富士通微电子日前宣布,东京工业大学（Tokyo-Tech）、富士通实验室和富士通有限公司已经联合开发出一种用于新一代非易失铁电随机存储器(FeRAM)的新型材料。这种铋、铁、氧元素的合成材料（BiFeO3或BFO）,能使数据存储容量达到目前FeRAM生产中使用的材料的五倍。使用基于BFO的材料,在类似于采用180nm技术制造FeRAM的装置内,采用富士通的65nm工艺技术就可以生产出新的FeRAM。这种材料的使用,可以将FeRAM的存储容量扩展到256M bit。

鉴于新一代个人化移动电子产品（例如IC卡）必须具有小巧、安全、易于操作等特点,新的FeRAM将在功耗和速度方面有大幅的改善,以便满足此种需要。 对于这类电子产品来说,FeRAM技术可以提供最适合的非易失记忆设备,预计样品将会在2009年发布。

据介绍,富士通在FeRAM的开发方面由来已久,且成绩斐然。其FeRAM产品的大规模生产起始于1999年,截至2006年3月以来,已经产出了数亿个内置和单独的FeRAM芯片 ,包括1Mbit单独FeRAM芯片。该材料和工艺曾于2006年3月在东京的日本应用物理学会(JSPS)会议和4月在夏威夷的集成铁电国际研讨会(ISIF)上作过详细展示。对于此次合作研究,东京工业大学通过日本科学技术振兴机构(JST)从文教体育科技部门(MEXT)获得了部分研究经费。

BFO是由铋、铁和氧原子构成的具有钙钛矿型结构的铁电材料。目前普遍使用的铁电材料是锆钛酸铅(PZT或Pb(Zr,Ti)O3),但是,它的蓄电能力低,可升级性有限。PZT的技术局限在130nm节点就会反映出来,因为随着存储单元区的减少,对极化的要求就越高。这个技术局限预计将在2009年出现。

以前曾开发过一种加入锰的BFO薄膜电容器,它能够减少泄漏电流 ,并具有180-220 μC/cm2的交换电(switching charge) Qsw,这相当于剩余极化2Pr的两倍。 这些都充分显示了将来在技术节点方面巨大的升级潜力。

采用65nm技术制造的FeRAM可以使用加入锰的BFO来制造,其生产设备与当前使用180nm技术生产FeRAM所用的类似。使用这种新材料的FeRAM还具有极大的可升级性,能够使存储容量达到2014。

应用

随着对BFO的深入开发,大容量的256Mbit FeRAM可以得到实现,这种FeRAM与现有的1Mbit容量相比,密度将会高出2个等级。密度的提高,使得FeRAM的应用将在新的领域(例如,快速启动,它使计算机在开机后能够立刻使用)得到扩展,而不再仅限于在安全应用领域。FeRAM还可以用于电子纸设备,该设备能让用户浏览和阅读传统上印刷在纸张上的大量信息。

富士通将会继续其开发和研究计划,以便将来能够进行嵌入式大规模集成(LSI)。 而关于BFO材料以及BFO电容器的制造技术的研究也会持续下去。