Сегнетоэлектрическое ОЗУ (далее FRAM) обладает уникальными свойствами, которые отличают ее от других видов запоминающих устройств. Традиционные полупроводниковые запоминающие устройства можно разделить на две основные группы – энергозависимые и энергонезависимые. К энергозависимой памяти относятся статические оперативные запоминающие устройства (СОЗУ) и динамические оперативные запоминающие устройства (ДОЗУ). Их общим свойством является нарушение содержимого ячеек памяти после снятия напряжения питания. С прикладной точки зрения ОЗУ очень просты в использовании и обладают высоким быстродействием чтения и записи, но также имеют досадную особенность терять данные при исчезновении питания.
Энергонезависимая память (ЭНП) не теряет данных при снятии питания. Однако все основные типы ЭНП имеют общие истоки, которые берут свое начало от постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Тем, кто знаком с этой технологией знает насколько сложно осуществить запись информации в ПЗУ, а выполнить запись мгновенно вообще не возможно. Все последующие приемники этой технологии связаны проблемой сложности записи в них новой информации. В настоящее время известны следующие разновидности этой технологии: электрически перепрограммируемое ПЗУ — ЭППЗУ (морально устаревшая технология), электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ – ЭСППЗУ и флэш-память. Технологии на основе ПЗУ обладают медленной записью, подвержены существенному износу при записи, ограничивая количество циклов программирования, и требуют много энергии для программирования.
Отличием FRAM является использование технологии ОЗУ, при этом сохраняя энергонезависимость подобно ПЗУ. Таким образом, FRAM заполняет пробел между двумя категориями и создает нечто новое – энергонезависимое ОЗУ. Технология FRAM
Ядром сегнетоэлектрической FRAM-технологии от Ramtron являются сегнетоэлектрические кристаллы, которые позволяют законченным FRAM-изделиям работать подобно ОЗУ, при этом обеспечивая энергонезависимость хранения данных.
Когда электрическое поле прикладывается к сегнетоэлектрическому кристаллу, центральный атом движется в его направлении. Т.к. атом перемещается в пределах кристалла он проходит энергетический барьер, сопровождаемый спонтанной поляризацией. Внутренняя схема позволяет определить величину заряда и состояние памяти. Если электрическое поле отведено от кристалла, то центральный атом остается в том же положении, определяя состояние памяти. Поэтому, FRAM не нуждается в регенерации и после отключения питания сохраняет свое содержимое. Все происходит быстро и без износа!
FRAM-технология совместима со стандартной промышленной технологией КМОП. Сегнетоэлектрическая тонкая пленка размещена над основными КМОП слоями и сжата между двумя электродами. Технологический процесс сборки завершают металл для внешнего подключения и пассивация.
Технология FRAM от Ramtron имеет также историю развития. Первоначально, архитектура FRAM требовала два транзистора и два конденсатора (2T/2C), что привело к относительно большим размерам ячейки памяти. Недавние улучшения сегнетоэлектрических материалов и технологии позволили избавиться от необходимости применения опорного конденсатора в каждой ячейки массива сегнетоэлектрической памяти. Новая однотранзисторная-одноконденсаторная архитектура от Ramtron работает подобно ДОЗУ, используя один конденсатор в качестве общего опорного конденсатора для каждого столбца массива памяти, тем самым позволив в два раза уменьшить требуемый размер ячейки по сравнению с архитектурой 2T/2C. Новая архитектура существенно улучшает влияние кристалла и уменьшает производственную стоимость конечных изделий – микросхем FRAM-памяти.
Ramtron также стремиться уменьшать шаг технологической сетки, чтобы снизить себестоимость ячеек FRAM памяти. Так недавний переход на 0.35мкм технологию позволил снизить потребляемую мощность и увеличить размер матрицы по сравнению с предшествующими поколениями FRAM памяти, выполненных по 0.5 мкм технологии.
Ближайшей перспективой совершенствования архитектуры FRAM-памяти является также использование архитектуры 1Т/1С, но с размещением сегнетоэлектрического конденсатора над транзистором. Это будет способствовать дальнейшему уменьшению размеру ячеек памяти и переходу на шаг технологической сетки до 0.1мкм. Достижение этих результатов позволит в будущем преодолеть, пожалуй, единственный недостаток по сравнению с существующими популярными технологиями ЭНП – ограниченный размер памяти (до 32 кБ).
Все рассмотренные технологии FRAM-памяти находят применение во многих приложениях, с которыми люди сталкиваются ежедневно. FRAM содержится в большом количестве изделий и приложений по всему миру от офисных копиров и высокопроизводительных серверов до автомобильных бортовых самописцев (черных ящиков) и электронных развлекательных устройств.
