마이크로일렉트로닉스 연구소 회원인 류밍(Liu Ming)이 개발하고 설계한 새로운 유형의 하프늄 기반 강유전체 메모리 칩이 2023년 IEEE 국제고체회로학회(ISSCC)에서 발표되었습니다. 이는 집적회로 설계의 최고 수준입니다.
고성능 임베디드 비휘발성 메모리(eNVM)는 가전제품, 자율주행차, 산업 제어, 사물 인터넷(IoT)용 엣지 디바이스의 시스템 온 칩(SOC) 칩에 대한 수요가 높습니다. 강유전체 메모리(FeRAM)는 높은 신뢰성, 초저전력 소모, 고속 동작이라는 장점을 가지고 있습니다. 대용량 데이터 실시간 기록, 빈번한 데이터 읽기 및 쓰기, 저전력 소모, 그리고 임베디드 SoC/SiP 제품에 널리 사용됩니다. PZT 소재 기반 강유전체 메모리는 양산이 가능했지만, CMOS 기술과 호환되지 않고 미세화가 어려워 기존 강유전체 메모리의 개발 과정에 심각한 장애가 발생하고, 임베디드 통합을 위해서는 별도의 생산 라인 지원이 필요하여 대량 생산이 어려웠습니다. 새로운 하프늄 기반 강유전체 메모리는 소형화와 CMOS 기술과의 호환성으로 학계와 산업계에서 공통적으로 관심을 갖는 연구 분야입니다. 하프늄 기반 강유전체 메모리는 차세대 신메모리의 중요한 개발 방향으로 여겨지고 있습니다. 현재 하프늄 기반 강유전체 메모리 연구는 여전히 단위 신뢰성이 부족하고, 주변 회로가 완전한 칩 설계가 부족하며, 칩 수준 성능에 대한 추가 검증이 부족하다는 문제가 있어 eNVM에서의 적용이 제한됩니다.
임베디드 하프늄 기반 강유전체 메모리가 직면한 과제를 해결하기 위해, 마이크로일렉트로닉스 연구소(Institute of Microelectronics)의 류밍(Liu Ming) 연구원 연구팀은 CMOS와 호환되는 하프늄 기반 강유전체 메모리의 대규모 집적 플랫폼을 기반으로 세계 최초로 메가비트급 FeRAM 테스트 칩을 설계 및 구현했습니다. 또한, 130nm CMOS 공정에서 HZO 강유전체 커패시터의 대규모 집적을 성공적으로 완료했습니다. 온도 감지를 위한 ECC 지원 쓰기 구동 회로와 자동 오프셋 제거를 위한 고감도 증폭 회로를 제안하여, 현재까지 보고된 최고 수준인 1012 사이클 내구성과 7ns 쓰기 및 5ns 읽기 시간을 달성했습니다.
"ECC 지원 데이터 리프레시를 사용하여 1012 사이클 내구성과 5/7ns 읽기/쓰기 속도를 갖춘 9Mb HZO 기반 임베디드 FeRAM"이라는 논문은 해당 연구 결과를 바탕으로 작성되었으며, "오프셋 제거 감지 증폭기"는 ISSCC 2023에서 선정되었고, 해당 칩은 ISSCC 데모 세션에서 컨퍼런스 전시를 위해 선정되었습니다. 양 지앙궈(Yang Jianguo)가 이 논문의 제1저자이고, 류 밍(Liu Ming)이 교신저자입니다.
관련 연구는 중국 국가자연과학기금, 과학기술부 국가중점연구개발계획, 중국과학원 B급 시범프로젝트의 지원을 받았습니다.
(9Mb 하프늄 기반 FeRAM 칩 및 칩 성능 테스트 사진)
게시 시간: 2023년 4월 15일
