同是4Mb,Flash 几毛美金,FRAM却要几美金,尽管价格高了几十倍,但依然有人用?!靠得就是它可在电源中断时立即捕获和保存关键数据,非常适合任务关键型数据记录应用,例如需要高可靠性控制和吞吐量的高性能可编程逻辑控制器 (PLC) 或改善生活质量的患者监护设备。
FRAM 是什么?
FRAM,ferroelectric RAM,铁电存储器,F-RAM 芯片包含一层由锆钛酸铅组成的铁电薄膜,通常被称为 PZT。PZT 中的原子会改变电场中的极性,从而产生高效能的二进制切换。但是,PZT最重要的一点是它不受电源中断的影响,这使得F-RAM成为可靠的非易失性存储器。F-RAM 的基本工作原理及其独特的存储单元架构赋予了特定的优势,使该技术与 EEPROM 或 NOR Flash 等竞争存储器技术区分开来。
铁电存储器按工作模式可以分为破坏性读出(DRO)和非破坏性读出(NDRO)。DRO模式是利用铁电薄膜的电容效应,以铁电薄膜电容取代常规的存储电荷的电容,利用铁电薄膜的极化反转来实现数据的写入与读取。
铁电随机存取存储器(FeRAM)就是基于DRO工作模式。这种破坏性的读出后需重新写入数据,所以FeRAM在信息读取过程中伴随着大量的擦除/重写的操作。随着不断地极化反转,此类FeRAM会发生疲劳失效等可靠性问题。目前,市场上的铁电存储器全部都是采用这种工作模式。NDRO模式存储器以铁电薄膜来替代MOSFET中的栅极二氧化硅层,通过栅极极化状态(±Pr)实现对来自源—漏电流的调制,使它明显增大或减小,根据源—漏电流的相对大小即可读出所存储的信息,而无需使栅极的极化状态反转,因此它的读出方式是非破坏性的。基于NDRO工作模式的铁电场效应晶体管(FFET)是一种比较理想的存储方式。但迄今为止,这种铁电存储器尚处于实验室研究阶段,还不能达到实用程度。FRAM 具有功耗低、写入次数快、重写次数多的特点。1,无延迟写入:它以总线速度将数据写入存储单元,无需浸泡时间,写入速度是EEPROM、Flash的一千倍以上。2,超低功耗:在擦写时不需要高压,写入时的功耗大为降低,消耗的能量比 EEPROM低200倍,比NOR闪存低3000 倍。3,耐用:写入次数超过100万亿次,而EEPROM或Flash仅为10^5~10^6。![]()
Ramtron(已被 Cypress 收购、Cypress于2019年被英飞凌收购):是最早制造出FRAM的厂商,推出了高集成度的FM31器件,其产品已经成功应用于汽车中, 包括梅赛德斯、通用、宝马、福特等。目前英飞凌有如下规格的产品。密度:4 Kb、16 Kb、64 Kb、128 Kb、256 Kb、512 Kb、1 Mb、2 Mb、4 Mb、8 Mb 和 16 Mb
接口:I2C、SPI、QSPI 和并行接口(X8、X16)
富士通:从1995年起就开始研发 FRAM 存储器,1999年成功量产,已有20多年的量产经验,出货量累计达40亿颗。英飞凌与TOSHIBA:自2003年起合作,开发出32Mb FRAM,采用单管单电容单元结构和0.2mm工艺,存取时间为50ns,循环周期为75ns,工作电压为3.0V/2.5V;Matsushita:2003年7月推出第一款采用0.18mm工艺、大批量制造的FRAM SoC,将尺寸缩小为原来的十分之一。除此之外,英特尔也发表过堆叠型铁电电容器可用于在逻辑芯片上构建 FRAM 的相关论文。