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(gè)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(shí)間、寫入電壓、耐改寫性(寫入次數(shù))、數(shù)據(jù)保存時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(cái)產(chǎn)，失落時(shí)的安全管理當(dāng)然不夠。IC卡已實(shí)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(xiàng)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(diǎn)。

　　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(gè)人的個(gè)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(shí)的下載時(shí)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(jì)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)了替代EEPROM的容量，預(yù)計(jì)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(shí)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(diǎn)。而采用TMR元件的MRAM都卻具備可高速、高集成的特點(diǎn)，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(jì)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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)1和0的記憶保持。

　　其主要特點(diǎn)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(shí)間10年，待機(jī)電源約1mA，功能約30mW等，比之MRAM、FERAM也不遜色。(蔡)