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0.13μm非易失性FRAM产品的增强的耐久性能

原创 嵌入式/内核开发 作者:NETSOL 时间:2020-12-21 11:48:19 0 删除 编辑

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。
 
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。
 

表1.行使并行FRAM字节的时间

 
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 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  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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