微電子所在鐵電存儲器可靠性研究方面取得進展

       基于HfO₂的鐵電存儲器（FeRAM）由于其高速、良好的可微縮性和CMOS工藝兼容性備受關注。但FeRAM的特性對溫度極其敏感，性能受溫度影響很大。如何減輕溫度對FRAM陣列性能的影響，使其能在高溫下實現高可靠性操作需要更加深入研究。 

　　針對這一問題，微電子所劉明院士團隊提出了一種考慮溫度效應的鐵電陣列操作方法，并在128kb 1T1C FeRAM陣列上進行了驗證，證明了在該方法操作下鐵電陣列可實現高溫下的高可靠性操作。該研究發現在鐵電陣列操作中，傳統的陣列操作方法在高溫下會造成誤讀。研究人員通過材料表征和電學測量等手段，系統研究了剩余極化在高溫下降低的機理。研究發現，電子去俘獲引起的內建電場的增加是導致剩余極化值降低的主要原因。根據該機理，研究人員建立了考慮溫度效應的動態蒙特卡洛模型，并通過仿真給出了減輕溫度影響的操作電壓。 

　　該研究成果以題為“First Demonstration of a Design Methodology for Highly Reliable Operation at High Temperature on 128kb 1T1C FeRAM Chip”入選2023 VLSI。微電子所龔天成副研究員為第一作者，微電子所楊建國副研究員、汪令飛研究員和羅慶研究員為通訊作者。 

1T1C鐵電陣列中 (a) 傳統操作電壓選擇方案以及 (f) 考慮溫度效應的操作電壓設計方法。(b-e) 傳統操作電壓選擇方案將會導致高溫下的誤讀等問題