中科院微电子所在铁电存储器可靠性研究方面取得进展

基于HfO₂的铁电存储器（FeRAM）由于其高速、良好的可微缩性和CMOS工艺兼容性备受关注。但FeRAM的特性对温度极其敏感，性能受温度影响很大。如何减轻温度对FRAM阵列性能的影响，使其能在高温下实现高可靠性操作需要更加深入研究。 

针对这一问题，中科院微电子所刘明院士团队提出了一种考虑温度效应的铁电阵列操作方法，并在128kb 1T1C FeRAM阵列上进行了验证，证明了在该方法操作下铁电阵列可实现高温下的高可靠性操作。该研究发现在铁电阵列操作中，传统的阵列操作方法在高温下会造成误读。研究人员通过材料表征和电学测量等手段，系统研究了剩余极化在高温下降低的机理。研究发现，电子去俘获引起的内建电场的增加是导致剩余极化值降低的主要原因。根据该机理，研究人员建立了考虑温度效应的动态蒙特卡洛模型，并通过仿真给出了减轻温度影响的操作电压。 

该研究成果以题为“First Demonstration of a Design Methodology for Highly Reliable Operation at High Temperature on 128kb 1T1C FeRAM Chip”入选2023 VLSI。微电子所龚天成副研究员为第一作者，微电子所杨建国副研究员、汪令飞研究员和罗庆研究员为通讯作者。 

1T1C铁电阵列中 (a) 传统操作电压选择方案以及 (f) 考虑温度效应的操作电压设计方法。(b-e) 传统操作电压选择方案将会导致高温下的误读等问题