新一代存儲器發(fā)展動(dòng)向

2004年9月A版

　　在下一代存儲器的開(kāi)發(fā)中，強電介質(zhì)存儲器MRAM(磁膜RAM)、OUM(雙向一致存儲器)是最有力的修補者，多家公司都進(jìn)行產(chǎn)品化。不過(guò)各家公司的產(chǎn)品戰略有所不同，其產(chǎn)品或邏輯電路與強電介質(zhì)存儲器結合而成系統LSI，或做成替代EEPROM、內存及DRAM的單個(gè)存儲器。

　　強電介質(zhì)存儲器(FERAM/FRAM)為非易失性存儲器，除了象DRAM及SRAM一樣無(wú)需數據保持電源外，比起同樣非易失的閃速存儲器及EEPROM來(lái)，在寫(xiě)入時(shí)間、寫(xiě)入電壓、耐改寫(xiě)性(寫(xiě)入次數)、數據保存時(shí)間方面也十分優(yōu)越。在晶體管組成上，相對于通常EEPROM的2晶體管/單元，SRAM的6晶體管/單元，它可以1晶體管/單元。此外，EEPROM，閃速存儲器還需要數據消去操作，強電介質(zhì)存儲器卻不需要。

　　由于如此優(yōu)越的性能，日本韓國北美等許多半導體廠(chǎng)商早就在探索強電介質(zhì)存儲器的產(chǎn)品化了，不過(guò)，目前仍未實(shí)現批量生產(chǎn)。其最大的原因在于強電介質(zhì)膜的成膜工藝尚未成熟到適合批生產(chǎn)的水平。目前進(jìn)入產(chǎn)品化(含樣品化)的僅限于部分廠(chǎng)家，即富士通、松下電器、羅姆、Infineon Technologies、Ramtron International Hynix Semiconductor等。不過(guò)，各公司的產(chǎn)品戰略有所不同，富士通及松下電器著(zhù)力于邏輯電路與強電介質(zhì)存儲器混合的系統LSI，而Ramtron及Hynix則瞄著(zhù)替代EEPROM、閃存、DRAM的單個(gè)存儲器。

　　系統LSI是日本廠(chǎng)商傾力以往的領(lǐng)域，其最大的旗手是富士通。該公司從1999年底便領(lǐng)先各家公司進(jìn)行了強電介質(zhì)存儲器的產(chǎn)品化，正在實(shí)現電介質(zhì)存儲器與CPU、掩膜型ROM、SRAM等單片化的系統LSI產(chǎn)品。

　　系統LSI安裝強電介質(zhì)的存儲器的用途中最期待的是IC卡。比起信用卡、現金卡等已有的磁卡來(lái)，IC卡除可存儲大容量信息外，安全管理也極佳?，F金卡是帶著(zhù)走的財產(chǎn)，失落時(shí)的安全管理當然不夠。IC卡已實(shí)際用于鐵路車(chē)票及電子現金等支付領(lǐng)域，今后隨著(zhù)基礎設施的擴充完善，將漸普及開(kāi)來(lái)。

　　目前針對IC卡的程序存儲器廣泛采用著(zhù)EEPROM，采用強電介質(zhì)存儲器的情況尚不多見(jiàn)。其主要原因之一是強電介質(zhì)的存儲器是一項新技術(shù)，產(chǎn)品的認知度還低。另外較之EEPROM還有生產(chǎn)成本高一些的缺點(diǎn)。

　　但是另一方面，今后卻可能把下載大容量數據之類(lèi)的使用方法正規化，其有力的應用就是多用途卡。所謂多用途卡就是以一張卡來(lái)完成過(guò)去現金卡、信用卡、ID卡、針對交通機構的支付卡等需要多張卡的任務(wù)。由于一張卡中存儲了每個(gè)人的個(gè)人數據，當然安全是最重要的，而下載龐大的數據時(shí)的下載時(shí)間也就重要了。因此，寫(xiě)入速度比EEPROM快一萬(wàn)倍的強電介質(zhì)存儲器是人們所希望的。而就生產(chǎn)成本來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)設計線(xiàn)寬的縮小，也可能下降到與EEPROM相當或更低。富士通已開(kāi)發(fā)完了強電介質(zhì)膜小型化困難所在的0.18mm工藝技術(shù)，原本在性能上具有優(yōu)勢的強電介質(zhì)存儲器可能由此步入坦途。

　　采用強電介質(zhì)存儲器的例子有富士通為巖千縣水市開(kāi)發(fā)的Internet綜合行政信息系統。該系統利用ICA卡進(jìn)行本人認證，在市內2處設置的觸摸屏信息終端上，即使在下班時(shí)間及休息日也可受理居民選票及印鑒證明書(shū)等的自動(dòng)交付服務(wù)。而單個(gè)式存儲器是日本以外廠(chǎng)家尤其下功夫的領(lǐng)域。Ramtron正在生產(chǎn)4K-256BKB的產(chǎn)品，實(shí)現了替代EEPROM的容量，預計今后進(jìn)一步大容量化，還將替代閃速存儲器。

MRAM

　　MRAM是采用磁膜來(lái)保存的存儲器，最先達到產(chǎn)品化的是Honeywell。該公司從1999年開(kāi)始交付采用GMR元件的MRAM。

　　不過(guò)，GMR元件在原理上除讀出、寫(xiě)入時(shí)間長(cháng)外、還有難以高集成化的問(wèn)題，故不大具有替代已有存儲器的優(yōu)點(diǎn)。而采用TMR元件的MRAM都卻具備可高速、高集成的特點(diǎn)，故有可能替代閃存和DRAM。

　　參與MRAM的生產(chǎn)廠(chǎng)商為數不少，有IBM、Motorola、Cypress Semiconductor、NEC、東芝、Sony、三星電子、Infineon Technologies、Micron Technology、ST等，其中，Motorola 2003年下半年交付采用TMR元件的MRAM。NEC 電子與東芝共同進(jìn)行MRAM的開(kāi)發(fā)，預定2005年交付MRAM產(chǎn)品。此外，IBM、Cypress等預計2004年以后進(jìn)行產(chǎn)品化。

　　MRAM被認為是強電介質(zhì)存儲器最大的競爭對手，更勝于強電介質(zhì)存儲器的期望是取代DRAM的用途。它不僅性能上不遜色于DRAM，而容易高集成化是最重要的原因。不僅如此，強電介質(zhì)存儲器是針對0.25mm等工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，而MRAMA采用0.18mm之后的工藝批量生產(chǎn)，在細微化上也更為有利。Motorola04年后開(kāi)始生產(chǎn)的MRAM內置系統LSI采用0.18mm工藝，裝入32MB容量的MRAM。今后，大容量化的進(jìn)展，若能開(kāi)發(fā)成功256M、512M的產(chǎn)品，無(wú)疑將成為威脅DRAM的產(chǎn)品。不過(guò)，也還有一些課題。一個(gè)是較之DRAM其單元面積大，此外，生產(chǎn)成本也高一些。

OUM

　　OUM(Ovonics Unified Memory)是美國Ovonic公司開(kāi)發(fā)的存儲器技術(shù)，采用了CD-ROM所采用的碳族合金。碳族合金具有在非結晶狀態(tài)時(shí)電阻值增高，在結晶狀態(tài)下電阻值下降低的特性。通過(guò)控制該兩種狀態(tài)，可實(shí)現1和0的記憶保持。

　　其主要特點(diǎn)是器件結構簡(jiǎn)單，可比DRAM降低成本，存儲區域及單元面積小，可抑制裸片尺寸等。此外，耐改寫(xiě)性1013，存儲保持時(shí)間10年，待機電源約1mA，功能約30mW等，比之MRAM、FERAM也不遜色。(蔡)