STMicroelectronics的PCM技术

只看该作者 · 2023-1-27 12:07

STMicroelectronics的PCM技术
PCM(Phase-change memory)是相变存储器，是利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的不同导电性来存储数据的。通常是利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据。这种存储机理是上世纪60年代由Stanford Robert Ovshinsky发明，目前世界上许多芯片公司和研究机构都在研究该项技术。
针对常规的嵌入式非遗失存储技术(eNVM)在28nm及以下集成芯片中遇到的挑战，STMicroelectronics也开展了PCM技术的研究。经过多年的研究，STMicroelectronics开发出嵌入式相变存储器（ePCM）技术方案，并成功应用到其28nmFD-SOI技术平台中。STMicroelectronics是利用硫族化合物合金Ge2Sb2Te5（GST）在不同的相态下电阻的不同来实现数据“0”和“1”的存储。其存储机理如图1所示。

图1
其中Ge2Sb2Te5详细的晶格变化如图2所示。

图2
图3是集成在28nm FD-SOI技术中的嵌入式PCM位单元的横截面图，显示了加热器可快速在晶体和非晶状态之间翻转存储单元的状态。

图3
PCM的优点：
1、优秀的数据写入和保持性能
与基于闪存的存储器相比，PCM技术具有每一位的可更改性，可提供更好的写入和数据比较读取性能，因为在重新编程之前，闪存需要以整个字节或扇区为单元来擦除原来的数据。PCM技术的每一位可变简化了数据存储的软件处理。STMicroelectronics利用存储单元和GST合金相关的专利技术，可以支持包括在回流焊期间的高温数据存储，因此程序可以在安装和焊接之前写入ePCM中。
2、高密度和低功耗
ePCM宏单元的速度和功率特性及其在较小几何尺寸为大型嵌入式存储器提供了可扩展的解决方案。
3、优异的稳定性
经过STMicroelectronics的研发和测试，其PCM技术可在最严格要求的车用环境下实现高温、强辐射下的数据存储。ePCM达到了0级的AEC-Q100车用要求，工作温度高达+165°C。
4、灵活的后端特性
ePCM是一种将非易失性存储单元处理模块与前端内置的复杂逻辑晶体管模块分开的后端技术。ePCM作为一种后端、基于金属化的工艺，具有技术独立性，因此它几乎可以嵌入任何技术节点中。
5、FD-SOL和PCM的结合优势
STMicroelectronics的另一项领先技术——绝缘体上全耗尽硅（FD-SOI）是一种平面工艺技术，它在实现简化制造的同时，具有减少硅几何尺寸的好处。结合28nm FD-SOI，PCM存储器阵列的容量会比应用40nm CMOS的FLASH大4-5倍。
目前对MCU越来越高的应用要求正在推动MCU架构向更高的处理能力、更低的功耗和更大存储空间发展。其中，以容纳更大、更复杂的程序的嵌入式存储空间是一项具有挑战性的难题。ePCM为这一芯片级和系统级的难题提供了一种解决方案，可以满足工作温度达+165°C的0级AEC-Q100车用要求。此外，该技术技术可以经受高温回流焊工艺，并具备防辐射性能，从而提高数据安全性。#申请原创#

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