微電子所在阻變存儲器與鐵電FinFET方向取得突破性進展

　　近日，2018國際電子器件大會（IEDM）在美國舊金山召開。會上，微電子所劉明院士科研團隊展示了28納米嵌入式阻變存儲器可靠性優化以及基于HfZrO鐵電FinFET器件的最新研究成果。  

　　對于新型存儲器RRAM，初始電形成過程會增加電路設計復雜度，帶來可靠性問題，一直是工業界和科研界研究的熱點。劉明院士團隊在RRAM方向的研究具有豐富的經驗，針對28納米的1Mb RRAM測試芯片（IEDM 2017 2.4.1），提出了高溫forming的編程方法，可以將平均forming電壓從2.5V以上降為1.7V。由于高溫forming過程中細絲內殘留的氧離子大幅減少，編程之后由于氧離子和氧空位復合造成的電阻弛豫效應得到消除，器件的保持特性得到了40以上的大幅提升。 

針對先進工藝節點的嵌入式存儲器缺失問題，劉明院士團隊與殷華湘研究員合作提出了基于HZO鐵電FinFET的混合存儲器件。該器件在電荷俘獲模式下，表現出高耐久性（>10¹²），高操作速度（<20ns），良好的數據保持特性（10⁴@85^oC），與DRAM的性能相近，為在SOC芯片及CPU芯片中集成嵌入式DRAM提供了可能。當器件工作在電籌翻轉模式下的時候，器件表現出非常好的數據保持特性（>10年）以及對讀取信號串擾的免疫能力，使該器件同時具有優越的不揮發存儲特性。 

　　基于上述成果的2篇研究論文入選2018國際電子器件大會。第一作者許曉欣博士、羅慶博士分別在大會上作了口頭報告。 兩篇論文的通訊作者均為呂杭炳研究員和劉明院士。 

　　IEEE國際電子器件大會始于1954年，現已成為全球報道半導體及電子領域最新的科技、研發設計、制造、物理學及建模技術的主要論壇，旨在為產學研界的研究學者提供關于電子器件最新研究進展和研究成果的國際交流平臺。 　　　　
 

圖1. 28納米 RRAM測試芯片中采用高溫forming的測試方法，將器件的forming電壓降低至1.7V以下，顯著提升了存儲陣列的良率與可靠性

圖2. 基于HfZrO₂鐵電材料的Finfet結構1T DRAM，實現了10¹²以上20ns量級的快速擦寫，以及85度下10⁴秒的長時間保持，為在CPU中嵌入百兆級別的大緩存提供了新途徑