新一代存儲器發(fā)展動向

2004年9月A版

　　在下一代存儲器的開發(fā)中，強(qiáng)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(bǔ)者，多家公司都進(jìn)行產(chǎn)品化。不過各家公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略有所不同，其產(chǎn)品或邏輯電路與強(qiáng)電介質(zhì)存儲器結(jié)合而成系統(tǒng)LSI，或做成替代EEPROM、內(nèi)存及DRAM的單個存儲器。

　　強(qiáng)電介質(zhì)存儲器(FERAM/FRAM)為非易失性存儲器，除了象DRAM及SRAM一樣無需數(shù)據(jù)保持電源外，比起同樣非易失的閃速存儲器及EEPROM來，在寫入時間、寫入電壓、耐改寫性(寫入次數(shù))、數(shù)據(jù)保存時間方面也十分優(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(shù)據(jù)消去操作，強(qiáng)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(dǎo)體廠商早就在探索強(qiáng)電介質(zhì)存儲器的產(chǎn)品化了，不過，目前仍未實現(xiàn)批量生產(chǎn)。其最大的原因在于強(qiáng)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)的僅限于部分廠家，即富士通、松下電器、羅姆、Infineon Technologies、Ramtron International Hynix Semiconductor等。不過，各公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略有所不同，富士通及松下電器著力于邏輯電路與強(qiáng)電介質(zhì)存儲器混合的系統(tǒng)LSI，而Ramtron及Hynix則瞄著替代EEPROM、閃存、DRAM的單個存儲器。

　　系統(tǒng)LSI是日本廠商傾力以往的領(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(qiáng)電介質(zhì)存儲器的產(chǎn)品化，正在實現(xiàn)電介質(zhì)存儲器與CPU、掩膜型ROM、SRAM等單片化的系統(tǒng)LSI產(chǎn)品。

　　系統(tǒng)LSI安裝強(qiáng)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(xiàn)金卡等已有的磁卡來，IC卡除可存儲大容量信息外，安全管理也極佳?，F(xiàn)金卡是帶著走的財產(chǎn)，失落時的安全管理當(dāng)然不夠。IC卡已實際用于鐵路車票及電子現(xiàn)金等支付領(lǐng)域，今后隨著基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)充完善，將漸普及開來。

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

　　但是另一方面，今后卻可能把下載大容量數(shù)據(jù)之類的使用方法正規(guī)化，其有力的應(yīng)用就是多用途卡。所謂多用途卡就是以一張卡來完成過去現(xiàn)金卡、信用卡、ID卡、針對交通機(jī)構(gòu)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人的個人數(shù)據(jù)，當(dāng)然安全是最重要的，而下載龐大的數(shù)據(jù)時的下載時間也就重要了。因此，寫入速度比EEPROM快一萬倍的強(qiáng)電介質(zhì)存儲器是人們所希望的。而就生產(chǎn)成本來說，隨著設(shè)計線寬的縮小，也可能下降到與EEPROM相當(dāng)或更低。富士通已開發(fā)完了強(qiáng)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(qiáng)電介質(zhì)存儲器可能由此步入坦途。

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

MRAM

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

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

　　參與MRAM的生產(chǎn)廠商為數(shù)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的開發(fā)，預(yù)定2005年交付MRAM產(chǎn)品。此外，IBM、Cypress等預(yù)計2004年以后進(jìn)行產(chǎn)品化。

　　MRAM被認(rèn)為是強(qiáng)電介質(zhì)存儲器最大的競爭對手，更勝于強(qiáng)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(qiáng)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(xì)微化上也更為有利。Motorola04年后開始生產(chǎn)的MRAM內(nèi)置系統(tǒng)LSI采用0.18mm工藝，裝入32MB容量的MRAM。今后，大容量化的進(jìn)展，若能開發(fā)成功256M、512M的產(chǎn)品，無疑將成為威脅DRAM的產(chǎn)品。不過，也還有一些課題。一個是較之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(jié)晶狀態(tài)時電阻值增高，在結(jié)晶狀態(tài)下電阻值下降低的特性。通過控制該兩種狀態(tài)，可實現(xiàn)1和0的記憶保持。

　　其主要特點是器件結(jié)構(gòu)簡單，可比DRAM降低成本，存儲區(qū)域及單元面積小，可抑制裸片尺寸等。此外，耐改寫性1013，存儲保持時間10年，待機(jī)電源約1mA，功能約30mW等，比之MRAM、FERAM也不遜色。(蔡)