看好汽車領域為鐵電隨機存取記憶體(FRAM)、磁阻式RAM (MRAM)與電阻式RAM (ReRAM)等越來越多的新興記憶體帶來潛在商機,業界記憶體供應商莫不使出渾身解數,期望確保其記憶體產品性能符合可靠度要求更高的汽車市場。

美國一家非揮發性記憶體(NVM)供應商Adesto Technologies最近發佈研究報告,展現其ReRAM記憶體適於汽車等高可靠性應用的潛力。主導這項研究的Adesto研究員Dr. John Jameson在本月初於歐洲舉行的第48屆歐洲固態電子元件會議暨歐洲固態電路研究會議(ESSCIRC-ESSDERC)上分享其研發成果。他指出,ReRAM由於採用簡單的記憶體單元結構與材料,只需多增加一層光罩,就能夠整合於現有的製造流程,因而有望成為一種廣泛使用且低成本的簡單嵌入式非揮發性記憶體(eNVM)。

雖然Adesto是最早將商用ReRAM記憶體推向市場的公司之一,而且在與傳統嵌入式快閃記憶體(flash)技術相較時,該公司商標的CBRAM技術耗電量更低、所需的處理步驟更少,並能以更低電壓操作,但是,ReRAM仍面對著整合和可靠性的挑戰。Adesto的研究人員在最新發佈的論文中聲稱能夠解決這些問題。

Adesto ReRAM 根據Adesto的研究指出,ReRAM可望成為一種廣泛使用且低成本的簡單嵌入式非揮發性記憶體(eNVM),因為它採用簡單的單元結構與材料,只需多一層光罩,就能整合於現有的製造流程。

《邁向車用級嵌入式ReRAM》(Towards Automotive Grade Embedded ReRAM)一文由Jameson和十幾位研究人員共同撰寫,即將發佈於IEEE Xplore網站上。該論文中描述了一種改善的次量子導電橋接RAM (conductive bridging RAM;CBRAM)單元,具有強大的可靠性,使其足以針對汽車應用;文中並討論到在新電池堆疊中觀察到的主要類型和錯誤。研究人員們還談到為了預測耐久性和儲存壽命而開發的可靠性模型。

研究人員指出,ReRAM一直被認為是適於MCU和SoC的嵌入式快閃記憶體(eFlash)之替代方案,因為它使用簡單的單元結構和材料,只需要額外增加一層光罩,即可整合至現有的邏輯後段製程(BEOL),以及微幅調整其前段製程(FEOL)。相形之下,現有的eFlash則需要10個或更多層光罩,還必須協調FEOL/BEOL整合方案以因應較高的熱預算。

Adesto技術長Gideon Intrater表示,在汽車等嵌入式應用中使用ReRAM的另一個好理由是,eFlash現正開始遭遇可微縮程度的限制。在接受《EE Times》的電話採訪時,他表示CBRAM則還有很大的微縮空間。「最大的問題是:該技術能否以高標準為汽車產業執行?這就是本文試圖展現的目標——我們實際上可以為汽車產業建構具有最佳品質要求的產品。」

根據該論文的可靠性模型預測,該技術以1 ppm的平均元件失效率達到104直接寫入週期後,在150°C下的儲存壽命可達到20年以上。Intrater並未預測CBRAM多久才能取代汽車應用中的eFlash,他認為這必須先經過商用化階段後才能實現。

該研究論文並估計,「相較於採用55nm的現有商用級eNVM,使用55nm的車用級CBRAM巨集可讓每晶片節省5%-20%的成本,達到相對的巨集尺寸、更多的光罩與製程步驟,以及邏輯與記憶體的相對面積比。」

Adesto ReRAM GlobalFoundries的磁穿隧接面(MTJ)堆疊和整合,已針對400°C、60分鐘post-MTJ圖案化熱預算進行了最佳化,並相容於CMOS BEOL製程,使其適用於汽車SoC。

Object Analysis首席分析師Jim Handy表示,一個反覆出現的主題是製造新興記憶體技術的公司通常認為由於擁有技術優勢,就能讓人們願意為此掏出更多錢來,而且,由於其製造成本更高,因而必須以更高的價格出售。

「然而,最終並沒有那麼多的應用能夠容納所有以更高價格獲取更高性能的要求。」他認為現在要談ReRAM是否適於此類應用還為時過早。「目前有兩件事更能發揮作用。一是它在大量製造時的價格能降到多便宜,另一個是它現在的量有多大。」

但是Handy表示,MRAM和ReRAM之間存在著某種競爭——競相在SoC中取代快閃記憶體——通常是NOR flash,因為NOR flash經試驗與測試,但仍將達到限制。他說,Adesto當然希望市場得以發展,但這又反過來會導致價格降低,並進一步開啟新市場,讓價格更進一步下滑。「它將會形成一種方式是,嵌入式記憶體將成為試驗場,並因其中一項新技術崛起而導致價格和成本開始降低。」

Adesto並不是唯一一家希望擴大ReRAM應用的公司。但由於其CBRAM具有抗輻射特性而適於醫療應用,而且還有助於解決物聯網(IoT)裝置的電源挑戰,以色列Weebit Nano最近生產的首款封裝單元中,即包含了基於其氧化矽電阻RAM (SiOx ReRAM)技術的記憶體陣列。該公司表示,這有助於將其記憶體技術交付給合作夥伴,同時也是產品化和商業化工作的重要一步。第一批記憶體晶片將交付給多所大學,協助其進行在神經形態運算中使用ReRAM技術的研究。

同時,Everspin Technologies和GlobalFoundries去年也展示了嵌入式MRAM可以經由260°C回流焊實現超過10年的資料保留,以及在125°C時的讀/寫耐用性,使其適用於通用MCU和汽車SOC。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Adesto Touts ReRAM for Automotive,by Gary Hilson)