2022年铁电存储器介绍资料 .pdf

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1、一、 什么是铁电存储器（F-RAM ）相对于其它类型的半导体技术而言，铁电随机存储器（F-RAM ）具有一些独一无二的特性。已经确定的半导体存储器可以分为两类：易失性和非易失性。易失性存储器包括静态随机存取存储器（SRAM ）和动态随机存取存储器（ DRAM）以及其他类型存储器。 RAM 类型存储器易于使用，高性能，但它们有着共同的弱点：在掉电的情况下会失去所保存的数据。F-RAM芯片技术采用一种锆钛酸铅Pb(Zr,Ti)O3，简称为 PZT的铁电薄膜材料， 该铁电材料的晶体微结构如图1 所示。在铁电晶体中位于晶胞中心的Ti （或 Zr）原子在外电场作用下，向上或向下产生物理偏移，撤掉外电场后

2、， 仍表现出一定的电极性，铁电存储器就是利用这两个稳定态来代表数字逻辑中的“1”和“0” ，从而来存储信息。与传统 RAM 器件不同， F-RAM 在电源被关闭或中断时，由于PZT晶体具有剩余极化的特性， 所以能够保留其所存储的数据。这种独特的性质使 F-RAM 成为一个低功耗、 非易失性存储器。 同时由于在离子辐照情况下， 铁电电容所存储 “1”和“0”时的两个态， 很难被改变，所以具有很好的抗辐射性能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - -

3、 - - - - - - 图 1 具有钙钛矿结构 PZT薄膜结构图铁电存储器技术和标准的CMOS 制造工艺相兼容。铁电薄膜被放置于 CMOS 基层之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程 , 器件结构如图 2 所示。图 2 铁电存储器存储单元剖面图F-RAM 、ROM都属于非易失性存储器，在掉电情况下数据不会丢失。新一代 ROM ，像 EEPROM（可擦可编程只读存储器）和Flash 存储器，可以被擦除， 并多次重复编程，但它们需要高电压写入且写入速度非常慢。基于 ROM 技术的存储器读写周期有限（仅为1E5次），使名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

4、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 它们不适合高耐性工业应用。F-RAM比一般串口EEPROM 器件有超过10,000 倍的耐性，低于3,000 倍的功耗和将近500 倍的写入速度（图 3 ）, 还有出色的抗干扰能力 (包括抗伽玛射线 ) 、极高的可靠性和工作寿命。图 3 写入速度比较（在 25 MHz 频率下， F-RAM 写入速度比 EEPROM 器件快488 倍）总之， F-RAM 结合了 RAM 和 ROM 的优势，与传统的非易失存储器相比，具有高速、低功耗、长寿命

5、、高抗辐射的特点。二、 F-RAM 优势F-RAM 有三种不同的特性使其优于浮栅技术器件：快速写入高耐久性低功耗以下列举了F-RAM在一些行业应用领域中与其他存储器相比较的主要优势：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 频繁掉电环境任何非易失性存储器都可以保留配置。可是，配置更改或电源失效情况随时可能发生， 因此，更高写入耐性的 F-RAM 允许无任何限制的变更记录。任何时间系统状态改变，都将写入新的状态。这样可以在电

6、源关闭后可用的时间很短或立即失效的时状态下，将有用数据写入存储器。高噪声环境在嘈杂的环境下向EEPROM 写数据是很困难的。在剧烈的噪音或功率波动情况下，EEPROM的写入时间过长会出现遗漏 （以毫秒衡量），在此期间写入可能被中断，错误的概率跟写入时间的多小成正比。F-RAM 的写入执行时间少于200ns。RFID系统在非接触式存储器领域里，F-RAM 提供一个理想的解决方案。低功耗访问在 RFID系统中至关重要，因为，能源消耗是以距离成指数下降的。想要以最小的能耗读写标签数据就必须保持标签有足够近的距离。通过对射频发射机和接收机改进写入距离，降低运动的灵敏性（区域内的时间）以及降低射频（RF

7、 ）功率需求，使需要写入的应用（i.e.借记卡，在生产工序中使用的标签）获得优势。如图4 所示，该图简单示意了FRAM 在距离读写器 3 米时，可在射频功率较低的情况下实现读写，而EEPROM却无法写入。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 4 FRAM与 EEPROM射频读写的比较示意图诊断和维护系统在一个复杂的系统里， 记录系统失效时的操作历史和系统状态是非常宝贵的。 如果没有这些数据， 能够准确的解决或执行需

8、求指令是很困难的。由于 F-RAM 具备高耐久性的特点， 可以生成一个理想的系统日志。从计算机工作站到工业过程控制不同的系统，都能从F-RAM中获益。F-RAM在哪里？F-RAM无处不在！从消费打印墨盒，到最新的诊断医疗设备和汽车上的先进动力系统。F-RAM的应用领域在军事领域：替代EEPROM,SRAM,PROM等，具体应用见 *技术引进报告汽车: F-RAM 让汽车更具安全性和娱乐性电脑相关 : F-RAM 帮助复印机、打印机和RAID系统运行无忧仪表: F-RAM 帮助世界各地节约能源工业、科学和医疗 : F-RAM 可靠的非易失性设计，对于要处理一系列要求的智能产品是理想的应用。无线存储器 /RFID: MaxArias RFID无线解决方案，扩展您的覆盖和存储能力。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -