(xiàn)在也在與亞洲多個晶圓代工合作,但拒絕透露公司名稱。Pourkeramati說,亞洲的一家晶圓代工廠對提供FeFET作為嵌入式存儲器選項的可能性特別感興趣?!拔覀兛梢允褂肁I,CPU,GPU和移動應用處理器?!?/p>

  FMC計劃采用分層的知識產權方法推向市場。這將包括過程IP,設備IP和設計IP。

  該路線圖將于2023年首次面向消費類應用在28nm平面CMOS上使用FeFET存儲器,隨后是物聯(lián)網和工業(yè)應用,然后是汽車應用。

  Pourkeramati說,他對那些對FeFET技術的潛在影響有明顯興趣的投資者的戰(zhàn)略性質感到滿意。MVentures是性能材料公司默克(Merck)的風險投資部門。SK Hynix是存儲器組件的領先供應商,TEL Ventures是東京電子有限公司的風險投資部門,東京電子有限公司是最大的半導體制造設備供應商之一。

  延伸閱讀:FeFET將改變下一代存儲格局?

  在所熟知的材料之中,鐵電柵場效應晶體管(Ferroelectric gate field-effect transistors, FeFETs)做新一代閃存是很有前途的。

  新一代鐵電存儲器的發(fā)展勢頭正在形成,這將改變下一代存儲格局。

  通常,鐵電體與一種存儲器類型——鐵電存儲器ferroelectric RAMs (FRAMs) 有關。20世紀90年代后期,由幾家供應商推出的FRAM是低功耗、非易失性設備,但它們也僅限于小眾應用,無法在130納米以上擴展。

  FRAM繼續(xù)生產的同時,業(yè)界也在開發(fā)另一種類型的鐵電存儲器。FeFET及其相關技術沒有使用傳統(tǒng)FRAM使用的材料,而是利用氧化鉿(也稱為鐵電鉿氧化物)的鐵電特性。(FeFET和邏輯晶體管FinFET不同)。

  不過,就研發(fā)階段而論,F(xiàn)eFET本身并不是一個新器件。對于FeFET,其主要原理是在現(xiàn)有的邏輯晶體管上采用基于氧化鉿基的High-K(高K)柵電介質+Metal Gate(金屬柵)電極疊層技術,然后將柵極絕緣體改性成具有鐵電性質。得到的FeFET晶體管具有相同的結構,但是具有可擴展、低功率和非易失性等特性。從理論上講,應該比當前的嵌入式閃存更好。

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  FRAM被廣泛誤解,因為鐵電材料不是鐵磁性的。FMC公司的Müller解釋說:“鐵電存儲器僅使用電場來寫入應用程序,沒有電流流過。所有其他新出現(xiàn)的存儲器,如電阻式RAM、相變存儲器和MRAM都是通過驅動存儲器單元的電流來寫入的。

  FRAM利用鐵電晶體的鐵電效應實現(xiàn)數(shù)據存儲。鐵電效應是指在鐵電晶體上施加一定的電場時,晶體中心原子在電場的作用下運動,并達到一種穩(wěn)定狀態(tài);當電場從晶體移走后,中心原子會保持在原來的位置。這是由于晶體的中間層是一個高能階,中心原子在沒有獲得外部能量時不能越過高能階到達另一穩(wěn)定位置,因此FRAM保持數(shù)據不需要電壓,也不需要像DRAM一樣周期性刷新。由于鐵電效應是鐵電晶體所固有的一種偏振極化特性,與電磁作用無關,所以FRAM存儲器的內容不會受到外界條件(諸如磁場因素)的影響,能夠同普通ROM存儲器一樣使用,具有非易失性的存儲特性和無限的耐用性,非常適合各種嵌入式芯片應用。

  通常,F(xiàn)RAM由基于鋯鈦酸鉛(PZT)的薄層鐵電薄膜組成。Cypress說,PZT中的原子在電場中改變極性,從而形成功率高效的二進制開關。

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  然而,F(xiàn)RAM有一些問題。穆勒說:”經典的FRAM從材料的角度來看是異乎尋常的。由于只有平面電容器可以使用,傳統(tǒng)的鐵電薄膜不可擴展,F(xiàn)RAM還沒有超出130納米技術節(jié)點。這阻止了傳統(tǒng)FRAM被廣泛采用?!?/p>

  由于FeFET與傳統(tǒng)FRAM不同,支持者希望解決這些問題。幾年前,這個行業(yè)偶然有了一個新的發(fā)現(xiàn),即氧化鉿中的鐵電性質。研究人員發(fā)現(xiàn),在摻雜氧化鉿的過程中,晶相可以穩(wěn)定。FMC公司稱:”在這個晶相中,氧化鉿的氧原子可以存在于兩個穩(wěn)定的位置,根據外加電場的極性向上或向下移動?!?/p>

  氧化鉿是一種廣為人知的材料。一段時間以來,芯片制造商已經使用氧化鉿作為28nm及以上邏輯器件中的高k /金屬柵極結構的柵極堆疊材料。對于FeFET,主要是利用鐵電鉿氧化物的特性,而不是使用特殊材料創(chuàng)建新的器件結構。

  例如,在FMC的技術中,最理想的是采用現(xiàn)有的晶體管。然后使用沉積工藝,將硅摻雜的氧化鉿材料沉積到晶體管的柵極疊層中,產生鐵電性質。FMC的方案也消除了對電容器的需求,使單晶體管存儲單元或1T-FeFET技術成為可能。

  Müller說:”在FeFET中,永久偶極子形成在本身內柵介質,將鐵電晶體管的閾值電壓分成兩個穩(wěn)定的狀態(tài),因此,二進制狀態(tài)可以存儲在FeFET中,就像在閃存單元中做的一樣?!?/p>

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  從理論上講,該技術是令人信服的。”每個尖端晶體管都有氧化鉿。這是門電介質。如果巧妙地做到這一點,并改性氧化鉿,實際上可以將邏輯晶體管轉換為非易失性晶體管,而這種晶體管在斷開電源時會失去一個狀態(tài)。斷電后仍然可以保持狀態(tài)。“

  FeFET仍處于研發(fā)階段,尚未準備好迎接黃金時代。但如果確實有效的話,消費者在下一代的閃存世界中還有另一種選擇。3D XPoint、FRAM、MRAM、ReRAM等也在備選之中。


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