日立與瑞薩 開(kāi)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(kāi)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(xiě)入速度和20ns的讀取時(shí)間。利用以前開(kāi)發(fā)的100μA(Micro[注1]安培)寫(xiě)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(kāi)發(fā)了一種可以實(shí)現(xiàn)高速讀寫(xiě)操作的外設(shè)電路技術(shù)。
日立和瑞薩以前開(kāi)發(fā)過(guò)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(xiě)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(xiě)電壓,在芯片內(nèi)無(wú)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(guò),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(kāi)發(fā)的電路技術(shù)具有以下特性:
(1)寫(xiě)電路技術(shù)有助于利用小電流實(shí)現(xiàn)高速寫(xiě)入
a.兩步電流控制的數(shù)據(jù)寫(xiě)入方法
高速寫(xiě)入是利用控制兩步寫(xiě)入過(guò)程中流經(jīng)相變薄膜的電流來(lái)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(xiě)方法
通常,存儲(chǔ)器的寫(xiě)入是多位同時(shí)執(zhí)行的。由于寫(xiě)入所需的電流為:?jiǎn)卧獙?xiě)電流×同時(shí)寫(xiě)的位數(shù),所以在寫(xiě)許多位時(shí),寫(xiě)操作期間的峰值電流很大。現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的串寫(xiě)方法,可以一次連續(xù)寫(xiě)入許多位,峰值電流可以通過(guò)只寫(xiě)一個(gè)位來(lái)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(xiě)操作,日立和瑞薩較早開(kāi)發(fā)的相變存儲(chǔ)器還存在一個(gè)讀取速度緩慢的問(wèn)題,這是由微小讀取電流引起的。為了解決這個(gè)問(wèn)題,現(xiàn)在開(kāi)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(guò)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(kāi)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(guò),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(lái)說(shuō)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(kāi)發(fā)的一種電路技術(shù),通過(guò)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(guò)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(lái),它采用了新開(kāi)發(fā)的100μA單元可寫(xiě)電路技術(shù)。測(cè)試結(jié)果表明,新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了416KBps寫(xiě)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(lái)嵌入式系統(tǒng)微控制器開(kāi)發(fā)獲得重大的進(jìn)展。