铁电存储器：新型存储技术带来革命性突破

2023-10-17 理论教育版权反馈

【摘要】：铁电存储器由有随机存储器和非易失性存储器特性的铁电晶体材料构成。MRAM应用非常广泛，有望替代DRAM、SRAM、FLASH等存储器，在军事和空间技术领域也具有良好的应用前景。纳米晶体不是一个全新的存储技术，只是对闪存的一种改进，使它更易扩展，故将延长闪存的生命周期。中国科学院微电子学研究所纳米加工与新器件集成技术实验室借助中国科技大学国家同步辐射实验室二次X射线光刻工艺，已成功研制出国内首个256位分子存储器电路[2]。

铁电存储器（FRAM）由有随机存储器和非易失性存储器特性的铁电晶体材料构成。当在铁电晶体材料上加上电场，晶体中的中心原子会沿着电场方向运动，达到稳定状态。晶体中的每个自由浮动的中心原子只有两个稳定状态，分别对应二进制的“0”和“1”。

20世纪80年代中期，美国Honey－well公司研制成基于各向异性磁阻效应（AMR）的磁随机存储器芯片。1988年Baibich等人发现了巨磁阻效应（MR），加速了磁阻随机存储器的研制。磁性随机存储器（MRAM）结合了磁性技术和半导体两种制造技术，更适合大规模生产。MRAM内存比闪存耗电更少，读取数据速度更快。它集中了DRAM高密度、SRAM高速度、FLASH非易失性等优点，还具有抗辐射、耗能低、记录信息耐久性好等特点，具有巨大的发展潜力。MRAM应用非常广泛，有望替代DRAM、SRAM、FLASH等存储器，在军事和空间技术领域也具有良好的应用前景。

美国Ovonyx公司开发的相变化内存OUM（Ovonics Unified Memory）是写入时通过加热进行数据记录的非易失性内存。OUM存储单元面积小（比1bit/单元的普通NOR型EEPROM小），其可擦写次数能达1 010次，远远优于NOR型EEPROM。100次数据访问时间平均为200ns，比闪存快，比MRAM稍慢，但价格低廉，适合作为便携终端存储器使用。(www.chuimin.cn)

摩托罗拉的半导体部门研制了以硅纳米晶体（Silicon Nanocrystals）为介质，用硅原子栅格代替半导体内部的固态层的技术。纳米晶体不是一个全新的存储技术，只是对闪存的一种改进，使它更易扩展，故将延长闪存的生命周期。其生产成本可比原来降低10%～15%，生产过程更加简单，而性能与可靠性都可与目前的闪存相媲美。

中国科学院微电子学研究所纳米加工与新器件集成技术实验室借助中国科技大学国家同步辐射实验室二次X射线光刻工艺，已成功研制出国内首个256位分子存储器电路^[2]。分子电路是指在分子层次上构筑的电子器件及其集成电路，是后摩尔时代接替硅基电路最受关注的方向之一，它能够使电子器件的关键尺寸缩小到分子尺度，推动集成电路向更小尺寸、更高集成度方向发展。该存储器电路的特征尺寸达到250nm（纳米），电学性能优异。

铁电存储器：新型存储技术带来革命性突破

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