2004年9月A版

在下一代存储器的开发中,强电介质存储器MRAM(磁膜RAM)、OUM(双向一致存储器)是最有力的修补者,多家公司都进行产品化。不过各家公司的产品战略有所不同,其产品或逻辑电路与强电介质存储器结合而成系统LSI,或做成替代EEPROM、内存及DRAM的单个存储器。

强电介质存储器(FERAM/FRAM)为非易失性存储器,除了象DRAM及SRAM一样无需数据保持电源外,比起同样非易失的闪速存储器及EEPROM来,在写入时间、写入电压、耐改写性(写入次数)、数据保存时间方面也十分优越。在晶体管组成上,相对于通常EEPROM的2晶体管/单元,SRAM的6晶体管/单元,它可以1晶体管/单元。此外,EEPROM,闪速存储器还需要数据消去操作,强电介质存储器却不需要。

由于如此优越的性能,日本韩国北美等许多半导体厂商早就在探索强电介质存储器的产品化了,不过,目前仍未实现批量生产。其最大的原因在于强电介质膜的成膜工艺尚未成熟到适合批生产的水平。目前进入产品化(含样品化)的仅限于部分厂家,即富士通、松下电器、罗姆、Infineon Technologies、Ramtron International Hynix Semiconductor等。不过,各公司的产品战略有所不同,富士通及松下电器着力于逻辑电路与强电介质存储器混合的系统LSI,而Ramtron及Hynix则瞄着替代EEPROM、闪存、DRAM的单个存储器。

系统LSI是日本厂商倾力以往的领域,其最大的旗手是富士通。该公司从1999年底便领先各家公司进行了强电介质存储器的产品化,正在实现电介质存储器与CPU、掩膜型ROM、SRAM等单片化的系统LSI产品。

系统LSI安装强电介质的存储器的用途中最期待的是IC卡。比起信用卡、现金卡等已有的磁卡来,IC卡除可存储大容量信息外,安全管理也极佳。现金卡是带着走的财产,失落时的安全管理当然不够。IC卡已实际用于铁路车票及电子现金等支付领域,今后随着基础设施的扩充完善,将渐普及开来。

目前针对IC卡的程序存储器广泛采用着EEPROM,采用强电介质存储器的情况尚不多见。其主要原因之一是强电介质的存储器是一项新技术,产品的认知度还低。另外较之EEPROM还有生产成本高一些的缺点。

但是另一方面,今后却可能把下载大容量数据之类的使用方法正规化,其有力的应用就是多用途卡。所谓多用途卡就是以一张卡来完成过去现金卡、信用卡、ID卡、针对交通机构的支付卡等需要多张卡的任务。由于一张卡中存储了每个人的个人数据,当然安全是最重要的,而下载庞大的数据时的下载时间也就重要了。因此,写入速度比EEPROM快一万倍的强电介质存储器是人们所希望的。而就生产成本来说,随着设计线宽的缩小,也可能下降到与EEPROM相当或更低。富士通已开发完了强电介质膜小型化困难所在的0.18mm工艺技术,原本在性能上具有优势的强电介质存储器可能由此步入坦途。

采用强电介质存储器的例子有富士通为岩千县水市开发的Internet综合行政信息系统。该系统利用ICA卡进行本人认证,在市内2处设置的触摸屏信息终端上,即使在下班时间及休息日也可受理居民选票及印鉴证明书等的自动交付服务。而单个式存储器是日本以外厂家尤其下功夫的领域。Ramtron正在生产4K-256BKB的产品,实现了替代EEPROM的容量,预计今后进一步大容量化,还将替代闪速存储器。

MRAM

MRAM是采用磁膜来保存的存储器,最先达到产品化的是Honeywell。该公司从1999年开始交付采用GMR元件的MRAM。

不过,GMR元件在原理上除读出、写入时间长外、还有难以高集成化的问题,故不大具有替代已有存储器的优点。而采用TMR元件的MRAM都却具备可高速、高集成的特点,故有可能替代闪存和DRAM。

参与MRAM的生产厂商为数不少,有IBM、Motorola、Cypress Semiconductor、NEC、东芝、Sony、三星电子、Infineon Technologies、Micron Technology、ST等,其中,Motorola 2003年下半年交付采用TMR元件的MRAM。NEC 电子与东芝共同进行MRAM的开发,预定2005年交付MRAM产品。此外,IBM、Cypress等预计2004年以后进行产品化。

MRAM被认为是强电介质存储器最大的竞争对手,更胜于强电介质存储器的期望是取代DRAM的用途。它不仅性能上不逊色于DRAM,而容易高集成化是最重要的原因。不仅如此,强电介质存储器是针对0.25mm等工艺进行批量生产,而MRAMA采用0.18mm之后的工艺批量生产,在细微化上也更为有利。Motorola04年后开始生产的MRAM内置系统LSI采用0.18mm工艺,装入32MB容量的MRAM。今后,大容量化的进展,若能开发成功256M、512M的产品,无疑将成为威胁DRAM的产品。不过,也还有一些课题。一个是较之DRAM其单元面积大,此外,生产成本也高一些。

OUM

OUM(Ovonics Unified Memory)是美国Ovonic公司开发的存储器技术,采用了CD-ROM所采用的碳族合金。碳族合金具有在非结晶状态时电阻值增高,在结晶状态下电阻值下降低的特性。通过控制该两种状态,可实现1和0的记忆保持。

其主要特点是器件结构简单,可比DRAM降低成本,存储区域及单元面积小,可抑制裸片尺寸等。此外,耐改写性1013,存储保持时间10年,待机电源约1mA,功能约30mW等,比之MRAM、FERAM也不逊色。(蔡)