鐵電存儲器FRAM詳解

鐵電存儲器FRAM詳解:

鐵電存儲器（FRAM）產(chǎn)品將ROM的非易失性數(shù)據(jù)存儲特性和RAM的無限次讀寫、高速讀寫以及低功耗等優(yōu)勢結(jié)合在一起。FRAM產(chǎn)品包括各種接口和多種密度，像工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行和并行接口，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的封裝類型，以及4Kbit、16Kbit、64Kbit、256Kbit和1Mbit等密度。
        非易失性記憶體掉電后數(shù)據(jù)不丟失?？墒撬械姆且资杂洃涹w均源自ROM技術(shù)。你能想象到,只讀記憶體的數(shù)據(jù)是不可能修改的。所有以它為基礎(chǔ)發(fā)展起來的非易失性記憶體都很難寫入，而且寫入速度慢，它們包括EPROM（現(xiàn)在基本已經(jīng)淘汰）,EEPROM和Flash，它們存在寫入數(shù)據(jù)時需要的時間長，擦寫次數(shù)低,寫數(shù)據(jù)功耗大等缺點。
(圖片一)

        FRAM 提供一種與RAM一致的性能,但又有與ROM 一樣的非易失性。 FRAM 克服以上二種記憶體的缺陷并合并它們的優(yōu)點，它是全新創(chuàng)造的產(chǎn)品，一個非易失性隨機(jī)存取儲存器。


FRAM技術(shù)
        Ramtron的FRAM技術(shù)核心是鐵電。這就使得FRAM產(chǎn)品既可以進(jìn)行非易失性數(shù)據(jù)存儲又可以像RAM一樣操作。


        當(dāng)一個電場被加到鐵電晶體時，中心原子順著電場的方向在晶體里移動，當(dāng)原子移動時，它通過一個能量壁壘，從而引起電荷擊穿。 內(nèi)部電路感應(yīng)到電荷擊穿并設(shè)置記憶體。移去電場后中心原子保持不動，記憶體的狀態(tài)也得以保存。FRAM 記憶體不需要定時刷新，掉電后數(shù)據(jù)立即保存，它速度很快，且不容易寫壞。
        FRAM存儲器技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制造工藝相兼容。鐵電薄膜被放于CMOS base layers之上，并置于兩電極之間，使用金屬互連并鈍化后完成鐵電制造過程。
        Ramtron 的FRAM 記憶體技術(shù)從開始到現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)成熟。 最初FRAM 記憶體采用二晶體管/ 二電容器的( 2T/2C) 結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致元件體積相對較大。 最近發(fā)展的鐵電材料和制造工藝不再需要在鐵電存儲器每一單元內(nèi)配置標(biāo)準(zhǔn)電容器。 Ramtron 新的單晶體管/ 單電容器結(jié)構(gòu)記憶體可以像DRAM一樣進(jìn)行操作，它使用單電容器為存儲器陣列的每一列提供參考。與現(xiàn)有的2T/2C結(jié)構(gòu)相比，它有效地把內(nèi)存單元所需要面積減少一半。新的設(shè)計極大的改進(jìn)了die leverage并且降低了FRAM存儲器產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
        Ramtron公司現(xiàn)采用0.35微米制造工藝，相對于現(xiàn)有的0.5微米的制造工藝而言，這極大地降低芯片功耗，提高了成本效率。

        這些令人振奮的發(fā)展使FRAM在人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域找到了應(yīng)用的途徑。從辦公復(fù)印機(jī)、高檔服務(wù)器到汽車安全氣囊和娛樂設(shè)備， FRAM 使一系列產(chǎn)品的性能得到改進(jìn)并在全世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。
鐵電應(yīng)用
數(shù)據(jù)采集與記錄
        存儲器（FRAM）可以讓設(shè)計者更快、更頻繁地將數(shù)據(jù)寫入非易失性存儲器，而且價格比EEPROM低。數(shù)據(jù)采集通常包括采集和存儲兩部分，系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)（(除臨時或中間結(jié)果數(shù)據(jù)外)需要在掉電后能夠保存，這些功能是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或子系統(tǒng)所具有的基本功能。在大多數(shù)情況下，一些歷史記錄是很重要的。
        典型應(yīng)用：儀表 (電表、氣表、水表、流量表)、RF/ID、儀器,、和汽車黑匣子、安全氣袋、GPS定位系統(tǒng)、電力電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。
參數(shù)設(shè)置與存儲
        FRAM通過實時存儲數(shù)據(jù)幫助系統(tǒng)設(shè)計者解決了突然斷電數(shù)據(jù)丟失的問題。參數(shù)存儲用于跟蹤系統(tǒng)在過去時間內(nèi)的改變，它的目的包括在上電狀態(tài)時恢復(fù)系統(tǒng)狀態(tài)或者確認(rèn)一個系統(tǒng)錯誤。總的來說，數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)或子系統(tǒng)的功能，不論何種系統(tǒng)類型，設(shè)置參數(shù)存儲都是一種底層的系統(tǒng)功能。
        典型應(yīng)用： 影印機(jī),打印機(jī), 工業(yè)控制, 機(jī)頂盒 (Set-Top-Box), 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器）和大型家用電器。

非易失性緩沖
        鐵電存貯器（FRAM）可以在數(shù)據(jù)傳遞儲存在其它存儲器之前快速存儲數(shù)據(jù)。在此情況下，信息從一個子系統(tǒng)非實時地傳送到另一個子系統(tǒng)去.。由于資料的重要性, 緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)在掉電時不能丟失.，在某些情況下，目標(biāo)系統(tǒng)是一個較大容量的存儲裝置。FRAM以其擦寫速度快、擦寫次數(shù)多使數(shù)據(jù)在傳送之前得到存儲。
        典型應(yīng)用：工業(yè)系統(tǒng)、銀行自動提款機(jī) (ATM), 稅控機(jī), 商業(yè)結(jié)算系統(tǒng) (POS), 傳真機(jī)，未來將應(yīng)用于硬盤非易失性高速緩沖存儲器。
SRAM的取代和擴(kuò)展
        鐵電存貯器（FRAM） 快速擦寫和非易失性等特點，令系統(tǒng)工程師可以把現(xiàn)有設(shè)計中的SRAM和EEPROM器件整合到一個鐵電存貯器（FRAM）里，或者簡單地作為SRAM擴(kuò)展。
        在多數(shù)情況下，系統(tǒng)使用多種存儲器類型，F(xiàn)RAM提供了只使用一個器件就能提供ROM,RAM和EEPROM功能的能力，節(jié)省了功耗, 成本, 空間，同時增加了整個系統(tǒng)的可靠性。最常見的例子就是在一個有外部串行EEPROM嵌入式系統(tǒng)中，F(xiàn)RAM能夠代替EEPROM,同時也為處理器提供了額外的SRAM功能。
        典型應(yīng)用：便攜式設(shè)備中的一體化存儲器，使用低端控制器的任何系統(tǒng)。

類型元件：