近日，2018国际电子器件大会（IEDM）在美国旧金山召开。会上，中国科学院院士、中国科学院微电子研究所研究员刘明团队展示了28纳米嵌入式阻变存储器可靠性优化以及基于HfZrO铁电FinFET器件的最新研究成果。
对于新型存储器RRAM，初始电形成过程会增加电路设计复杂度，带来可靠性问题，一直是工业界和科研界研究的热点。刘明团队在RRAM方向的研究具有丰富的经验，针对28纳米的1Mb RRAM测试芯片（IEDM 2017 2.4.1），提出了高温forming的编程方法，可以将平均forming电压从2.5V以上降为1.7V。由于高温forming过程中细丝内残留的氧离子大幅减少，编程之后由于氧离子和氧空位复合造成的电阻弛豫效应得到消除，器件的保持特性得到了40以上的大幅提升。
针对先进工艺节点的嵌入式存储器缺失问题，刘明团队与研究员殷华湘合作提出了基于HZO铁电FinFET的混合存储器件。该器件在电荷俘获模式下，表现出高耐久性（>1012）、高操作速度（<20ns）、良好的数据保持特性（104@85oC），与DRAM的性能相近，为在SOC芯片及CPU芯片中集成嵌入式DRAM提供了可能。当器件工作在电筹翻转模式下的时候，器件表现出非常好的数据保持特性（>10年）以及对读取信号串扰的免疫能力，使该器件同时具有优越的不挥发存储特性。
基于上述成果的2篇研究论文入选2018国际电子器件大会。第一作者许晓欣、罗庆分别在大会上作了口头报告。两篇论文的通讯作者均为研究员吕杭炳和刘明。
图1. 28纳米RRAM测试芯片中采用高温forming的测试方法，将器件的forming电压降低至1.7V以下，显著提升了存储阵列的良率与可靠性
图2. 基于HfZrO2铁电材料的Finfet结构1T DRAM，实现了1012以上20ns量级的快速擦写，以及85度下104秒的长时间保持，为在CPU中嵌入百兆级别的大缓存提供了新途径
