0.13μm非易失性FRAM产品的增强的耐久性能

英尚微电子

内存耐久度指定为存储单元可以写入或擦除的次数。对于尽管严格和广泛使用仍需要高数据完整性的应用程序，内存耐用性是关键的系统性能特征和设计考虑因素之一。铁电RAM或FRAM是一种快速，非易失性和低功耗的存储器，与其他基于浮栅或相变技术的非易失性存储器相比，它具有高耐用性是其主要优势之一。FRAM的“耐力”定义为疲劳后的记忆状态保持能力，或在许多开关周期后维持铁电开关电荷的非易失性部分的能力。

学术领域已经进行了长期而深入的研究，以识别经过大量开关循环后材料中开关电荷（极化）损失的根源。提出了多种机制，例如氧空位，铁电极界面附近的相反畴抑制以及内部偏置场的空间分布，这些都是造成疲劳现象的原因。这些机制导致铁电畴钉扎，从而导致开关周期延长时开关电荷密度降低。

FRAM

的制造过程已经经历了几代人，例如0.5μm，0.35μm和0.13μm技术节点。耐力性能在每一代中都有特点。尽管FRAM在每个技术节点上均表现出出色的耐用性，但事实证明在0.13μm技术节点中的FRAM存储器异常高-高达1013，如今已高达1015。如表1所示在0.13μm的节点上，如何在合理的时间内测量实际的最大耐力性能提出了挑战，需要大量的测试时间和创新的测试方法来确定0.13μmFRAM产品的实际耐力极限。

                               
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表1.行使并行FRAM字节的时间

                               
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图1.FRAM器件和本征材料的信号裕量与周期的关系图显示，与初始值相比，FRAM器件在1015个周期时的信号裕量更高。

当前对0.13μm FRAM的1015个周期的耐用性规范基于对使用0.13μm技术节点构建的并行FRAM核心存储器产品的样本中1,280位FRAM存储器的初步评估。图1显示FRAM设备级信号容限在1012和1013个周期之间达到最大值。根据本征材料对0.13μm

铁电存储器

的耐久性能（如图1所示），可以使用在本征材料中观察到的类似曲线外推1013次循环后的FRAM器件级耐久性能，如图2中的虚线所示1.可以看出，1015个周期后的剩余信号余量仍高于初始水平（最小周期数时的信号余量），表明有足够的信号余量来确保1015年后FRAM器件的可靠性周期。此结果与0.13μmFRAM铸造厂的耐久性规格一致。

结论

在确定FRAM产品是否适合给定应用程序时，系统设计人员应考虑以下事项：

•该系统是否旨在收集数据？

•配置是否经常更改？

•电源会突然或频繁断电吗？

•数据是否有价值？

•电源是否嘈杂？

•是否需要在断电期间捕获关键系统数据，从而在启动时实现正常的系统恢复？

•持久性对于存储关键任务数据至关重要吗？

•系统或MCU

ram

是否受限制？

•是否有严格的电源预算？

在这种情况下的FRAM的技术功能可以减少运营开销并确保最佳性能。

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