日立與瑞薩 開發(fā)1.5V相變存儲模塊

    日立有限公司與瑞薩科技（Renesas）宣布，為了滿足新一代高密度片上非易失性存儲技術的需求，雙方共同開發(fā)出了運行于1.5V電源電壓的512KB（相當于4Mb）相變存儲模塊，該器件能夠實現(xiàn)416KB/s的寫入速度和20ns的讀取時間。利用以前開發(fā)的100μA（Micro[注1]安培）寫入操作電流的“低功耗相變存儲單元”，兩家公司在新模塊中開發(fā)了一種可以實現(xiàn)高速讀寫操作的外設電路技術。

    日立和瑞薩以前開發(fā)過一種低功耗操作相變存儲器，它在界面層使用了五氧化鉭，可以利用1.5V電源電壓和100μA電流進行寫操作。與傳統(tǒng)的片上非易失性存儲器相比，這種存儲器可以降低寫電壓，在芯片內無需使用產生高壓的電源電路，從而有助于減小模塊尺寸，并實現(xiàn)更高的密度。不過，由于讀取電流很小，存儲器陣列電路技術非常關鍵，這樣才能保證在小電流條件下實現(xiàn)高速運行。

    新開發(fā)的電路技術具有以下特性：
（1）寫電路技術有助于利用小電流實現(xiàn)高速寫入 
 a.兩步電流控制的數據寫入方法
    高速寫入是利用控制兩步寫入過程中流經相變薄膜的電流來實現(xiàn)的，首先是100μA的電流，然后是低于100μA的電流，以有效地產生焦耳熱量。 

b.串寫方法
    通常，存儲器的寫入是多位同時執(zhí)行的。由于寫入所需的電流為：單元寫電流×同時寫的位數，所以在寫許多位時，寫操作期間的峰值電流很大?，F(xiàn)在已經開發(fā)出一種新的串寫方法，可以一次連續(xù)寫入許多位，峰值電流可以通過只寫一個位來進行抑制。

（2）高速讀取電路支持微小讀取電流
    盡管實現(xiàn)了用小電流進行寫操作，日立和瑞薩較早開發(fā)的相變存儲器還存在一個讀取速度緩慢的問題，這是由微小讀取電流引起的。為了解決這個問題，現(xiàn)在開發(fā)了一種讀取電路，其中使用了兩級檢測放大器（放大電路），通過優(yōu)化每個檢測放大器的工作電壓使信號可以逐步放大。與使用單級檢測放大器的電路相比，這種新開發(fā)的讀取電路可以在更短的時間執(zhí)行放大，從而實現(xiàn)更快的讀取時間，同時將檢測放大器的電流消耗抑制在280μA以下。

（3）電路技術有助于測量納安級的微電流值
    測試出制造的存儲單元的質量，并準確測量信號讀取之前的讀出電流值是非常重要的。不過，在正常工作條件下，納安級的微小讀出電流對存儲器電路中產生電流泄漏來說微不足道，對它進行準確的測量非常困難。因此，利用新開發(fā)的一種電路技術，通過優(yōu)化存儲器電路的電壓可將電流泄漏降到最低水平，從而可能對存儲單元的微讀出電流進行高度準確的測量。將測量結果反饋到制造過程將有助于實現(xiàn)存儲單元質量的改進。

    目前，一種采用130nm CMOS工藝的實驗用512KB存儲模塊已經生產出來，它采用了新開發(fā)的100μA單元可寫電路技術。測試結果表明，新技術實現(xiàn)了416KBps寫操作和20ns讀操作，并在高速運行的同時，可以保持低功耗運行相變存儲單元的性能。

    人們預期，這一技術將促進新一代集成的片上非易失性存儲器的實現(xiàn)，并支持未來嵌入式系統(tǒng)微控制器開發(fā)獲得重大的進展。