日立與瑞薩 開發(fā)1.5V相變存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)的需求，雙方共同開發(fā)出了運(yùn)行于1.5V電源電壓的512KB（相當(dāng)于4Mb）相變存儲(chǔ)模塊，該器件能夠?qū)崿F(xiàn)416KB/s的寫入速度和20ns的讀取時(shí)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(chǔ)單元”，兩家公司在新模塊中開發(fā)了一種可以實(shí)現(xiàn)高速讀寫操作的外設(shè)電路技術(shù)。

    日立和瑞薩以前開發(fā)過一種低功耗操作相變存儲(chǔ)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(jìn)行寫操作。與傳統(tǒng)的片上非易失性存儲(chǔ)器相比，這種存儲(chǔ)器可以降低寫電壓，在芯片內(nèi)無需使用產(chǎn)生高壓的電源電路，從而有助于減小模塊尺寸，并實(shí)現(xiàn)更高的密度。不過，由于讀取電流很小，存儲(chǔ)器陣列電路技術(shù)非常關(guān)鍵，這樣才能保證在小電流條件下實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。

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

b.串寫方法
    通常，存儲(chǔ)器的寫入是多位同時(shí)執(zhí)行的。由于寫入所需的電流為：單元寫電流×同時(shí)寫的位數(shù)，所以在寫許多位時(shí)，寫操作期間的峰值電流很大?，F(xiàn)在已經(jīng)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(gè)位來進(jìn)行抑制。

（2）高速讀取電路支持微小讀取電流
    盡管實(shí)現(xiàn)了用小電流進(jìn)行寫操作，日立和瑞薩較早開發(fā)的相變存儲(chǔ)器還存在一個(gè)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(gè)問題，現(xiàn)在開發(fā)了一種讀取電路，其中使用了兩級(jí)檢測(cè)放大器（放大電路），通過優(yōu)化每個(gè)檢測(cè)放大器的工作電壓使信號(hào)可以逐步放大。與使用單級(jí)檢測(cè)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(shí)間執(zhí)行放大，從而實(shí)現(xiàn)更快的讀取時(shí)間，同時(shí)將檢測(cè)放大器的電流消耗抑制在280μA以下。

（3）電路技術(shù)有助于測(cè)量納安級(jí)的微電流值
    測(cè)試出制造的存儲(chǔ)單元的質(zhì)量，并準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)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(jí)的微小讀出電流對(duì)存儲(chǔ)器電路中產(chǎn)生電流泄漏來說微不足道，對(duì)它進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量非常困難。因此，利用新開發(fā)的一種電路技術(shù)，通過優(yōu)化存儲(chǔ)器電路的電壓可將電流泄漏降到最低水平，從而可能對(duì)存儲(chǔ)單元的微讀出電流進(jìn)行高度準(zhǔn)確的測(cè)量。將測(cè)量結(jié)果反饋到制造過程將有助于實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元質(zhì)量的改進(jìn)。

    目前，一種采用130nm CMOS工藝的實(shí)驗(yàn)用512KB存儲(chǔ)模塊已經(jīng)生產(chǎn)出來，它采用了新開發(fā)的100μA單元可寫電路技術(shù)。測(cè)試結(jié)果表明，新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了416KBps寫操作和20ns讀操作，并在高速運(yùn)行的同時(shí)，可以保持低功耗運(yùn)行相變存儲(chǔ)單元的性能。

    人們預(yù)期，這一技術(shù)將促進(jìn)新一代集成的片上非易失性存儲(chǔ)器的實(shí)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(jìn)展。