Ramtron 瑞创国际FRAM 非易失性铁电存储器
什么是铁电存储器？
相对于其它类型的半导体技术而言,铁电存储器具有一些独一无二的特性。传统的主流半导体存储器可以分为两类--易失性和非易失性。易失性的存储器包括静态存储器SRAM（static random access memory)和动态存储器DRAM （dynamic random access memory)。 SRAM和DRAM在掉电的时候均会失去保存的数据。RAM 类型的存储器易于使用、性能好,可是它们同样会在掉电的情况下会失去所保存的数据。非易失性存储器在掉电的情况下并不会丢失所存储的数据。然而所有的主流的非易失性存储器均源自于只读存储器（ROM）技术。 正如你所猜想的一样,被称为只读存储器的东西肯定不容易进行写入操作,而事实上是根本不能写入。所有由ROM技术研发出的存储器则都具有写入信息困难的特点。这些技术包括有EPROM (几乎已经废止）、EEPROM和Flash。 这些存储器不仅写入速度慢,而且只能有限次的擦写,写入时功耗大。铁电存储器能兼容RAM的一切功能,并且和ROM技术一样,是一种非易失性的存储器。铁电存储器在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁--一种非易失性的RAM。
铁电存储器技术原理
当一个电场被加到铁电晶体时,中心原子顺着电场的方向在晶体里移动。当原子移动时,它通过一个能量壁垒,从而引起电荷击穿。内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后,中心原子保持不动,存储器的状态也得以保存。铁电存储器不需要定时更新,掉电后数据能够继续保存,速度快而且不容易写坏。
铁电存储器技术和标准的CMOS制造工艺相兼容。铁电薄膜被放置于CMOS基层之上,并置于两电极之间,使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。
Ramtron的铁电存储器技术到现在已经相当的成熟。最初的铁电存储器采用两晶体管/两电容器（2T/2C)的结构,导致元件体积相对过大。最近随着铁电材料和制造工艺的发展,在铁电存储器的每一单元内都不再需要配置标准电容器。Ramtron新的单晶体管/单电容器结构可以像DRAM一样,使用单电容器为存储器阵列的每一列提供参考。与现有的2T/2C结构相比,它有效的把内存单元所需要的面积减少一半。新的设计极大的提高了铁电存储器的效率,降低了铁电存储器产品的生产成本。Ramtron同样也通过转向更小的技术节点来提高铁电存储器各单元的成本效率。最近采用的0.13微米的制造工艺相对于前一代0.35/0.5微米的制造工艺,极大的降低了芯片的功耗,提高了单个晶元的利用率。
所有这些令人振奋发展使铁电存储器在人们日常生活的各个领域广为应用。从办公室复印机、高档服务器到汽车安全气囊和娱乐设施,铁电存储器不断改进性能在世界范围内得到广泛的应用。
铁电存储器产品应用
| 仪表 | 电表、水表、汽表、流量表、邮资表。 |
| 汽车 | 安全气袋、车身控制系统、车载收音机、匀速控制、车载 DVD 、引擎、娱乐设备、仪器簇、 传动系、保险装置、遥感勘测/导航系统、自动收费系统 |
| 通讯 | 移动通讯发射站、 数据记录仪 、电话、收音机、电信、可携式GPS |
| 消费性电子产品 | 家电、机顶盒、等离子液晶屏电视 |
| 计算机 | 办公设备、雷达系统、 网络附属存储 、电子式电脑切换器。 |
| 工业、科技、医疗 | i工业自动控制、电梯、酒店门锁、掌上操作仪器、医疗仪器、发动机控制。 |
| 其他 | 自动提款机、 照相机、游戏机、POS功能机（可以用来以电子方式购买商品和服务）、 自动售货机。 |
铁电存储器在应用中所起的作用
数据收集存储
铁电存储器能够允许系统设计师更快、更频繁的写入数据,断电不易丢失。对于
使用 EEPROM 的用户而言,这些是不能享受到的优良性能。 数据收集包括数据获 取和存储数据,而这些数据必须在掉电的情况下仍能保留（不是暂时性的或中间结果暂存）。这些就是具有基本收集数据功能的系统或者子系统,并会随着时间而不断的发展出新的功能。在绝大多数的情况下,这个改变的过程纪录是很重要的。
配置信息存储
铁电存储器能够灵活实时的,并非在断电的瞬间,存储配置信息,从而帮助系统 设计师克服由于突然掉电而造成的数据丢失。 配置信息的存储能够随着时间来追踪 系统变化。其目标是在接通电源后恢复信息在以前的状态和位置,识别错误发生的起 因。总的来说,数据收集通常是一个系统或者子系统的功能,然而配置信息存储则是 一个低级别的工程功能,与系统的类别无关。
非易失性缓冲器
铁电存储器能够在数据发送或存储到其它非易失性媒介前,很快地存储正在运行 中的数据。 在这种情况下,数据信息由一个子系统传输到另一个子系统。这个信息 是十分重要的并且不允许在断电的情况下丢失。在有些情况下, 目标系统是一个更大 的存储器。 而铁电存储器的快速、无限次的读写特点使得数据在被发送到另一个系 统前就能及时保存。
SRAM 的替代和扩展存储器
铁电存储器的快速写入和非易失性的特点可以通过系统设计师把 SRAM 和
EEPROM 的特点合而为一或者能单纯的扩展 SRAM 的功能而实现。 在很多情况下, 一个系统会用到各种不同类型的存储器。铁电存储器同时具有 ROM、 RAM 以及 EEPROM 的功能,并能节约系统内存和功耗。最常见的例子就是一个外部串行
EEPROM 的嵌入式的微控制器。铁电存储器能够取代 EEPROM,同样也能提供
SRAM 的微功能。
